高中物理 7.3 功率课件 新人教版必修2.ppt

3功率 1 功 一个物体受到力的作用 并在 上发生了一段位移 这个力就对物体做了功 2 功的计算式 当力f与位移l同向时 w 当力f与位移l夹角为 时 w 3 比值定义法 用两个基本的物理量的 来定义一个新的物理量的方法 4 加速度 的直线运动叫匀变速直线运动 加速度 的直线运动叫变加速直线运动 力的方向 fl flcos 比 恒定 变化 一 功率1 定义 功w与完成这些功 的比值 p 2 单位 在国际单位制中 功率的单位是 简称 用 表示 3 标矢性 功率是 4 物理意义 表示物体 的物理量 所用时间t 瓦特 瓦 w 标量 做功快慢 二 额定功率与实际功率1 定义 1 额定功率是动力机械可以 的最大输出功率 2 实际功率是动力机械 时的输出功率 2 关系 实际功率往往 a 大于b 小于 额定功率 但也可以在很短时间内 a 大于b 小于 额定功率 3 平均功率和瞬时功率 平均功率表示在 或 中做功的快慢 瞬时功率表示物体在 或 时做功的快慢 长时间工作 实际工作 b a 一段时间内 某一 过程 某一时刻 某一 位置 三 功率与速度1 功率与速度关系式 p f与v方向相同 2 推导 3 应用 由功率速度关系式知 汽车 火车等交通工具和各种起重机械 当发动机的功率p一定时 牵引力f与速度v成 要增大牵引力 就要 速度 fv 反比 减小 fl fv 思考辨析 1 判断正误 1 功率是描述力对物体做功快慢的物理量 2 功率是标量 大小等于力和速度大小的乘积 3 各种机械铭牌上所标功率一般是指额定功率 4 平均功率不可能等于瞬时功率 5 公式p fv只能用来计算瞬时功率 提示 1 功率是描述力对物体做功快慢的物理量 2 力和速度同向时 功率才等于力和速度大小的乘积 3 额定功率是指机械在长时间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 4 平均功率 瞬时功率两者可能相等 5 公式p fv既可计算瞬时功率 也可计算平均功率 2 问题思考 1 不同车辆的功率不同 甚至差距较大 比如某辆摩托车的功率为3kw 某辆汽车的功率为70kw 而某列火车的功率约为6 0 103kw 上述所说的车辆的功率是额定功率还是实际功率 它们的功率不同是否表明它们做功的多少不同 提示 上述所说的是它们正常工作的最大功率 即额定功率 它们的功率不同 表明不同车辆做功的快慢不同 并不表明它们做功的多少不同 2 在越野比赛中 汽车爬坡时 常常换用低速挡 这是为什么 提示 由p fv可知 汽车在上坡时需要更大的牵引力 而发动机的额定功率是一定的 换用低速挡的目的是减小速度 从而增大牵引力 一功率的定义式和计算式 特别提醒 1 若f与v方向不同 则用p fvcos 来计算功率 其中 是f与v的夹角 2 功率表示做功的快慢 不表示做功的多少 功率大的机器 做功不一定多 做功多的机器 功率不一定大 典例1 2013 衡水高一检测 质量为m的物体静止在光滑水平面上 从t 0时刻开始受到水平力的作用 力f的大小与时间t的关系如图所示 力的方向保持不变 则 a 3t0时刻的瞬时功率为b 3t0时刻的瞬时功率为c 在t 0到3t0这段时间内 水平力的平均功率为d 在t 0到3t0这段时间内 水平力的平均功率为 解题探究 1 在力f的作用下物体如何运动 提示 先以大小为的加速度做匀加速直线运动 然后以大小为的加速度继续做匀加速直线运动 2 瞬时功率的计算公式 p 平均功率的计算公式 p 或p fv 标准解答 选b d 0 2t0时间内 物体的加速度a1 2t0时刻的速度v1 a1 