第二节 能量转化的量度 (共2课时精品)

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课题 3.2能量转化的量度 课型 新课 课时 第1课时
教学目标 1、知识与技能：理解功的概念；了解做功的两个必要因素；掌握功的计算公式和单位，初步学会功的计算。2、过程与方法：通过实例理解能的转化跟做功的关系，根据运动状态判断在力的方向上是否移动了距离，强化功的计算能力。3、情感、态度、价值观：知道做功的过程就是能量转化的过程，体验“做功”与“做工”“工作”的区别。明确功与能与工农业生产及日常生活息息相关。
重点 功的概念及功的计算。
难点 理解做功的两个要素，理解能量的转化与做功的关系。
教学方法 讨论法，讲授法。
教学准备
板书设计 功率1定义2.物理意义3.定义式4.单位
考点分析 ①知道功和功率的概念及单位。（考试要求a）②能用功和功率的公式进行简单计算。（考试要求b）③能理解做功伴随能量的转化。（考试要求a）
教 学 过 程
（一）引入新课 1分析下列过程中能量形式的转化。①运动员将杠铃举起：化学能转化为机械能。②用力将小车拉上粗糙的斜面。化学能转化为机械能和摩擦产生的内能。◎进一步提问：从力和运动的角度分析，以上两个过程有什么共同特点？分析：杠铃和小车都受到了力的作用，且在力的方向上都发生了移动。（二）新课教学一：功1.定义：物体受到力的作用且在这个力的方向上通过了一段距离，则这个力对物体做了功。2.做功的两个必要因素：㈠一是作用在物体上的力；㈡二是物体在这个力的方向上通过一段距离。小结：①判断一个力是否做了功，必须同时满足功的两个必要因素，缺一不可。否则就没做功。即在做功过程中，一定有力的作用，而且物体在力的方向上通过距离。②在下列三种情况下，力对物体没有做功。A物体没有受到力的作用，但因为惯性通过一段距离，也就没有什么力做功。如某同学踢足球，球离开脚后飞出了100米远。足球飞出100米远的过程中，人做功为零。（有距离无力）B物体受到力的作用，但没有移动距离，也就不可能在力的方向上通过距离，力对物体不做功。如一静止的汽车，一个人用很大的力也推不动它，推力对汽车没有做功。//运动员把杠铃举在头顶上不动时，虽然有力但是没有沿这个力的方向移动距离，所以不做功。（有力无距离）C物体受到了力的作用，同时也运动了一段路程，但在力的方向上没有通过距离，这个力也没有对物体做功。手提水桶在水平地面上运动一段距离，水桶虽然受到手的提力作用，由于提桶的力的方向始终竖直向上，跟水平地面垂直，所以在水平地面上行走得再远，手的提力对水桶也没有做功。（力和距离垂直）◇讨论：塔式起重机下挂着重物，在重物静止不动、匀速向上运动、沿水平方向匀速运动这三种情形下，钢索的拉力是否都对它做了功？分析：根据做功的两个必要因素（力和物体在力的方向上通过的距离）可知：当重物静止时，重物虽然受到拉力，却没有移动，所以拉力对它不做功；重物匀速向上运动时，重物在力的方向上通过了距离，所以拉力对重物做了功；重物沿水平方向运动时，重物运动的方向与力的方向相互垂直，在力的方向上没有通过距离，所以拉力对重物不做功。二、功的计算1.科学上规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。即功=力×距离。2计算公式：W＝Fs　　3.单位：焦耳（简称焦（J））或　牛·米（N·m）//1 J=1 N·m4计算时需注意的问题：①为了简便，常常将举高物体时力所做的功说成：克服阻力（重力G）所做的功。可直接用W＝Gh计算。例如把一只鸡蛋举高2米，做的功约为1焦。②分清是哪个力对物体做的功，计算功时的F就是这个力③公式中的“s”一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。即注意F、和s具有同体性和同时性。F是使物体沿着F方向移动s距离过程中，始终作用在物体上的力，其大小和方向是不变的。