高中物理必修課1教案——《力量》 一、教學內容分析 1、內容及現狀 《普通高中物理課程標準》公共必修模塊“物理2”中本節涉及的內容標準是“了解動力，關心生產生活中常見機械動力的大小和意義。” 要求學生了解功率的概念并能夠計算功率； 分析汽車發動機功率一定時牽引力與車速的關系； 嘗試設計自己的實驗來測量人們在某些運動中的力量。 由于動力在生活和生產中應用廣泛，因此在教學中可以充分利用這一優勢，使抽象的物理概念充滿實際意義。 培養學生運用知識解決實際問題的能力，樹立正確的價值觀。 本課的教學應以培養學生的思維能力為基礎，讓學生通過學習物理研究方法學會思考問題。 在建立“力”的概念時，讓學生體驗利用比率法建立新的物理概念。 對機車起動過程的分析，注重培養學生的邏輯思維，引導學生了解物理與社會生活的密切聯系，綜合運用動力學知識和動力概念來分析和解決問題。 通過學生設計實驗來衡量人的勞動能力，可以達到學以致用的目的，培養學生運用科學知識解決實際問題的能力。 2.教學目標：（1）通過實例體驗權力概念的形成過程和權力的現實意義，理解權力概念。 (2)從功率概念的定義出發，理解用比率法建立物理概念的方法。 (3)了解功率、力、速度之間的關系。
將使用兩個冪公式來解釋現象并進行計算。 (4)了解平均功率、瞬時功率、額定功率和實際功率之間的區別和聯系。 （五）具有敢于表達自己的意見、堅持原則、善于合作的好習慣。 3、重點難點：教學重點是理解權力概念； 難點在于理解功率、力和速度之間的關系，以及瞬時功率和平均功率的計算。 2、案例設計（1）新課程導入題：人們在生產、生活、工作中使用大量的機器進行作業。 完成工作的速度與人類直接完成的工作或畜力完成的工作有何不同？ 請舉個例子。 （引發學生思考，讓他們從日常生活中尋找做功的例子，思考機械做功與人力、畜力做功的區別。）做功是能量轉換的尺度，人們非常重視做功。完成的工作量。 然而，不同的機器或人以不同的速度執行工作。 （分析一些生產案例、工作場景，或者展示一些不同工作速度的圖片。如果條件允許，可以通過多媒體手段將這些圖片和場景展示得更形象，讓學生對速度有更形象、更具體的認識）參考例子：①挖掘機和人，完成同樣的挖掘任務，人要花更長的時間。 ② 施工現場，磚、水泥等建筑材料必須移至屋頂。 與搬運工相比，起重機比工人快得多。 ③ 從井里提水，用泵比人工提水要快得多。 ④ 如果你住在高層建筑（比如8樓），把電帶到大樓比步行要快得多。
⑤拖拉機耕地速度比牛快得多等。列舉生產生活中發生的事例，讓學生認識到動力與生活生產密切相關、無處不在。 研究權力具有重要的現實意義。 解說：通過引導學生分析相關案例，初步形成共識：人們在選擇機器做工作時，不僅要考慮完成工作的量，還要考慮機器完成工作的速度。 例如，挖掘機的工作速度比人快； 大型卡車比拖拉機工作得更快； 拖拉機犁田的速度比牛快； 起重機比搬運工工作得更快； 水泵比卷揚機提水速度更快，等等。 研究工作速度具有重要的現實意義。 通過一個實際問題和具體數據，學生可以對做事的速度有一個感性的認識。 例如，在高層建筑中，需要將一批磚塊運輸到高層建筑中。 在運輸磚塊的過程中，起重機和運輸車的生產記錄如下表所示： 老師：不同的機器或物體執行工作的速度或快或慢。 這個怎么做？ 衡量完成工作的速度怎么樣？ 請學生思考并提出解決方案。 （引導學生思考：如何比較物體做功的速度？討論時注意培養學生的發散性思維和批判性思維能力。）預測學生可能有以下答案：①選擇相同時間并比較完成了多少工作。 做更多工作的人會做得更快； ②選擇做同樣的工作，比較做這項工作的時間長短。 時間越長，工作就越慢。 ③ 與“速度”的定義類似，“功率”的定義是所做的功與完成該功所需的時間之比。 注意：學生提出的各種解決方案可能存在問題或不完整。 教師應鼓勵學生在交流中補充和提高理解。