2t0 位移x1 2t0 3t0时间内 加速度a2 3t0时刻的速度v2 v1 a2t0 2t0 3t0时间内的位移x2 所以3t0时刻的瞬时功率p 3f0v2 b对 a错 3t0内的平均功率d对 c错 总结提升 计算功率应该注意的问题 1 首先应该明确所求的功率是平均功率还是瞬时功率 计算平均功率与瞬时功率选择的公式不同 2 求平均功率时 应明确是哪一段时间内的平均功率 求瞬时功率时 应明确是哪一时刻的瞬时功率 3 应该明确是哪一个力对物体做功的功率 是动力还是阻力 是恒力还是变力等 不同情况应选择不同的公式 变式训练 2013 长春高一检测 从空中以40m s的初速度平抛一重为10n的物体 物体在空中运动3s落地 不计空气阻力 取g 10m s2 则物体落地前瞬间 重力的瞬时功率为 a 300wb 400wc 500wd 700w 解析 选a 物体落地瞬间vy gt 30m s 所以pg gvy 300w 故a正确 二机车启动的两种方式1 两种启动方式的过程分析 2 机车启动问题中几个物理量的求法 1 机车的最大速度vm的求法 机车达到匀速前进时速度最大 此时牵引力f等于阻力ff 故 2 匀加速启动持续时间的求法 牵引力f ma ff 匀加速的最后速度时间 3 瞬时加速度的求法 据f 求出牵引力 则加速度a 特别提醒 1 以恒定加速度启动时 匀加速结束时的速度不是整个过程的最大速度vm 2 机车启动时 因为p为机车牵引力的功率 所以公式p fv中 f为机车的牵引力 而不是合力 典例2 一辆重5t的汽车 发动机的额定功率为80kw 汽车从静止开始以加速度a 1m s2做匀加速直线运动 车受的阻力为车重的0 06倍 g取10m s2 求 1 汽车做匀加速直线运动的最长时间 2 汽车开始运动后 5s末和15s末的瞬时功率 解题探究 1 汽车达到匀速行驶前如何运动 提示 先做匀加速直线运动 后做变加速直线运动 2 汽车由匀加速直线运动转变为变加速直线运动瞬间 功率 牵引力有何特点 提示 功率达到额定功率的大小 牵引力满足f f ma 标准解答 1 设汽车匀加速运动所能达到的最大速度为v0 对汽车由牛顿第二定律得f ff ma即 kmg ma代入数据得v0 10m s所以汽车做匀加速直线运动的时间t0 10s 2 由于10s末汽车达到了额定功率 5s末汽车还处于匀加速运动阶段 p fv ff ma at 0 06 5 103 10 5 103 1 1 5w 40kw15s末汽车已经达到了额定功率p额 80kw答案 1 10s 2 40kw80kw 互动探究 1 例题中的汽车以额定功率做匀速运动的最终速度多大 2 例题中的汽车在额定功率作用下速度为20m s时 加速度多大 解析 1 汽车以额定功率做匀速运动时 f ff 故运动速度 2 汽车的速度为20m s时的牵引力f 4 103n由牛顿第二定律得汽车的加速度 0 2m s2答案 1 26 7m s 2 0 2m s2 变式备选 如图所示是一学生骑车爬坡的情形 假如他骑车时的最大功率是300w 车和学生的总质量为75kg 斜坡倾角为30 运动过程中受到的摩擦阻力恒为30n 则此学生骑车上坡的最大速度是多少 假如他在水平路面上骑车 最大速度可达到多少 g取10m s2 解析 当人骑车向前的牵引力等于摩擦阻力与重力沿斜面向下的分力之和时速度最大 则 p fvmax f阻 mgsin vmax故当该学生在水平路面上骑车时 最大速度为vmax 10m s答案 0 74m s10m s 典例 如图所示 某同学在跳绳比赛中 1min跳了120次 若每次起跳中有时间腾空 该同学体重50kg 则他在跳绳中克服重力做功的平均功率是多少 