高中物理必修课1教案——《力量》 一、教学内容分析 1、内容及现状 《普通高中物理课程标准》公共必修模块“物理2”中本节涉及的内容标准是“了解动力，关心生产生活中常见机械动力的大小和意义。” 要求学生了解功率的概念并能够计算功率； 分析汽车发动机功率一定时牵引力与车速的关系； 尝试设计自己的实验来测量人们在某些运动中的力量。 由于动力在生活和生产中应用广泛，因此在教学中可以充分利用这一优势，使抽象的物理概念充满实际意义。 培养学生运用知识解决实际问题的能力，树立正确的价值观。 本课的教学应以培养学生的思维能力为基础，让学生通过学习物理研究方法学会思考问题。 在建立“力”的概念时，让学生体验利用比率法建立新的物理概念。 对机车起动过程的分析，注重培养学生的逻辑思维，引导学生了解物理与社会生活的密切联系，综合运用动力学知识和动力概念来分析和解决问题。 通过学生设计实验来衡量人的劳动能力，可以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的能力。 2.教学目标：（1）通过实例体验权力概念的形成过程和权力的现实意义，理解权力概念。 (2)从功率概念的定义出发，理解用比率法建立物理概念的方法。 (3)了解功率、力、速度之间的关系。
将使用两个幂公式来解释现象并进行计算。 (4)了解平均功率、瞬时功率、额定功率和实际功率之间的区别和联系。 （五）具有敢于表达自己的意见、坚持原则、善于合作的好习惯。 3、重点难点：教学重点是理解权力概念； 难点在于理解功率、力和速度之间的关系，以及瞬时功率和平均功率的计算。 2、案例设计（1）新课程导入题：人们在生产、生活、工作中使用大量的机器进行作业。 完成工作的速度与人类直接完成的工作或畜力完成的工作有何不同？ 请举个例子。 （引发学生思考，让他们从日常生活中寻找做功的例子，思考机械做功与人力、畜力做功的区别。）做功是能量转换的尺度，人们非常重视做功。完成的工作量。 然而，不同的机器或人以不同的速度执行工作。 （分析一些生产案例、工作场景，或者展示一些不同工作速度的图片。如果条件允许，可以通过多媒体手段将这些图片和场景展示得更形象，让学生对速度有更形象、更具体的认识）参考例子：①挖掘机和人，完成同样的挖掘任务，人要花更长的时间。 ② 施工现场，砖、水泥等建筑材料必须移至屋顶。 与搬运工相比，起重机比工人快得多。 ③ 从井里提水，用泵比人工提水要快得多。 ④ 如果你住在高层建筑（比如8楼），把电带到大楼比步行要快得多。
⑤拖拉机耕地速度比牛快得多等。列举生产生活中发生的事例，让学生认识到动力与生活生产密切相关、无处不在。 研究权力具有重要的现实意义。 解说：通过引导学生分析相关案例，初步形成共识：人们在选择机器做工作时，不仅要考虑完成工作的量，还要考虑机器完成工作的速度。 例如，挖掘机的工作速度比人快； 大型卡车比拖拉机工作得更快； 拖拉机犁田的速度比牛快； 起重机比搬运工工作得更快； 水泵比卷扬机提水速度更快，等等。 研究工作速度具有重要的现实意义。 通过一个实际问题和具体数据，学生可以对做事的速度有一个感性的认识。 例如，在高层建筑中，需要将一批砖块运输到高层建筑中。 在运输砖块的过程中，起重机和运输车的生产记录如下表所示： 老师：不同的机器或物体执行工作的速度或快或慢。 这个怎么做？ 衡量完成工作的速度怎么样？ 请学生思考并提出解决方案。 （引导学生思考：如何比较物体做功的速度？讨论时注意培养学生的发散性思维和批判性思维能力。）预测学生可能有以下答案：①选择相同时间并比较完成了多少工作。 做更多工作的人会做得更快； ②选择做同样的工作，比较做这项工作的时间长短。 时间越长，工作就越慢。 ③ 与“速度”的定义类似，“功率”的定义是所做的功与完成该功所需的时间之比。 注意：学生提出的各种解决方案可能存在问题或不完整。 教师应鼓励学生在交流中补充和提高理解。