教學時注意引導學生對“速度”、“加速度”等概念的定義方法，理解用比率法定義的功率概念。 （二）新課程教學 1、功率 （1）定義公式：物理學中，物體做功W與完成做功所用時間t的比值，作為物體做功平均速度的衡量標準在那段時間內。 即P=W/t (2) 物理意義：表示物體做功速度快慢的物理量。 (3) 單位：教師要求學生正確說出公式中各字母所代表的物理量及其單位。 P：功率，單位：瓦（W），常用單位是千瓦（kW） W：力做功，單位：焦耳（J） t：做功所需時間，單位：秒（s） 單位換算： 1kW=1000W1W=1J/s (4) 功率是一個標量，功率代表工作時能量轉換的速度。 （5）討論交流：小實驗：將一枚硬幣放在書的封面上，打開書的封面形成一個斜面，使硬幣開始滑落。 請同學們仔細分析。 硬幣在下落的過程中作用了多少力？ 哪些力量在發揮積極作用？ 哪些力做負功？ 哪些力不做功？ 如果斜坡的傾斜角度加大，情況會發生什么變化？ 當傾斜角度增大時，功率是否也會增大？ 溫馨提示：①比較不同傾斜角度下的威力時，需要注意的是硬幣開始滑動的高度要相同。 在討論權力時，重要的是要指出哪個勢力擁有權力。 ②在實驗的分析和討論中，需要注意的是，分析的是某一力的平均功率。 注重引導學生進行受力分析和工作分析。 他們可以利用權力的定義，進行理論推演，使自己的思維更加嚴謹。
（6）了解一些常見的機械功率 ①汽車發動機：5×104 W～15×104 W ②摩托車約2×103 W ③噴氣客機約2×108 W ④火箭發動機約1×1013 W ⑤人類平均功率約為1×102W，精英運動員的功率可以在短時間內達到1000W。 ⑥人的心臟跳動功率約為1.5W。 ⑦萬噸級巨輪功率在106W以上。 ⑧藍鯨的游泳功率可達350kW等。 2、關于功率、力與速度關系的思考與討論：一輛汽車在道路上行駛時，滿載時和空載時的速度相同。 嘗試討論這兩種情況下汽車的輸出功率是否相同？ 為什么？ 預測學生會回答：①卡車與地面的摩擦力大，牽引力也大。 由于行駛速度相同高中物理必修2功率，相同時間內卡車的牽引力做的功較多，因此卡車的輸出功率較大。 ② 滿載的卡車比空車行駛得慢，因此功率較小。 ③滿載的卡車比空車需要更多的力，因此滿載的卡車的輸出功率比空車的輸出功率大。 注：以上分析和討論的目的是啟發學生思考力量與力和速度之間的關系。 學生的分析可能會導致片面和不完整的答案。 教師要參與學生的討論和分析，幫助、啟發和引導學生形成正確的認識。 （正確答案應該是①）。 教師還可以根據課堂需要，提出一些問題供學生進一步討論，例如汽車上坡和下坡時，汽車的功率、速度和牽引力會發生怎樣的變化？ 然后，教師引導學生思考如何計算牽引力。
（讓學生根據所學的知識和功率的定義進行推演，培養良好的科學思維能力和思維習慣）提出問題：一輛汽車在筆直的道路上勻速直線行駛。 已知其牽引力為F，行駛速度為V，此時汽車的牽引力F的功率為多少？ 注重誘導學生思考解決問題的思路，并運用功、權力的定義進行分析和推導。 課堂分析結果：P=F·v，即力F的冪等于力F與物體速度v的乘積。注：這里的F是速度V方向的力。分析討論：V=S/t計算出的就是物體在t時間內的平均速度。 代入公式P=Fv計算出的功率即為F在t時刻的平均功率； 如果t足夠小，則V表示瞬時速度。 此時，由P=Fv得到的功率就是F此時的瞬時功率。 即當V為平均速度時，獲得的功率為平均功率，當V為瞬時速度時，獲得的功率為瞬時功率。 （1）總結：①平均功率P=Fv（v為平均速度）②瞬時功率P=Fv（v為瞬時速度）③如果物體以勻速直線運動，由于瞬時速度相等對于平均速度來說，此時的平均速度功率等于瞬時功率。 交流討論問題：公式計算的是瞬時功率還是平均功率？ 經過小組討論，學生得出結論：公式計算出的功率反映了力在t時間內做功的平均速度，因此公式計算出的功率就是平均功率。 （2）額定功率和實際功率的理解問題：人力直接做功能像汽車做功一樣快嗎？ 汽車的運轉速度與飛機的運轉速度一樣快嗎？ 如果一個人做事太快會產生什么后果？ 汽車超載有什么后果？ （人們工作速度太快會導致疲勞，甚至受傷、生病等。汽車超載會導致發動機熄火或燒毀。
