資源簡介

第十一章 功和機械能
第2節 功
設計說明
本節要求學生明確功率的物理意義，并能利用功率公式進行簡單的計算。
在本節教學中通過對生活、生產實例的分析，采用比值定義的方法引入功率的概念。對功率概念的認識是本節教學重點。功率與功的關系和物體運動速度與距離的關系相似，所以從上一節功的知識點出發，讓學生在理解“功”的基礎上結合實例采用類比物體運動速度與距離的關系進行知識遷移，引入功率的概念。這樣既有利于學生認識與記憶，也可以滲透科學教育。
教學目標
1.通過日常生活實例和生產實際，采用類比方式，使學生理解功率，并能運用比值法進行定義。
2.通過練習學會功率公式的運用，能解答簡單的物理問題。
3.通過對功率概念的理解，能設計測量生活中功率的大小。
教學重點難點
1.重點：對功率概念的認識、功率的計算。
2.難點：功率的計算、測量生活中功率的大小。
教學過程
回顧思考
1.如果一個力作用在物體上，物體在這個力的________移動了一段距離，就說這個力對物體做了功，計算公式為________。
2.物體通過的________與________之比叫做速度，計算公式為________。速度是表示物體________的物理量。
導入新課
1.多媒體導入
多媒體播放：建筑工地上用兩種不同的方式把相同的磚運到相同高處。
問：兩種方式做功多少相同嗎？做功快慢相同嗎？
如何比較物體做功的快慢？引出本節的課題：功率。
2.問題導入
指導學生閱讀教材第65頁“想想議議”，討論“兩人爬樓”的問題：
（1）由圖可知：如果小孩的體重為G，老人的體重為1.5G，他們都是從一樓爬到四樓，做功各是多少？誰做功多？
（2）如果小孩用時1分鐘，老人用時2分鐘，在做功和時間都不相等的情況下，怎樣比較他們做功的快慢？
3.問題導入
提出問題
實例1　一個大人和一個小孩分別將5塊磚運到二樓（如圖所示），這個過程中是否有力對磚做功？做功的多少是否相同？做功的快慢是否相同？
實例2　如果大人和小孩同時不間斷地搬磚到二樓共15 min，他們對磚做功的多少是否相同？做功的快慢是否相同？
實例3　如果大人和小孩不搬磚，一起爬相同的樓梯，做功相同嗎？做功的快慢相同嗎？
分析
實例1中，做同樣的功，時間不同，時間短的做功快。
實例2中，時間相同，做功多少不同，做功多的做功快。
實例3中，做功的多少不同，時間長短可能不同，很難比較做功的快慢。
引入并板書課題：功率。
進行新課
探究點一　比較物體做功快慢的方法
類比“比較運動的快慢”的方法，結合教材圖11.2-1，歸納比較物體做功快慢的方法。
比較運動的快慢
（1）時間相同，比較路程； （2）路程相同，比較時間； （3）路程、時間都不相同，如何比較做功的快慢？ 用路程除以時間，以保證時間相同。
↓
路程與時間之比叫做速度，它在數值上等于單位時間內通過的路程。
比較做功的快慢
（1）時間相同，比較做功的多少； （2）做功的多少相同，比較時間； （3）做功的多少、時間都不相同，如何比較運動的快慢？ 用做功的多少以除以做功的時間，以保證做功的時間相同。
↓
功與做功所用時間之比叫做功率，它在數值上等于單位時間內所做的功。
a.若做功相同，可比較做功時間的長短。所用時間越短，做功越快；所用時間越長，做功越慢。
b.若做功時間相同，可比較做功的多少。做功越多，做功越快；做功越少，做功越慢。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例1　（廣西桂林中考）小明爸爸的質量為 70 kg、小明的質量為50 kg，當父子倆一起從居住樓的一樓同時走上二樓。在此過程中以下判斷正確的是（　　）
A.兩個人做功的功率相等
B.爸爸做功的功率比小明的大
C.小明做功的功率比爸爸的大
D.無法比較做功的快慢
解析：小明爸爸的質量比小明的質量大，由G=mg可知小明爸爸重力大；由W=Gh可知，小明爸爸上樓過程克服自身重力做功多；父子倆一起從一樓同時走上二樓，說明兩人所用時間相同，相同時間內物體做功越多，說明功率越大，故爸爸做功的功率比小明的大，B選項正確。
答案：B
探究點二　功率的概念
（1）功與做功所用時間之比叫做功率。
