人教版初二物理第十一章第2节功率教案.docx
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人教版初二物理第十一章第2节功率教案
功率
适用学科
初中物理
适用年级
初二
适用区域
人教版
课时时长(分钟)
2课时
知识点
1.功率的概念;
2.功率的计算;
3.功率的测量。
教学目标
一、知识与技能
1.知道功率,能说出功率的物理意义,并能写出功率的定义式P=W/t。
2.能结合生活中的实例说明功率的含义。
3.能应用功率的定义式进行简单计算,并能利用功率的概念设计实验测量生活中功率的大小。
二、过程与方法
1.经历探究人体的输出功率的过程,进一步熟悉科学探究的基本过程。
2.通过资料认识一些常见运动物体的功率,了解功率在实际应用中的重要价值。
三、情感态度与价值观
1.通过测量活动的组织安排,培养学生的合作意识与协作能力。
2.进一步形成乐于探究自然现象和日常生活中物理学的道理的习惯,增强将科学技术应用于日常生活与社会实践的意识。
教学重点
功率的概念和利用计算公式解决问题。
教学难点
对功率意义的理解。
教学过程
一、复习预习
复习
1.如果一个力作用在物体上,并且使物体在力的方向上通过一段距离,这个力的作用就有了成效,力学里面就说这个力做了功。
2.做功的两个必要因素:
一是作用在物体上的力,
二是物体在这个力的方向上移动了距离。
3.三种不做功的情况:
(1)有力无距不做功
(2)有距无力不做功(3)力与距垂直不做功。
4.功等于力和物体沿力的方向上通过的距离的乘积。
功的计算公式:
功=力×距离
表达式:
W=F·s
预习
1.功率的概念;
2.功率的计算;
3.功率的测量。
二、知识讲解
课程引入:
问题:
小明的教室在五楼,通常上楼需要1.5min,有一次他跑步上楼只用了40秒,请问:
(1)小明在两种情况下,做的功是否相同?
(相同)
(2)你认为这两种上楼做功的方法,从物理的角度分析有什么不同?
(所用时间不同)
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、畜力直接做功,在完成的快慢方面总是不同的。
为了描述做功的快慢,引进了一个新的物理量——功率。
考点/易错点1功率的概念
回忆我们以前是如何比较物体运动快慢的,现在我们如何比较做功的快慢呢?
(1)相同时间内,比较做功的多少。
(2)做功相同的情况下,比较所用时间的多少。
功率的定义:
功与做功所用时间的比值叫做功率,功率在数值上等于单位时间内所做的功。
计算公式:
功率=功/时间P=W/t
W表示功,t表示时间,P表示功率
思考:
类比速度的单位,功率的单位应该是什么?
功率的单位应该是功的单位与时间的单位复合而成的。
应该是J/s。
J/s有一个专门的名称叫瓦特,简称瓦,用字母W表示,是为了纪念英国的物理学家瓦特而用他的名字命名的。
所以1W=1J/s。
功率的常用单位还有:
千瓦(kW)换算关系:
1kW=1000W
考点/易错点2功率的测量
上课铃响了,你和你的同伴都从一楼爬到四楼,你们俩个的功率谁的大?
如何测量你们爬楼的功率?
思考:
(1)需要测量哪些物理量,才能测出人的功率?
(在学校里,人爬楼的高度通常用一个台阶高度乘以台阶数进行测量)
(2)所需要的测量工具是什么?
(台秤、卷尺、秒表)
(3)计算功率的表达式是怎样的?
