資源簡介

教學(xué)設(shè)計(jì)
課程基本信息
學(xué)科 物理 年級(jí) 高一 學(xué)期 春季
課題 功與功率
教學(xué)目標(biāo)
1．知道 W=Flcosα 的適用范圍。 2．會(huì)根據(jù)公式計(jì)算多個(gè)力的總功。 3．理解功率的意義，會(huì)根據(jù)功率的定義式和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，導(dǎo)出使用。 4．能在實(shí)際情景中區(qū)分平均功率與瞬時(shí)功率。會(huì)運(yùn)用功率公式解決簡單的實(shí)際問題。
教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)重點(diǎn)： 1. 理解功的物理定義，掌握做功的兩個(gè)要素。 2. 會(huì)用公式正確計(jì)算功，理解負(fù)功的物理意義。 3．瞬時(shí)功率的概念。
教學(xué)難點(diǎn)： 1. 功的一般計(jì)算公式W=Flcosα的理解與應(yīng)用。
2. 理解功率與力、速度的關(guān)系及計(jì)算。 3．瞬時(shí)功率和平均功率的計(jì)算。
教學(xué)過程
任何人類活動(dòng)都離不開能量，在長期的科學(xué)探索實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，并且能量的轉(zhuǎn)化與功的概念密切相關(guān)。原因就是，如果在一個(gè)過程中存在做功的現(xiàn)象，就必然存在能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，從本節(jié)開始我們來學(xué)習(xí)關(guān)于功的相關(guān)知識(shí)。 C919飛機(jī) ，是中國按照國際民航規(guī)章自行研制、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型噴氣式民用飛機(jī)，于2017年5月5日成功首飛。 2023年5月28日，國產(chǎn)大飛機(jī)C919上海虹橋-成都天府商業(yè)首飛。 在初中我們就學(xué)過做功，如果一個(gè)物體受到力的作用，并且在這個(gè)力的方向上通過一段距離 ，我們就說這個(gè)力對(duì)物體做了功。 做功的兩個(gè)條件（1）作用在物體上的力（2）物體在力的方向上通過的距離 如919的發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)飛機(jī)往前運(yùn)行，距離L，我們就說發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)飛機(jī)做的功等于FL 并且我們還學(xué)習(xí)到1.當(dāng)力F和運(yùn)動(dòng)方向L同向時(shí)：力做功為FL 2.當(dāng)力F和運(yùn)動(dòng)方向L垂直時(shí)：力不做功 在初中學(xué)習(xí)功的概念時(shí)，強(qiáng)調(diào)物體運(yùn)動(dòng)方向和力的方向的一致性，但是在生活中更普遍的情形是物體運(yùn)動(dòng)的方向與力的方向不一致，例如馬拉雪橇?xí)r拉力方向和雪橇運(yùn)動(dòng)方向間有一個(gè)角度。力對(duì)物體做不做功？若做了功，又做了多少功？怎樣計(jì)算這些功呢？本節(jié)課我們來繼續(xù)學(xué)習(xí)有關(guān)功的知識(shí)，在初中的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。 首先，我們先確定研究對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行受力分析 這里我們的研究對(duì)象是雪橇，他依次受到自身的重力、馬給他的拉力，以及地面給他支持力和水平面給他的摩擦力 車的拉力和他的運(yùn)動(dòng)方向不一致，我們通過研究發(fā)現(xiàn)，他們之間的夾角為α 物體在與水平方向成角的力的作用下，沿水平方向向前行駛的距離為，如圖乙所示，請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)做功的要素，求力對(duì)物體所做的功。 在上述問題中，由于物體所受力的方向與運(yùn)動(dòng)方向成一夾角，可根據(jù)力的作用效果把沿兩個(gè)方向分解：即跟位移方向一致的分力，跟位移方向垂直的分力，如圖所示： 據(jù)做功的兩個(gè)不可缺少的因素可知：分力對(duì)物體所做的功等于。而分力的方向跟位移的方向垂直，物體在的方向上沒有發(fā)生位移，所以分力所做的功等于零。