高中物理 第1章 第3節(jié) 功率教案 魯科版必修2（通用）

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1、功率 【內(nèi)容與地位】 本節(jié)為《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》共同必修模塊“物理2”中第一個二級主題“機械能和能源”中所涉及到的內(nèi)容。內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中這節(jié)有關(guān)的條目是：“理解功和功率，關(guān)心生活和生產(chǎn)中常見機械功率的大小及其意義?！? 功率的概念來源于生產(chǎn)和生活，功率的知識是機械功概念的進一步延伸，在生產(chǎn)和生活實際中應(yīng)用的例子很多很廣，而且功率與力、功率與速度的關(guān)系又是聯(lián)系實際生活和科學(xué)實踐的紐帶，教學(xué)中可充分利用這一優(yōu)勢，使抽象的物理概念變得富有實際意義。發(fā)展學(xué)生應(yīng)用知識解決實際問題能力，樹立正確的價值觀。本節(jié)的教學(xué)重點是使學(xué)生確切地理解功率的概念，會進行功率的計算；會利用功率與力、功率與速度的關(guān)系P=

2、F·v分析汽車發(fā)動機功率一定時，牽引力和速度的關(guān)系；嘗試自己設(shè)計實驗，測量人在某種運動中的功率。例題的教學(xué)不僅可以使學(xué)生學(xué)會應(yīng)用基本公式進行計算，而且可以增進學(xué)生對平均功率和瞬時功率的理解；機動車起動問題的分析過程有利于學(xué)生養(yǎng)成分析物理過程的習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，綜合運用動力學(xué)知識和功率概念分析問題和解決問題的能力，避免簡單地套用公式；在建立“功率”概念中，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)物理研究方法，體會用比值方法來建立新的物理概念，使學(xué)生學(xué)會思考問題；通過充分利用書中的插圖以及聯(lián)系生活中實例的教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生認識物理與社會生活的密切聯(lián)系，可以讓學(xué)生感受生活中物理無處不在，無時不在影響我們的生活，從而激

3、發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣；通過學(xué)生設(shè)計測量人的做功功率的實驗，達到學(xué)以致用的目的，培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)知識解決實際問題能力。 【教學(xué)目標(biāo)】 知識和技能 1．知道功率的物理意義、定義式、單位。 2．理解功率的導(dǎo)出式P=F·v的物理意義，并掌握其用法，會利用功率的兩個公式來解釋現(xiàn)象和進行計算。 3．理解平均功率和瞬時功率，了解平均功率、瞬時功率、額定功率、實際功率的區(qū)別與聯(lián)系。 過程和方法 1．通過實例體驗功率概念的形成過程及功率的實際意義，通過功率的定義過程，體會應(yīng)用比值方法建立物理概念的方法。 2．學(xué)會求解各種不同的功率。 3．運用功率的不同表達式分析和解決動力機械的運動問題。 情

4、感態(tài)度與價值觀 1．使學(xué)生養(yǎng)成具體問題具體分析和嚴密思維的習(xí)慣。 2．提高學(xué)生理論聯(lián)系實際、解決實際問題的能力。 3．培養(yǎng)學(xué)生敢于發(fā)表自己觀點、善于合作的良好習(xí)慣。 【教學(xué)重點】 1．理解功率的概念。 2．知道功率的種類及其計算。 【教學(xué)難點】 1．功率的表達式P=F·v的物理意義和運用。 2．瞬時功率和平均功率的計算。 【教學(xué)時數(shù)】 1課時 【教學(xué)器材】 投影儀、投影片、錄象資料、CAI課件等 【教學(xué)過程】 新課導(dǎo)入 教師：人們在生產(chǎn)、生活和工作中使用了大量的機械來做功，這與人力直接做功或畜力做功，在完成功的快慢方面有何不同？請舉例說明。 （引發(fā)學(xué)生思考，讓

