2020年高中物理功率问题导学案 新人教版必修2 精品

2020年高中物理功率问题导学案
高一年级物理学科“问题导学案”
审核人：高一年级全体物理老师
【学习目标】
1、理解功率的定义及额定功率与实际功率的定义。

2、t W P =，Fv P =的运用 【重点、难点】
1．功率的概念、物理意义、种类及其计算是本节的重点内容。

2．瞬时功率的概念较难理解，这是难点。

我们往往认为，在某瞬时物体没有位移就没有做功问题，更谈不上功率了。

这是错误的认识。

我们可以与瞬时速度做一下对比。

【自主导学】
抢答：人们在生产、生活、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相比，有何优越性？请举例说明。

力F 1对甲物体做功为W 1，所用时间为t 1；力F 2对乙物体做功为W 2，所用时间为t 2，在下列条件下，哪个力做功快？
A ．W 1＝W 2，t 1＞t 2；
B ．W 1＝W 2，t 1＜t 2；
C ．W 1＞W 2，t 1＝t 2；
D ．W 1＜W 2，t 1＝t 2。

有无统一的标准呢？
一、功率
1、定义：功跟完成这些功 _______________的比值叫做功率。

2、意义：功率是表示做功______________的物理量。

矢量？标量？
3、定义式：P ＝__________。

能否说P 与t 成反比？为什么？
4、SI 单位：_______，符号：_____ 。

还有哪些单位？它们与SI 单位的关系如何？ ［问题探究］：功率的定义式与哪些物理量相似呢？
单位W 、J 、s 关系如何？
与速度-时间图象做一下对比，P-t 图中，能否反映该力做的功？
二、平均功率和瞬时功率
由P = W / t 求出的是瞬时功率还是平均功率?
1、平均功率：表示力在_____________做功的平均快慢。

平均功率对应一个______________。

计算平均功率的方法有两种：
（1）=P _________ (普遍适用)；
（2）力F 为恒力时，P 还能怎样计算？如何导出？各个物理量的含义如何？
2、瞬时功率：表示力在________做功的快慢。

瞬时功率对应一个__________。

计算瞬时功率的方法： P ＝______________，（其中力F 和速度v 为所求时刻的力大小和所
求时刻的瞬时速度大小，α为力和瞬时速度方向间的夹角）怎样得出？
（1）当F为合外力时，P为合外力做功的功率；当F为某一外力时，P为该力做功的功率；（2）在汽车等交通工具一类问题中，式中P为发动机的实际功率，F为牵引力的大小，v 为汽车的瞬时速度的大小，α必为00。

［问题探究］：
1）、荡秋千过程中，忽略空气阻力，稳定后，人不再消耗能量，从最高摆至最低的过程中，重力的功率如何变化？绳子的拉力的功率如何变化？请作图示意。

2）、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？
3）、起重机在竖直方向匀速吊起某一重物时，为什么发动机的输出功率越大，起吊速度就越大？
4）、当牵引力F一定时，功率P和速度v之间有什么关系？
当速度v一定时，牵引力F和功率P之间关系如何？
当输出功率P一定时，牵引力F和速度v之间有什么关系？
三、额定功率和实际功率
1、额定功率：指动力机器___________时间_____________工作时的最____________输出功率.。

一个动力机器的额定功率是一定的。

2、实际功率：机器工作时实际输出的功率。

实际功率应_________于或________于额定功率，绝不能长时间___________于额定功率，否则会损坏机器.
［问题探究］：
1）、汽车以额定功率在平直公路行驶时，若前方遇到了一段较陡的上坡路段，汽车司机要做好什么调整，才能确保汽车驶到坡顶？为什么？
2）、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？
3)、奥运长跑运动员能否用100m短跑的速度来完成5000m的赛跑路程呢？为什么？
4）、汽车等交通工具启动：由静止（即将动）到刚达到匀速。

在启动和行驶过程中，有一些任一时刻都适用的表达式：P= ，
a= 。

启动有两种理想化的模式：设想路面水平，阻力恒定。

○1、恒定功率启动：试着分析一下此过程中速度、功率、牵引力、加速度
的变化情况，并大致画出速度-时间图象。

v 0.5v
v
0.5v
v
0.5v
v
0.5
○2、恒定加速度启动：试着分析一下此过程中速度、功率、牵引力、加速度的变化情况，并大致画出速度-时间图象。

抢答：同一辆汽车，若最终均以额定功率匀速运动，两种启动方式有何异同？
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，否则容易将机械损坏。

【例题解析】
例1一个质量为m的物体，在几个与水平面平行的力作用下静止在水平面上，在t=0时刻，将其中的一个力从F增大到3F，其他力不变，则在t=t1时刻，该力的功率为多大？
例2 物体质量为2kg,作自由落体运动，3秒末重力的瞬时功率为 W，前3s内重力的平均功率为 W，第3s内重力的平均功率为 W。