(P=W/t)
(4)设计出记录数据的表格
实验次数
重力(G/N)
台阶数(n)
一级台阶的高度(h/m)
时间(t/s)
功率(P/W)
1
2
考点/易错点3功率的计算
功率的计算公式:
P=W/t
由于W=F·s,v=s/t,所以推导出功率的另一个计算公式为P=F·v。
计算时应注意在这个公式里F的单位是“N”,v的单位是”m/s”,此时P的单位才是“W”。
功率的计算公式P=F·v,对解决车、船的速度、功率、牵引力问题较为方便。
功率的计算公式P=F·v说明,当功率一定时,牵引力与物体的运动速度成反比,当需要的牵引力较大时,在适当的减小车速才行。
汽车爬坡时,司机会采取换挡减速的办法,以获得较大的牵引力。
三、例题精析
【例题1】
【题干】说法中错误的是()
A.功率大的机械比功率小的机械做功快B.做功时间越长,功率越小
C.机械做功越快,做功越多D.做功越多功率越高
【答案】BCD
【解析】功率是表示做功快慢的物理量,功率大的机械比功率小的机械做功快,故A正确。
由
可知,功率的大小与功的大小和做功时间有关,所以做功时间越长,功率不一定越小,故B错误。
机械做功越快,功率越大。
由W=Pt可知,功率大的机械做功不一定越多,在相同时间里,功率越大做功越多,故C错误。
由
可知,功率的大小与功的大小和做功时间有关,做功越多功率不一定越高,故D错误。
答案为BCD。
【例题2】
【题干】学习了功率的后,小军和同学们想测一测自己上楼的功率,他们决定从一楼登上三楼,测出小组内每个同学的功率并看谁的功率最大.
(1)所需要的测量器材有:
.
(2)同学们设计的测量步骤如下,其中多余的是.
A.测出每个同学的质量m
B.测出楼梯的总长度l
C.测出一楼到三楼的竖直高度h
D.测出每个同学上楼梯所用的时间t
E.算出每个同学上楼梯的功率P
(3)请写出上楼功率的表达式P=.
(4)若测得小军的上楼功率大,则表示他.
A.上楼速度快B.做功多C.做功快D.效率高
【答案】
(1)磅秤;卷尺;秒表;
(2)B;(3)mgh/t;(4)C
【解析】
(1)测量小军和同学们做功的功率,需结合公式P=W/t=Gh/t=mgh/t来计算.式中W是克服自身的重力所做功,m为人的质量,h为一楼到三楼的竖直高度,t为上楼所用的时间.所以需要磅秤测量人的质量m、用卷尺测量一楼到三楼的竖直高度h,用秒表测量上楼所用的时间t;
(2)由以上分析可知并不需要测量楼梯的总长度,多余的选项是B;(3)由以上分析可知压强表达式为:
P=mgh/t;(4)功率表示物体做功快慢的物理量,根据P=W/t可知:
做功时间相同时,做功越多,说明做功越快,功率越大。
【例题3】
【题干】如图所示,一辆小汽车质量为1.2t,发动机的功率为60kW,停在水平地面上时,四轮与地面的总接触面积为1000cm2。
当它在水平公路上以20m/s的速度匀速行驶1440m时,求:
(1)汽车停在水平地面上时,对水平地面的压强多大?
(2)汽车行驶这段距离用了多长时间?
发动机提供的牵引力多大?
