人教版高中物理必修2教学设计(第2课时)
课题
功和功率
单元
8
学科
物理
年级
高一
教材
分析
本节课所采用的教材是人教版高中物理必修2第8章第一节的内容。本节第2课时主要讲理解功率的概念，会进行功率的计算；会分析汽车发动机功率一定时，牵引力和速度的关系。理解功率有平均功率和瞬时功率之分, 用公式P＝Fv来计算瞬时功率，公式中v应为瞬时速度，且F和v同方向．若F和v方向不同，则应用P＝Fvcos，要理解额定功率与实际功率，实际功率可以小于、也可以等于额定功率，但实际功率大于额定功率会损坏机器．
教学目标与核心素养
一、教学目标
1．理解功率的概念．
2．知道功率的定义和定义式P＝Wt，能够用公式P＝Wt解答有关的问题．
3．知道公式P＝Fv的物理意义，能够用公式P＝Fv解答有关的问题．
4．区别理解额定功率、实际功率.
二、核心素养
物理观念：从功率概念的定义，体会用比值方法建立物理概念的方法．
科学思维：参与分析汽车的启动，培养其构建物理模型的能力
科学探究：通过实例体验功率概念的形成过程及功率的实际意义，理解功率概念．
科学态度与责任：通过功率概念建立的探究过程，培养学生敢于发表自己观点，坚持原则，善于合作的良好习惯．
重点
理解功率的概念
难点
理解功率与力、速度的关系，瞬时功率和平均功率的计算．
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
出示图片：牛耕地和耕地机
一头牛一天能耕地5亩田地，一台耕地机1小时耕地约0.8亩田地。
它们谁做的功快呢?为了表示做功的快慢，我们引入了功率的概念。
学生观察图片思考
为引入功率的概念做铺垫
讲授新课
一、功率
1、在物理学中，一个力所做的功W跟完成这些功所用时间t的比值 ，叫做功率，用P表示，即 。
2、物理意义：功率是描述力对物体做功快慢的物理量。
3、功率的单位:瓦特（W）
1J/s=1w 1kw=103w
力、位移、时间都与功率相联系，这种联系在技术上具有重要意义。
4、功率与速度的关系式
（1）公式：P ＝ Fv
一个沿着物体位移方向的力对物体做功的功率，等于这个力与物体速度的乘积。
（2）推导
由w ＝ F L 得：
因为
于是上式可以写成: P=Fv
P一定时，F与v成反比；v一定时，F与P成正比；F一定时，v与P成正比。
说明：（1）若v表示物体在时间t内的平均速度，则功率P表示力F在时间t内的平均功率；
（2）若v表示物体在某一时刻的瞬时速度，则功率P表示力F在该时刻的瞬时功率。
（3）适用条件:适用于F与v同向的情况
（4）由功率速度关系式知，汽车、火车等交通工具和各种起重机械，当发动机的功率P一定时，牵引力F与速度v成__________，要增大牵引力，就要_________速度．
答案：反比；减小
思考讨论1：由P＝W/t求出的是平均功率还是瞬时功率？
由于据P＝W/t求出的功率反映的是做功的平均快慢程度，所以，据P＝W/t求出的是平均功率。
思考与讨论2:从 P ＝ Fv 可以看出，汽车、火车等交通工具和各种起重机械，当发动机的输出功率 P 一定时，牵引力 F 与速度v成反比。你认为应该怎样增大它们的牵引力呢？
参考答案：功率 P 一定时，由 P ＝ Fv知牵引力 F 与速度 v 成反比，汽车上坡时司机要使用换成低速档的办法来减小速度，从而得到较大的牵引力。
出示图片：汽车上坡时必须使用低速档
不过要提高速度和增大牵引力由P=Fv可知，必须提高发动机的额定功率，这就是高速火车、汽车和大型舰船需要大功率发动机的原因。
二、额定功率与实际功率
1.额定功率：指机械在长时间正常工作时的最大输出功率。
（1）机械发动机铭牌上的标称值是额定功率。
（2）额定功率是动力机械重要的性能指标，一个动力机械的额定功率是一定的。
2．实际功率：机械在运行过程中的功率是实际功率。
说明：实际功率可以小于额定功率，可以等于其额定功率(称满负荷运行)，但不能大于额定功率，否则会损坏机械。
【例题2】发动机的额定功率是汽车长时间行驶时所能输出的最大功率。某型号汽车发动机的额定功率为 60 kW，在水平路面上行驶时受到的阻力是 1 800 N，求发动机在额定功率下汽车匀速行驶的速度。假定汽车行驶速度为 54 km/h 时受到的阻力不变，此时发动机输出的实际功率是多少？
分析: 实际功率不一定总等于额定功率，大多数情况下输出的实际功率都比额定功率小，但在需要时，短时间也可以输出更大的功率。题目中说“受到的阻力不变”，表明本题对于较低速度行驶时发动机的输出功率只要求估算。
解: 汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力
F ＝ F 阻 ＝ 1 800 N
由于 P ＝ Fv，所以额定功率下的速度
当汽车以速度 v ＝ 54 km/h ＝ 15 m/s 行驶时，有P ＝ Fv ＝ 1 800×15 W ＝ 27 kW
汽车以额定功率匀速行驶时的速度为 120 km/h。汽车以 54 km/h 的速度行驶时，发动机输出的实际功率为 27 kW。
三、机车启动的两种形式-