強調：功率的定義采用了比值定義法。所謂比值定義法，就是用兩個基本的物理量的“比”來定義一個新的物理量的方法。用比值法定義的物理概念在物理學中占有相當大的比例，如速度、密度、壓強等。
（2）物理意義：表示物體做功快慢的物理量。
提示：功和功率是兩個不同的概念，做功多不一定做功快。同樣，功率大，不一定做功多。功率大小是由功和時間兩個因素共同決定的。
（3）計算公式：P=。
引導學生從“比值定義法”中歸納出功率定義中的“比”是指功和時間之比，從而得出功率的計算公式為P=。
（4）單位：瓦特，簡稱瓦，符號：W，1 W=1 J/s。
常用單位：千瓦，符號：kW，1 kW=103 W。
引導學生回答：①功、時間在國際單位制中的單位分別是什么？[焦耳（J）、秒（s）]
②功率的單位是什么？（J/s）
③為了紀念瓦特，用瓦特的名字作為功率的單位，即功率的國際單位制中的單位是：瓦特（W）。
④1 J/s=1 W。
⑤1 W的物理意義：物體在1 s的時間內完成的功是1 J。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例2　（四川南充中考）將物體A放在水平面上，在水平拉力F1作用下，以v1=4 m/s的速度向右勻速運動，在同一水平面上，物體A受到水平拉力F2作用時，以v2=6 m/s的速度向右勻速運動，兩次移動的距離相同，則兩次拉力做功W1________（選填“>”“<”或“=”）W2，兩次拉力的功率P1________（選填“>”“<”或“=”）P2。
解析：物體A在拉力作用下，兩次都在同一水平面上，壓力與接觸面的粗糙程度不變，所以兩次摩擦力大小相等，據平衡條件，兩次的水平拉力相等，即F1=F2=f，兩次移動的距離相等，據W=Fs知兩次拉力做功相等，W1=W2。兩次移動距離相同，即s1=s2，所用時間t1==，t2== ，所以t1>t2，又據公式P=，可知P1=，P2=，因為W1=W2，t1>t2，所以P1答案：=　<
探究點三　功率的計算
加深對功率的計算公式理解。
定義式：P=。
使用公式時要注意：公式中的三個物理量必須是在同一段時間內對應同一個物體的物理量。
導出式：P===F·=Fv。（引導學生推導出此公式）
講解：①上述公式的意義：物體在拉力F的作用下，沿著拉力F的方向以速度v做勻速直線運動，則拉力的功率P等于拉力F與速度v的乘積。
②在功率P一定時，力F與速度v成反比。
追問：當汽車上坡時，司機怎樣換擋？為什么？
降低擋位，減小速度，以獲得較大的牽引力。另外，要注意速度v必須是受到拉力的物體在拉力的方向上移動的速度。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例3　（教材第66頁例題）大石頭質量為6 t，起重機在15 s內將大石頭沿豎直方向勻速提升1 m（如圖），起重機提升大石頭的功率是多少？（g取10 N/kg）
解析：根據歸納法解題的原則，我們若要求起重機提升大石頭的功率，應該先求什么物理量？
[起重機提升大石頭所做的功、所需要的時間（已知）]
若要求起重機提升大石頭所做的功，需要求哪些物理量？
[大石頭所受重力的大小、提升大石頭的高度（已知）]
若要求大石頭所受重力的大小，需要知道哪些物理量？
[根據重力計算公式G=mg可知，需要知道大石頭的質量（已知）和g（g可取10 N/kg）]
解：大石頭所受重力的大小
G=mg=6×103 kg×10 N/kg=6×104 N，
起重機提升大石頭所做的功
W=Fs=Gh=6×104 N×1 m=6×104 J，
起重機提升大石頭的功率
P===4×103 W。
例4　（2019·廣西北部灣中考）我們在超市購物時，常常使用購物車，已知購物車的質量為10 kg，小明用10 N的水平推力推著購物車沿水平地面運動了4 m，用時4 s，求：
（1）購物車的重力；
（2）推力所做的功；
（3）推力的功率。
解析：（1）已知購物車的質量，根據G=mg即可求出購物車的重力；（2）要計算推力所做的功，根據功的計算公式W=Fs，需要知道推力的大小和在推力作用方向上購物車運動的距離，而題意已給出這兩個條件，故代入相關數據即可求出推力所做的功；（3）由（2）求出了推力做的功，題意又給出了推力的作用時間，所以根據P=可求出推力的功率。
