《功率》教學(xué)設(shè)計(jì)

馬永英

摘 要：功率是反應(yīng)力做功快慢的物理量。功率的概念廣泛應(yīng)用于人們的日常生活和科技之中。學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)過功率的概念，引入這一概念并不困難。通過兩種方式的重力做功相同，用時不同，引出功率的概念，采用類比的方式得出功率的定義，并通過類比平均速度和瞬時速度提出平均功率和瞬時功率，接著根據(jù)對物體做功的公式和運(yùn)動學(xué)公式導(dǎo)出功率與速度的關(guān)系，最后借助機(jī)車銘牌，從事實(shí)出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分額定功率和實(shí)際功率。

關(guān)鍵詞：《功率》;教學(xué)設(shè)計(jì);思路

一、教材分析與設(shè)計(jì)思路

理解功率的概念及其比值定義的方法，理解公式P=和P=Fv的物理意義，并能用公式進(jìn)行有關(guān)功率問題的分析計(jì)算是本節(jié)的重點(diǎn)。關(guān)于發(fā)動機(jī)的功率與汽車的運(yùn)動速率之間的關(guān)系，采用課后專題講座的形式進(jìn)行，以便通過分析汽車由開動到勻速行駛的物理過程使學(xué)生養(yǎng)成分析物理過程的習(xí)慣。

二、教學(xué)目標(biāo)

知識與技能

1.理解功率的概念，能應(yīng)用功率的定義式P=進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。

2.理解額定功率和實(shí)際功率的概念。

3.了解平均功率和瞬時功率的含義。

4.根據(jù)功率的定義推導(dǎo)P=Fv，并能用于分析、計(jì)算和解釋現(xiàn)象。

過程與方法

1.通過實(shí)例體驗(yàn)功率概念的形成過程及功率的實(shí)際意義，理解功率概念。

2.從功率概念的定義體會用比值方法建立物理概念的方法。

3.理解功率與力和速度的關(guān)系，會利用功率的兩個公式來解釋現(xiàn)象并進(jìn)行計(jì)算。

情感態(tài)度與價值觀

1.通過功率概念的建立過程培養(yǎng)學(xué)生敢于發(fā)表觀點(diǎn)，堅(jiān)持原則，善于合作的良好習(xí)慣。

2.根據(jù)功率的定義式推導(dǎo)P=Fv，并用于計(jì)算，提高分析問題，解決問題的能力。

三、教學(xué)重點(diǎn)

理解功率的概念，能靈活應(yīng)用功率計(jì)算公式計(jì)算平均功率和瞬時功率。

四、教學(xué)難點(diǎn)

1.區(qū)分平均功率和瞬時功率所表示的物理意義。

2.能夠應(yīng)用相關(guān)公式計(jì)算平均功率和瞬時功率。

五、課時安排

1課時

六、教學(xué)過程

【教師活動】多媒體展示習(xí)題，并引導(dǎo)學(xué)生解答問題。

如圖所示，有兩個質(zhì)量均為m的物塊A、B處于同一高度，此高度與水平面之間的距離為h，其中B置于傾角為θ的斜面上將A、B由靜止釋放。

求解：（1）A、B由靜止落到地面的整個過程中重力所做功各為多少;（2）分析A、B所用時間的長短。

【學(xué)生活動】1.學(xué)生獨(dú)立思考，對提出的問題進(jìn)行求解;2.分享討論，對解答過程中存在的各種問題進(jìn)行交流，找到最佳的解決方案;3.學(xué)生展示結(jié)論。

（針對學(xué)生的各種結(jié)論，及時做出恰當(dāng)?shù)脑u價，激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性，并及時糾正學(xué)生解答過程中存在的問題，解決學(xué)生存在的疑問。）

學(xué)生解答過程中可能存在的結(jié)論及解決的方案：

（1）A物體下落過程中重力做的功為W=mgh，由于下落過程中力的方向和位移方向一致，根據(jù)功的定義得出結(jié)論便可，沒有大的問題只需要對學(xué)生給的結(jié)論做出肯定評價。