所以，力所做的功: 當(dāng)然我們?cè)谔幚磉^程中也可以這樣理解，將物體的位移分解成 跟力方向一致的分力L1，跟力方向垂直的分力L2，如圖所示 據(jù)做功的兩個(gè)不可缺少的因素可知：力F對(duì)物體l1所做的功等于Fcosal。而力在L2的方向上沒有發(fā)生位移，所以做的功等于零。所以，力所做的功:Fcosal 所以功的公式就可理解成在位移方向的分力與位移的乘積，或力與位移在力的方向的分量的乘積。 在這里我們就深刻理解功的定義了，如果一個(gè)物體受到力的作用，并且在這個(gè)力的方向上通過一段位移 ，我們就說這個(gè)力對(duì)物體做了功。 力對(duì)物體所做的功，功的大小等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦這三者的乘積。 功的公式還可理解成在位移方向的分力與位移的乘積，或力與位移在力的方向的分量的乘積。 在用功的公式計(jì)算時(shí)，各量要求統(tǒng)一采用國際單位制。在SI制中，功的單位為焦。1N的力使物體產(chǎn)生1M的位移，做功為1J。 在剛才計(jì)算中我們也得到了.功是標(biāo)量，沒有方向，但有正負(fù)。 在計(jì)算過程中需要注意的是 （1） 功是過程量，對(duì)應(yīng)一段時(shí)間或位移是力對(duì)空間的積累效果；故計(jì)算功時(shí)一定要指明是哪個(gè)力在哪個(gè)過程對(duì)物體做的功。若力撤消后物體仍運(yùn)動(dòng)，則該力做的功與撤消后物體發(fā)生的位移無關(guān) （2） 該公式只能求恒力做功，若是變力，則不能直接用此公式求解。 思考4：足球運(yùn)動(dòng)員把足球踢出去后的過程,足球運(yùn)動(dòng)了一段距離,踢出后運(yùn)動(dòng)員對(duì)足球是否做功 舉重運(yùn)動(dòng)員舉著杠鈴不動(dòng)的過程中，運(yùn)動(dòng)員對(duì)杠鈴做功嗎？ 對(duì)于做功必須是力和力作用時(shí)間內(nèi)力方向上位移的的乘積。 通過上邊的學(xué)習(xí)，我們已明確了力和位移之間的夾角，并且知道了它的取值范圍是。那么，在這個(gè)范圍之內(nèi)，可能大于0，可能等于0，還有可能小于0，從而得到功也可能大于0、等于0、小于0。請(qǐng)畫出各種情況下力做功的示意圖，并加以討論。 ①當(dāng)時(shí)，，。力和位移的方向垂直時(shí)，力不做功； ②當(dāng)時(shí)，，。這表示力對(duì)物體做正功； ③當(dāng)時(shí)，，。這表示力對(duì)物體做負(fù)功。 通過前面事例我們得到功的正負(fù)由力和位移之間的夾角決定，所以功的正負(fù)決不表示方向，①功的正負(fù)表示是動(dòng)力對(duì)物體做功還是阻力對(duì)物體做功，當(dāng)力對(duì)物體做正功時(shí)，該力就對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)起推動(dòng)作用；是動(dòng)力； 當(dāng)力對(duì)物體做負(fù)功時(shí)，該力就對(duì)物體運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。某力做多少負(fù)功，也可說成“物體克服該力做多少功” ②功的正負(fù)是借以區(qū)別誰對(duì)誰做功的標(biāo)志，。功的正、負(fù)并不表示功的方向，而且也不是數(shù)量上的正與負(fù)。如我們既不能說“正功與負(fù)功的方向相反”，也不能說“正功大于負(fù)功”，它們僅表示相反的做功效果。 所以說功是標(biāo)量，只有量值，沒有方向 下面我們一起看一下課本例題 【例題】一個(gè)質(zhì)量m＝150kg的雪橇，受到與水平方向成37°角的斜向上方的拉力F=500N，在水平地面上移動(dòng)的距離為5m，物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力f＝100N，cos 37°＝ 0.8。 求（1）各個(gè)力對(duì)物體所做的功 （2）各個(gè)力對(duì)物體做功的代數(shù)和 （3）物體所受的合力 （4）合力對(duì)物體做的功 【解析】（1）拉力在水平方向的分力為 Fx ＝ Fcos 37° WF＝ Fxl ＝Fl cos 37°＝2000J 阻力與運(yùn)動(dòng)方向相反:Wf ＝ f l cos180°＝－500J, WN＝Wmg＝0 （2）力對(duì)物體所做總的代數(shù)和， 即W ＝WF+Wf + WN+Wmg＝1500J （3）F合= Fx-f＝ 300N （4）W合＝ F合l ＝300N×5m＝1500J 從這兒我們也可以看出，當(dāng)物體在幾個(gè)力的共同作用下發(fā)生一段位移時(shí)，這幾個(gè)力對(duì)物體所做的功可以用下述方法求解： （1）求出各個(gè)力所做的功，然后求出所有功的代數(shù)和。