) 問：奧運會長跑運動員可以用百米沖刺的速度完成5000米比賽嗎？ 為什么？ 提示：奧運會是一項挑戰體育極限的競賽。 人類和機器一樣，不能長時間超負荷運動。 在百米賽跑中，短跑運動員只需十秒就能以最快速度跑完全程。 此時，運動員的輸出功率比平時高出數十倍。 在5000米長跑中，運動員不能長時間超負荷高中物理必修2功率，因此長跑運動員不能始終保持100米比賽的速度。 注：本題的目的是讓學生通過思考身邊熟悉的問題，理解額定功率和實際功率的概念以及概念的含義。 ①額定功率：指動力機械長期正常工作時的最大輸出功率。 也是機械發動機銘牌上的標稱值。 額定功率是動力機械的重要性能指標。 動力機械的額定功率是一定的。 ② 實際功率：機器運行時的功率為實際功率。 實際功率可以小于額定功率或等于其額定功率（稱為滿載運行），但不能大于額定功率，否則會損壞機器。 ③很多機器的銘牌上都標有機器的額定功率。 請記錄家里電器設備的額定功率，計算一下家里每臺機器每天做多少功？ 它消耗多少電量？ 哪臺機器最耗電？ 請同學們多多交流。 (3)當汽車發動機功率一定時，牽引力與車速的關系。 當小車輸出功率一定時，根據公式P=FV，可知物體的移動速度V與牽引力F成反比，如果小車需要較大的牽引力，則必須減少運動速度。
思考：汽車在額定功率的直路上行駛時，如果汽車前面遇到比較陡的上坡路段，駕駛員應該做哪些調整才能保證汽車到達坡頂？ 為什么？ 學生可能會回答：①加大油門，汽車就能順利到達坡頂。 ②汽車需要換檔才能順利行駛到坡頂。 師生共同分析：①根據P=FV，小車以額定功率運行。 由于上坡路，汽車所需的牽引力增加。 保持行駛速度不變是不可能的； 加大油門，只會增加發動機的輸出功率（超過額定功率），而發動機會因過載而過熱而損壞。 ② 這是正確的操作方法。 當駕駛員降低發動機轉速時，速度降低，牽引力增加。 只要牽引力足夠，汽車就能順利上坡。 思考：汽車等交通工具如何才能達到更快的行駛速度？ 3. 學生進行功率測量活動。 （建議課后安排） 問：如何知道自己在某項運動中的功力？ 要求學生設計測量計劃并進行實際測量。 說明：鼓勵積極思考，設計可行的解決方案，動腦動手，體驗科學的實驗方法，感受實驗結果的樂趣。 實驗方案舉例：（讓學生根據自己的情況設計實驗）方案一：學生快速跑上樓，測量做功的最大功率。 選項 2：估計學生自己每天上樓或爬山的力量。 方案3：設計沿著某根竹竿或樹桿爬上一定高度來測量工作功率。 選項4：使用跳繩來測量工作功率。
方案五：計算你舉起杠鈴時的最大力量（需要同學幫助） 說明：①關于實驗方案、原理、設備、數據測量和學生協作，讓學生自行討論和分工，從而培養學生的實驗能力，為學生提供合作與交流的機會。 ②方案選定后，要注意引導學生如何找功找動力，需要選擇哪些實驗設備，需要測量哪些物理量？ 測量是否存在誤差，如何測量更準確？ ③按照學生設計的方案組織學生進行實驗。 最后，學生可以通過實物展臺交流和匯報實驗結果，師生共同觀看，最后可以進行評選活動。 ④活動的目的是培養學生運用物理知識解決實際問題的能力，通過親身實驗內化知識、提高能力。 同時也培養了學生在實驗過程中嚴謹的科學態度。 三、案例分析 本案例的教學設計體現了物理知識來源于生活，應用于生活。 “電”與生活、生產密切相關。 在介紹功率、額定功率、實際功率等概念時，注重通過生產、生活的具體實例進行介紹，使原本枯燥的概念教學變得生動有趣，使學生容易理解和理解功率的概念。 “動力”有利于激發學生的學習熱情。 在知識形成過程中，重點引導學生學習科學思維方法，理解比例法在界定“力量”概念中的作用，提高學生應用科學思維方法解決問題的能力。 通過設計實驗來測量人在某些運動中的工作力量，可以內化和強化對物理概念和物理定律的理解，實現知識從理論到實踐的轉化，加強物理與生活、生產和技術的聯系。