5、學(xué)生從身邊生活尋找做功快慢的事例，并思考機械與人或畜力做功快慢的差異。） 預(yù)測學(xué)生所舉事例可能有： 1、人上高樓（如8層樓）時，乘電梯比走路要快得多； 2、拖拉機耕地比牛耕地要快得多； 3、挖土機與人，要完成相同的挖土任務(wù)，人花的時間要長得多； 4、從水井里提水，使用抽水機比人工要快得多； 5、…… （列舉生產(chǎn)、生活中發(fā)生的事例，使學(xué)生體會功率與生活、生產(chǎn)息息相關(guān)，無處不在，研究功率具有重要的現(xiàn)實意義，并引導(dǎo)學(xué)生注意觀察身邊物理現(xiàn)象，體會到物理知識就在我們身邊，感悟物理規(guī)律研究的價值，激起學(xué)生的求知欲。） 功是能量轉(zhuǎn)化的量度，人們十分關(guān)注做功的多少。然而不同的機械或人，其做功的

6、快慢是不同的。 （分析一些生產(chǎn)事例、工作場面，或展示一些做功快慢不同的圖片。有條件的情況下還可通過多媒體手段更生動地展示這些畫面和情景，使學(xué)生對做功快慢的情形有更為形象和具體的認識，從而為建立正確的“功率”概念打下良好基礎(chǔ)。） 教師：在建筑工地上分別采用以下三種方式，把1t的貨物從地面運到三樓， 方式一：搬運工分批搬運，需時間3h 方式二：用一臺起重機提升，需時1min 方式三：用另一臺起重機提升，需時30 s 上述三種情況下，把貨物由地面運到三樓時，請思考以下問題： 1、用不同的方式，對貨物所做的功是否相同？ 2、所用時間不同，三種方式中做功的快慢是否相同？ 結(jié)論：對重物所

7、做的功相同，但所用時間不同，說明做功快慢不同。 說明：通過引導(dǎo)學(xué)生分析有關(guān)事例，形成初步共識：人們選用機械來做功時，不僅要考慮做功多少，還要考慮機械做功的快慢。如挖掘機做功比人快；大卡車比拖拉機做功快；拖拉機耕地比牛耕地要快；起重吊車比搬運工人做功快；抽水機比轆轤提水快，等等。研究做功的快慢有著重要的實際意義。通過實際問題讓學(xué)生感性地認識做功的快慢。 教師：不同的機器或物體做功有快有慢，如何來衡量做功的快慢呢？請同學(xué)們思考并提出解決方案。 （引導(dǎo)學(xué)生思考：如何比較物體做功快慢？討論中注意培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力和批判思維能力。） 預(yù)測學(xué)生可能有以下認識： 1、選擇相同時間，比較做功多少

8、，做功多的，做功就快； 2、選擇做相同的功，比較做功的時間長短，時間長的，做功就慢； 3、類比“速度”的定義方法，用做功和完成這些功所花的時間的比值來定義“功率”； 4、…… 說明：對學(xué)生提出的各種方案可能有問題或不完整，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生在交流中補充完善自己的認識。 教學(xué)中注意引導(dǎo)學(xué)生類比如“速度”、“加速度”概念的定義方法，體會比值法定義功率概念。 新課推進 一、功率的含義 1．定義：功W與完成這些功所用時間t的比值叫做功率。 （板書） 2．定義式：P=W/ t （板書） 3．物理意義：表示物體做功快慢的物理量。 （板書） 4．單位：（板書）教師請一位同

9、學(xué)正確地說出定義式中各個字母所表示的物理量及其單位。 國際單位：瓦特（w），常用單位：千瓦（kw）或焦耳/秒（J/s）（板書） W→功→單位：焦耳（J） ｔ→做功所用時間→單位：秒(s) 換算關(guān)系：１kw = 1000 w１w=１J/s（板書） 說明：用已知物理量的比值定義新的物理量，是建立物理概念常用的方法。使用該方法能夠進一步揭示和表述被探究對象的某些物理性質(zhì)及變化規(guī)律，像我們已經(jīng)研究過的速度、加速度等物理量就是用這種方法來定義的。 5. 功率是標(biāo)量，功率表示做功過程中能量轉(zhuǎn)化的快慢。（板書） 6. 討論與交流： 小實驗：把一段粉筆放在書的封面上，打開書的封面形成一個斜面