例：一颗质量约为30克的子弹从枪膛中水平射出，子弹在枪膛内受火药爆炸后产生的气体平均作用力的大小为6000牛，枪膛长60厘米，子弹射出后在空中飞行了1200米。求气体对子弹做的功？解析：W/＝F s=6000N×0.6m=3600 J答：气体对子弹做的功为3600焦。（要让学生思考子弹在空中飞行的1200米，为什么不能算作是公式中的s。④F、s例：某物体重为100牛，第一次将其匀速举高1米，第二次用50牛的力水平拖动10 m，则在这两个过程中分别需要做多少功？解析：举高时需做功W＝Gh=100 N×1m=100 J拖动时需做功W/＝F s=50 N×10m=500 J答：分别做功100焦和500焦。【思考】在水平拖动时，重力所做的功是多少？答重力做功为零。例：一位同学沿教学大楼匀速登高了3米，该同学登楼做的功最接近（ ）解析：这是一道生活估算题，从学生生活经验出发，估计中学生的体重一般为50千克左右，所受重力为500牛。W＝Gh=500 N×3m=1500 J例：为了给一个水塔供水，每天需要用水泵把300米3，的水送到40米高的水塔上，水泵每天需做多少功？解析：m水=P水V =1×103㎏/m3×300 m3=3×103㎏W＝Gh= m水gh=3×103㎏×9.8N/㎏×40m=1.176×108J答：水泵每天需做功1.176×108J。例：一辆汽车在高速公路上以30米/秒的速度匀速行驶，受到的阻力是2000牛，这辆汽车在1分钟做的功是多少？例：某大厦楼高50米，完成此建筑物需要浇制钢筋混凝土1×104米3，还需用其他建筑材料共约2×104米3，假设混凝土的密度为2.5×103千克/米3，其他建筑材料的平均密度为1.5×103千克/米3，取g＝10牛/千克。　⑴此大厦的自重为多大？　⑵勘测表明，该大厦的地基所承受的压强不得超过1.2×106Pa，若房基与地面的接触面积为1×103米2，此大厦的最大载重量为多大？　⑶若要从地面向楼顶提供自来水，加压设备至少需给水施加多大压强？若每天要把100米3的水从地面送到楼顶上，每天至少应对水做多少功？例：某同学将掉在地上的《科学》课本捡回课桌上，他对《科学》课本所做的功最接近于2焦。三.功与能的关系。　以举重和马拉车为例，说明功和能的关系。分析：举重运动员具有能量才能对杠铃做功，做功时消耗的能量转化为杠铃的势能。马具有能量才能对车做功，做功时消耗的能量，转化为马车的动能以及由于各种摩擦产生的内能。　　　㈠做功的过程实质是能量转化的过程，力对物体做多少功，就有多少能量发生了转化。所以可以用功来量度能量转化的多少，功是能量转化的量度。能量的单位与功的单位一样也是焦耳。㈡这里所说的转化，实际上包括转化和转移，即对物体做了多少功，就有多少能量从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体。☆思考：功与能的关系对我们解决问题有什么用处？解析：如果知道力对物体做了多少功，就可以知道有多少能量发生了转化。这样，当能量转化的多少较难测量时，就可以用功的多少来判断；反之，如果知道有多少能量发生了转化，也就可以知道对物体做了多少功。这样，当做功多少较难测量时，就可以用能量转化的多少来判断。◇教学反思：谈谈“做功”与“做工”的区别。解析：功是作用在物体上的力跟在力的方向上移动的距离的乘积（W＝Fs），做工不一定做功。例如，一个人手提箱子在水平路面上走动，这个人在做工，但没有做功。
课题 3.2能量转化的量度 课型 新课 课时 第2课时
教学目标 1、知识与技能：理解功的概念；理解功率概念及功率的物理意义，了解功率的单位。初步掌握功率的计算方法。2、过程与方法：运用类比法来理解功率的概念；通过练习，强化功率的计算。3、情感、态度、价值观：认识选择适当功率的器材的重要性，学会根据功率的概念进行功率的测算。
重点 功率的概念及功的计算。
难点 功率的概念及功的计算。
教学方法 讨论法，讲授法。
教学准备
板书设计
教学反思 见后
教 学 过 程
