2024-2025学年新教材高中物理第八章机械能守恒定律1功与功率教案新人教版必修2

PAGE13-功与功率教学目标核心素养物理观念：理解功的定义及做功的必要因素，理解求功公式中各物理量的含义；物理观念：理解功率的定义及功率的计算，理解求公式中各物理量的含义；科学思维：会推导功和功率的计算公式，理解推导论证过程；科学探究：通过演示和事例，学会探究功的来历，培育学习爱好。教学重点1.功率概念、物理意义的理解；2.的理解及功率的计算3.机车启动的两种类型功率的相关问题教学难点1.平均功率和瞬时功率的理解与计算2.机车启动两种类型的相关问题3.瞬时功率和瞬时加速度的求解高考考点课型新授教具教法教学过程教学环节老师活动预设学生活动预设复习：1．怎样计算功（），影响做功的因素有哪些。2．正负功的理解3．依据现有学问如何计算变力做功。问题引入：1．起重机在1min内将1T的物体匀速提升10m2．起重机在2min内将1T的物体匀速提升10m3．起重机在2min内将1T 的物体提升5m①三台起重机各做了多少功？②谁做的功快？①W相同，可用时间的长短来判定②t相同，可用做功的多少来判定③若t、W均不同，怎样比较呢？学生思索回答学生计算得出，描述物体做功快慢的三种方法。教学环节老师活动预设学生活动预设引入描述物体做功快慢的物理量——功率一、功率1．物理意义：描述物体做功快慢的物理量。2．定义：一个力做的功W跟完成这些功所用时间之比称为功率，符号“P”表示。3．定义式：①4．单位：“瓦特”，简称“瓦”由定义式分析单位间的关系：1W=1J/s常用单位：KW1KW=1000W例1：关于功率的概念，以下说法正确的是（）A．功率大说明物体做功多B．功率小的说明物体做功少C．机器做功越多，其功率越大D．机器做功越快，功率越大二、平均功率和瞬时功率P表示力F在时间t内做功的平均值，并不能精确描述在某一时刻物体做功的快慢，所以一般称为平均功率。1．平均功率：描述物体（力）在一段时间内做功的平均快慢。为精确描述，可由①式变形得②2．瞬时功率：表示物体（力）在某时刻做功的快慢对②式的说明：当v为平均值时，P为平均功率；当v为瞬时值时，P为瞬时功率例1．关于功率的概念，以下说法正确的是（）A．功率大说明物体做功多B．功率小的说明物体做功少C．机器做功越多，其功率越大D．机器做功越快，功率越大例2．在光滑水平面上，一个物体在水平恒力F作用下从静止起先加速运动，经过一段时间t，末速度为v.求：①在t时间内力F的功率；②在t时刻力F的功率.强调：功率表示的是物体做功的快慢，而不是做功的多少，功率大，做功不肯定多，反之亦然.引导学生分析表达式，引入平均功率和瞬时功率教学环节老师活动预设学生活动预设解：①设物体在是时间t内发生的位移为l，力F的功率为。物体在t时间内的位移做的功在t时间内力F的功率为②t时刻的功率为瞬时功率理解：①既适用于匀速运动，也适用于变速运动。②求解功率时要明确是某个力的功率还是合力的功率；平均功率与一段时间或位移相对应，求平均功率需明确是哪段时间内的平均功率，选择合适的计算公式；瞬时功率与某一时刻或位置相对应，求瞬时功率需明确是哪一时刻或哪一位置，选择合适计算公式。③P是衡量机器性能的重要指标，若是汽车的功率，表达式中的F指的是机车的牵引力；若是起重机的功率，F指的是起重机钢丝绳的拉力。④对表达式中各量的关系：当P肯定时，；当v肯定时，；当F肯定时，例．汽车上坡时，司机一般都将变速挡位换到低速挡位上，这样做主要是为了（C）A.节约燃料B.使汽车获得较大的功率C.使汽车获得较大的牵引力D.避开因车速过大而发生危急练1：某人用同一水平力F先后两次拉同一物体，第一次使此物体从静止起先在光滑水平面上前进l距离，其次次使此物体从静止起先在粗糙水平面上前进l距离.若先后两次拉力做的功分别为W1和W2，拉力做功的平均功率分别为P1和P2，则(B)学生完成，相互订正，老师点评反馈。学生要体会三者间的确定关系，不要混淆。完成教材P77思索与探讨教学环节老师活动预设学生活动预设A.W1＝W2，P1＝P2B.W1＝W2，P1＞P2C.W1＞W2，P1＞P2D.W1＞W2，P1＝P22.