（2）B物體下落過程中重力做的功學(xué)生易得到三種結(jié)論：WB=mghcosθ;WB=mghsinθ;WB=mgh，針對每種結(jié)論，讓學(xué)生給出自己得出結(jié)論的依據(jù)，從而暴露問題，引導(dǎo)學(xué)生得出正確的結(jié)論。

（3）分析A、B所用時間的長短時，學(xué)生存在的疑問較多，可引導(dǎo)學(xué)生從A、B的運(yùn)動規(guī)律入手，分別計(jì)算出各自的加速度，進(jìn)而由運(yùn)動規(guī)律比較出兩物體運(yùn)動時間長短的關(guān)系。

【師生小結(jié)】通過上述問題的結(jié)論，可以發(fā)現(xiàn)雖然兩物體的運(yùn)動軌跡不同，但重力做的功是相同的，而做功所用的時間不同，說明做功的快慢不一樣，那么如何來描述做功的快慢呢？

1.功率

【教師活動】提出問題：回想大家之前學(xué)習(xí)的描述快慢的物理量有哪些？這些量分別是如何定義的？

【學(xué)生活動】思考并作答：在運(yùn)動的描述中學(xué)習(xí)了兩個描述快慢的物理量，分別是速度與加速度。

在教師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生比較加速度與速度的物理意義、定義、表達(dá)式，可以發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律：描述某一個量的變化快慢可以用這個量的變化量與發(fā)生這一變化所用時間的比值來表示，應(yīng)用到做功快慢中，自然引出功的定義。

（1）物理意義：描述力對物體做功快慢的物理量。

（2）定義：力對物體做的功W與完成這些功所用時間的比值叫作功率。

（3）由定義，寫出定義式，并進(jìn)一步說明P是一個導(dǎo)出量，其單位是導(dǎo)出單位J/s，為紀(jì)念瓦特，功率的單位命名為瓦特，簡稱瓦，符號W。W是一個很小的單位，還常用kW。簡要說明此式給出了功的一種求解方式W=Pt。

（4）由于功率表示的是單位時間內(nèi)做的功，而功為標(biāo)量，則功率為標(biāo)量，有大小，功率的正負(fù)無意義。

現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：質(zhì)量為1kg的物體由靜止下落，求解在下落的0～1s內(nèi)及1～2s內(nèi)的過程中重力做功的功率（其中物體下落的重力加速度大小為10m/s2）。

對剛剛所學(xué)的知識及時地通過題目練習(xí)，加深學(xué)生的理解與記憶，分析清楚題意的前提下，給學(xué)生充分的時間，計(jì)算出正確的結(jié)論，并對個別學(xué)生的解答進(jìn)行展示。其中在0～1s時間段內(nèi)重力做功的功率為P1=50W，在1～2s的時間段內(nèi)重力做功的功率為P2=150W。

解決完上述習(xí)題后，師生共同分析會發(fā)現(xiàn)，同樣是重力做功，但在不同階段重力做功的功率是不一樣的，所以計(jì)算出的是一段時間內(nèi)的功率即為平均功率，它只能粗略地反映出某段時間內(nèi)的做功快慢程度，若需更精確地反映出某個時刻或某個位置的做功快慢，則需要瞬時功率。那么，如何求解瞬時功率？（由于極限思想在講瞬時速度時已有所滲透，可啟發(fā)學(xué)生回憶瞬時速度的定義方法，讓學(xué)生自己將瞬時速度的定義方法遷移到瞬時功率中，增進(jìn)對概念的理解）

2.平均功率、瞬時功率

當(dāng)公式中的t表示一段時間時，計(jì)算出的功率表示平均功率;當(dāng)時計(jì)算出的功率即表示瞬時功率。

應(yīng)用求解瞬時速度時，由于不好把握，故沒法準(zhǔn)確的求解出瞬時功率，那么有沒有其他的求解功率的方式呢？

3.功率和速度的關(guān)系：P=Fv（推導(dǎo)過程）

根據(jù)力、位移、時間與功率之間的聯(lián)系，指導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出功率與速度的關(guān)系式.