【答案】
(1)1.2×105Pa;
(2)72s;3000N
【解析】
(1)汽车停在水平地面上时,对水平地面的压力:
F=G=mg=1.2×103kg×10N/kg=1.2×104N,
对水平地面的压强:
p=F/S=1.2×104N/1000×10−4m2=1.2×105Pa;
(2)由v=s/t可得,汽车行驶这段距离用的时间:
t=s/v=1440m20m/s=72s,
由P=W/t=Fs/t=Fv可得,发动机提供的牵引力:
F′=P/v=60×103W/20m/s=3000N
四、课堂运用
【基础】
1、如图,初三
(1)班学生丹丹从地上拿起一个鸡蛋,并用大约2s的时间将它匀速举过头顶,在这2s时间内,丹丹做功的功率约为( )
A.0.25WB.0.5WC.1WD.2W
【答案】B
【解析】一个鸡蛋的重力约为0.5N,鸡蛋上升的高度约为2m,把它匀速举过头顶时所做的功:
W=Gh=0.5N×2m=1J,丹丹做功的功率约为:
P=W/t=1J/2s=0.5W,故选B
2、下列关于单位的认识,不正确的是()
A.1牛顿的力大约等于拿起两个鸡蛋所用的力
B.1帕斯卡的压强大约等于两张纸叠放在水平桌面上产生的压强
C.1焦耳的功大约等于将一个鸡蛋从地面缓慢举过头顶所做的功
D.1瓦特大约等于1名中学生正常走上楼梯的功率
【答案】D
【解析】两个鸡蛋的质量大约100g,受到的重力约为G=mg=0.1kg×10N/kg=1N,所以拿起两个鸡蛋的力大约是1N,故A正确。
两张纸叠放后的质量约3g,长约25cm,宽约12m,报纸平摊在水平桌面上,对桌面的压力:
F=G=mg=0.003kg×10N/kg=0.03N,
纸的面积S=0.25m×0.12m=0.03m2,平摊开放在桌面上对桌面的压强:
,故B正确。
一个鸡蛋的重力大约是0.5N,将一个鸡蛋从地面缓慢举过头顶,拿起的高度大约是h=2m,所以对鸡蛋做的功W=Gh=0.5N×2m=1J,故C正确。
中学生的体重为500N,一层楼的高度大约3m,上一层楼的时间在15s左右,上楼的功率大约
,故D错误,符合题意为答案。
3、采用先进的生产工艺及材料生产的“万向轮”大大减少了摩擦作用,把安装在行李箱上推动行李箱尤其省力,一个很重的行李箱仅用F=10N的水平推力就可以使它在水平地面上滑行,且滑行30m用时20s,求上述过程中推力F所做的功和功率.
【答案】300J;15W
【解析】推力F所做的功:
W=Fs=10N×30m=300J,功率P=W/t=300J/20s=15W。
4、粗糙水平地面上有一个重为100N的物体,用20N的水平拉力使其在10s内匀速前进了10m,在此过程中()
A.重力做功的功率为100W
B.支持力做功的功率为100W
C.拉力做功的功率为200W
D.拉力做功的功率为20W
【答案】D
【解析】
物体在水平地面上运动,重力和支持力没有做功,所以重力和支持力的功率为0W,故AB错误;拉力对物体做的功是W=Fs=20N×10m=200J,拉力做功的功率是
,故C错误,D正确.故选D.
5、甲乙两人同时开始登山,甲先到达山顶,则他们的功率()
A.甲的功率大B.乙的功率大C.他们的功率一样大D.无法确定
【答案】D
【解析】甲、乙两人同时开始登山,甲先到达山顶,说明甲所用时间短。
根据
,由于两人上山克服重力所做功不知道,所以无法确定他们的功率大小,故D正确为答案。
【巩固】
1、设飞机在飞行中所受空气阻力与它的速度平方成正比,当飞机以速度v水平匀速飞行时,发动机的功率为P,若飞机以速度3v水平匀速飞行时,发动机的功率为()
A.3PB.9PC.18PD.27P
【答案】D
【解析】由题可知,飞机在飞行中所受空气阻力与它的速度平方成正比,设飞机在飞行中所受空气阻力f=kv2,飞机在水平方向上匀速飞行处于平衡状态,飞机的牵引力F与阻力f相等,则F=kv2,
由P=Fv可得,飞机发动机的功率为P=Fv=kv2v=kv3,
若飞机以速度3v水平匀速飞行时,发动机的功率为
,故D正确为答案。
2、两台机器,甲的功率是750瓦,乙的功率是2250瓦,甲、乙在相同时间里,做功之比是_________;若完成相同的功,甲、乙所用时间之比是_________.
【答案】1:
33:
1
【解析】由题意可知P甲:
P乙=750W:
2250W=1:
3,
由
可得:
相同时间内两台机器所做功之比:
.
做同样的功所需的时间之比:
。
故答案为:
1:
3;3:
1.