解：（1）購物車的重力：
G=mg=10 kg×10 N/kg=100 N 。
（2）推力所做的功
W=Fs=10 N×4 m=40 J。
（3）推力的功率
P===10 W。
探究點四　估測自己的功率
指導學生思考和完成測自己的功率：①上樓；②引體向上。
思考：若從以上運動方式中選擇一種測量自己的功率，思考一下應該測量哪些物理量？依據的原理是什么？用什么工具？
引導學生得出：①測人的質量m、樓的高度h、所用時間t；原理：P==；測量工具：磅秤、刻度尺、停表。
②測人的質量m、人上升的高度h、上升n次所用的時間t；原理：P==。
測量工具：磅秤、刻度尺、停表。
指導學生認識：①自己在不同狀態時的功率大小不一樣；②測得的功率并非自己的最大功率。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例5　小強同學家住五樓。放學后，他從一樓到五樓共用了20 s。若小強及書包總重為48 kg，每層樓的高度為3 m，則他上樓的功率是________ W。（g取10 N/kg）
解析：根據功率的定義式P=可知，若要測出小強上樓的功率，需要計算出小強和書包的總重力和小強上樓所需要的時間，所以小強上樓的功率P=====288 W。
答案：288
課堂小結
本節課我們主要學習了：
1.功率的定義；
2.功率的物理意義；
3.功率的計算公式；
4.功率的單位。
下面請同學們快速完成“當堂達標”測試題。
當堂達標
1.（2020·江蘇淮安中考）小明兩次分別用時90 s、40 s從一樓爬到五樓，小明的體重與前后兩次上升的高度均不變，比較兩次爬樓過程（　　）
A.用時少的做功多 B.用時少的做功功率大
C.用時多的做功多 D.用時多的做功功率大
2.（2020·湖南長沙中考）小杰背著書包回家，在水平路面上行走100 m用時100 s，乘坐電梯從1樓到21樓用時30 s。以下符合實際的是（　　）
A.電梯對小杰做功約3.6×103 J
B.小杰乘坐電梯上升時，對書包不做功
C.電梯對小杰做功的功率約1 200 W
D.小杰在水平路面行走時，重力做功的功率約600 W
3.（2019·廣東廣州中考）如圖所示，OQ是水平地面，物體在水平拉力作用下從O勻速直線運動到Q。OP段拉力F1為300 N，F1做的功為W1，功率為P1；PQ段拉力F2為200 N，F2做的功為W2，功率為P2。則（　　）
A. W1>W2 B. W1P2 D. P14.（2019·湖北隨州中考）一只木箱放在水平地面上，地面上各處粗糙程度相同。對木箱施加一個方向不變的水平推力F（如圖甲）；F的大小與時間t的關系、木箱的運動速度v與時間t的關系圖像如圖乙所示。下列說法正確的是（　　）
甲　　　　　 　乙　　　　　　　　
A.在第一個2 s內木箱所受摩擦力為2 N
B.在第二個2 s內木箱所受摩擦力為3 N
C.在第一個2 s內推力F對木箱所做的功為2 J
D.在第三個2 s內推力F對木箱做功的功率為8 W
5.（2019·四川涼山中考）“綠色環保，低碳出行。”一輛純電動公交車在水平路面上勻速行駛，發動機的功率為200 kW，速度為72 km/h。公交車行駛1 h，發動機做的功為________J，公交車行駛的路程為________m。
6.如圖所示為四旋翼無人機，質量為1.2 kg，下方懸掛著一個質量為0.1 kg的攝像機。在10 s內無人機從地面豎直勻速上升了20 m，然后以大小相同的速度邊攝像邊斜向上句速飛行了30 s，儀表盤上顯示離地高度為36 m。無人機前10 s對攝像機做功________J，整個過程中，無人機對攝像機做功的功率為________W。（g取10 N/kg）
7.體育課上，小明和小剛在練引體向上，小明突發奇想，對小剛說：“咱倆誰做引體向上的功率大？”
（1）請你告訴他倆怎樣比較功率的大小。
（2）如果小明的質量已知，要測出他的功率，還需要測出的物理量有____ ____。