关于功率公式和P=Fv的说法正确的是（D）A．由知，只要知道W和t就可求出任一时刻的功率.B．由P=Fv只能求某一时刻的瞬时功率C．由P=Fv可知，汽车的功率和它的速度成正比D．由P=Fv可知，当汽车发动机功率肯定时，牵引力与速度成反比3．起重机的钢绳吊着物体由静止起先竖直向上运动，先以加速度a（a＜g）加速运动再匀速运动，最终减速运动到静止，则关于各段运动中绳的拉力的平均功率，下列说法中正确的是（BC）A.第一段平均功率最大B.其次段平均功率最大C.第三段平均功率最小D.第一段平均功率最小4．飞行员进行素养训练时，抓住秋千杆由水平状态起先下摆，到达竖直状态的过程，如图11所示，飞行员受重力的瞬时功率改变状况是(C)A.始终增大 B.始终减小C.先增大后减小 D.先减小后增大5．在F＝6N的水平力作用下，质量m＝3kg的物体在光滑水平面上由静止起先运动，运动时间t＝3s.求：①力F在前3s内对物体做的功；②力F在前3s内对物体做功的平均功率；③在3s末力F对物体做功的瞬时功率.解①设物体的加速度为a，由得：加速度则物体在3s末的速度物体在3s内的位移教学环节老师活动预设学生活动预设力F在前3s内对物体做的功.②力F在前3s内的平均功率③3s末力F的瞬时功率例2．一起重机吊起一质量m=2kg的货物，使其从静止起先竖直匀加速上升，经2s货物的速度达到5m/s，则起重机在这2s起吊货物的平均功率是多大？（g=10m/s2）解：2s内物体的位移设牵引力F，上升的加速度为a，由得a=2.5m/s2由牛顿其次定律得：平均功率法2：2s内起重机做功平均功率练．如图示，质量为m＝2kg的木块在倾角θ＝37°足够长的斜面上由静止起先下滑，木块求：①前2s内重力做的功；②前2s内重力的平均功率；③2s末重力的瞬时功率.解析①设木块下滑的加速度为a，由牛顿其次定律得：代入数据得前2s内木块的位移重力在前2s内做的功②重力在前2s内的平均功率为；教学环节老师活动预设学生活动预设③木块在2s末的速度2s末重力的瞬时功率为三、额定功率与实际功率1．额定功率：指电动机、内燃机等动力机械在长时间正常工作时的最大输出功率，也就是机器铭牌上的标称值。2．实际功率：指电动机、内燃机等动力机械在工作中实际输出的功率。3．关系实际功率不肯定总等于额定功率，通常状况下实际功率都比额定功率小，但在须要时，实际功率可以短时间内大于额定功率。例．列车提速的一个关键技术问题是提高机车发动机的功率.已知匀速运动时，列车所受阻力与速度的平方成正比，即Ff＝kv2.设提速前匀速运动速度为180km/h，提速后匀速运动速度为240km/h，则提速前与提速后机车发动机的功率之比为(C)A.eq\f(3,4)B.eq\f(9,16)C.eq\f(27,64)D.eq\f(81,256)四、机车启动问题机车启动方式有两种，一是以恒定功率启动，二是以恒定加速度启动。1.恒定功率启动⑴由静止启动，运动中各量（牵引力F，加速度a，速度v）改变状况因v↑，由当时，。v达到最大值vm，保持vm做匀速直线运动加速度减小的加速运动匀速直线运动结合理论探讨汽车爬坡的方法（增大功率；换抵抗）教学环节老师活动预设学生活动预设⑵v-t图象和P-t图象ttvvm0t0ABtP0⑶留意事项①公式中的F指的是机车的牵引力，不是机车受到的合外力。②机车以额定功率匀速运动时速度最大，此时牵引力F等于阻力f，故得求解最大速度的方法为：③只有机车在水平路面上匀速运动时，牵引力F才等于它受到的阻力f。例1．质量为2t的汽车，发动机的额定功率为30kW，在水平路面上能以15m/s的最大速度匀速行驶，则汽车在该水平路面行驶时所受的阻力为(A)A.2×103N B.3×103NC.5×103ND.6×103N练1．质量为m的汽车行驶在平直马路上，在运动中所受阻力不变，当汽车的加速度为a，速度为v时，发动机功率为P1；当功率为P2时，汽车行驶的最大速度为（B）A．B．C．D．练2．如图所示，为轿车中的手动变速杆，若保持发动机输出功率不变，将变速杆推至不同挡位，可获得不同的运行速度，从“1”～“5”挡速度增大，R是倒车挡.某型号轿车发动机的额定功率为60kW，在水平路面上行驶的最大速度可达180km/h.