【教材分析】
《普通高中物理课程标准》共同必修模块“物理2”中涉及本节的内容标准是“理解功率,关心生产和生活中常见机械功率的大小及其意义”。要求学生理解功率的概念,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;尝试自己设计实验,测量人在某种运动中的功率。由于功率在生活、生产中应用很广,教学中可充分利用这一优势,使抽象的物理概念变得富有实际意义。发展学生应用知识解决实际问题能力,树立正确的价值观。
【教学目标】
一、知识与技能
1.理解功率的定义及额定功率与实际功率的定义;
2.
二、过程与方法
1.
2.
三、情感、态度与价值观
感知功率在生活中的实际应用,提高学习物理科学的价值观。
【重、难点分析】
1.重点:教学重点是理解功率的概念;功率的物理意义是本节的重点内容,如果学生能懂得做功快慢表示的是能量转化的快慢,自然就能感悟出功率实际上是描述能量转化快慢的物理量。
2.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。瞬时功率的概念学生较难理解,这是难点。学生往往认为,在某瞬时物体没有位移就没有做功问题,更谈不上功率了。如果学生没有认识到功率是描述能量转化快慢的物理量,这个难点就不易突破,因此,在前面讲清楚功率的物理意义很有必要,它是理解瞬时功率概念和物理意义的基础。
【教学方法】
本节课的教学立足于培养学生的思维能力,通过学习物理研究方法,让学生学会思考问题。在建立“功率”概念中,让学生体会用比值方法来建立一个新概念。通过汽车起动过程的分析,着重培养学生的逻辑思维,引导学生认识物理与社会生活的密切联系,综合运用动力学知识和功率概念分析问题和解决问题的能力。通过学生设计测量人的做功功率的实验,达到学以致用的目的,培养学生运用科学知识解决实际问题能力。
【教学步骤】
一、课前活动,引入课题(采取比赛的形式组织教学)
教师活动 | 学生活动 |
1.在课前抽一段空余时间,安排部分学生参加活动(提升重物比赛);组织学生测量教学楼二楼层的高度及两捆书的质量,并做记录。告诉学生比赛项目及比赛规则,选好计时员,发令员和两位参赛同学。(强调安全!) 2.上课时,要求学生汇报实验情况。 3.引导全班同学先利用提重物比赛记录的数据计算人对书所做的功,然后展开讨论:两名运动员谁胜谁负?你的依据是什么?引导分析:判断运动员的胜负,不只看做功的多少,还要看做功的快慢问题。 4.举例:①挖土机与人,要完成相同的挖土任务,人花的时间要长得多。②建筑工地上要把砖块或水泥等建筑材料搬到楼顶上,起重机和搬运工相比,起重机要比工人快得多。③从水井里提水,使用抽水机比人工要快得多④家住在高楼(如8层),乘电楼比走路要快得多。⑤拖拉机耕地比牛耕地要快得多,等等。 5.通过引导学生分析有关事例,形成初步共识:人们选用机械来做功时,不仅要考虑做功多少,还要考虑机械做功的快慢。 6.在物理学中,做功的快慢用物理量功率描述。对于机械,功率是机械性能的重要指标。 | 1.按老师的安排进行活动。 2.两位参赛同学同时提书,将书从地面提升到二楼,计时员记录时间。 3.汇报活动情况。记录在设计好的表格内。 4.利用功的公式计算出结果。小组讨论老师提出的问题,积极阐述自己的意见。 5.在活动和讨论的基础上,形成对功率的物理意义的认识。 6.列举生产、生活中发生的事例,使学生体会功率与生活、生产息息相关,无处不在,研究功率具有重要的现实意义。 |
二、功率的定义、公式和单位(主要采用启发式)
教师活动 | 学生活动 |
1.指导学生回顾初中学过的内容 2.展示阅读思考题:什么叫做功率?功率是表示什么的物理量?功率的定义式是什么?定义式中各个字母分别表示什么物理量?单位是什么?功率的单位有哪些?换算关系如何? 3.抽查学生解答思考题。 4.教师总结 功率的物理意义:功率是标量,功率表示做功过程中能量转化的快慢。定义:功跟完成这些功所用时间的比值。表达式:P=W/t(类比:v=S/t)单位:1J/s=1w ,除此还有Kw。 5.展示例题:一个质量是1.0kg的物体,从地面上方30m高处开始做自由落体运动,求: (1)第1s内重力对物体做多少功? (2)第2s内重力对物体做多少功? (3)前1s和后1s重力对物体做功的功率各是多大? 6.把学生解题过程实物投影,进行评价。 | 1.学生阅读课文相关内容,并解答思考题。 2.互动交流:如何来描述快慢? 类比:运动的快慢──速度;速度变化的快慢──加速度。用做功和完成这些功所花的时间的比值来定义“功率”。 3.练习。 |