思考讨论：你知道机车启动的过程中分别以额定功率P额启动和在恒定的牵引力F作用下启动时机车的速度和加速度如何变化的吗？
1、额定功率P额启动时：由 P ＝ F牵v 知 P一定时，由 知v 增大时， F牵减小，由 知，加速度a减小， F牵=f阻，a=0 V最大。
即：在额定功率下，物体做加速度逐渐减小的加速运动，a=0时
F牵=f阻，此时速度最，以后机车将做匀速运动。
0-t1机车做加速度逐渐减小的加速运动
2、在恒定的牵引力F牵作用下启动
当P
f阻，保持P额继续加速，机车做变加速直线运动，当F牵=f阻，a=0 ，V最大。
总结：（1）先匀加速再变加速最后匀速。
（2）当F=f时速度最大。
3、注意事项
对两个启动过程的分析，需要特别注意的是：
①匀加速启动不能达到最大速度，要想达到最大速度，还必须再经过恒定功率启动。
②在P＝Fv中因为P为机车牵引力的功率，所以对应的F是牵引力并非合力，这一点在计算时极易出错。
③ 只有最终匀速运动时P额＝Ff?vm，此时vm＝P额/Ff。
课堂练习
1、关于功和功率，下列说法正确的是( )
A．不同物体做相同的功，它们的功率一定相同
B．物体做功越多，它的功率就越大
C．物体做功越快，它的功率就越大
D．发动机的额定功率与实际功率可能相等，也可能不相等
答案：CD
2、关于功率的概念，以下说法正确的是( )
A．功率是描述力对物体做功多少的物理量；
B．由P＝W/t可知，功率与时间成反比；
C．由P＝Fv可知只要F不为零，v也不为零，那么功率P就一定不为零；
D．某个力对物体做功越快，它的功率就一定大
答案：D
3、如图所示，汽车停在缓坡上，要求驾驶员在保证汽车不后退的前提下向上启动，这就是汽车驾驶中的“坡道起步”。驾驶员的正确操作是将变速杆挂入低速挡，徐徐踩下加速踏板，然后慢慢松开离合器，同时松开手刹，汽车慢慢启动。下列说法正确的是( )
A．变速杆挂入低速挡，是为了能够提供较大的牵引力；
B．变速杆挂入低速挡，是为了增大汽车的输出功率；
C． 徐徐踩下加速踏板，是为了让牵引力对汽车做更多的功；
D．徐徐踩下加速踏板，是为了让汽车的输出功率保持为额定功率。
答案：A
拓展提高
1、淄博孝妇河湿地公园拥有山东省面积最大的音乐喷泉。一同学在远处观看喷泉表演时，估测喷泉中心主喷水口的水柱约有27层楼高，已知该主喷水管口的圆形内径约有10cm，由此估算用于给主喷管喷水的电动机输出功率最接近（ ）
A．2.4×103W B．2.4×104W
C．2.4×105W D．2.4×106W
答案：C
2、同一恒力按同样方式施于静止物体上，使它分别沿着粗糙水平地面和光滑水平抛面移动相同一段距离时，恒力的功和平均功率分别为w1、p1和w2、p2，则二者的关系是（ ）
A.W1>W2 、 p1>p2 B．W1=W2、p1C.W1=W2 、 p1>p2 D. W1答案：B
3、一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5 s内做匀加速直线运动，5 s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其v—t图象如图2所示．已知汽车的质量为m＝2×103 kg，汽车受到地面的阻力为车重的0.1倍，则( )
A．汽车在前5 s内的牵引力为4×103 N
B．汽车在前5 s内的牵引力为6×103 N
C．汽车的额定功率为60kW
D．汽车的最大速度为30m/s
答案： BCD
学生倾听记忆
阅读课文推导功率与速度的关系
阅读说明理解记忆
学生思考讨论
学生思考讨论
并回答
学生记忆理解
额定功率与实际功率
在教师的引导下学生分析计算
学生思考讨论并在教师的引导下回答
学生思考讨论并在教师的引导下回答
学生练习
掌握功率的概念和物理意义
锻炼学生的逻辑思维能力
掌握公式的适用条件以及瞬时功率和平均功率
理解掌握P＝W/t求出的是平均功率
帮助学生透彻理解P ＝ Fv的应用
让学生理解实际功率可以小于额定功率，可以等于其额定功率，但不能大于额定功率
锻炼学生的分析计算能力，并规范学生的解题步骤
理解掌握额定功率P额启动时机车的速度和加速度的变化
理解掌握在恒定的牵引力F牵作用下启动时机车的速度和加速度的变化
巩固本节的知识
课堂小结
1、功率表达式：P＝W/t求出的是平均功率；P＝Fv.若v表示平均速度，P表示平均功率；若v表示瞬时速度，P表示瞬时功率。
2、实际功率可以小于或等于额定功率,但不能大于额定功率。
3、额定功率P额启动，机车先做变加速运动，最后做匀速运动。
4、在恒定的牵引力F牵作用下启动，先匀加速再变加速最后匀速。
5、匀加速启动不能达到最大速度，要想达到最大速度，还必须再经过恒定功率启动。
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
一、功率
1．定义：功和完成这些功所用时间的比值．
2．表达式：P＝W/t， P＝Fv.
3．单位：W、kW.
4、功率与速度的关系式： P＝Fv
二、额定功率与实际功率
实际功率可以小于或等于额定功率,但不能大于额定功率。
三、机车启动的两种形式
1、额定功率P额启动
2、在恒定的牵引力F牵作用下启动