（一）复习旧知，引入新课。1.重为500牛的小车，沿水平地面匀速前进了20米。若小车所受阻力为车重的3/10，则拉力对小车做的功为3000焦，小车重力所做的功为0焦。2为比较物体运动的快慢，通常采用的方法有：①比较相同时间内，物体通过距离的多少。②比较通过相同路程，所需时间的长短。◇引言：耕同一块地，拖拉机所用的时间比牛少得多。牛和拖拉机做功的快慢是不同的。（二）新课教学一功率㈠定义：单位时间里完成的功的叫做功率。功率描述的是做功的快慢，即描述能量转化的快慢。㈡功率的物理意义：表示单位时间里做功的多少。功率是反映物体做功快慢的物理量。功率小，做功慢，耗能少；功率大，做功快，耗能多。 ☆思考：如何减小功率？答：减小做单位功的时间。如甲乙两个同学体重相同，都从一楼上到三楼，甲走得慢，乙走得快，比较做功大小W甲===W乙；比较功率大小：P 甲＜P乙。㈢定义式（功率的计算公式）：功率＝功/时间　　　P＝W/t（功率是功与时间的比值，即功率与功和时间两个因素有关。）㈣单位：国际单位：瓦特（简称瓦）。1瓦特（W）=1焦/秒　（J/s）（或1 W= 1J/s ）→1瓦特（W）=1焦/秒（J/s）=1牛·米/秒（N·m/s）　　　――说明物理量的单位可以通过推导的公式来获得。常用单位： 1千瓦（KW）＝1000瓦，1兆瓦（MW）＝106瓦特。㈤知识拓展：功率的测量　由P＝W/t可知，要测功率，必须测物体（或机械）所做的功W，和完成这些功所用的时间t。如我们经常都要登楼梯，要测自己登楼梯的功率，需测出人的重力G（或质量m）、楼层高度h、登楼时间t。所需器材：体重计（或磅秤）、皮尺（或刻度尺、卷尺、米尺、等）、计时器（停表、秒表、手表等）实验步骤：①用磅秤测定人的质量（或用体重计测定人的体重）②用卷尺测定楼层一个台阶的高度h0，然后数出楼梯的台阶数n，则楼高为h=nh0③用秒表测定人登楼所花费的时间t。则功率的表达式为：P＝W/t=Gnh0/t或者P＝W/t=mgnh0/t.例题：学校新购了一箱物理器材。小云同学将它从一楼搬到三楼，小彬同学想测定小云搬运器材过程中对箱子做功的功率。实验器材___________、__________、__________。实验步骤：㈠小彬同学设计的测量步骤如下，其中多余的是（ ）A测出箱子的质量mB测出楼梯的总长度lC测出一楼到三楼的竖直高度hD测出小云上楼所用的时间tE算出小云搬运箱子的功率p㈡请你在虚线框内帮小彬设计一个记录实验数据的表格。解析：实验器材：停表、卷尺、磅秤实验步骤：㈠b㈡表格如下：箱子的质量m/kg一楼到三楼的竖直高度h/m所用的时间t/s功率p/w例题：在学习了功率的知识后，三位同学想比较爬杆时谁的功率大。以下是他们讨论后得出的三套方案，其中可行的是 （ ）①用相同的时间爬杆，测量出各自的体重和爬上肝的高度，即可比较功率大小。②都爬到杆顶，测量出各自的体重和爬杆用的时间，即可比较功率大小。③爬杆后，测量出各自的体重、爬杆用的时间和爬上杆的高度，算出功率进行比较。A只有① B①② C①③ D①②③答案：D㈤典型例题。（课本例题见77页）例：高出水面30米处有一个容积是50米3的水箱，要用一台离心式水泵抽水给水箱，1小时即可能把水箱充满。这台水泵的功率至少是多少kW？（g＝10牛/千克）已知：h＝30米，V＝50米3， t＝1小时＝3600秒， 求：P 解：分析，根据已知条件 m＝ρV。 m＝1×103千克/米3×50米3＝5×104千克 所以G＝5×105牛顿。 W＝Gh ＝5×105牛顿×30米＝15×106焦耳。 答：这台水泵的功率至少是4.2千瓦。 指出：根据已知条件和所求的物理量的基本公式，知道水泵是克服水重而做功，故在题内首先根据水的质量求出水重，这样再代入功率的基本公式中求功率。 ☆思考（课本77页）：因为功是能量转化的量度，所以做功快慢也就是能量转化的快慢。你能根据这一观点，叙述起重机的功率为1.5千瓦的意义吗？解析：1.5千瓦的意义即为起重机每秒做功1.5×103 J；同时也说明每秒起重机将1.5×103 J的电能转化为货物的势能。