3、在自由下落过程中物体运动速度会越来越快。
一个物体由A点自由下落,相继经过B、C两点,已知AB=BC,如图所示,物体在AB段重力做功W1,做功功率P1;在BC段重力做功W2,做功功率P2,则下列关系正确的是()
A.W1≠W2P1≠P2B.W1=W2P1=P2
C.W1=W2P1>P2D.W1=W2P1 【答案】D 【解析】 ∵AB=BC,∴根据W=Gh可知,物体在AB段和BC段做的功相等,即W1=W2; ∵小球在自由下落时做加速运动,∴根据 可知,小球在BC段运动的时间短,∴根据公式 可知,物体在AB段重力做功功率小于BC段重力做功功率,即P1<P2.故选D. 4、利用电动升降台,用60s把300kg的重物匀速提升10m. 求这过程中: (1)升降台对重物做的功. (2)升降台对重物做功的功率. 【答案】 (1)升降台对重物做的功29400J; (2)升降台对重物做功的功率为490W 【解析】 (1)G=mg=300kg×9.8N/kg=2940N, W=Gh=2940N×10m=29400J; (2)P= = =490W. 5、一辆在水平路面上沿直线匀速行驶的货车,行驶时所受的阻力为车总重的0.02倍,货车(含驾驶员)空载时重为1.5×104N;求: (1)货车空载行驶时所受的阻力大小; (2)货车以36km/h的速度空载匀速行驶时,10s内货车牵引力做的功和功率; 【答案】 (1)300N (2)3.0×104J3.0×103w 【解析】 (1)车空载行驶时所受的阻力大小: f0=0.02G0=0.01×1.5×104N=300N (2)v0=36km/h=10m/s 货车行驶的距离: s=v0t=10m/s×10s=100m 货车牵引力做的功: W=F0s=f0s=300N×100m=3.0×104J 货车牵引力做功的功率: P=W/t=3.0×104J/10s=3.0×103w 6、某旅游区的缆车起点和终点的相对高度为500m,水平距离为1200m.如图所示,缆车的质量为100kg,底面积为1m2,缆车顶部与钢缆固定在一起,钢缆带动缆车做匀速直线运动.一台缆车运载着质量是80kg的一名游客上山,游客每只脚的面积为200cm2,缆车从起点到终点所用的时间为500s.忽略空气阻力,g取10N/kg.请计算: (1)缆车运行的速度; (2)游客在缆车中站定时对缆车的压强; (3)运送游客过程中,钢缆对缆车做功的功率. 【答案】 (1)2.4m/s; (2)为2×104Pa;(3)1.8×103W 【解析】 (1)缆车运行的速度: v=s/t=1200m/500s=2.4m/s; (2)游客在缆车中站定时对缆车的压力: F=G人=m人g=80kg×10N/kg=800N, 游客在缆车中站定时对缆车的压强: p=F/S=800N/(2×200×10-4m2)=2×104Pa; (3)缆车和人的总重力: G总=G车+G人=(m车+m人)g=×10N/kg=1800N, (4)运送游客过程中,钢缆对缆车做功: W=G总h=1800N×500m=9×105J, (5)钢缆对缆车做功的功率: P=W/t=9×105J/500s=1.8×103W。 【拔高】 1、人体摄入的能量(营养师常称之为热量)过多或过少,都有损于健康。 某种巧克力的营养成分表上标有“每100g能量2.361×106J”。 (1)小华同学质量为50kg,正常情况下步行上一层楼需要12s,他克服重力做多少功? 他克服重力做功的功率是多少? (每层楼高3m,g取10N/kg) (2)人体摄入了过多的能量往往希望通过运动消耗掉。 小华同学吃了一块净含量50g的上述巧克力,如果他从巧克力获得的能量全部用于克服重力做功,则他要爬多少层楼? 【答案】1500J125w787层 【解析】 (1)步行上一层楼,他克服重力做的功: W=Gh=mgh=50kg×10N/kg×3m=1500J, 他克服重力做功的功率: . (3)吃一块净含量50g的上述巧克力获得的能量: , 爬一层楼克服重力做的功为1500J, 从巧克力获得的能量全部用于克服重力做功,则他爬楼的层数: .