【學(xué)生活動】學(xué)生結(jié)合課本內(nèi)容，推導(dǎo)功率與速度的關(guān)系式。

【教師活動】教師巡回指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問題及時幫助學(xué)生解決;投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，點(diǎn)評、總結(jié);分析公式的意義并提出問題，如果力與速度方向不在同一直線上，需要怎么處理？

【學(xué)生活動】結(jié)合力和位移不在同一直線上的功的求解方式，類比處理，總結(jié)力與速度不在同一直線上的功率的求解。

小結(jié)：公式P=fv中，若速度為平均速度，則求得的功率為平均功率;若速度為瞬時速度，則求得的功率為瞬時功率。

【思考與討論】汽車等交通工具在啟動和行駛過程中，其牽引力和行駛速度是怎樣變化的？請同學(xué)們閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，用自己的話加以解釋。

學(xué)生閱讀教材，討論、推理、作答。

結(jié)論：①當(dāng)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(dāng)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(jī)用換擋的辦法減小速度來得到較大的牽引力。

②當(dāng)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(jī)功率來得到較大的牽引力。

③當(dāng)力F一定時，功率P與速度v成正比，即速度越大，功率越大。

（通過例題，學(xué)習(xí)應(yīng)用公式計(jì)算平均功率和瞬時功率，提高分析問題，解決問題的能力。）

例：如圖所示，傾角為30°、長度為10m的光滑斜面固定在水平面上。一個質(zhì)量為1.2kg的物體從斜面頂端由靜止開始下滑，求：

（1）物體滑到斜面底端時重力做功的功率是多少？

（2）整個過程中重力做功的功率是多少？（取g=10m/s2）

分析：第一步，審題。確定的物塊的運(yùn)動規(guī)律，已知哪些量;第二步，確定待求解的功率為瞬時功率還是平均功率;第三步，學(xué)生活動求解出具體的功率。

小結(jié)：若待求解的是某段時間或某個過程中的功率，則需要求解的為平均功率，題目的特點(diǎn)選擇公式P=Fv或進(jìn)行求解，但需要注意的是求解平均功率時P=Fv中的力f必須是恒力;若待求解的是某個時刻或某個位置的功率，則為瞬時功率，由公式P=Fv進(jìn)行求解。

4.額定功率和實(shí)際功率

借助機(jī)車上面的銘牌，區(qū)別額定功率和實(shí)際功率。

（1）額定功率：教師引導(dǎo)學(xué)生解決下列問題。在圖片中找出與這節(jié)課相關(guān)的參量——發(fā)動機(jī)功率，并思考此功率的特點(diǎn)。這是發(fā)動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下可以較長時間工作時輸出的功率，這個功率為額定功率。

（2）實(shí)際功率：機(jī)車在實(shí)際工作的過程中的輸出功率稱為實(shí)際功率，實(shí)際功率往往小于額定功率。（結(jié)合生活實(shí)際，由學(xué)生自己舉例，加深對實(shí)際功率和額定功率的理解）

七、隨堂練習(xí)

（1）關(guān)于功率，下列說法中正確的是（B）

A.功率是說明做功多少的物理量;

B.功率是說明力做功快慢的物理量

C.做功時間越長，功率一定小;

D.力做功越多，功率一定大

（2）關(guān)于功率公式P=Fv和的說法正確的是（D）

A.由知，只要知道W和t就可求出任意時刻的功率

B.由P=fv只能求某一時刻的瞬時功率

C.由P=fv知，汽車的功率與它的速度成正比

D.由P=fv知，當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)功率一定時，牽引力與速度成正比

八、小結(jié)

理解功率的定義能區(qū)別額定功率和實(shí)際功率，在不同的情境下選擇合適的公式求解瞬時功率和平均功率。

九、反思

這節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是理解功率，能區(qū)別額定功率和實(shí)際功率，并能用正確的公式對功率進(jìn)行計(jì)算，重點(diǎn)在于理解功率的概念及其比值定義的方法，理解公式P=Fv和P=的物理意義，并能用公式進(jìn)行有關(guān)功率問題的分析計(jì)算，在課堂教學(xué)中很好地把握了重難點(diǎn)，有效地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得了好的效果。但美中不足的是課堂教學(xué)過程中語言組織不是特別的流暢，以后在備課過程中不僅要備內(nèi)容還要充分考慮講課過程中可能會遇到什么問題，遇到了又如何完美解決這一問題。