假设该轿车在水平路面上行驶时所受阻力恒定，则该轿车(AC)A.以最大牵引力爬坡，变速杆应推至“1”挡结合图像分析各量的改变状况，利与理解。教学环节老师活动预设学生活动预设B.以最大牵引力爬坡，变速杆应推至“5”挡C.以额定功率在水平路面上以最大速度匀速行驶时，其牵引力为1200ND.以54km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的输出功率为60kW例2．质量为m的汽车，启动后沿平直路面行驶，若发动机的功率恒为P，且行驶过程中受到的摩擦阻力恒定，汽车速度能够达到的最大值为v，那么当汽车的车速为v/4时，汽车的瞬时加速度的大小为多少？解：设阻力为f，车速为v/4时牵引力F，由题意得：①②由牛顿其次定律得：带入数据得：总结瞬时加速度的求法：先依据求出牵引力，再依据牛顿其次定律得加速度练1．一汽车以额定功率P0=100kW起动，质量为m=1.0×104kg，设阻力恒为车重的0.1倍，取g=10m/s2.求：⑴汽车所能达到的最大速度vm解：设汽车受到的阻力为由得：⑵当速度v=1m/s时，汽车的加速度为多少？解：设速度v=1m/s时牵引力为F1，加速度为a0由得：1.0×105N由牛顿其次定律：明确瞬时加速度的求解方法。教学环节老师活动预设学生活动预设得：代入数据得a0=9m/s2⑶当加速度a=4m/s2时，汽车的速度为多少？设此时牵引力为F2，由牛顿其次定律得：代入数据得：F1=5.0×104N⑷若从起先起动经过时间t=20s、通过的位移x=150m时达到最大速度，则这一过程中，发动机的牵引力做功多少？解：设做功为W，（动能定理或功能关系）2.0×106W练2．一辆汽车沿一略微倾斜的坡路运动，若保持发动机的功率不变，它能以v1的速度匀速上坡，能以v2的速度匀速下坡．求它在相同粗糙程度的水平路面上匀速运动的速度。解：设上坡时的牵引力为F1，重力沿斜面对下的分力F，摩擦力为f，则有：

下坡时的牵引力为F2，则有：由以上两式得阻力，因为上下坡时坡度特别小，所以上下坡的摩擦力和相同粗糙程度的水平面上的摩擦力相同，则当在水平路面上匀速行驶时，摩擦力等于牵引力，设发动机功率为P，水平路面上匀速行驶的速度为v3，得：上坡时有：下坡时有：联立以上三式得：2．恒定加速度启动（起先功率P0＜P额）⑴运动中各量（功率P、牵引力F、加速度a、速度v）改变状况：学生练习本上完成，投影展示反馈教学环节老师活动预设学生活动预设a=，得v↑P↑=Fv↑P=P额，速度v1，a≠0v↑Fx=P额/v↑a=0时，F=f，v达到vm此后保持vm匀速运动匀加速直线运动加速度减小的加速运动匀速直线运动⑵v-t图象和P-t图像ttvvm0t2t1v1ABCtP0结合运动特征，做出三个过程，留意强调匀加速过程中的最大速度和运动中的最大速度的区分。说明：对于同一辆机车，以两种不同的方式在同一种路面上启动，最终达到的速度是相同的例1．假设列车从静止起先做匀加速直线运动，经过500m的路程后，速度达到360km/h.整列列车的质量为1×105kg，假如不计阻力，在匀加速阶段，牵引力的最大功率是(B)A.4.67×106kW B.1×105kWC.1×108kW D.4.67×109kWPF例2．一辆汽车在平直马路上运行，起动阶段轿车牵引力保持不变，而后以额定功率接着行驶，经过肯定时间，其速度由零增大到最大值vm，若所受阻力恒为f.则关于轿车的速度v、牵引力F、功率P的图象正确的是（BCDPF练1.如图所示是汽车在平直马路上起动的速度－时间图象，从t1时刻起汽车的功率保持不变，由图象可知（）A.0～t1时间内，汽车的牵引力增大，加速度增大，功率不变B.0～t1时间内，汽车的牵引力不变，加速度不变，功率增大练1.如图所示是汽车在平直马路上起动的速度－时间图象，从t1时刻起汽车的功率保持不变，由图象可知（BC）向学生明确：机车以恒定加速度启动时，匀加速结束时的速度没有达到最终匀速时的速度vm。教学环节老师活动预设学生活动预设A.0～t1时间内，汽车的牵引力增大，加速度增大，功率不变B.0～t1时间内，汽车的牵引力不