10、，并使粉筆開始下滑。請同學(xué)仔細分析一下，在下滑的過程中粉筆共受到幾個力的作用？哪些力做正功？哪些力做負功？哪些力不做功？如果斜面的傾角增大，情況會有什么變化？傾角增大時，功率是否也增大？ 提示： （1）比較不同傾角時的功率，應(yīng)注意粉筆開始下滑處的高度應(yīng)相同。討論功率時須指明哪個力的功率。 （2）實驗的分析討論，要注意所分析的是某個力的平均功率。注意引導(dǎo)學(xué)生進行受力分析、做功分析，可利用功率的定義式，在理論上進行推演，使思維更加嚴密。 7. 一些常見機械做功功率 （1）汽車發(fā)動機5×104 W～15×104 W? （2）摩托車約2×103 W （3）噴氣客機約2×108

11、W? （4）人心臟跳動的功率1.5W左右 （5）火箭的發(fā)動機約1×1013 W? （6）萬噸巨輪106W以上 （7）藍鯨游動的功率可達350kW （8）人的平均功率約1×102 W （9）優(yōu)秀運動員短時間內(nèi)的功率可達1000W 二、功率P與力F、速度v的關(guān)系 （板書） 1. 功率與力、速度的關(guān)系推導(dǎo) （板書） 教師：一部汽車載重時和空車時，在公路上以相同的速度行駛，試討論這兩種情況下汽車的輸出功率是否相同？為什么？ 預(yù)測學(xué)生的回答可能有： （1）載重汽車與地摩擦力較大，牽引力也大，由于行駛速度一樣，故相同時間內(nèi)，載重車的牽引

12、力做功較多，所以載重汽車的輸出功率較大； （2）載重汽車行駛得比空車慢，因此功率較??； （3）載重汽車比空車費力，因此載重車的輸出功率較空車時要大些； （4）…… 說明：上述分析討論的目的是啟發(fā)學(xué)生思考功率與力和速度有何關(guān)系。學(xué)生分析可能會出現(xiàn)片面和不完整回答，教師要參加到學(xué)生的討論分析中，幫助、啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生形成正確的認識。得出正確的答案(1)。 接著，教師引導(dǎo)學(xué)生思考，如何計算牽引力的功率。（讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識和功率定義式進行推演，培養(yǎng)良好的科學(xué)思維能力和思維習(xí)慣） 教師：某汽車在平直公路上做勻速直線運動，已知其牽引力大小為F，運行速度為v，試求此時汽車牽引力F的功率為多少？

13、 （注意引發(fā)學(xué)生思考解決問題的思路，應(yīng)用功和功率的定義式進行分析和推導(dǎo)。） 2.公式：P=Fv （F與位移s或v同方向）（板書） 即力F的功率等于力F和物體運動速度v的乘積.。注意F是速度v方向上的作用力。 分析討論：由v = s / t求出的是物體在時間ｔ內(nèi)的平均速度，代入公式P=F v求出的功率是F在時間ｔ內(nèi)的平均功率；如果ｔ取得足夠小，則v表示瞬時速度，此時由Ｐ＝Fv求得的功率就是F在該時刻的瞬時功率。即當(dāng)v為平均速度時，求得的功率就是平均功率，v為瞬時速度時，求得的功率就是瞬時功率。 總結(jié)： v是平均速度，P是平均功率（F為恒力，且F與同向）（板書）