标准解答 跳一次时间是人跳离地面做竖直上抛运动 人上抛到最高点的时间此过程中克服重力做功w 100j 跳绳时克服重力做功的平均功率 200w 答案 200w 应用功率公式p fv的解题技巧对公式 p fv 的使用 有着一定的技巧和要点 1 应用公式 p fv 解题时首先应明确它的适用范围 f与v方向相同 2 当f与v方向不同时 若f的方向与v的方向的夹角为 由w flcos p 得功率应为p fvcos 可见计算功率时必须考虑作用力f与物体运动方向v的夹角 3 对于其中的v也有两种情况 若 v 是平均速度 用p fv求得的就是平均功率 若 v 是瞬时速度 用p fv求得的就是瞬时功率 案例展示 2013 金溪高一检测 如图所示 在天花板上的o点系一根细绳 细绳的下端系一小球 将小球拉至细绳处于水平的位置 由静止释放小球 小球从位置a开始沿圆弧下落到悬点的正下方的b点的运动过程中 下面说法正确的是 a 小球受到的向心力在逐渐变大b 重力对小球做功的平均功率为零c 重力对小球做功的瞬时功率逐渐增大d 由于细线的拉力方向始终与小球的速度方向垂直 所以拉力对小球做的功为零 标准解答 选a d 小球下落时 速度越来越大 由f向 可知向心力逐渐增大 a对 重力做功不为零 所以重力做功的平均功率不为零 b错 a点时 小球速度为零 所以重力的瞬时功率为零 b点时 重力与速度方向垂直 所以重力的瞬时功率为零 所以 重力的瞬时功率先增大后减小 c错 由w flcos 可知 d对 名师点评 通过本例的求解 不难得到 1 分析瞬时功率时 一定要注意力f与速度v是否同向 它们之间的夹角是否变化 2 分析平均功率时 先考虑应用定义式p 进行分析 1 基础理论辨析题 关于功率 下列说法正确的是 a 功率是描述力对物体做功多少的物理量b 力做功时间越长 力的功率一定越小c 力对物体做功越快 力的功率一定越大d 在国际单位制中 功率的单位是瓦特we 力f越大 速度v越大 瞬时功率就越大f 机车功率一定时 速度越大 牵引力越小 解析 选c d f 功率是描述力对物体做功快慢的物理量 做功越快 功率越大 a错误 c正确 力对物体做功时间长 未必做功慢 b错误 国际单位制中 瓦特w是功率的单位 d正确 瞬时功率与力 速度及它们的夹角三个因素有关 力f越大 速度v越大 瞬时功率不一定大 e错误 根据p fv f正确 2 某人用同一水平力f先后两次拉同一物体 第一次使此物体沿光滑水平面前进l距离 第二次使此物体沿粗糙水平面也前进l距离 若先后两次拉力做的功为w1和w2 拉力做功的功率是p1和p2 则 a w1 w2 p1 p2b w1 w2 p1 p2c w1 w2 p1 p2d w1 w2 p1 p2 解析 选b 由于拉力相同而又通过相同的位移 根据w fl可知拉力对物体做的功一样多 但由于沿光滑水平面前进时间短 所以p1 p2 故b正确 3 质量为m的物体沿倾角为 的斜面滑至底端时的速度大小为v 此时支持力的瞬时功率为 a mgvb 0c mgvcos d mgvtan 解析 选b 物体沿斜面滑至斜面底端时的速度方向沿斜面向下 与支持力夹角为90 因而支持力的瞬时功率为0 选项b正确 其他选项均错 4 2013 衡水高一检测 如图所示是某中学科技小组制作的利用太阳能驱动小车的装置 当太阳光照射到小车上方的光电板时 光电板中产生的电流经电动机带动小车前进 若电动机的额定输出功率为80w 在平直路面上行驶的最大速度为4m s 则汽车在以最大速度匀速行驶时所受的阻力是 a 16nb 20nc 40nd 80n 解析 选b 当小车运动达到最大速度时 汽车的加速度等于零