云南省峨山彝族自治縣高中物理第七章機械能守恒定律教案(打包20套)新人教版必修2.zip
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3功 率三維目標知識與技能1理解功率的定義及額定功率與實際功率的定義;2PW/t,PFv的運用。過程與方法1PW/t通常指平均功率,t0時為瞬時功率;2用PFv分析汽車的啟動,注意知識的遷移。情感、態(tài)度與價值觀感知功率在生活中的實際應用,提高學習物理科學的價值觀。教學重點理解功率的概念,并靈活應用功率的計算公式計算平均功率和瞬時功率。教學難點正確區(qū)分平均功率和瞬時功率所表示的物理意義,并能夠利用相關公式計算平均功率和瞬時功率。教學方法教師啟發(fā)、引導,學生自主閱讀、思考,討論、交流學習成果。教學工具投影儀、投影片、錄相資料、CAI課件。新課導入一臺起重機在1min內(nèi)把lt重的貨物勻速提到預定的高度;另一臺起重機在30s內(nèi)把1t貨物勻速提到相同的高度。這兩臺起重機做的功是不是一樣呢?兩臺起重機對物體做功的大小相同,那么這兩臺起重機做功有沒有區(qū)別呢?區(qū)別是什么?不同的物體做相同的功,所用的時間可能不同,或在相同的時間內(nèi),做的功可能不同。也就是說做功存在著快慢之分,那么,怎樣描述做功的快慢呢?這就是本節(jié)課要學習的問題。新課教學一、功率一臺起重機能在1min內(nèi)把1t的貨物提到預定的高度,另一臺起重機只用30s就可以做相同的功。第二臺起重機比第一臺做功快一倍。初中同學們已學習過功率的有關知識,都知道功率是用來描述力做功快慢的物理量。讓我們一起討論一個問題:力F1對甲物體做功為W1,所用時間為t1;力F2對乙物體做功為W2,所用時間為t2,在下列條件下,哪個力做功快?AW1W2,t1t2 BW1W2,t1t2CW1W2,t1t2 DW1W2,t1t2上述條件下,哪個力做功快的問題學生都能作出判斷,其實都是根據(jù)W/t這一比值進行分析判斷的。讓學生把這個意思說出來,然后總結(jié)。做功快慢的比較有兩種方式:一是比較完成相同的功所用的時間;另一是比較在相同的時間內(nèi)完成的功。1物理意義功率是描述力對物體做功快慢的物理量。在物理學中,為了表示物體做功的快慢,引入了功率這個物理量。功率是表示物體做功快慢的物理量,所以我們可以用功跟完成這些功所用時間的比值來表示。2定義“從開始計時到時刻t”這段時間間隔為t0,就等于t。在物理學中,做功的快慢用功率表示。如果從開始計時到時刻t這段時間間隔內(nèi),一個力所做的功為W,則功W跟完成這些功所用時間t的比值叫做功率(power)。3公式如果用W表示功,t表示完成這些功所用的時間,P表示功率,則有P(量度式)(1)上式是功率的定義式,也是功率的量度式,P與W、t間無比例關系,做功的快慢由做功的物體本身決定。根據(jù)這一公式求出的是平均功率,同時這個公式變形后給我們提供了一種求功的方法:WPt。4單位由功率的定義式可知,功率的單位由功和時間的單位決定。功率的單位是:焦耳/秒,又是一個具有專門名稱的導出單位,給它一個專用的名稱:瓦特。在國際單位制中,功率的單位是瓦特(watt),簡稱瓦,符號是W。1W1J/s1kgm2/s3常用單位:千瓦(kW),1kW1000W。5功率是標量功有正、負,但在計算功率時,功只取絕對值。二、額定功率和實際功率電動機、內(nèi)燃機等動力機械都標有額定功率,這是在正常條件下可以長時間工作的功率。實際輸出功率往往小于這個數(shù)值。例如,某汽車內(nèi)燃機的額定功率是97 kW,但在平直公路上中速行駛時,發(fā)動機實際輸出的功率只有20 kW左右。在特殊情況下,例如越過障礙時,司機通過增大供油量可以使實際輸出的功率大于額定功率,但這對發(fā)動機有害,只能工作很短時間,而且要盡量避免。1額定功率指機器正常工作時的最大輸出功率,也就是機器銘牌上的標稱值。2實際功率指機器工作中實際輸出的功率。機器不一定都在額定功率下工作。實際功率總是小于或等于額定功率。實際功率如果大于額定功率容易將機器損壞。機車起動過程中,發(fā)動機的功率指牽引力的功率而不是合外力或阻力的功率。三、功率與速度力、位移、時間都與功率相聯(lián)系。這種聯(lián)系在技術上具有重要意義。1功率的另一表達式如果物體沿位移方向受的力是F,從計時開始到時刻t這段時間內(nèi),發(fā)生的位移是l,則力在這段時間所做的功WFlcos,根據(jù)(1)式v,有PFvcosF(vcos)(Fcos)v(2)在作用力方向和位移方向相同的情況下,有PFv,即力F的功率等于力F和物體運動速度v的乘積。當F與v不在一條直線上時,則用它們在一條直線上的分量相乘。2平均功率和瞬時功率【說一說】各種機器實際輸出的功率常隨時間變化,因此有平均功率與瞬時功率之分。(1)式中,t等于從計時開始到時刻t的時間間隔,W是力在這段時間內(nèi)做的功,所以(1)式中的P實際上是這段時間的平均功率。如果我們要表示瞬時功率與功、時間的關系,(1)式應該怎樣改寫?P表示t時間內(nèi)的平均功率,當t0時為瞬時功率。平均功率:描述力在一段時間內(nèi)做功的快慢。