14、P=Fv v是瞬時速度，P是瞬時功率（板書） 說明：如果物體做勻速直線運動，由于瞬時速度與平均速度相等，故此時平均功率等于瞬時功率。 教師：汽車以額定功率在平直公路行駛時，若前方遇到了一段較陡的上坡路段，汽車司機要做好什么調(diào)整，才能確保汽車駛到坡頂？為什么？ 預(yù)測學(xué)生的回答可能有： （1）加大油門，汽車可順利行駛到達坡頂。 （2）汽車要換檔，才能順利行駛到達坡頂。 （3）…… 師生共同分析： （1） 根據(jù)P=Fv知，汽車以額定功率行駛，因遇上坡路段，汽車所需的牽引力增大了，若要保持行駛速度不變，這是不可能的；加大油門，只會增加發(fā)動機的輸出功率（超過額定功率），發(fā)動機將因超負荷

15、而過熱損壞。 （2） 這是一種正確的操作方式，當(dāng)司機將發(fā)動機的速度檔位調(diào)低后，速度減小了，牽引力加大了，只要牽引力足夠，汽車便可順利上坡。 教師根據(jù)課堂需要還可以提出一些問題讓學(xué)生進一步討論，如： （1）汽車上坡的時候，司機常用換擋的方法來減小速度，為什么？ （汽車上坡的時候，司機常用換擋的方法來減小速度，來得到較大的牽引力。） （2）汽車上坡時，要保持速度不變，應(yīng)如何做？ （汽車上坡時，要保持速度不變，就必須加大油門，增大輸出功率來得到較大的牽引力。） （3）起重機在豎直方向勻速吊起某一重物時，為什么發(fā)動機的輸出功率越大，起吊速度就越大？ （起重機在豎直方向勻速吊起某一重物時

16、，由于牽引力與重物的重力相等，即牽引力保持不變，發(fā)動機輸出的功率越大，起吊的速度就越大。） 思考：汽車等交通工具，如何才能獲得更大的行駛速度？ 教師：由P = W / t求出的是瞬時功率還是平均功率? 學(xué)生小組討論后得出：由公式P = W / t求出的功率，反映了該力在t時間內(nèi)做功的平均快慢，故由公式P = W / t求出的功率是平均功率。 教師：人力直接做功能否像汽車做功那樣快呢？汽車做功能否像飛機做功那樣快呢？人如果做功過快，會產(chǎn)生什么后果呢？汽車超負荷運轉(zhuǎn)會產(chǎn)生什么后果呢？ （人做功過快，會引起疲勞、甚至受傷、生病等，汽車超負荷工作會造成發(fā)動機熄火或燒毀。） 教師：奧運長

17、跑運動員能否用100m短跑的速度來完成5000m的賽跑路程呢？為什么？ （奧運比賽是一種挑戰(zhàn)運動局限的比賽，人與機器一樣，不能長時間超負荷運動，短跑運動員在100m賽跑中，時間不過是十幾秒，能以最大的速度跑完全程，此時運動員的輸出功率是正常時的數(shù)十倍。在5000m的長跑運動中，運動員不可能長時間超負荷運動，因此長跑運動員不可能一直保持百米賽跑那樣的速度。） 說明：讓學(xué)生通過思考自己身邊所熟悉的問題，認識額定功率和實際功率的概念以及概念的意義。 教師：你對“額定功率和實際功率以及平均功率和瞬時功率”是怎樣理解的？ ① 額定功率：指動力機械在長時間正常工作時最大輸出功率。也是機械發(fā)動機銘牌