故答案为: (1)C; (2)他克服重力做1500J的功,他克服重力做功的功率是125W. 2、小军体重500N,他的家距离学校2400m,他骑自行车在水平路面上以4m/s的速度匀速直线行驶回校。 有关数据在下表中列出: 求: (1)行驶过程中,车对地面的压强多大? (2)小军骑自行车从家到学校至少要做多少功? (3)小军骑车从家到学校过程中做功的功率至少为多少? 【答案】 (1)5×103kg; (2)1×106J;(3)1666.67W;(4)1.6×105Pa 【解析】 (1)体积为5m3的水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×5m3=5×103kg; (2)体积为5m3的水的重力G=mg=5×103kg×10N/kg=5×104N, 此过程水泵做的功W=Gh=5×104N×20m=1×106J; (3)t=10min=600s,此过程水泵的功率P=W/t=1×106J/600s=1666.67W; (4)水龙头处水的压强是p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×16m=1.6×105Pa。 3、学习了功率的知识后,小刚想粗略地测算自己在单杠上做引体向上的运动时的功率,如图所示. (1)实验中依据的原理是(写公式): ; (2)需要的测量工具: 、、. (3)小刚测出了自己的质量为m,拉上去一定的次数n所用的时间t,并测出自己每做一次引体向上时.则他做引体向上时功率的表达式是. (4)爱动脑的小刚想课后和几位同学准备开展“比一比谁在爬楼过程中的功率大”的活动.他设计了三套方案: ①只有测量出各自的体重、爬楼用的时间和爬楼的高度,才能算出爬楼的功率并进行比较; ②控制爬楼的时间相同,测量出各自的体重、爬楼的高度,算出爬楼做的功并进行比较; ③控制爬楼的高度相同,测量出各自的体重、爬楼的时间,算出体重和时间的比值并进行比较. 则在上述方案中可行的是 A.只有①B.只有①②C.只有②③D.①②③都可以. 【答案】 (1)P= ; (2)体重计;秒表;刻度尺;(3)人上升的高度h;P= ;(4)D. 【解析】 (1)根据功率的计算公式P= 判断功率的大小; (2)根据公式P= = = 判断出测量工具; (3)要测出做引体向上所做的功,应测出上升的高度; 根据公式P= = = 得出表达式; (4)要比较功率的大小,有三种方法: ①做功时间一定,比较做功的多少,做功多的,功率大; ②做功的多少一定,做功时间短的,功率大; ③分别测出功率,进行比较. 比较功率不一定必须测出功率. 解: (1)测量功率的原理: P= ; (2)根据功率的计算公式P= = = 可知,需知道体重、楼高和所用的时间,因此需要的实验器材为: 体重计、秒表、刻度尺; (3)引体向上是克服自身的重力做功,所以在测出自身重力的同时,还需要测出人上升的高度h; P= = ; (4)①测出各自的体重、爬楼时间和爬楼的高度,根据P= 求出功率,直接比较功率的大小; ②控制爬楼的时间相同,测出各自的体重,爬楼的高度,若Gh越大,功率就越大; ③控制爬楼高度相同,测出各自的体重,爬楼时间t,若 的比值越大,功率就越大; 所以三种方法都是可以的.故选D. 故答案为: (1)P= ; (2)体重计;秒表;刻度尺;(3)人上升的高度h;P= ;(4)D. 五、课程小结 1.功率的定义: 功与做功所用时间的比值叫做功率,功率在数值上等于单位时间内做的功。 2.公式: 功率=功/时间P=W/t W表示功,t表示时间,P表示功率。 功率的单位应该是功的单位与时间单位复合而成的,应该是J/s。 J/s有一个专门的名称叫瓦特,简称瓦,用字母w表示。 3.功率的别一个计算公式: P=Fv 计算时注意“F”的单位是N,“v”的单位是m/s,此时“P”的单位才是W。 六、课后作业 1、完成下列单位换算 100W=______J/s,2.5MW=____________kW=____________W。 