在整個《力量》的教學過程中，始終關注“生活與物理、物理與社會”的關系，培養學生關注物理的技術應用，形成將物理知識運用到生活和生產中的意識明確了教育學生知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀的課程理念。 四、相關鏈接 1、瓦特生平簡介：詹姆斯·瓦特（James Watt，1736-1819）是一位蘇格蘭發明家。 1736 年 1 月 19 日出生于蘇格蘭格林諾克。 瓦特童年時就讀于文法學校，但沒有接受系統的教育。 瓦特在父親工作的工廠里學到了很多機械制造知識，后來又在倫敦的一家鐘表店當學徒。 1763年，瓦特到格拉斯大學工作，修理教學設備。 在大學里他經常與教授討論理論和技術問題。 1781年，瓦特制造了一臺雙作用蒸汽機，從兩側推動活塞。 1785年，他還因其對蒸汽機改進的重大貢獻而被選為英國皇家學會會員。 瓦特于 1819 年 8 月 25 日在伯明翰附近的希斯菲爾德去世。 科學成就 1763 年，瓦特修復了格拉斯哥大學的紐科門泵。 他能夠仔細研究結構和工作原理，找到了熱損失和消耗大量燃料問題的癥結所在。 他最終想出了在氣缸之外加裝冷凝器的想法。 在氣缸外側安裝了隔熱套，使其保持高溫，新型蒸汽機的效率大大提高。 瓦特對自己的成就并不滿意。 1781年，他制造了雙作用蒸汽機，從氣缸兩側推動活塞，并利用曲柄機構將往復直線運動轉變為旋轉運動。
瓦特還設計了離心調速器，利用反饋原理來控制蒸汽機的速度。 經過一系列改革，蒸汽機很快被各個工業部門采用，為工業革命鋪平了道路。 蒸汽機車加速了 19 世紀的交通運輸。 蒸汽機→汽輪機→發電機，蒸汽為第二次工業革命，即電力的發展鋪平了道路。 有趣的軼事：瓦特和茶壺的童年故事 一天晚上，瓦特正在家里和一個小女孩喝茶。 瓦特不停地擺弄著茶壺的蓋子，打開又合上一會兒。 當他堵住茶壺嘴時，蒸汽將壺蓋推開。 站在一旁的奶奶對瓦特無聊的行為極為不滿，斥責了他。 瓦特并不介意。 他思考著蒸汽的力量，從那時起他就產生了制造蒸汽機的想法。 蒸汽機與工業革命 羅爾特曾在《詹姆斯·瓦特》中寫道：“瓦特蒸汽機的巨大而不知疲倦的力量，使生產方式機械化到了過去難以想象的規模。 2.機動車輛 兩種常見的啟動過程 對于諸如汽車或摩托車在靜止起步過程中，發動機的輸出功率、牽引力和車速之間的關系滿足公式P=F·v，三個物理量P、F、v中，若保留其中一個量常數，當其他量變化時，第三個量也會變化。汽車的啟動過程是一個比較復雜的物理過程，下面我們對兩種常見的啟動過程進行分析如下：①汽車（或摩托車）啟動行駛時在功率恒定的情況下（請把握教材的難度和課程標準的難度），當汽車的牽引功率保持恒定時，由P=FV可以看出，牽引力與速度成反比。
結合牛頓第二定律F-f=ma可以看出，當小車恒功率啟動時，隨著小車速度V逐漸增大，小車的加速度逐漸減小，直至加速度等于0，最后小車以均勻的速度。 思考：當汽車在筆直道路上行駛，遇到前方陡峭的上坡路段時，駕駛員應該做哪些調整才能保證汽車到達坡頂？ 僅僅加大油門就能成功到達坡頂嗎？ ②機車恒牽引起動過程：機車作勻加速直線運動，加速度a=(Ff)/m。 小車的輸出功率P隨著小車速度的增加而增加，直到小車的輸出功率等于額定功率。 勻加速過程結束。 然后小車保持功率不變，通過減小牽引力進一步提高速度，直至加速度a=0，最后勻速行駛。 這個過程中各個量的變化可以用下面的流程圖來表示。