18、上的標(biāo)稱值。 額定功率是動力機械重要的性能指標(biāo)，一個動力機械的額定功率是一定的，機器不一定都在額定功率下工作。 ②實際功率：機械在運行過程中實際輸出的功率是實際功率。 實際功率可以小于額定功率，可以等于其額定功率（稱滿負荷運行），但不能大于額定功率，否則容易將機械損壞。 機車啟動過程中，發(fā)動機的功率指牽引力的功率而不是合外力或阻力的功率。 ③ 平均功率：物體在一段時間內(nèi)做功功率的平均值叫平均功率。通常用定義式P=W/t描述，只有當(dāng)物體勻速運動時，才等于瞬時功率。 ④瞬時功率：物體在某一時刻的功率叫做瞬時功率。通常用P=Fv表示，必須注意F、v與P的同時性。 很多機械的銘牌上都標(biāo)有

19、這臺機器的額定功率，請同學(xué)將家里的電器設(shè)備上的額定功率都記錄下來，計算家里的每部機器每天要做多少功？要消耗多少電能？哪一部機器最耗電？并與同學(xué)進行交流。 教師：（課件展示） （1）當(dāng)牽引力F一定時，功率P和速度v之間有什么關(guān)系？ （2）當(dāng)速度v一定時，牽引力F和功率P之間關(guān)系如何？ （3）當(dāng)輸出功率P一定時，牽引力F和速度v之間有什么關(guān)系？ 根據(jù)公式P =F v可知，物體的運動速度v與牽引力F成反比，如果汽車需要較大的牽引力，就必須減小運動速度。課件展示下列關(guān)系： F一定時，P∝v （板書） 據(jù)P=Fv可得 v一定時，P∝F （板書） P一定時，F(xiàn)∝ （板書） 3.推廣

20、式：P=Fvcosα （α為力F與瞬時速度v方向間的夾角） 說明： （1）當(dāng)F為合外力時，P為合外力做功的功率；當(dāng)F為某一外力時，P為該力做功的功率； （2）在汽車等交通工具一類問題中，式中P為發(fā)動機的實際功率，F(xiàn)為發(fā)動機的牽引力，v為汽車的瞬時速度。 4．學(xué)生進行測功率活動。 教師：如何才能知道在某種運動中自己做功的功率呢？請同學(xué)設(shè)計一個測量方案，并進行實際測量。 （激勵積極思考、設(shè)計可行方案，動腦動手，體驗科學(xué)探究實驗方法和感受實驗成果的喜悅。） 預(yù)測學(xué)生的實驗方案可能有：（讓學(xué)生結(jié)合自己的情況來進行設(shè)計實驗） 方案1：學(xué)生快速跑上樓，來測量做功的最大功率； 方案2：估

21、算學(xué)生自己平時上樓或爬山過程的功率； 方案3：設(shè)計沿某一竹桿或樹桿上爬一定的高度，來測量做功功率； 方案4：利用跳繩運動，來測量做功功率； 方案5：測算自己舉起杠鈴時的最大功率（需要同學(xué)的幫忙）； 方案5：…… 說明： （1）有關(guān)實驗方案、原理、器材、數(shù)據(jù)的測定及同學(xué)協(xié)作等，都應(yīng)放手讓學(xué)生自行討論、分工，這樣才能培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ峁W(xué)生合作交流的機會。 （2）方案選定后，要注意引導(dǎo)學(xué)生如何求功和功率，需要選擇哪些實驗器材，測量哪些物理量？測量是否存在誤差問題，如何才能較準(zhǔn)確地測量。 （3）根據(jù)學(xué)生設(shè)計的方案，組織學(xué)生進行實驗。實驗結(jié)果可讓學(xué)生通過實物展臺進行交流匯報，師生共

22、同觀看，最后還可以進行評選活動。 （4）通過親身的實驗活動，達到內(nèi)化知識，提升能力，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實際問題能力，同時也在實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。 （在應(yīng)用物理規(guī)律時，不僅要做鞏固性練習(xí)，而且要結(jié)合實際問題情景，讓學(xué)生在實施的過程中體驗如何應(yīng)用物理知識解決問題，特別是方案設(shè)計的討論有助于促進學(xué)生各方面的發(fā)展，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，建議課后安排學(xué)生測功率。） 【案例評析】 本節(jié)課教學(xué)設(shè)計不僅注重學(xué)生新知識的形成過程，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時體會如何進行科學(xué)的思維，使學(xué)生養(yǎng)成具體問題具體分析和嚴密思維的習(xí)慣，而且在教學(xué)過程中注重調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和主動性，教學(xué)設(shè)計注意體

