人教版物理（中职）类 2.1《功 功率》 导学案（无答案）

第1节《功功率》课前自主学习任务单基础层次（A层次)一、学习目标1、回顾功的定义及因素２、掌握力与位移有夹角时的做功公式。3、理解功率的定义,知道功率与速度的关系。二、学习过程:任务1:功的定义及因素1、_________＿______________＿＿_＿____＿__＿________________＿_____＿___＿_________,我们就说这个力对物体做了功。其公式是W=FS。2、_____________＿和_＿＿___＿_＿_______＿______＿＿____＿＿_是做功两个不可缺少的因素。举例：(1）一个小球在光滑的水平面上做匀速直线运动，做不做功?——不做功,因为虽有位移,但在位移方向上没有受力。(2)举重运动员，举着杠铃不动时,做不做功?——不做功,因为虽有力，但没有位移。（3)人提着水桶在水平地面上匀速前进,做不做功？为什么？——不做功,因为力跟位移垂直,在力的方向上没有位移。任务2：力与位移有夹角时的做功公式恒力对物体所做的功,等于__＿＿_的大小、__＿____的大小、____和_＿＿____间夹角的余弦这三者的乘积。其公式为:________＿__＿__＿___＿_____＿__。举例：如图所示，在水平面上，用大小为F=20N,方向与水平面成300的拉力拉物体，使物体向前移动了10米,则F对物体所做的功为任务３:功率的定义1、一个力所做的＿_____跟完成这些功所用_＿____的比值,叫做功率。用字母＿__＿表示功率。2、功率的定义式_____＿__＿_，功率的单位_＿＿______。3、功率的物理意义:是用来描述做功＿_________程度的物理量。任务4：功率与速度的关系1、功率的定义式是,汽车直行时牵引力的方向跟汽车的运动方向相同,所以牵引力做功，代入功率的定义式得，又因为,所以。2、汽车做匀速运动时，汽车受力平衡,即牵引力就等于阻力,因此,当知道汽车发动机的最大功率(额定功率)和最大阻力时，就可以算出汽车的最大速度。例:某汽车发动机的额定功率是，在水平公路上行驶时受到的阻力为，求汽车能达到的最大速度。分析:①汽车能达到最大速度时，速度不能再增加，只能做匀速运动；②做匀速运动时，牵引力F就等于阻力。解：三、检测反馈１、一举重运动员,将重力1000Ｎ的杠铃匀速向上举起0.5m,在此过程中，运动员对杠铃所做的功为＿_____Ｊ,然后举着杠铃保持５ｓ,则在保持过程中,运动员对杠铃所做的功为＿_＿___J。2、一辆汽车，在3０0０N的牵引力作用下,在水平公路上匀速行驶了1０00米,则汽车共受_＿＿____、＿___＿_____、__＿___＿___、_____＿_＿＿＿四个力的作用;这四个力对汽车做功分别为_＿__＿__J、___＿___J、_＿____＿_J、_＿______３、起重机起吊质量为2吨的货物,使之以2ｍ/ｓ的速度匀速上升10m,则拉力对货物所做的功为＿__＿__＿_Ｊ。(g＝10m４、放假时,一同学用10Ｎ的拉力斜拉着箱子回家,拉力与地面的夹角为３70,则行走１０米过程中,拉力对箱子所做的功为_______＿__J。5、某体重为100Kg的人从一楼匀速走到四楼（注意上升了三个楼层），楼层的高度为3m，用了30s，则在这个过程中,这个人克服克服重力所做的功率是_____＿＿__W。6、汽车发动机的功率是18ｋw，达到最大速度时受到的阻力是600N，则汽车的最大速度是_＿________＿m/s。应用层次（B层次)一、学习目标(在A层次的基础上增加）1、了解力与位移有夹角时做功公式的推导２、知道正功、零功和负功。3、了解比值定义法。