（g=10m/s2）
拓展涉及功率的计算时一定要区分平均功率和瞬时功率，因为这两种功率的计算公式不同，审题时必须十分仔细。

抢答：本节学习了哪些知识？学会了哪些方法？
汽车在平直公路上以速度v0匀速行驶，发动机功率为P．快进入闹市区时，司机减小了油门，使汽车的功率立即减小一半并保持该功率继续行驶．下列四个图象中，哪个正确表示了从司机减小油门开始，汽车的速度与时间的关系（）
作业设计：
书面：课本上的练习题
课外活动：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，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？并与同学进行交流。

一些常见机械做功功率
（1）汽车发动机5×104 W～15×104 W （2）摩托车约2×103 W
（3）喷气客机约2×108 W （4）人心脏跳动的功率1.5W左右
（5）火箭的发动机约1×1013 W （6）万吨巨轮106W以上
（7）蓝鲸游动的功率可达350kW （8）人的平均功率约1×102 W
（9）优秀运动员短时间内的功率可达1000W
课外思考：汽车的质量为m=6.0×103kg，额定功率为P m=90Kw, 沿水平道路行驶时，阻力恒为重力的0.05倍(取g=10m/s2)。

求：
(1)汽车沿水平道路匀速行驶的最大速度；
(2)设汽车由静止起匀加速行驶，加速度为a=0.5m/s2, 求汽车维持这一加速度运动的最长时间。

拓展有些同学计算匀加速运动可维持的时间时，用汽车在水平路面上的最大速度除以加速度，得到时间为60s，这种做法是认为汽车可以一直以匀加速达到最大速度，显然是错误的。

在用公式P=Fv时，必须结合具体的物理过程作细致的分析，应弄清是什么物理量保持恒定，例如在匀加速运动中，是牵引力F保持恒定；而在达到额定功率后，是汽车的功率保持恒定。

【当堂达标】
1.关于功率，下列说法正确的是（）
A.力对物体做的功越多，功率就越大
B.做功时间短的机械功率大
C.完成相同的功，用的时间越长，功率越大
D.功率大的机械在单位时间里做的功多
2.竖直上抛一物体，物体又落回原处，已知空气阻力的大小正比于物体的速度（）
A上升过程中克服重力做的功大于下降过程中重力做的功。

B上升过程中克服重力做的功等于下降过程中重力做的功。

C上升过程中克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力做功的平均功率。

D上升过程中克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力做功的平均功率。

3.设飞机飞行中所受阻力与速度的平方成正比，如果飞机以速度V匀速飞行时，其发动机功率为P，则飞机以2P匀速飞行时，其发动机的功率为：（）
A 2P
B 4P
C 8P
D 无法确定
【课后测评】
1、某同学进行体能训练,用了1000s时间跑上20m高的高楼,试估测他登楼的平均功率最接近的数值是（）
A 10W
B 100W
C 1kW
D 10kW
2、设在平直公路上以一般速度行驶的自行车，所受阻力约为车、人总重力的0.02倍，则骑车人的功率最接近于（）
A、10-1kw
B、10-3kw
C、1kw
D、10kw
预测学生所举事例可能有：
1、人上高楼（如8层楼）时，乘电梯比走路要快得多；
2、拖拉机耕地比牛耕地要快得多；
3、挖土机与人，要完成相同的挖土任务，人花的时间要长得多；
4、从水井里提水，使用抽水机比人工要快得多；
5、……
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。

上述条件下，哪个力做功快的问题学生都能作出判断，其实都是根据W/t这一比值进行分析判断的。

预测学生的回答可能有：
（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；
（4）……
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。

得出正确的答案(1)。

预测学生的回答可能有：
（1）加大油门，汽车可顺利行驶到达坡顶。

（2）汽车要换档，才能顺利行驶到达坡顶。

（3）……
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，速度减小了，牵引力加大了，只要牵引力足够，汽车便可顺利上坡。

学生小组讨论后得出：由公式P = W / t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P = W / t求出的功率是平均功率。

教师：（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。

）
教师：（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100m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5000m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：让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。

教师：你对“额定功率和实际功率以及平均功率和瞬时功率”是怎样理解的？
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，机器不一定都在额定功率下工作。

②实际功率：机械在运行过程中实际输出的功率是实际功率。

机车启动过程中，发动机的功率指牵引力的功率而不是合外力或阻力的功率。

③平均功率：物体在一段时间内做功功率的平均值叫平均功率。

通常用定义式P=W/t描述，只有当物体匀速运动时，才等于瞬时功率。

④瞬时功率：物体在某一时刻的功率叫做瞬时功率。

通常用P=Fv表示，必须注意F、v与P 的同时性。