23、現(xiàn)物理學(xué)的價值，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際、解決實際問題能力，在教與學(xué)過程中促進學(xué)生科學(xué)的價值觀和世界觀形成。 本設(shè)計從學(xué)生日常生活中的例子出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生進一步的思考，發(fā)現(xiàn)問題，然后通過實例分析揭示問題的本質(zhì)；在此過程教師留給學(xué)生獨立思考的空間和時間，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中充滿問題意識和創(chuàng)新意識，有效培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力和探究問題的能力。在得出功率P與力F、速度v的關(guān)系之后，教師利用身邊常見的現(xiàn)象，應(yīng)用關(guān)系式分析機動車常見的啟動問題，突出體現(xiàn)生活中的物理，讓學(xué)生體驗到物理現(xiàn)象就在身邊，物理知識不僅有趣，而且還是很有價值的。 板書設(shè)計 一、功率的含義 1.功率的定義：功跟完成這些功所

24、用時間的比值叫做功率 2.功率的公式：P=（適用求平均功率） 3.功率的物理意義：功率是表示做功快慢的物理量 國際單位：瓦（w） 4.功率的單位： 常用單位：千瓦（kw）或焦/秒（J/s） 換算關(guān)系：1kw=1000w=1000J/s 5.功率是標(biāo)量，表示做功過程中能量轉(zhuǎn)化的快慢 二、功率與力、速度的關(guān)系 1.功率與力、速度的關(guān)系的推導(dǎo) 2.公式：P=Fv （F與位移s或v同方向） v是平均速度，P是平均功率（F為恒力，且F與同向） P=Fv v是瞬時速度，P是瞬時功率 F一定時，P∝v 據(jù)P=Fv可得 v一定時，P∝F P一定時，F(xiàn)∝

25、 3.推廣式：P=Fvcosα （α為力F與瞬時速度v方向間的夾角） 【相關(guān)鏈接】 一、關(guān)于機動車輛常見的啟動過程 對于汽車或機車等交通工具，在靜止開始啟動的過程中，發(fā)動機的輸出功率、牽引力和速度的關(guān)系滿足公式P＝F· v，在P、F、v三個物理量中，若保持一個量不變，當(dāng)另一個量變化時，第三個量也隨之變化。關(guān)于汽車的啟動過程是一個較為復(fù)雜的物理過程，兩種常見的啟動過程分析如下： 1、汽車（或機車）在平直路面上啟動和行駛過程 （1）汽車（或機車）以恒定的功率啟動和行駛過程（請把握教材的難度和課標(biāo)的難度） 汽車牽引功率P保持恒定時，由P = F v可知，牽引力

26、大小F與速度v成反比。結(jié)合牛頓第二定律F – f = m a可知，汽車以恒定功率啟動的過程，隨著汽車速度v的逐漸增大，汽車的加速度逐漸減小，當(dāng)F=f時，加速度a=0，此時汽車的速度達到最大值vm，最后汽車做勻速運動。 以恒定功率啟動過程中，汽車運動具有以下特點： ①汽車在啟動過程中先做加速度不斷變小的加速運動，同時牽引力變小，當(dāng)牽引力等于阻力時，汽車開始以最大速度做勻速直線運動； ②汽車在啟動過程中的功率始終等于汽車的額定功率； ③汽車的牽引力F和阻力f始終滿足牛頓第二定律F- f=ma； ④汽車的牽引力F和瞬時速度v始終滿足P=P額=Fv ⑤在啟動過程結(jié)束時，牽引力和阻力平衡，此