教学时注意引导学生对“速度”、“加速度”等概念的定义方法，理解用比率法定义的功率概念。 （二）新课程教学 1、功率 （1）定义公式：物理学中，物体做功W与完成做功所用时间t的比值，作为物体做功平均速度的衡量标准在那段时间内。 即P=W/t (2) 物理意义：表示物体做功速度快慢的物理量。 (3) 单位：教师要求学生正确说出公式中各字母所代表的物理量及其单位。 P：功率，单位：瓦（W），常用单位是千瓦（kW） W：力做功，单位：焦耳（J） t：做功所需时间，单位：秒（s） 单位换算： 1kW=1000W1W=1J/s (4) 功率是一个标量，功率代表工作时能量转换的速度。 （5）讨论交流：小实验：将一枚硬币放在书的封面上，打开书的封面形成一个斜面，使硬币开始滑落。 请同学们仔细分析。 硬币在下落的过程中作用了多少力？ 哪些力量在发挥积极作用？ 哪些力做负功？ 哪些力不做功？ 如果斜坡的倾斜角度加大，情况会发生什么变化？ 当倾斜角度增大时，功率是否也会增大？ 温馨提示：①比较不同倾斜角度下的威力时，需要注意的是硬币开始滑动的高度要相同。 在讨论权力时，重要的是要指出哪个势力拥有权力。 ②在实验的分析和讨论中，需要注意的是，分析的是某一力的平均功率。 注重引导学生进行受力分析和工作分析。 他们可以利用权力的定义，进行理论推演，使自己的思维更加严谨。
（6）了解一些常见的机械功率 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火箭发动机约1×1013 W ⑤人类平均功率约为1×102W，精英运动员的功率可以在短时间内达到1000W。 ⑥人的心脏跳动功率约为1.5W。 ⑦万吨级巨轮功率在106W以上。 ⑧蓝鲸的游泳功率可达350kW等。 2、关于功率、力与速度关系的思考与讨论：一辆汽车在道路上行驶时，满载时和空载时的速度相同。 尝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卡车与地面的摩擦力大，牵引力也大。 由于行驶速度相同高中物理必修2功率，相同时间内卡车的牵引力做的功较多，因此卡车的输出功率较大。 ② 满载的卡车比空车行驶得慢，因此功率较小。 ③满载的卡车比空车需要更多的力，因此满载的卡车的输出功率比空车的输出功率大。 注：以上分析和讨论的目的是启发学生思考力量与力和速度之间的关系。 学生的分析可能会导致片面和不完整的答案。 教师要参与学生的讨论和分析，帮助、启发和引导学生形成正确的认识。 （正确答案应该是①）。 教师还可以根据课堂需要，提出一些问题供学生进一步讨论，例如汽车上坡和下坡时，汽车的功率、速度和牵引力会发生怎样的变化？ 然后，教师引导学生思考如何计算牵引力。
（让学生根据所学的知识和功率的定义进行推演，培养良好的科学思维能力和思维习惯）提出问题：一辆汽车在笔直的道路上匀速直线行驶。 已知其牵引力为F，行驶速度为V，此时汽车的牵引力F的功率为多少？ 注重诱导学生思考解决问题的思路，并运用功、权力的定义进行分析和推导。 课堂分析结果：P=F·v，即力F的幂等于力F与物体速度v的乘积。注：这里的F是速度V方向的力。分析讨论：V=S/t计算出的就是物体在t时间内的平均速度。 代入公式P=Fv计算出的功率即为F在t时刻的平均功率； 如果t足够小，则V表示瞬时速度。 此时，由P=Fv得到的功率就是F此时的瞬时功率。 即当V为平均速度时，获得的功率为平均功率，当V为瞬时速度时，获得的功率为瞬时功率。 （1）总结：①平均功率P=Fv（v为平均速度）②瞬时功率P=Fv（v为瞬时速度）③如果物体以匀速直线运动，由于瞬时速度相等对于平均速度来说，此时的平均速度功率等于瞬时功率。 交流讨论问题：公式计算的是瞬时功率还是平均功率？ 经过小组讨论，学生得出结论：公式计算出的功率反映了力在t时间内做功的平均速度，因此公式计算出的功率就是平均功率。 （2）额定功率和实际功率的理解问题：人力直接做功能像汽车做功一样快吗？ 汽车的运转速度与飞机的运转速度一样快吗？ 如果一个人做事太快会产生什么后果？ 汽车超载有什么后果？ （人们工作速度太快会导致疲劳，甚至受伤、生病等。汽车超载会导致发动机熄火或烧毁。