即：則總功等于各個(gè)力所做功的代數(shù)和； （2）求出各個(gè)力的合力，然后再求出合力的功，即總功等于合力所做的功。 建筑工地上有兩臺(tái)起重機(jī)將重物吊起來，下表是他們工作情況記錄，起重機(jī)A吊200KG的重物勻速上升16M，B起重機(jī)吊400KG的重物勻速上升6M 問題1：哪臺(tái)起重機(jī)做功多？ 問題2：哪臺(tái)起重機(jī)做功快？ 對(duì)于做工多少我們橫容易得到， 那哪臺(tái)起重機(jī)做功快？我們?cè)撊绾蚊枋鲞@一做個(gè)做功的快慢呢？做功相同，時(shí)間越短，做功越快，時(shí)間相同，做的功越多，做功越快， 物理上采用的是利用單位時(shí)間內(nèi)做功的多少來度量做功的快慢 1．定義：功W與完成這些功所用時(shí)間t的比值叫做功率。 2．定義式：P=W/t 3．物理意義：表示物體做功快慢的物理量。 4．單位：國際單位：瓦特（w），常用單位：千瓦（kw）或焦耳/秒（J/s） W→功→單位：焦耳（J） ｔ→做功所用時(shí)間→單位：秒（s） 換算關(guān)系：1kw=1000w1w=1J/s 說明：用已知物理量的比值定義新的物理量，是建立物理概念常用的方法。使用該方法能夠進(jìn)一步揭示和表述被探究對(duì)象的某些物理性質(zhì)及變化規(guī)律，像我們已經(jīng)研究過的速度、加速度等物理量就是用這種方法來定義的。 5．功率是標(biāo)量，功率表示做功過程中能量轉(zhuǎn)化的快慢。 由功率的定義式我們?cè)谝牍Φ亩x式通過數(shù)學(xué)運(yùn)算之后，我們就得到功率的又一種表達(dá)方式。在這種表達(dá)方式中，始終的F表示F對(duì)物體做功的力。在日常生活中，我們常說某臺(tái)機(jī)器的功率或者是某物體做功的功率，實(shí)際上指的是某個(gè)力對(duì)物體做功的功率。并且我們?cè)诠街邪l(fā)現(xiàn)，如果力和速度同向時(shí)，那么他們夾角就為零度，此時(shí)功率表達(dá)式就可以寫成P等于FV。那么由此我們就得到功率的兩個(gè)表達(dá)式 在表達(dá)是一中，我們發(fā)現(xiàn)如果時(shí)間取一段兒的話，那么這時(shí)算下是一段時(shí)間的功率，我們把它叫做平均功率，如果時(shí)間去極短的話，這算下是某個(gè)瞬間功率，我們把這樣的功率叫做順時(shí)功率。對(duì)應(yīng)著，在這個(gè)表達(dá)式中，我們就可以得到，當(dāng)速度是平均速度時(shí)，此時(shí)表示的就是平均功率，當(dāng)速度為瞬時(shí)速度時(shí)，那么求下的就是瞬時(shí)功率 思考1：奧運(yùn)長跑運(yùn)動(dòng)員能否用100m短跑的速度來完成5000m的賽跑路程呢？為什么？ 人力直接做功能否像起重機(jī)做功那樣快？人如果做功過快，會(huì)產(chǎn)生什么后果呢？ 人做功過快，會(huì)引起疲勞、甚至受傷、生病等，汽車超負(fù)荷工作會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或燒毀。 那這里我們就有這幾種功率 1.額定功率：是指機(jī)器正常工作時(shí)的最大輸出功率，也就是機(jī)器銘牌上的標(biāo)稱值。 2.實(shí)際功率：是指機(jī)器在工作中實(shí)際輸出的功率 注意：機(jī)器不一定在額定功率下工作，機(jī)器正常工作時(shí)實(shí)際功率總是小于或等于額定功率，機(jī)器只能在短暫時(shí)間內(nèi)實(shí)際功率略大于額定功率，但不允許長時(shí)間超過額定功率。 在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中，我們學(xué)習(xí)了功以及功率，并明確他們的公式單位、物理意義，會(huì)區(qū)分幾種常見的功率 2023年5月28日，國產(chǎn)大飛機(jī)C919上海虹橋-成都天府商業(yè)首飛。 徹底打破西方國家長達(dá)半個(gè)世紀(jì)的壟斷。C919只是我們?cè)诿窈斤w機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)開始，相信未來我們會(huì)有更多的大飛機(jī)，翱翔在藍(lán)天

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