27、時有P額=Fvm = f vm ⑥從能的角度看，啟動過程中牽引力所做的功分別用以克服阻力做功和增加汽車的動能，即W牽=+W阻 （2）汽車以恒定的牽引力F啟動時，若汽車受到的阻力f是不變的，汽車做的是加速度a = (F-f) / m的勻加速直線運動，汽車的實際輸出功率P隨汽車速度增大而增大，直至汽車輸出功率等于額定功率，勻加速過程結(jié)束，此時汽車速度達到勻加速直線運動階段的最大速度v1m，接著汽車保持額定功率不變，汽車通過減少牽引力繼續(xù)加速，進一步提高速度，直到加速度a＝0，最后做勻速行駛運動，速度達到最終的最大速度。 這一啟動方式具有下列特點： ①汽車啟動過程經(jīng)歷了兩個階段，一是勻加速直

28、線運動狀態(tài)，二是變加速直線運動狀態(tài)，最終做勻速直線運動； ②汽車在勻加速直線運動階段，汽車的瞬時速度vt=at，汽車勻加速直線運動所能維持的時間t1=v1m/a； ③汽車做勻加速直線運動階段，汽車的瞬時功率Pt=Fvt＜P額； ④汽車勻加速直線運動階段結(jié)束時，瞬時功率Pt等于額定功率P額，且滿足Pt=P額=Fv1m； ⑤汽車在變加速直線運動階段功率恒為額定功率，進入勻速直線運動時牽引力和阻力平衡，有Pt=P額= f vm ⑥從能的角度看，勻加速直線運動階段W牽1－f s1=（其中W牽1和s1分別為勻加速直線運動階段牽引力做的功和位移），變加速直線運動階段牽引力所做的功W牽2 =P額t

29、2（t2為變加速直線運動階段所經(jīng)歷的時間），W牽2－fs2=－ （s2為變加速直線運動階段的位移）。 這一過程中各量的變化，可用下列流程圖來表示。 a= F一定 P↑=Fv↑ P隨v增 大而增大 當(dāng)P=P額時， a=≠0 v繼續(xù)增大 F=P額/v↑ a=↓ a=0時，v 達到最大vmax，此后勻速運動 勻加速直線運動 變加速（a）直線運動 勻速直線運動 轉(zhuǎn)折點 2、汽車（或機車）在斜坡上啟動和行駛過程 汽車在傾角為θ的斜坡上從靜止開始啟動時，無論以額定功率啟動，還是以恒定牽引力啟動，其啟動過程和在平直路面上的情況相似，主要有以下幾點區(qū)別： （1）汽車

30、在斜坡上啟動時，汽車的牽引力F、阻力f和重力沿斜坡向下的分力mgsinθ三者始終滿足牛頓第二定律，上坡時F－f－mgsinθ=ma，下坡時F +mgsinθ－f =ma（若以額定功率啟動，加速度a時刻在變；若以恒定牽引力啟動，加速度a恒定）。 （2）汽車在斜坡上啟動過程剛結(jié)束時，因為牽引力、阻力和重力沿斜坡向下的分力三者平衡，上坡時有F =f+mgsinθ，P額=Fvm =（ f+mgsinθ）vm，下坡時有F =f－mgsinθ，P額=Fvm =（ f－mgsinθ）vm。 （3）從能的角度看，若以額定功率啟動，上坡時牽引力做功有三個方面的作用，一是克服阻力做功，二是增加汽車的重力勢能，

31、三是增加汽車的動能；下坡時牽引力、重力做正功有兩個方面的作用，即克服阻力做功和增加汽車的動能。若以恒定牽引力啟動，上坡時牽引力做功也有三個方面的作用，一是克服阻力做功，二是增加汽車的重力勢能，三是增加汽車的動能；下坡時牽引力、重力做正功有兩個方面的作用，即克服阻力做功和增加汽車的動能。 二、人消耗的功率 人要維持生命進行活動（包括體力的和腦力的活動），就必須消耗能量做功，在不同情況下消耗的功率大小是不同的。 一個成年人在熟睡的時侯，消耗的功率大約是80w，這個功率用來維持其身體的代謝，因此把這個功率叫做基本代謝率。在進行一般腦力勞動時，例如學(xué)生在上課時，消耗的功率約為150w，其中約80

