“功率”教學(xué)設(shè)計(jì)

【教學(xué)目標(biāo)】

1．理解功率的概念。

2．知道功率的定義和定義式，能夠用公式解答有關(guān)的問題。

3．知道公式的物理意義，能夠用公式解答有關(guān)的問題。

4．區(qū)別性理解額定功率、實(shí)際功率和最大功率；

【重點(diǎn)、難點(diǎn)分析】

1．功率的概念、功率的物理意義是本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，如果學(xué)生能懂得做功快慢表示的是能量轉(zhuǎn)化的快慢，自然能感悟出功率實(shí)際上是描述能量轉(zhuǎn)化快慢的物理量。

2．瞬時(shí)功率的概念學(xué)生較難理解，這是難點(diǎn)。學(xué)生往往認(rèn)為，在某瞬時(shí)物體沒有位移就沒有做功問題，更談不上功率了。如果學(xué)生沒有認(rèn)識(shí)到功率是描述能量轉(zhuǎn)化快慢的物理量，這個(gè)難點(diǎn)就不易突破，因此，在前面講清楚功率的物理意義很有必要，它是理解瞬時(shí)功率概念和物理意義的基礎(chǔ)。

【主要教學(xué)過程】

一、引入課題

首先以提問方式復(fù)習(xí)上一節(jié)所學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，重點(diǎn)是功的概念和功的物理意義。

然后提出力對(duì)物體做功的實(shí)際問題中，有做功快慢之分，物理學(xué)中又是如何來描述的？這節(jié)課我們就來研究這個(gè)問題。

二、教學(xué)過程設(shè)計(jì)

1．功率

初中同學(xué)們學(xué)習(xí)過功率的有關(guān)知識(shí)，都知道功率是用來描述力做功快慢的物理量。我們一起討論一些問題。力F₁對(duì)甲物體做功為W₁，所用時(shí)間為t₁，力F₂對(duì)乙物體做功為W₂，所用時(shí)間為t₂，在下列條件下，哪個(gè)力做功快？

A．

B．

C．

D．

上述條件下，哪個(gè)力做功快的問題學(xué)生都能作出判斷，其實(shí)都是根據(jù)W／t這一比值進(jìn)行分析判斷的。讓學(xué)生把這個(gè)意思說出來，然后總結(jié)并板書如下：

功和完成這些功所用的時(shí)間之比，叫做功率。如果用表示功，表示完成這些功所用的時(shí)間，表示功率，那么。

明確告訴學(xué)生上式即為功率的定義式，然后說明的單位，用、用作單位，的單位為，稱為瓦特，符號(hào)為。最后分析并說明功率是標(biāo)量。

接下來著重說明，功率的大小與單位時(shí)間內(nèi)力所做的功為等值。

至此，再將功的定義式與速度的定義式作類比，使學(xué)生理解，雖然研究的是不同性質(zhì)的問題，但是研究方法是相同的（同時(shí)也為后面講瞬時(shí)功率做了些準(zhǔn)備）。然后提出問題，與學(xué)生一起討論功率的物理意義。

上一節(jié)我們講了功的概念、功的公式之后，經(jīng)過分析和討論，對(duì)功的物理意義已有所了解。誰能復(fù)述一下？

在學(xué)生說出做功過程是能量轉(zhuǎn)化過程之后，立即啟發(fā)：那么做功快慢恰能表明能量轉(zhuǎn)化的快慢嗎？因此，應(yīng)該將功率理解為是描述做功過程中能量轉(zhuǎn)化快慢的物理量，并將這一認(rèn)識(shí)進(jìn)行板書。

2．平均功率與瞬時(shí)功率

舉例：一個(gè)質(zhì)量是的物體，從地面上方高處開始做自由落體運(yùn)動(dòng)，第時(shí)間內(nèi)下落的位移是多少？（與學(xué)生一塊算出是，）這內(nèi)重力對(duì)物體做多少功？（與學(xué)生一起算出）第時(shí)間內(nèi)物體下落的位移是多少？（）這內(nèi)重力對(duì)物體做多少功？（）前和后重力對(duì)物體做功的功率各是多大？（）這時(shí)間內(nèi)重力對(duì)物體做功的功率是多大？（）

指出即使是同一個(gè)力對(duì)物體做功，在不同時(shí)間內(nèi)做功的功率也可能是有變化的。因而，用求得的功率只能反映t時(shí)間內(nèi)做功的快慢，只具有平均的意義。板書如下：

