教学设计3：7.3 功率

《功率》教学设计
教学目标
1．进一步理解功率、瞬时功率的概念，搞清功率与速度和加速度的关系．
2．了解汽车运动的三种形式：(1)恒定功率加速过程；(2)恒定加速度加速过程；(3)匀速运动过程．
3．通过实例分析，提高学生观察生活、分析问题和解决问题的综合能力，增强学生团体协作精神
教学重点、难点
1．区分恒定功率启动与恒定加速度启动的不同点，掌握抓住不变量是解决汽车启动问题的方法．
2．理解启动过程中汽车所能达到的最大速度和以一定的加速度启动所能达到的最大速度的含义．
教学过程设计
(一)理论探索
1．汽车在水平路面上以恒定功率(P额)启动：设P＝12 W f＝2 N m＝2 kg
既然是小车启动，汽车速度应从零开始增大，在下表中再设定几个汽车的速度数值，让学生按照题意填写各个速度数值所对应的功率、力、加速度数值大小.
由公式P＝Fv、
此时学生思维活跃，各抒己见，最后学生通过自己的探讨得出如下几点规律：
(1)汽车以恒定功率(P额)启动，牵引力功率始终保持不变．
(2)汽车速度不断增大时牵引力不断减小．
(3)汽车速度不断增大时加速度不断减小．
(4)当牵引力减小到跟摩擦力相等时加速度为零，即汽车不再加速，此时速度达到最大
值．
(5)P额＝Fv＝fv max，v max＝P额/f，即汽车速度最大值由汽车的恒定功率和水平路面摩擦力共同决定．
(6)汽车先做加速度变小的变加速运动，后做匀速直线运动．
接着请学生根据刚才小结出的几点规律定性地作出速度—时间图象
理论推导：汽车以恒定功率(P额)启动：P额恒定，v，P额＝Fv，F↘
由F－f＝ma得a，但a＞0(F＞f)，v，F……
当F＝f时，a＝0，v＝v max，则P额＝Fv＝fv max v max＝P额/f
汽车先做加速度变小的变加速运动，后做匀速直线运动．
2．汽车在水平路面上以恒定加速度启动：
设定P额＝12 W f＝2 N m＝2 kg a＝2 m/s2
再设定几个汽车的速度数值，让学生按照题意填写各个速度数值所对应的功率、力、加速度数值大小.
v/(m·s－1)F/N P/W a/(m·s－2)
1
1.5
2
3
6
由公式F－f＝但学生填写的表格可能有分歧，见表1和表2.
v/(m·s－1)F/N P/W a/(m·s－2)
1662
1.5692
26122
36182
66362
此时可提醒学生注意额定功率，绝大多数学生都能理解表2才是正确的，符合实际情况的．接着请学生自己根据表2中数据的分析，小结表2中数据所蕴涵的物理意义．经过几番争论，最后学生通过自己的探讨得出如下几点规律：
(1)汽车以恒定加速度启动，牵引力保持不变，汽车速度不断增大，牵引力功率随之增大．
(2)当汽车牵引力功率达到额定功率(P额)时，汽车速度达到恒定加速度阶段的最大速度，但不是汽车整个加速过程的最大速度．
(3)汽车牵引力功率将保持额定功率不变，进入额定功率加速阶段：
①当汽车加速过程中牵引力功率达到额定功率(P额)时，牵引力功率不再增大，将保持额定功率不变继续加速．
②汽车速度不断增大时牵引力不断减小．
③汽车速度不断增大时加速度不断减小．
④当牵引力减小到跟摩擦阻力相等时加速度为零，即汽车不再加速，此时速度达到整个加速过程的最大值．
(4)汽车先做匀加速运动，后做加速度变小的变加速运动，最后做匀速直线运动．
接着请学生根据刚才小结出的几点规律定性地作出速度—时间图象．
理论推导：汽车以恒定加速度启动时，a、f恒定推出F恒定．由P＝Fv得P增大
当P＝P额时，v1＝P额/F；此时v1是匀加速阶段最大值．此后，P恒定(P＝P额)，v增大，由P＝Fv得F减小，从而a减小．当a＝0时，v＝v max.
汽车整个加速阶段先做匀加速运动，后做加速度变小的变加速运动，最后做匀速直线运动．
(二)练习巩固
1．一辆汽车始终以额定功率行驶，下列说法正确的是()．
A．汽车的速度越大，所需的牵引力越大B．汽车的速度与牵引力无关
C．因为功率不变，所以速度和牵引力都不变D．速度最大时，牵引力一定最小2．一艘轮船从港口出发，以恒定功率航行，若所遇到的阻力始终不变，则对轮船的运动过程，下列判断正确的是()．
A．始终做匀加速运动B．先做匀加速运动，后做匀速运动
C．先做匀速运动，后做匀减速运动D．当牵引力等于阻力时，航速最大
3．设汽车在启动初始阶段为匀加速直线运动，并且所受阻力恒定不变，则在启动阶段()．
A．汽车的速度增大，发动机功率不变B．汽车发动机牵引力增大，功率增大C．汽车发动机牵引力不变，功率增大D．汽车发动机牵引力不变，功率不变4．M＝2 t的汽车发动机的额定功率为30 kW，在水平路面上行驶时，阻力为车重的0.1倍．求：
(1)汽车以额定功率启动后能达到的最大速度为多少？
(2)当汽车速度为10 m/s时，加速度为多大？
5．上题中，若汽车从静止开始以0.5 m/s2匀加速运动，则
(1)启动后2 s末发动机功率为多大？
(2)此匀加速运动最多能维持多长时间？此后汽车的运动情况如何？
参考答案：1.D 2.D 3.C 4.(1)15 m/s(2)0.5 m/s2 5.(1)3 kW(2)20 s此后汽车做功率恒定，加速度减小的加速运动，直至加速度为0，速度达到最大．
教后反思
在高一物理必修2第七章第三节功率关于汽车(火车)的功率、速度、加速度等等参数之间的关系，是一类常见、常考的问题，这类问题涉及的物理量众多，而且还有不同运动状态之间的变化，有时会感觉让人无从下手．如果把在不同状态下不同物理量之间的关系的现成结论直接告诉学生，学生往往是被动地，接受式地进行学习，即使当时能够理解接受，但由于不是通过学生自己的深入思考，印象并不深刻；更重要的是学生失去了一次亲身体验的过程，失去了一次创造性思维、创新能力及综合分析能力的训练．
当然如果在课堂教学中，教师放手让学生探究，可能学生的探究漫无边际，怎么也探究不到点子上，故教师应适当引导，起到引路人的作用，提高探究效率，使学生在最短的时间内无论在思维能力上还是科学知识上都有较大的收益．
由于是通过启发学生思考这一行之有效的学习方法，学生自己通过科学探究把物理过程弄明白了，学生在遇到汽车功率的问题时往往游刃有余．中学物理教学，不仅仅是把物理知识传授给学生，更重要的是要培养学生学习物理的能力，使他们拥有高超的物理智慧，这是物理探究过程中的一个重要环节。