4、了解“平均功率与瞬时功率”二、学习过程：任务1:力与位移有夹角时做功公式的推导1、预备知识运动会上,一个班级可以分为男子组和女子组,假如男子组没得分,女子组得了n分。那么整个班级的总分＝男子组得分+女子组得分=女子组得分=n分2、初中讲过当力跟物体的运动方向(即位移方向)垂直时，力对物体不做功;当力的方向跟物体的运动方向(即位移方向)一致时,力对物体做了W＝FＳ的功。３、如图所示，研究力与物体的位移方向有夹角时力对物体的做功情况，我们可以将F分解成与位移方向相同的F1和与位移方向垂直的F２。则F２跟位移垂直,对物体不做功,F1跟位移的方向一致，做功的大小为任务2:正功、零功和负功１、复习三角函数的有关知识。图中r恒大于零，x，y的正负由所在象限决定。①在a图中,角α在第一象限,00<α＜900，x、y都大于零。所以在0０<α<900时，,即正弦、余弦皆为正值。②在ｂ图中,角α在第二象限,900<α<18００，y都大于零,ｘ小于零。所以在9０0<α<１800时，，即正弦为正值、余弦为负值。③在c图中,角α=0，y等于零，ｘ等于ｒ。所以在α＝0时，④在d图中，角α=18００,y等于零，x等于－ｒ。所以在α＝1800时，⑤角α=90０,ｙ等于r,x等于零。所以在α=900时，2、在中,α的取值范围为0≤α≤1８00（1)正功当0°≤α<90°时，ｃｏsα＞0,W>0,力对物体做正功。其效果是使物体的速度越来越快,动能越来越大GsFN其中,当α＝0°时cｏsGsFN（2)零功当α＝9０°时,cosα=0,因此W＝０，力对物体不做功这就是我们初中讲的，当力跟位移垂直时的情形。举例：①提水桶在水平方向移动不做功②上图中支持力和重力不做功。（３)负功当90°＜α≤１８０°时,cosα<0，Ｗ<0,力对物体做负功。其中,当α＝１80°时，cosα＝-１，公式可简化为W=－Fｓ▲注意：力对物体做负功,我们也可说成物体克服力做了功，但在数值上变为正的。举例:重10Ｎ的物体，竖直向上运动了2米，则重力做了W＝－Gh=-1０*２Ｊ=-20J，也可以说成物体克服重力做了20Ｊ的功（其数值变为正)任务3:比值定义法１、所谓比值定义法，就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。２、初中我们已学过的用比值定义法定义的物理量有密度,ρ=m／V，速度,v=ｓ/t，压强,ｐ=F/S,比热容,C=Ｑ/mΔＴ等，上一单元我们还学过：弹簧的劲度系数，k=F/x，动摩擦因数,μ=Fμ/ＦN,加速度a=(ΔＶ)／(Δｔ)等3、一般地,比值法定义的基本特点是：被定义的物理量往往是反映物质的最本质的属性,它不随定义所用的物理量的大小取舍而改变，比如，密度是通过物体的质量m与物体的体积V之比而定义的,但是一种密度（如铜)它是由它本身的性质决定的，与质量和体积无关，体积越大质量越大,但其比值保持不变。同样的道理,功率是由设备的本身的性质决定的,比如说40ｗ日光灯的功率，它的定义式是拿日光灯所消耗的电功w,与消耗这些电功所用的时间t的比值来计算的，但日光灯的功率与w和t无关，开灯的时间越长,消耗的电功越多，但比值保持不变。只要是同一盏日光灯，只要是要额定电压下，无论它开多长时间、消耗多少电功,其功率都保持不变。任务４：平均功率与瞬时功率在公式中，如果v是平均速度，则计算出来的功率是平均功率；如果v是瞬时速度，则计算出来的功率是瞬时功率。例:一质量为1Kg的石块从20米解:①由②由三、检测反馈1、如图所示,１吨的卡车,在6000N牵引力的作用下在倾角为３0０的上坡公路上做匀速运动，坡的长度为20m,求在爬坡过程中，汽车所受到的各个力所做的功。2、起重机起吊质量为2吨的货物,使之以2m／s2的加速度匀加速上升1０m，则拉力对货物所做的功为___＿＿___J。