由于據(jù)P求出的功率反映的是做功的平均快慢程度,所以,據(jù)P求出的是平均功率;公式PFvcos中若v表示在時間t內(nèi)的平均速度,P表示力F在這段時間t內(nèi)的平均功率。瞬時功率:瞬時功率是表示力在某個瞬時做功快慢的物理量。如果時間t取得足夠小,公式PFvcos中的v表示某一時刻的瞬時速度時,P表示該時刻的瞬時功率。3對公式PFv的討論【做一做】在PFv中,速度v是物體的平均速度,所以這里的功率P是指從計時開始到時刻t的平均功率。實際上,這個關系式也反映了瞬時速度與瞬時功率的關系。你可以試著推導這個結(jié)論。要注意下面兩點。(1)如果t時間內(nèi)做的功是W,那么當t很短時,表示的就是瞬時功率。(2)如果力的大小是F,在上述t時間內(nèi),在力的方向上發(fā)生的位移是l,那么,力F做的功是WFl。從PFv可以看出,汽車、火車等交通工具和各種起重機械,當發(fā)動機的功率P一定時,牽引力F與速度v成反比,要增大牽引力,就要減小速度。汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)動通過變速箱中的齒輪傳遞到車輪上,轉(zhuǎn)速比可以通過變速桿來改變。發(fā)動機輸出的功率不能無限制地增大,所以汽車上坡時,司機要用“換擋”的辦法減小速度,來得到較大的牽引力。在平直公路上,汽車受到的阻力較小,這時就可以使用高速擋,在發(fā)動機功率相同的情況下可以使汽車獲得較高的速度。然而,在發(fā)動機功率一定時,通過減小速度提高牽引力或通過減小牽引力而提高速度,效果都是有限的。所以,要提高速度和增大牽引力,必須提高發(fā)動機的額定功率,這就是高速火車、汽車和大型艦船需要大功率發(fā)動機的原因。當功率P一定時,F(xiàn)與v成反比,即做功的力越大,其速度就越小。當交通工具的功率一定時,要增大牽引力,就要減小速度。所以汽車上坡時,司機用換檔的辦法減小速度來得到較大的牽引力。當速度v一定時,P與F成正比,即做功的力越大,它的功率就越大。汽車從平路到上坡時,若要保持速率不變,必須加大油門,增大發(fā)動機功率來得到較大的牽引力。當力F一定時,功率P與速度v成正比,即速度越大,功率越大。起重機吊起同一物體時以不同的速度勻速上升,輸出的功率不等,速度越大,起重機輸出的功率越大。四、交通工具的兩種起動過程FF1FNG汽車、輪船等交通工具在起動過程中,有兩種典型的起動過程。(用CAI課件模擬汽車的兩種起動過程)1以恒定功率起動汽車在水平方向受到兩個力的作用:牽引力F和摩擦力F1,汽車起動后先做變加速運動,最后做勻速直線運動,變化情況如下:P恒定v較小時,F(xiàn)F1vF(PFv) a(FF1)/ma0時vmaxa的變加速直線運動 勻速直線運動汽車以恒定功率起動時的速度圖象如下圖:vvmOt【問題討論】若阻力與速度有關,比如F1kv,或F1kv2等,上面討論的問題有何變化?交通工具達到最大速度的條件:a0與FF1哪種表述更具有一般性?汽車在水平路面與傾斜路面上達到最大速度的條件是否相同?汽車的最大速度為vmax,當汽車的瞬時速度為v,vvmax時的加速度為多少?a2以恒定加速度起動以恒定加速度起動后的汽車先做一段勻變速運動,當汽車的功率達到額定功率以后,加速度減小,汽車將做變加速運動,速度繼續(xù)增大,速度達到最大值后將做勻速直線運動,變化情況如下:a恒定F恒定vPPP額(maF1)vmax Faa0時vmax勻加速直線運動 變加速直線運動 勻速直線運動以恒定加速度起動的速度圖象如下圖:vvmOtvmt0【問題討論】汽車的額定功率為P額,以加速度a起動能達到的最大速度vmax ?P額(maF1)vmax vmaxP額/(maF1)汽車的額定功率為P額,以加速度a起動能持續(xù)的最長時間t0?vmaxat0t0vmax/aP額/a(maF1)【例題1】質(zhì)量m3 kg的物體,在水平力F6的作用下,在光滑水平面上從靜止開始運動,運動時間t3 s,求:力F在t3 s內(nèi)對物體所做的功。 力F在t3 s內(nèi)對物體所做功的平均功率。在3 s末力F對物體做功的瞬時功率。解析:物體在水平力F的作用下,在光滑水平面上做初速度為零的勻加速直線運動,根據(jù)牛頓第二定律,可求出加速度aF/m2m/s2物體在3 s末的速度vat6/s物體在3s內(nèi)的位移lat2/29m力F做的功WFl54J;力F在3s內(nèi)的平均功率P18W;3s末力F的瞬時功率PFv36 W。小結(jié)通過本節(jié)課的學習,我們知道功率是表示物體做功快慢的物理量,得到了功率的兩個計算公式,定義式P和瞬時功率的公式PFv。公式P中的t趨近于零時,P即為瞬時功率。不過此公式主要用來計算平均功率。公式PFv中,當v為瞬時速度時,P即為瞬時功率;當v用平均速度時,也可以計算平均功率。當然要注意v所對應的時間段。要會用PFv分析汽車的兩種起動過程,要能夠計算相關的問題。布置作業(yè)教材第63頁“問題與練習”。- 7 -
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