高中物理必修1教案-《功率》

高中物理必修1教案-《功率》一、教学内容分析1．内容与地位《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。本节课的教学应立足于培养学生的思维能力，通过学习物理研究方法，使学生学会思考问题。在建立“功率”概念中，让学生体会用比值方法来建立一个新物理概念。机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。2．教学目标：（1）通过实例体验功率概念的形成过程及功率的实际意义，理解功率概念。（2）从功率概念的定义，体会用比值方法建立物理概念的方法。（3）理解功率与力和速度的关系。会利用功率的两个公式来解释现象和进行计算。（4）了解平均功率、瞬时功率、额定功率、实际功率区别和联系。（5）具有敢于发表自己观点，坚持原则，善于合作的良好习惯。3．重点难点：教学重点是理解功率的概念；难点是理解功率与力、速度的关系，瞬时功率和平均功率的计算。二、案例设计（一）新课引入问题：人们在生产、生活和工作中使用了大量的机械来做功，这与人力直接做功或畜力做功，在完成功的快慢方面有何不同？请举例说明。（引发学生思考，让学生从身边生活寻找做功事例，并思考机械与人或畜力做功的差异。）功是能量转化的量度，人们十分关注做功的多少。然而不同的机械或人，其做功的快慢是不同的。（分析一些生产事例、工作场面，或展示一些做功快慢不同的图片。有条件的情况下还可通过多媒体手段更生动地展示这些画面和情景，使学生对做功快慢的情形有更为形象和具体的认识，从而为建立正确的“功率”概念打下良好基础。）参考事例：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。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。说明：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。如挖掘机做功比人快；大卡车比拖拉机做功快；拖拉机耕地比牛耕地要快；起重吊车比搬运工人做功快；抽水机比辘轳提水快，等等。研究做功的快慢有着重要的实际意义。通过一个实际问题，具体数据，让学生感性地认识做功的快慢。如在某高楼建筑中需要搬运一批砖头到一高层上，在搬运砖头过程中，起重机和搬运工人的生产记录情况如下表所示：师：不同的机器或物体做功有快有慢，如何来衡量做功的快慢呢？请同学们思考并提出解决方案。（引导学生思考：如何比较物体做功快慢？讨论中注意培养学生的发散思维能力和批判思维能力。）预测学生可能有以下回答：①选择相同时间，比较做功多少，做功多的，做功就快；②选择做相同的功，比较做功的时间长短，时间长的，做功就慢。③类比“速度”的定义方法，用做功和完成这些功所花的时间的比值来定义“功率”。说明：对学生提出的各种方案可能有问题或不完整，教师应鼓励学生在交流中补充完善自己的认识。教学中注意引导学生类比如“速度”、“加速度”概念的定义方法，体会比值法定义功率概念。（二）新课教学1．功率（1）定义式：物理学上用物体所做的功W与完成这些功所用时间t的比值，作为在该时间内物体平均做功快慢的量度。即Ｐ=W/t（2）物理意义：表示物体做功快慢的物理量.（3Ｐ：功率，单位：瓦（W），常用单位还有千瓦（ｋW）W：力所做的功，单位：焦耳（J）ｔ：做功所用时间，单位：秒(s)单位换算：１kW=1000WW=１J/s（4）功率是标量，功率表示做功过程中能量转化的快慢。（5）讨论与交流：小实验：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。请同学仔细分析一下，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？哪些力不做功？如果斜面的倾角增大，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。（6）认识一些常见机械做功功率①汽车发动机：5×104W～15×104W②摩托车约2×103W③喷气客机约2×108W④火箭的发动机约1×1013W⑤人的平均功率约1×102W，优秀运动员短时间内的功率可达1000W⑥人心脏跳动的功率1.5W左右⑦万吨巨轮106W以上⑧蓝鲸游动的功率可达350kW等等。2．功率与力、速度的关系思考与讨论：一部汽车载重时和空车时，在公路上以相同的速度行驶，试讨论这两种情况下汽车的输出功率是否相同？为什么？预测学生会回答：①载重汽车与地摩擦力较大，牵引力也大，由于行驶速度一样，故相同时间内，载重车的牵引力做功较多，所以载重汽车的输出功率较大。②载重汽车行驶得比空车慢，因此功率较小。③载重汽车比空车费力，因此载重车的输出功率较空车时要大些。说明：上述分析讨论的目的是启发学生思考功率与力和速度有何关系。学生分析可能会出现片面和不完整回答，教师要参加到学生的讨论分析中，帮助、启发和引导学生形成正确的认识。(正确的回答应是①)。教师根据课堂需要还可以提出一些问题让学生进一步讨论，如汽车在上坡和下坡时功率、速度和牵引力会怎样变化？接着，教师引导学生思考，如何计算牵引力的功率。（让学生根据所学知识和功率定义式进行推演，培养良好的科学思维能力和思维习惯）提出问题：某汽车在平直公路上做匀速直线运动，已知其在牵引力大小为F，运行速度为V，试求此时汽车牵引力F的功率为多少？注意引发学生思考解决问题的思路，应用功和功率的定义式进行分析和推导。课堂分析结果：Ｐ＝F·ｖ即力F的功率等于力F和物体运动速度ｖ的乘积.。