32、 w為基本代謝率，約40w消耗在腦的活動中。在中等劇烈的運動中，例如以5m/s的速度騎自行車時，騎車人消耗的功率約為500 w。在比較劇烈的運動中，例如打籃球時，人消耗的功率約為700w。在更加劇烈的運動情況下，例如在百米賽跑中，一個優(yōu)秀運動員消耗的功率可超過1000w。 人在一秒鐘內(nèi)能做多少功呢？研究表明，人在長時間做功的情況下，即使消耗功率超過1000w，其中只有約100w的功率可作為機械功輸送到體外。而馬可以在長時間內(nèi)以500w的功率做機械功，在短時間內(nèi)的機械功率可以達到700～800w，可見，人輸出機械功的本領(lǐng)比起馬的本領(lǐng)小多了。 三、瓦特其人其事 生平簡介 瓦特(James

33、Watt,1736～1819年)蘇格蘭發(fā)明家。1736年1月19日生于蘇格蘭格林諾克。童年時代的瓦特曾在文法學(xué)校念過書，然而沒有受過系統(tǒng)教育。瓦特在父親做工的工廠里學(xué)到許多機械制造知識，以后他到倫敦的一家鐘表店當(dāng)學(xué)徒。1763年瓦特到格拉斯大學(xué)工作，修理教學(xué)儀器。在大學(xué)里他經(jīng)常和教授討論理論和技術(shù)問題。1781年瓦特制造了從兩邊推動活塞的雙動蒸汽機。1785年，他也因蒸汽機改進的重大貢獻，被選為皇家學(xué)會會員。1819年8月25日瓦特在靠近伯明翰的希斯菲德逝世。 科學(xué)成就 1763年，瓦特修理格拉斯哥大學(xué)的一臺紐可門泵，得以仔細研究了結(jié)構(gòu)和工作原理，找到了熱量損失消耗大量燃料的癥結(jié)所在，他終

34、于想出了加一個與汽缸分離的冷凝器，汽缸外裝上絕熱套子，使它一直保持高溫，新的蒸汽機的效率大大提高。瓦特并不滿足于已經(jīng)取得的成就，1781年他又制造了從汽缸兩邊推動活塞的雙動作蒸汽機，并采用曲柄機構(gòu)，使往復(fù)的直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。瓦特還設(shè)計了離心節(jié)速器，利用反饋原理控制蒸汽機的轉(zhuǎn)速。經(jīng)過一系列的改革，蒸汽機迅速被各工業(yè)部門采用，為產(chǎn)業(yè)革命鋪平了道路。蒸汽機車加快了19世紀(jì)的運輸速度。蒸汽機→蒸汽輪機→發(fā)電機，蒸汽為第二次工業(yè)革命即電力發(fā)展鋪平了道路。 趣聞軼事 童年時代的瓦特和茶壺的故事 一天晚上，瓦特和一個小女孩在家里喝茶。瓦特不停地擺弄茶壺蓋，一會兒打開，一會兒蓋上，當(dāng)他把茶壺嘴堵住時，蒸汽頂開了茶蓋。在旁的外祖母對瓦特的這種無聊動作極為不滿，加以訓(xùn)斥。瓦特并不介意，他一心想著蒸汽的力量，從此萌發(fā)制造蒸汽機的念頭。 蒸汽機與產(chǎn)業(yè)革命 羅爾特所著《詹姆斯·瓦特》中，曾寫道：瓦特蒸汽機巨大的、不知疲倦的威力使生產(chǎn)方法以過去所不能想象的規(guī)模走上了機械化道路。