（1） 平均功率

為平均功率的定義式。

（2）瞬時(shí)功率

為了比較細(xì)致地表示出每時(shí)每刻的做功快慢，引入了瞬時(shí)功率的概念，即瞬時(shí)功率是表示某個(gè)瞬時(shí)做功快慢的物理量。

提出瞬時(shí)功率如何計(jì)算的問題后，作如下推導(dǎo)：

一段較短時(shí)間內(nèi)的平均功率可以寫成如下公式（），

而，故有

仍為平均功率。

上式中，當(dāng)時(shí)，即為瞬時(shí)速度，因而有下式：

此為瞬時(shí)功率計(jì)算公式

討論：

①如果作用于物體上的力為恒力，且物體以速度勻速運(yùn)動(dòng)，則力對(duì)物體做功的功率保持不變。此情況下，任意一段時(shí)間內(nèi)的平均功率與任一瞬時(shí)的瞬時(shí)功率都是相同的。

②很多動(dòng)力機(jī)器通常有一個(gè)額定功率，且通常使其在額定功率狀態(tài)工作（如汽車），根據(jù)可知：

當(dāng)路面阻力較小時(shí)，牽引力也小，可以大，即汽車可以跑得快些；

當(dāng)路面阻力較大，或爬坡時(shí)，需要比較大的牽引力，必須小。這就是爬坡時(shí)汽車換低速擋的道理。

③如果動(dòng)力機(jī)器原來在遠(yuǎn)小于額定功率的條件下工作，例如汽車剛剛起動(dòng)后的一段時(shí)間內(nèi)，速度逐漸增大過程中，牽引力仍可增大，即F和v可以同時(shí)增大，但是這一情況應(yīng)以二者乘積等于額定功率為限度，即當(dāng)以后，這種情況不可能實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用公式計(jì)算的物體做自由落體運(yùn)動(dòng)中下落末和末的瞬時(shí)功率。

由按公式求得；由按公式求得。

根據(jù)上述結(jié)果啟發(fā)學(xué)生思考瞬時(shí)功率的物理意義。最后指出，此題中是重力對(duì)物體做功，使重力勢(shì)能逐漸向動(dòng)能轉(zhuǎn)化。隨著時(shí)間的延續(xù)，重力勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化加快。

3．例題講解

例1 如圖1所示，位于水平面上的物體的質(zhì)量，在的水平拉力作用下從靜止開始向右運(yùn)動(dòng)，位移為時(shí)撤去拉力 。求：在下述兩種條件下，力對(duì)物體做功的平均功率各是多大？（取）

（1）設(shè)水平面光滑；

（2）設(shè)物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)。

解答過程可分為三個(gè)階段：①讓學(xué)生計(jì)算力在位移中所做的功，強(qiáng)調(diào)功只由和這兩個(gè)要素決定，與其它因素?zé)o關(guān)，因而兩種情況下力F做的功相同，均為。②由同學(xué)計(jì)算這兩次做功所用的時(shí)間。用牛頓第二定律求出；用分別求出。

③用功率的定義式即平均功率的計(jì)算公式求得。

如果有的同學(xué)用公式分別求出每次的末速度，再用公式求出每次的平均速度和，最后用和求得最后結(jié)果也可以，并指出這是解決問題的另一思路。

例2 如圖2所示，位于水平面上的物體，在斜向上的恒定拉力作用下，正以的速度向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)。已知F的大小為，方向與速度的夾角為，求：

（1）拉力F對(duì)物體做功的功率是多大？

（2）物體向右運(yùn)動(dòng)的過程中，拉力F對(duì)它做多少功？（）

通過此例題的解答，讓學(xué)生掌握功率的計(jì)算公式，并提醒學(xué)生，不要認(rèn)為F與總是在同一直線上；并且知道，在功率已知的條件下，可以用計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)力所做的功。第（1）問的結(jié)果為；第（2）問的結(jié)果為。

例3 課本第一冊(cè)（選修）113上的例題，先讓學(xué)生自己看。讓學(xué)生注意船速增大的物理過程分析，然后結(jié)合圖3再做講解。指明船在額定功率條件下行駛，牽引力F與速度的乘積為一定值，在圖中為雙曲線，設(shè)阻力正比，則這兩條線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值即為最大速度。

三、課堂小結(jié)

1．我們講了功率概念之后，得到了兩個(gè)公式，定義式和瞬時(shí)功率的公式。

2．公中的趨近于零時(shí)，即為瞬時(shí)功率。不過此公式主要用來計(jì)算平均功率。公式中，當(dāng)為瞬時(shí)速度時(shí)，即為瞬時(shí)功率

四、說明

1．將功率理解為表示能量轉(zhuǎn)化快慢的物理量具有普遍意義。如一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定功率是，表明它每秒鐘可以將的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，不管它是否工作。因而機(jī)器的功率實(shí)際上可以表示它進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的能力大小。

2．力可以做負(fù)功，自然也有負(fù)功率。學(xué)生不問到時(shí)可以不講。課本上也沒講。重要的不是功率的正負(fù)問題，而是要結(jié)合實(shí)際問題說清楚能量轉(zhuǎn)化的方向和快慢。例如，一物體沿粗糙水平面向前滑動(dòng)，根據(jù)可知其機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的快慢與速度成正比，這就表達(dá)清楚了，沒有強(qiáng)調(diào)負(fù)功率的必要。