（g=103、如图所示，一质量为m的小球，在水平面上做匀速圆周运动,则绳子对小球的拉力所做的功为___＿＿＿，重力对小球所做的功为＿______，重力和拉力的合力（水平指向圆心)所做的功为_＿__＿＿＿。说明理由。4、有人说：“根据功率的定义:可知,功率跟功成正比，跟做功所用的时间成反比”，这种说法对吗？为什么？5、起重机起吊质量为2吨的货物,使之以２m/ｓ２的加速度匀加速上升2５m拓展层次(C层次)一、学习目标（在A、Ｂ两层次的基础上增加）1、掌握物体沿斜面运动重力做功计算的几种方法。2、掌握合力做功计算的两种方法。３、了解汽车运行中的实际工作情况。二、学习过程：任务1:物体沿斜面运动重力做功计算方法【例】一重为１0N的物体，沿倾角为37０的斜面下滑了5m,求在这个过程中,重力对物体所做的功。解法一:公式法斜面的倾角为370，显然重力与位移的夹角为530所以Ｗ=GＳcｏs５30=10×5×0．6J=３0J解法二:拿重力乘以物体在竖直方向的位移hｈ=Ssiｎ3７0W＝Ｇh=GＳsｉn３70=ＧＳcos5３0=10×5×0．6J=30J解法三:如图所示，将重力分解成沿斜面向下的F１和垂直于斜面向下的F２，其中F2跟位移S垂直不做功,所以F1所做的功就是重力所做的功因为F１＝Ｇsin37０所以W=Ｗ1＝（Gsｉn370)Ｓ=GSsｉn37０=GScoｓ5３0=10×5×０.6J=30J▲以后求重力做功的问题，这三种方法都可以用，希望大家记住并理解。★重力对物体所做的功，只与高度差有关,与物体的路径无关。例：这三种情况,物体虽然所走的路径不一样,但下落的高度差相等，所以重力做功相同。都是任务2：合力做功的两种计算方法【例】如图所示，物体在拉力和阻力的共同作用下,向前运行了10ｍ,分别求拉力、阻力和合力所做的功,并分析他们之间的关系。1、先求合力,再求合力所做的功２、先求物体所受的各个力所做的功,再求它们的代数合，即为合力所做的功＝Fs=10×１0J＝1０0Ｊ任务三：汽车运行中的实际工作情况1、汽车从起步到达到最大速度过程中,实际做的是加速度逐渐减小的加速运动，而不是匀加速运动。如图所示,由Ｐ＝Fｖ可知，随着速度的增加,牵引力越来越小。随着速度的增加，阻力越来越大。因此在运行过程中,汽车所受到的合力越来越小,即加速度越来越小。当牵引力等于阻力时,汽车的速度不可能再增加了,此时加速度为零，汽车只能做匀速运动，即达到汽车的最大速度。2、汽车在起步过程中，不可能一开始就把油门踩到底,总是随着速度的增加，逐步踩下油门的。因此,在起步过程中,实际功率总是小于额定功率的，并随着速度的增加，发动机的功率也在增加,达到最大速度时，发动机的功率达到最大值。在解决实际问题时，我们通常把问题简化为在起步过程中,发动机的牵引力保持不变，随着速度的增加，发动机的实际功率逐步增加,直到实际功率等于额定功率时,速度不再增加3、假如最大速度能达到180km／h的汽车，平时开的时候以8０km/h匀速行驶。我们知道匀速行驶时牵引力就等于阻力，而阻力是随着速度的增加而增加的,由公式Ｐ＝Fｖ可知，此时的Ｆ、v都比最大速度时小，因此实际功率肯定比额定功率小得多。表现在具体操作上4、当P一定时,F与v成反比,如果需要较大的力F,则需减小速度v。比如，Ａ、汽车上坡时,需要较大的牵引力,必须换档降速B、重载卡车,正压力大，摩擦力大,需要的牵引力大,其最大速度不可能达到空车时的速度。C、最大速度受最大功率的限制（最大速度时，牵引力等于阻力）要提高最大速度，必须提高发动机功率。三、检测反馈１、一根不可伸长的轻绳,绳长为，下端系一质量为m的小球，把小球拉至使绳与竖直方向成600处释放，如图所示。小球在摆至最低点的过程中,重力做功为___＿____，绳子的拉力做功为____＿__。２