4.2功率之机车启动问题 教学设计-2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

第 四 单元 学教案（ST-BOOK） 主备： 主持： 审核： 班级： 2025级4班 教师： 吴宫全 一、学习目标 本节内容建立在学生已经学习了功、功率、牛顿第二定律等知识的基础上，是P=Fv 公式与运动学、动力学知识的综合应用。机车起动问题是对“功率”概念的深化，也是后续学习动能定理、能量守恒的重要铺垫。 二、学情分析 本节课授课对象为高一学生，学生已学习了功率的概念、学生能计算功率，知道 P=Fv，理解牛顿第二定律。 困难点：对“变加速运动”缺乏直观感受；容易混淆“匀加速结束时的速度”与“最终最大速度”；难以将物理公式与实际驾驶操作建立联系。 兴趣点：对赛车、高铁等真实机车有好奇心，乐于解决“为什么降档爬坡”等实际问题。 课时名称： 破解机车的“动力密码”——机车起动问题 课型 新授 备注 新课 学时： 一课时 第一部分：课前学习 一、学习目标 本节内容建立在学生已经学习了功、功率、牛顿第二定律等知识的基础上，是 P=F v公式与运动学、动力学知识的综合应用。机车起动问题是对“功率”概念的深化，也是后续学习动能定理、能量守恒的重要铺垫。 二、重点难点 重点：两种起动模式的动态过程分析及 v−tv−t 图像的物理意义。 难点：恒定加速度起动中“匀加速阶段末速度”与“全程最大速度”的区别；变加速运动的理解。 三、预习任务 复习：功率的计算公式P=FV 预思考：预思考（带着问题进课堂） 问题1：根据P=F v，如果发动机功率保持不变，速度增大时牵引力会怎样变化？这会导致加速度怎样变化？ 问题2：一辆机车从静止启动，有没有可能一直保持加速度不变？为什么？ 课 堂 四 环 节： “学”“启”“动”“用” 1. “学”。 课前学生自学 第二部分：课堂学习 （共 1 课时） （一）导入2分钟 展示情境：利用多媒体播放两段对比视频： 高铁出站：缓缓移动，看起来“笨重且缓慢”。 F1赛车发车：引擎轰鸣，瞬间弹射起步。 提出问题： “同学们，如果这两台车装备了相同功率的发动机，谁一开始的加速度更大？”(学生本能回答：F1赛车。） （制造冲突） “其实不然。如果功率相同，根据公式 ( P = Fv )，刚启动时速度 ( v ) 接近于 0，理论上牵引力 ( F ) 会趋近于无穷大。那为什么高铁不能瞬间飞出去？” 引出核心矛盾：物理公式背后的现实约束（最大牵引力受路面/轨道摩擦、空气阻力、机械强度限制）。 （二）课中 教师引导： 复习两个核心公式：瞬时功率：P=F⋅v 牛顿第二定律：F−f=ma （设阻力 f 恒定） 【建模讲解】5分钟教师设问：机车司机有两只“无形的手”，一只控制功率，一只控制牵引力。根据 ( P = F v )，我们面临两种选择： 关键问题 1：根据P=F v，如果发动机功率保持不变，速度增大时牵引力会怎样变化？这会导致加速度怎样变化？ 关键问题 2：一辆机车从静止启动，有没有可能一直保持加速度不变？为什么？ 【小组探究任务发放】10分钟 假设一辆质量为 的赛车，额定功率，所受阻力 g，恒定不变。 【精讲点拨，梳理规律】10分钟 恒定加速度启动：（主讲） （1） 梳理逻辑链：a恒定 → 由F-f=ma得F恒定 → 由P=F v得v↑ → P逐渐增大，直到P=P额（临界状态） → 之后P保持P额不变，F↓ → a↓ → 当F=f时，a=0 → v达到最大速度V max=P额/f。 （2） 重点强调（突破难点）： ① 启动过程分为“匀加速直线运动”“加速度减小的变加速直线运动”“匀速直线运动”三个阶段； ② 匀加速阶段的终结条件：P=P额，此时的速度v1=P额/F（V1<V m），匀加速持续时间t=v1/a； ③ 图像特点：v-t图像是“先倾斜直线（匀加速），再曲线（变加速），最后水平（匀速）”，，P-t图像是“先倾斜直线（正比例增长），再水平直线”。 以恒定功率启动（主讲已包含） 关键逻辑链 P恒定：V↑ → ↓ F=P/V → ↓a=（F-f）/m ；F=f →a=0 →P额=f V 学生活动：在学案上补全逻辑图。 讨论：最大速度的条件是什么？（F=f F=f，合力为零） 得出结论：V max=P/f​（额定功率下） 【例题示范】5分钟 在水平路面上运动的满载的卡车的额定功率为100kW，质量为10t,设阻力恒定，且为车重力的0.1。重力加速度g取10 m/s2. (1)求卡车在运动过程中所能达到的最大速度 (2)若卡车以0.5m/s2的加速度从静止开始做匀加速直线运动，这一过程能维持多长 时间? (3)卡车以不变的额定功率从静止启动，当卡车的加速度为2m/s2时，速度多大? 解（分步显示）： (1) 最大速度 阻力 匀速时 ( F = f )，由 ( P = Fv ) 得 (2) 匀加速维持时间 加速度，由 ( F - f = ma ) 得 匀加速结束时功率达额定值，此时速度 时间 (3) 加速度为 2 m/s² 时的速度 由 ( F - f = ma ) 得 此时速度 【实际应用：从解题到决策】3分钟 设计意图：回归生活与科技，体现“物理有用”，升华情感态度价值观。 情境案例： 场景：某山区公路有一段长直上坡。一辆重载货车司机发现车速越来越慢，发动机轰鸣但速度下降。问题：司机应该“继续深踩油门”还是“降档减速”？ 学生应用模型分析： 分析：深踩油门试图增大 ( P )，但若已达额定功率，( P ) 无法增大。 车速下降导致 ( F = P/v ) 反而增大？不对！实际上是 ( v ) 下降，如果此时降档，可以减小速度获取更大的牵引力 ( F )，从而克服重力下滑分力。 结论：降档减速以增大牵引力。这蕴含了物理中的“取舍”智慧。 教师升华：物理不是枯燥的公式，它是工程师手中的蓝图，是司机脚下的油门。掌握 ( P = Fv ) 这个公式，你就看懂了现代交通的动力学逻辑。 第三部分：课后学习 一、综合评价 A.必做题——基础过关 课本课后习题——关于汽车启动问题。 B.选做题——变式拓展 思考，为什么电动车的“0-50km/h”加速时间通常比“0-100km/h”加速时间的一半还要短？ 二、归纳总结 1.概念地图（学科思维导图） 功率 → P=F v→机车起动的两类问题→恒定功率起动→恒定加速度起动 2.方法总结（解题方法总结） 根据对应的模型理解题目，根据相应的方法求解 3、 反思与日记 2.“启”。教师启发、指导学生学习 3.“动”。学生动用五官及心脑：动眼看、动耳听、动脑思、动手写、用心记 4. “用”。学生学以致用。 5. 学科网（北京）股份有限公司 $