注意：这里的F是速度V方向上的作用力。分析讨论：由V=S/t求出的是物体在时间ｔ内的平均速度，代入公式Ｐ＝Fｖ求出的功率是F在时间ｔ内的平均功率；如果ｔ取得足够小，则V表示瞬时速度，此时由Ｐ＝Fｖ求得的功率就是F在该时刻的瞬时功率。即当V为平均速度时，求得的功率就是平均功率，V为瞬时速度时，求得的功率就是瞬时功率。（1）总结：①平均功率Ｐ＝Fｖ(ｖ是平均速度)②瞬时功率Ｐ＝Fｖ(ｖ是瞬时速度)③如果物体做匀速直线运动，由于瞬时速度与平均速度相等，故此时平均功率等于瞬时功率。交流讨论问题：由求出的是瞬时功率还是平均功率?学生小组讨论后得出：由公式求出的功率，反映了该力在t时间内做功的平均快慢，故由公式（2）额定功率与实际功率的认识问：人力直接做功能否像汽车做功那样快呢？汽车做功能否像飞机做功那样快呢？人如果做功过快，会产生什么后果呢？汽车超负荷运转会产生什么后果呢？（人做功过快，会引起疲劳、甚至受伤、生病等，汽车超负荷工作会造成发动机熄火或烧毁。）问：奥运长跑运动员能否用100米短跑的速度来完成5000米的赛跑路程呢？为什么？提示：奥运比赛是一种挑战运动局限的比赛，人与机器一样，不能长时间超负荷运动，短跑运动员在100米赛跑中，时间不过是十几秒，能以最大的速度跑完全程，此时运动员的输出功率是正常时的数十倍。在5000米的长跑运动中，运动员不可能长时间超负荷运动，因此长跑运动员不可能一直保持百米赛跑那样的速度。说明：此问目的在于学生通过思考自己身边所熟悉的问题，认识额定功率和实际功率的概念以及概念的意义。①额定功率：指动力机械在长时间正常工作时最大输出功率。也是机械发动机铭牌上的标称值，额定功率是动力机械重要的性能指标，一个动力机械的额定功率是一定的。②实际功率：机械在运行过程中的功率是实际功率，实际功率可以小于额定功率，可以等于其额定功率（称满负荷运行），但不能大于额定功率，否则会损坏机械。③很多机械的铭牌上都标有这台机器的额定功率，请同学将家里的电器设备上的额定功率都记录下来，并计算家里的每部机器每天要做多少功？要消耗多少电能？哪一部机器最耗电？请与同桌同学进行交流。（3）汽车发动机的功率一定时，牵引力与速度的关系当汽车输出功率一定时，根据公式P=FV可知，物体的运动速度V与牵引力F成反比，如果汽车需要较大的牵引力，就必须减小运动速度。思考：汽车以额定功率在平直公路行驶时，若前方遇到了一段较徒的上坡路段，汽车司机要做好什么调整，才能确保汽车驶到坡顶？为什么？学生可能回答：①加大油门，汽车可顺利到达坡顶。②汽车要换档，才能顺利驶到坡顶。师生共同分析：①根据P=FV知，汽车以额定功率行驶，因遇上坡路段，汽车所需的牵引力增大了，若要保持行驶速度不变，这是不可能的；加大油门，只会增加发动机的输出功率（超过额定功率），发动机将因超负荷而过热损坏。②这是一种正确的操作方式，当司机将发动机的速度档位调低后，速度减少了，牵引力加大了，只要牵引力足够，汽车便可顺利上坡。思考：汽车等交通工具，如何才能获得更大的行驶速度？3．学生进行测功率活动。（建议课后安排）问题：如何才能知道在某种运动中自己做功的功率呢？请同学设计一个测量方案，并进行实际测量。说明：应激励积极思考、设计可行方案，动脑动手，体验科学实验方法和感受实验成果的喜悦。实验方案举例：（让学生结合自己的情况来进行设计实验）方案1：学生快速跑上楼，来测量做功的最大功率。方案2：估算学生自己平时上楼或爬山过程的功率。方案3：设计沿某一竹杆或树杆上爬一定的高度，来测量做功功率。方案4：利用跳绳运动，来测量做功功率。方案5：测算自己举起杠铃时的最大功率（需要同学的帮忙）说明：①有关实验方案、原理、器材、数据的测定及同学协作等，都应放手让学生自行讨论、分工，这样才能培养学生的实验能力，给学生以合作交流的机会。②方案选定后，要注意引导学生如何求功和功率，需要选择哪些实验器材，测量哪些物理量？测量是否存在误差问题，如何才能较准确地测量。③根据学生设计的方案，组织学生进行实验。最后实验结果，让学生通过实物展台进行交流汇报，师生共同观看，最后还可以进行评选活动。④活动目的是：培养学生应用物理知识解决实际问题能力，并通过亲身的实验，达到内化知识，提升能力。同时也在实验过程中培养学生严谨的科学态度。三、案例评析本案例的教学设计体现了物理知识源于生活，又应用于生活。“功率”与生活、生产联系密切，在引入功率、额定功率、实际功率等概念时，都注意通过生产、生活的具体实例引入，使原本枯燥无味的概念教学变得生动和有趣，学生易于认识和理解“功率”概念，有利于激发学生的学习热情。在知识形成过程中，注重引导学生学习科学思维方法，体会比值法在定义“功率”概念的作用，提高学生的应用科学思维方法解决问题的能力。通过设计测定人在某种运动中做功功率实验，来达到内化和强化物理概念和物理规律的理解，实现知识由理论向实践的转化，加强物理与生活、生产和科技的联系。在“功率”的整个教学过程中，始终关注“生活与物理，物理与社会”的关系，培养学生关注物理学的技术应用，形成将物理知识应用于生活和生产实践的意识，较好地体现了在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观上对学生进行教育的课程理念。四、相关链接1．瓦特其人其事生平简介瓦特(JamesWatt,1736～1819年)苏格兰发明家。1736年1月19日生于苏格兰格林诺克。童年时代的瓦特曾在文法学校念过书，然而没有受过系统教育。瓦特在父亲做工的工厂里学到许多机械制造知识，以后他到伦敦的一家钟表店当学徒。176