高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律1 功与功率教案设计

基于大单元教学设计的高中物理教案

课题名称：必修 第二册 8.1《功与功率》教案        

课型：新授课

一、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．

二、教学重难点

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．

三、教学环节

[新课导入]

1.一头牛一天能耕地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。

2.自然界存在各种形式的能量，如动能、势能……，这些能量互相转化。

展示能量转化情景：

图1射击比赛               图2 风力发电

射击比赛，能量是如何转化的？风力发电，哪种能量转化为电能？不同种类的能量是如何转化的？

生：能量通过做功实现转化。

师：功是能量转化的量度，本章开始进入能量主题的学习。研究能量的转化规律，功是要学习的基础概念。本节学习功的含义和如何计算功。

[主干知识导引]

一、功

1.功的公式：W＝Flcos α，其中F、l、α分别为力的大小、位移的大小、力与位移的夹角.

2.功是标(填“矢”或“标”)量.在国际单位制中，功的单位是焦耳，符号是J.

二、正功和负功

1．力对物体做正功或负功的条件

由W＝Flcos α可知

(1)当α＝时，W＝0，力F对物体不做功(填“做正功”“做负功”或“不做功”)．

(2)当0≤α＜时，W＞0，力F对物体做正功(填“做正功”“做负功”或“不做功”)．

(3)当＜α≤π时，W＜0，力F对物体做负功(填“做正功”“做负功”或“不做功”)．

2．总功的计算

当一个物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的总功等于：

(1)各个力分别对物体所做功的代数和．

(2)几个力的合力对物体所做的功．

三、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。

知识深化

对公式W＝Flcos α的理解

1.某一恒力F对物体做的功，只与l、α有关，与物体的运动状态及物体是否还受其他作用力等因素无关.

2.功是标量，没有方向，但是有正负.

3.公式W＝Flcos α适用于计算恒力做功，若是变力，此公式不再适用.

[典型例题]

例1 如图4所示，坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为m，在与水平面成θ角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移动了一段距离l.已知雪橇与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，则雪橇受到的(　　)

图4

A.支持力做功为mgl

B.重力做功为mgl

C.拉力做功为Flcos θ

D.滑动摩擦力做功为－μmgl

答案　C

解析　支持力和重力与位移方向垂直，不做功，A、B错误；拉力和滑动摩擦力做功分别为W1＝Flcos θ，W2＝－μ(mg－Fsin θ)l，C正确，D错误.

例2 如图4所示，一个质量为m＝2 kg的物体，受到与水平方向成37°角斜向上方的力F＝10 N作用，在水平地面上从静止开始向右移动的距离为l＝2 m，已知物体和地面间的动摩擦因数为0.3，g取10 m/s2，求外力对物体所做的总功．(cos 37°＝0.8，sin 37°＝0.6)

图4

答案　7.6 J

解析　物体受到的摩擦力为：Ff＝μFN

＝μ(mg－Fsin 37°)＝0.3×(2×10－10×0.6) N＝4.2 N

先求各力的功，再求总功．

拉力F对物体所做的功为：

W1＝Flcos 37°＝10×2×0.8 J＝16 J

摩擦力Ff对物体所做的功为：

W2＝Fflcos 180°＝－4.2×2 J＝－8.4 J

由于重力、支持力对物体不做功，故外力对物体所做的总功W等于W1和W2的代数和，即W＝W1＋W2＝7.6 J.

[随堂快练]

1.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180 km/h，提速后匀速运动速度为240 km/h，则提速前与提速后机车发动机的功率之比为(　　)

A.       B.       C.       D.

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、p1<p2    

C.W1=W2 、 p1>p2  D. W1<W2 、 p1<p2

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