) 问：奥运会长跑运动员可以用百米冲刺的速度完成5000米比赛吗？ 为什么？ 提示：奥运会是一项挑战体育极限的竞赛。 人类和机器一样，不能长时间超负荷运动。 在百米赛跑中，短跑运动员只需十秒就能以最快速度跑完全程。 此时，运动员的输出功率比平时高出数十倍。 在5000米长跑中，运动员不能长时间超负荷高中物理必修2功率，因此长跑运动员不能始终保持100米比赛的速度。 注：本题的目的是让学生通过思考身边熟悉的问题，理解额定功率和实际功率的概念以及概念的含义。 ①额定功率：指动力机械长期正常工作时的最大输出功率。 也是机械发动机铭牌上的标称值。 额定功率是动力机械的重要性能指标。 动力机械的额定功率是一定的。 ② 实际功率：机器运行时的功率为实际功率。 实际功率可以小于额定功率或等于其额定功率（称为满载运行），但不能大于额定功率，否则会损坏机器。 ③很多机器的铭牌上都标有机器的额定功率。 请记录家里电器设备的额定功率，计算一下家里每台机器每天做多少功？ 它消耗多少电量？ 哪台机器最耗电？ 请同学们多多交流。 (3)当汽车发动机功率一定时，牵引力与车速的关系。 当小车输出功率一定时，根据公式P=FV，可知物体的移动速度V与牵引力F成反比，如果小车需要较大的牵引力，则必须减少运动速度。
思考：汽车在额定功率的直路上行驶时，如果汽车前面遇到比较陡的上坡路段，驾驶员应该做哪些调整才能保证汽车到达坡顶？ 为什么？ 学生可能会回答：①加大油门，汽车就能顺利到达坡顶。 ②汽车需要换档才能顺利行驶到坡顶。 师生共同分析：①根据P=FV，小车以额定功率运行。 由于上坡路，汽车所需的牵引力增加。 保持行驶速度不变是不可能的； 加大油门，只会增加发动机的输出功率（超过额定功率），而发动机会因过载而过热而损坏。 ② 这是正确的操作方法。 当驾驶员降低发动机转速时，速度降低，牵引力增加。 只要牵引力足够，汽车就能顺利上坡。 思考：汽车等交通工具如何才能达到更快的行驶速度？ 3. 学生进行功率测量活动。 （建议课后安排） 问：如何知道自己在某项运动中的功力？ 要求学生设计测量计划并进行实际测量。 说明：鼓励积极思考，设计可行的解决方案，动脑动手，体验科学的实验方法，感受实验结果的乐趣。 实验方案举例：（让学生根据自己的情况设计实验）方案一：学生快速跑上楼，测量做功的最大功率。 选项 2：估计学生自己每天上楼或爬山的力量。 方案3：设计沿着某根竹竿或树杆爬上一定高度来测量工作功率。 选项4：使用跳绳来测量工作功率。
方案五：计算你举起杠铃时的最大力量（需要同学帮助） 说明：①关于实验方案、原理、设备、数据测量和学生协作，让学生自行讨论和分工，从而培养学生的实验能力，为学生提供合作与交流的机会。 ②方案选定后，要注意引导学生如何找功找动力，需要选择哪些实验设备，需要测量哪些物理量？ 测量是否存在误差，如何测量更准确？ ③按照学生设计的方案组织学生进行实验。 最后，学生可以通过实物展台交流和汇报实验结果，师生共同观看，最后可以进行评选活动。 ④活动的目的是培养学生运用物理知识解决实际问题的能力，通过亲身实验内化知识、提高能力。 同时也培养了学生在实验过程中严谨的科学态度。 三、案例分析 本案例的教学设计体现了物理知识来源于生活，应用于生活。 “电”与生活、生产密切相关。 在介绍功率、额定功率、实际功率等概念时，注重通过生产、生活的具体实例进行介绍，使原本枯燥的概念教学变得生动有趣，使学生容易理解和理解功率的概念。 “动力”有利于激发学生的学习热情。 在知识形成过程中，重点引导学生学习科学思维方法，理解比例法在界定“力量”概念中的作用，提高学生应用科学思维方法解决问题的能力。 通过设计实验来测量人在某些运动中的工作力量，可以内化和强化对物理概念和物理定律的理解，实现知识从理论到实践的转化，加强物理与生活、生产和技术的联系。