【答案】1002.5×103略 【解析】因为功率的公式是P=W/t,且功的单位为W,时间的单位为s,所以1W=1J/s,故100W=100J/s;2.5MW=2500kW=2.5×106W 2、八年级一班的男同学要举行爬楼比赛,看看谁的功率大。 要测出某同学爬楼的功率: ⑴已测出了这个同学的质量m,还需要测出的物理量是___________和____________; ⑵还需要的测量工具是_____________和_____________; ⑶由测得的物理量,计算爬楼功率的表达式为: P=________________。 【答案】爬楼所用的时间 爬楼的高度 停表(秒表)卷尺(刻度尺) 【解析】⑴已测出了这个同学的质量m,还需要测出的物理量是爬楼所用的时间t和爬楼的高度h;⑵由于本实验需要测量时间和长度,所以还需要的测量工具是停表和卷尺; ⑶由测得的物理量,计算爬楼功率的表达式为: P=mgh/t。 3、小华参加体育中考的跳绳考试时,她在1min内连续跳了150次,获得跳绳项目的满分.已知小华的质量为45kg,每只鞋底与地面的接触面积为150cm2,跳起时重心升高的平均高度为4cm,g取10N/kg.求: (1)小华站在操场上等待时对地面的压强; (2)小华跳一次所做的功; (3)小华跳绳时的平均功率. 【答案】 (1)小华站在操场上等待时对地面的压强为1.5×104Pa; (2)小华跳一次所做的功为18J; (3)小华跳绳时的平均功率为45W. 【解析】 (1)小华站在操场上等待时对地面的压力: F=G=mg=45kg×10N/kg=450N, 受力面积: S=150cm2×2=300cm2=0.03m2,对地面的压强: ; (2)小华每跳绳一次所做的功: W1=Gh=mgh=45kg×10N/kg×4×10-2m=18J; (3)跳一次绳所用的时间: , 小华跳绳时的平均功率: . 4、某坦克重力为4×105N,履带的着地面积为5m2。 若坦克以20m/s的速度在平直的路面上匀速行驶10min,发动机的输出功率为900kW。 试求: (1)坦克静止在水平路面时,对路面的压强是多少? (2)匀速行驶10min,坦克发动机所做的功是多少? (3)匀速行驶时,坦克发动机的牵引力是多少? 【答案】 (1)8×104Pa (2)5.4×108J(3)45000N 【解析】 (1)坦克静止在水平路面时,对路面的压强是 ; (2)读题知发动机的输出功率为P=900kW=9×105W,t=10min=600s,坦克发动机所做的功是: ;(3)匀速行驶时,坦克发动机的牵引力与所受阻力是一对平衡力,由 得: 。 答案: (1)8×104Pa (2)5.4×108J(3)45000N 5、工人用力F水平推重为200N的物体,在4s内水平推力F与物体沿力的方向移动的距离s之间的关系如图所示。 在这过程中,水平推力做的功为J,推力做功的功率为W。 【答案】12030 【解析】由图示可知,工人对物体的水平推力大小为60N,物体在力的作用下通过的距离为2m,所以在这个过程中,水平推力做的功为W=Fs=60N×2m=120J;推力做功的功率为P=W/t=120J/4s=30W。 6、三班的赵力家有一辆质量为6×103kg的四轮汽车在平直的公路上以10m/s的速度匀速行驶,在行驶过程中受到的阻力等于车重的0.08倍,每个轮胎与地面的接触面积为0.05㎡,g取10N/kg,求: (1)汽车在1min内通过的路程; (2)汽车牵引力在1min内做的功; (3)汽车在这1min内的功率? 【答案】 (1)600m; (2)2.88×106J;(3)4.8×104W 【解析】汽车问题是近几年来的热点问题,一般以速度、压力压强、功、功率、效率来考察,我们应该把各种情况理清楚,此题中考察了重力、速度、功和压强。 解: (1)S=vt=10m/s×60s=6
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- 人教版 初二 物理 第十一 功率 教案