【做一做】某机器的功率为5 W，其物理意义是_________。㈥部分交通工具和人的功率。小汽车：50-100 KW 韶山型电动车：4200 KW//喷气式飞机：约11×104 KW//人步行约70W，人短跑时：可达1 KW 9（怎么算？）//㈦小结：⑴功率是描述物体做功的快慢，不能表示做功的多少。功率大小是由完成的功和所用的时间共同决定的。试判断：做功多的功率一定大（错，仅说明做功多少，没说明做功时间）；做功时间长的功率一定小（错仅说明做功所用的时间，没有说明做功的多少），应改为“完成相同的功，做功时间短的物体功率一定大”（根据功率的定义式P＝W/t，在完成相同功的前提下，做功时间越短，功率越大）；做功越多，做功时间越长的物体功率一定大吗？答不一定。无法确定所做的功与所用的时间的比值，因此无法比较功率的大小。⑵⑶⑷⑸◇教学反思：⑴有关功率、功、时间的比值问题。根据P＝W/t，得变形公式 W= Pt t= W/P.例1：有两台功率大小不同的起重机，已知它们的功率之比是1：3，若让它们完成相同的功，则所用的时间之比是＿＿＿＿＿＿；若它们的工作时间相同，则完成的功之比是＿＿＿＿＿＿。（答案：2∶3，3∶2 ）例2．两台机器的功率之比为3∶2，它们做同样的功所需要的时间之比为______；在相同的时间里，做功之比为______。例：甲、乙两人各把200块砖从一楼搬到四楼，甲、乙需要的时间之比为2∶3，则甲、乙两人对砖做的功之比W甲∶W乙=_____，功率之比P甲∶P乙=_____。例：甲、乙两台机器的功率之比为4∶3，它们工作时间之比为1∶3，它们所做的功之比W甲∶W乙为[ ]例：一个物体在相同水平拉力作用下，在水平面上先后以已知v1=1米/秒、v2=2米/秒、v3=3米/秒 =3米/秒的速度沿直线路径运动了相同的距离。在这三个过程中，拉力所做的功W1、W2、W3的大小关系为：W1=W2=W3。P1︰P2︰P3=1︰2︰3.（解析：时间之比为6︰3︰2，功率为时间的反比是：1/6︰1/3︰1/2.。△延伸：甲、乙两物体质量相等，用外力使甲物体以速度v1匀速上升6 m，外力做功W1，功率为P1，用外力使乙物体以速度v2匀速上升6 m，外力做功W2，功率为P2，则[ ]A.W1=W2 P1=P2 B.W1＜W2 P1=P2 C.W1=W2 P1＜P2 D.W1＜W2 P1＜P2 ⑵一辆轿车在平直的高速公路上匀速行驶1.8千米，轿车上的速度为90千米/时。在此过程中，若轿车发动机的功率为40千瓦，则该车行驶中所受的阻力为多大？解析：本题考察二力平衡的知识与功率公式的综合应用。V=90K m/h=90/3.6 m/s=25 m/s轿车行驶1.8千米（1800米）的时间为t=s/v=1800米/25 m/s=72秒。根据P＝W/t，得W= Pt=4×104W×72秒=2.88×106 J.在由 W＝F s ，得 F＝W /s=2.88×106焦/1.8×103米=1.6×103牛因为轿车做匀速直线直线运动，所以，由二力平衡得 f=F=1.6×103牛答：略＜做一做＞：一辆汽车装满货物共重4.9×104 N，在平直公路上匀速行驶，在10 min内前进了6 km，这时发动机的功率为6.615×104 W，求：（3.969×107 J，0，6.615×103 N）（1）这段时间内汽车的牵引力做了多少功？ （2）汽车所受重力做了多少功？ （3）汽车所受的阻力是多少？ ⑶举重运动员在3 s内把1500 N的杠铃举高到1.8 m，他对杠铃做了_____J的功，功率是_____W，若举在空中停了3 s，则这个过程做了_____J的功，功率是_____W。（2700，900，0，0）⑷⑸◇教学反思：1功率的变形公式：P= F v。（拖到过程）例：功率相同的甲乙两辆汽车，在相等时间内匀速通过的距离之比是2︰1.则甲乙两车做功之比为1︰1.。速度之比为2︰1。牵引力之比为1︰2.。
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