在整个《力量》的教学过程中，始终关注“生活与物理、物理与社会”的关系，培养学生关注物理的技术应用，形成将物理知识运用到生活和生产中的意识明确了教育学生知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的课程理念。 四、相关链接 1、瓦特生平简介：詹姆斯·瓦特（James Watt，1736-1819）是一位苏格兰发明家。 1736 年 1 月 19 日出生于苏格兰格林诺克。 瓦特童年时就读于文法学校，但没有接受系统的教育。 瓦特在父亲工作的工厂里学到了很多机械制造知识，后来又在伦敦的一家钟表店当学徒。 1763年，瓦特到格拉斯大学工作，修理教学设备。 在大学里他经常与教授讨论理论和技术问题。 1781年，瓦特制造了一台双作用蒸汽机，从两侧推动活塞。 1785年，他还因其对蒸汽机改进的重大贡献而被选为英国皇家学会会员。 瓦特于 1819 年 8 月 25 日在伯明翰附近的希斯菲尔德去世。 科学成就 1763 年，瓦特修复了格拉斯哥大学的纽科门泵。 他能够仔细研究结构和工作原理，找到了热损失和消耗大量燃料问题的症结所在。 他最终想出了在气缸之外加装冷凝器的想法。 在气缸外侧安装了隔热套，使其保持高温，新型蒸汽机的效率大大提高。 瓦特对自己的成就并不满意。 1781年，他制造了双作用蒸汽机，从气缸两侧推动活塞，并利用曲柄机构将往复直线运动转变为旋转运动。
瓦特还设计了离心调速器，利用反馈原理来控制蒸汽机的速度。 经过一系列改革，蒸汽机很快被各个工业部门采用，为工业革命铺平了道路。 蒸汽机车加速了 19 世纪的交通运输。 蒸汽机→汽轮机→发电机，蒸汽为第二次工业革命，即电力的发展铺平了道路。 有趣的轶事：瓦特和茶壶的童年故事 一天晚上，瓦特正在家里和一个小女孩喝茶。 瓦特不停地摆弄着茶壶的盖子，打开又合上一会儿。 当他堵住茶壶嘴时，蒸汽将壶盖推开。 站在一旁的奶奶对瓦特无聊的行为极为不满，斥责了他。 瓦特并不介意。 他思考着蒸汽的力量，从那时起他就产生了制造蒸汽机的想法。 蒸汽机与工业革命 罗尔特曾在《詹姆斯·瓦特》中写道：“瓦特蒸汽机的巨大而不知疲倦的力量，使生产方式机械化到了过去难以想象的规模。 2.机动车辆 两种常见的启动过程 对于诸如汽车或摩托车在静止起步过程中，发动机的输出功率、牵引力和车速之间的关系满足公式P=F·v，三个物理量P、F、v中，若保留其中一个量常数，当其他量变化时，第三个量也会变化。汽车的启动过程是一个比较复杂的物理过程，下面我们对两种常见的启动过程进行分析如下：①汽车（或摩托车）启动行驶时在功率恒定的情况下（请把握教材的难度和课程标准的难度），当汽车的牵引功率保持恒定时，由P=FV可以看出，牵引力与速度成反比。
结合牛顿第二定律F-f=ma可以看出，当小车恒功率启动时，随着小车速度V逐渐增大，小车的加速度逐渐减小，直至加速度等于0，最后小车以均匀的速度。 思考：当汽车在笔直道路上行驶，遇到前方陡峭的上坡路段时，驾驶员应该做哪些调整才能保证汽车到达坡顶？ 仅仅加大油门就能成功到达坡顶吗？ ②机车恒牵引起动过程：机车作匀加速直线运动，加速度a=(Ff)/m。 小车的输出功率P随着小车速度的增加而增加，直到小车的输出功率等于额定功率。 匀加速过程结束。 然后小车保持功率不变，通过减小牵引力进一步提高速度，直至加速度a=0，最后匀速行驶。 这个过程中各个量的变化可以用下面的流程图来表示。