三、平均功率与瞬时功率(通过例题,加深对平均功率和瞬时功率概念的理解)
教师活动 | 学生活动 |
1.展示举例:一个质量是1.0kg的物体,从地面上方20m高处开始做自由落体运动,第1s时间内下落的位移是多少?这1s内重力对物体做多少功?第2s时间内物体下落的位移是多少?这1s内重力对物体做多少功?前1s和后1s重力对物体做功的功率各是多大?这2s时间内重力对物体做功的功率是多大? 2.学生演算后提出问题:例题中的物体只是在重力的作用下,重力做功过程中,功率变化吗? 3.总结:我们可以从上面的例子可以看出即使是同一个力对物体做功,在不同时间内做功的功率也可能是有变化的。因此,用P=W/t求得的功率只能反映t时间内做功的快慢,只具有平均的意义。 4.(1)平均功率:P=W/t为平均功率的定义式。(2)瞬时功率:为了比较细致地表示出每时每刻的做功快慢,引入了瞬时功率的概念,即5.瞬时功率是表示某个瞬时做功快慢的物理量。 6.提出瞬时功率如何计算的问题后,引导学生一起推导得出:P=F·v为瞬时功率计算公式。 7.应用公式P=Fv计算m=1kg的物体做自由落体运动中下落1s末和2s末的瞬时功率。 8.根据上述结果启发学生思考瞬时功率的物理意义。 9.最后指出:此题中是重力对物体做功,使重力势能逐渐向动能转化。随着时间的延续,重力势能向动能转化加快。 | 1.认真演算,阐述自己的看法。 2.思考问题。 3.认真听讲,积极思考。 4.认真体会极限的方法,在今后学习中有很多地方要用到这种方法。 |
四、实际功率和额定功率(引导学生自学)
教师活动 | 学生活动 |
指导学生阅读教材第7页“额定功率和实际功率”一段,提出问题,你对“额定功率和实际功率”是怎样理解的? | 学生阅读课本相关内容,思考并回答老师的提问。 交流与探究:把一枚硬币放在书的封面上,打开书的封面形成一个斜面,并使硬币开始下滑,如图5.3—1所示。仔细分析一下,在下滑的过程中硬币共受到几个力的作用?哪些力做正功?哪些力做负功?哪些力没有做功?如果使斜面的倾角增大,情况会有什么变化?倾角增大时,功率是否也增大?(提示:①比较不同倾角时的功率,应注意硬币开始下滑处的高度应相同。讨论功率时须指明哪个力的功率。②实验的分析讨论,要注意所分析的是某个力的平均功率。注意引导学生进行受力分析、做功分析,可利用功率的定义式,在理论上进行的推演,使思维更加严密。) |
1.用CAI课件模拟汽车的启动过程。 师生共同讨论: ①如果作用在物体上的力为恒力,且物体以匀速运动,则力对物体做功的功率保持不变。此情况下,任意一段时间内的平均功率与任一瞬时的瞬时功率都是相同的。 ②很多动力机器通常有一个额定功率,且通常使其在额定功率状态工作(如汽车),根据P=FV可知:当路面阻力较小时,牵引力也小,速度大,即汽车可以跑得快些;当路面阻力较大,或爬坡时,需要比较大的牵引力,速度必须小。这就是爬坡时汽车换低速挡的道理。 ③如果动力机器在实际功率小于额定功率的条件下工作,例如汽车刚刚起动后的一段时间内,速度逐渐增大过程中,牵引力仍可增大,即F和v可以同时增大,但是这一情况应以二者乘积等于额定功率为限度,即当实际功率大于额定功率以后,这种情况不可能实现。 |
五、典型例题分析
教师活动 | 学生活动 |
1.汽车发动机的额定功率为60kW,汽车质量为5t,汽车在水平路面上行驶时,阻力是车重的0.1倍,g取10m/s2,问: (1)汽车保持以额定功率从静止启动后能达到的最大速度是多少? (2)若汽车保持以0.5m/s2的加速度做匀加速运动,这一过程能维持多长时间? 2.指出解决问题的思路。 3.在实物投影仪上对过程进行抽查评析。 4.用实物投影仪展示正确的解题过程。 | 在老师分析后求解,巩固训练。 |
六、师生共同小结
通过本节课的学习,我们知道了以下几个问题:
1.功率是表示物体做功快慢的物理量;
2.功率的单位有W、kW、1 kW=1000W;
3.功率的求解公式有:P=
4.平均功率和瞬时功率;
其中P=
5.实际功率和额定功率;
6.用P=Fv分析汽车的两种启动过程。