（3）寫出測量的具體步驟并寫出功率的表達式。
（4）測量中為了便于記錄測量數據，請你幫助他設計出實驗數據記錄表。
布置作業
教材第66頁“動手動腦學物理”第1至4題。
板書設計
一、比較物體做功快慢的方法 1.時間相同，比較做功多少； 2.做功相同，比較時間長短。 二、功率 1.定義：功與做功所用時間之比叫做功率。 2.物理意義：功率是表示物體做功快慢的物理量。 3.公式：P=、P——W、W——J、t——s。 4.導出式：P====Fv。
參考答案
1.B　解析：由題知小明的體重與前后兩次上升的高度均不變，因此由W=Gh可知，兩次所做的功相同，A、C錯誤；兩次所做的功相同，由P=可知，用時少的做功功率大，用時多的做功功率小，B正確，D錯誤。
2.C　解析：小杰與書包總重力約為600 N，從1樓到21樓是20層樓的高度，每層樓高度約為3 m，故小杰上升高度約為20×3 m=60 m，所以電梯對小杰做功約為W=Gh=600 N×60 m=3.6×104 J，A錯誤；在電梯上升時，小杰對書包的作用力和書包移動的方向在同一直線上，故小杰對書包做功，B錯誤；由公式P=可得，電梯對小杰做功的功率約為P===1 200 W，C正確；在水平路面行走時，重力方向和小杰移動方向垂直，重力不做功，D錯誤。
3.C　解析：由圖知，OP段的路程s1=4 m，PQ段的路程s2=6 m，OP段拉力F1做的功為W1=F1s1=300 N×4 m=1 200 J，PQ段拉力F2做的功為W2=F2s2=200 N×6 m=1 200 J，比較可知，W1=W2，故A、B錯誤；物體在水平拉力作用下從O勻速運動到Q，所以物體在OP段和PQ段速度相同，又因為F1>F2，所以根據P== =Fv，可知，P1>P2，C正確，D錯誤。
4.D　解析：由圖像可知，第一個2 s內，木箱沒有動，木箱處于平衡狀態，推力等于摩擦力，等于1 N，故A錯誤；由v-t圖像可知，在4~6 s木箱做勻速直線運動，處于平衡狀態，由F-t圖像可知在4~6 s即在第三個2 s內推力F=2 N，由平衡條件可得滑動摩擦力f=F=2 N，由v-t圖像可知，木箱在第二個2 s內做加速運動，受到的摩擦力為滑動摩擦力，因為壓力和接觸面的粗糙程度不變，因此木箱受到的摩擦力仍是2 N，方向與推力方向相反，即向左，故B錯誤；由題中圖像可知，第一個2 s內，木箱沒有動，由W=Fs可知，推力F對木箱所做的功為0，故C錯誤；在第三個2 s內推力F對木箱做功的功率P=Fv=2 N×4 m/s=8 W，故D正確。
5. 7.2×108　7.2×104　解析：t=1 h=3 600 s，W=Pt=200×103 W×3 600 s=7.2×108 J。s=vt=72 km/h×1 h=72 km=7.2×104 m。
6.20　0.9　解析：攝像機的重力為G=mg=0.1 kg×10 N/kg=1 N；無人機前10 s對攝像機做功為W=Gh=1 N×20 m=20 J；整個過程中對攝像機所做的功為W'=Gh'=1 N×36 m=36 J；無人機對攝像機做功的功率為P== =0.9 W。
7.（1）在相等的時間內比較做功的多少或做相同的功比較所用時間的多少。
（2）上升的高度和所用的時間
（3）實驗步驟：①用刻度尺測出他做引體向上的高度，記為h；
②用停表測出他做n次引體向上所用的時間，記為t；
③求出他受到的重力G=mg；
④求出他做一次引體向上所做的功W=Gh=mgh；
⑤求出他的平均功率P=。
（4）數據記錄表如下：
質量 m/kg 重力 G/N 高度 h/m 功 W/J 時間 t/s 功率 P/W
解析：比較物體做功快慢即功率的方法有：相同時間比較做功的多少或做相同的功比較所用的時間；要測功率，必須知道功和時間t，而功可用W=Gh=mgh計算，還需測量上升高度和所用時間；測量時應先測出上升高度h，再測出做n次引體向上所用的時間t，則功率P===；記錄數據表格應記錄測量的物理量及需要的物理量。
教學反思
____ ____
____ ____
____ ____
____ ____
____ ____

展開更多......

收起↑