高中物理 7.3 功率课件2 新人教版必修2.ppt

3功率 1 理解功率的概念 能利用功率的定义式进行有关计算 2 理解额定功率和实际功率的概念 3 了解平均功率和瞬时功率的含义 4 根据功率的定义式推导p fv 并能用于分析 计算和解释相关现象 5 能分析汽车发动机功率一定时 牵引力和速度的关系 重点 1 理解功率的概念 2 理解功率的种类和其物理意义并能用公式进行有关功率问题的分析计算 3 汽车发动机的额定功率 牵引力与速度之间关系的动态分析 难点 1 瞬时功率和平均功率的计算 2 汽车发动机的额定功率 牵引力与速度之间关系的动态分析 一 功率1 物理意义 表示物体 的物理量 2 定义 与完成这些功所用 的比值 3 定义式 4 单位 在国际单位制中 功率的单位是 简称 符号是 做功快慢 功w 时间t 瓦特 瓦 w 二 额定功率与实际功率 最大功率 不变 实际工 作 三 平均功率与瞬时功率 快慢 时 刻 位置 时 刻 瞬时加速度 判一判 1 功率是标量 2 功率越大说明力做的功越多 3 根据p fv可知 汽车牵引力一定与速度成反比 4 机械的实际功率有时可以大于额定功率 提示 1 功率只有大小 没有方向 是标量 1 对 2 功率越大说明力做功越快 由于时间不明确 故不能说明力做的功越多 2 错 3 只有当功率恒定时 汽车牵引力才与速度成反比 故 3 错 4 为了安全 机械的实际功率应等于或小于额定功率 但在短时间内可以大于额定功率 4 对 功率1 在建筑工地上分别采用以下三种方式 把1t货物从地面运到三楼 方式一 搬运工分批搬运 需要时间3h 方式二 用一台起重机提升 需要时间1min 方式三 用另一台起重机提升 需要时间30s 上述三种情况下 把货物由地面运到三楼时 试分析以下问题 1 用不同的方式 对货物所做的功是否相同 2 三种方式中做功的快慢是否相同 提示 1 对货物所做的功相同 2 因为所用时间不同 说明做功的快慢不同 方式一最慢 方式三最快 2 你能否定义一个物理量来体现做功的快慢 还记得速度是如何定义的吗 是否可以用同样的方法处理做功快慢的问题呢 思路分析 探究某物理量随时间变化的快慢 一般可以用该物理量的变化值与所经历时间的比值来表示 使用该方法能进一步揭示某些物理量的性质及变化规律 提示 我们用位移和时间的比值定义了速度 用的是比值定义法 我们也可以用物体所做的功与所用时间的比值定义一个物理量 功率 来描述做功的快慢 知识点拨 对功率的进一步理解 1 功率的公式适用于任何情况下功率的计算 如果在时间t内功的大小是变化的 则利用上式计算的结果往往表示该段时间内的平均功率 2 功率反映了力对物体做功的快慢 而不是做功的多少 也就是说功率不但与做功的多少有关 还与做功的时间有关 做功多 功率不一定大 做功少 功率不一定小 3 做功是能量转化的量度 功率就表示做功过程中能量转化的快慢 探究归纳 功率1 功率表示物体做功的快慢 2 功率是标量 有大小 无方向 典例1 关于功率 下列说法中正确的是 a 功率大说明物体做的功多b 功率小说明物体做功慢c 由可知 机械做功越多 其功率越大d 单位时间内机械做功越多 其功率越大 思路点拨 分析本题要把握以下两点 1 要明确功率的物理意义 2 能掌握功率的公式并会将其展开讨论 解析 选b d 功w pt 做功的多少由功率和时间共同决定 a项错误 根据功率的物理意义 b项正确 功率由w与t的比值决定 c项错误 d项正确 变式训练 力f1对甲物体做功为w1 所用时间为t1 力f2对乙物体做功为w2 所用时间为t2 在下列条件下 力f1做功快的是 a w1 w2 t1 t2b w1 w2 t1 t2c w1 w2 t1 t2d w1 w2 t1 t2 解析 选b c 由功率公式可知 当做功相同时 所用时间越少 力做功越快 当时间相同时 力做功越多 做功越快 故选b c 功率与速度根据公式p fv结合下表分析p f v三个物理量之间的制约关系 提示 反比 低 正比 牵引力 正比 速度 知识点拨 对公式p fv的进一步理解 1 公式中的v可以是平均速度 也可以是瞬时速度 因此由p fv可以计算平均功率 也可以计算瞬时功率 2 公式p fv中p f v的对应关系 同时性 应用公式p fv时 三者一定对应于同一时刻 同体性 三者对应于同一物体 否则毫无意义 同向性 p fv应用时f与v同向 若f的方向与v的方向成 角 则p fvcos 探究归纳 功率与速度1 功率的另一种表达式 p fv 1 当v表示瞬时速度时 p表示瞬时功率 2 当v表示平均速度时 p表示平均功率 2 只有公式p fv某一量恒定时 才能确定另外两个量的关系 典例2 2012 德州高一检测 一个质量为2kg的物块 沿倾角为37 的光滑斜面由静止开始下滑 g取10m s2 求 1 物块下滑4s时重力的瞬时功率 2 在这4s内重力的平均功率 思路点拨 解答本题可按以下思路分析求解 1 由运动学公式求瞬时速度 再求瞬时功率 2 计算对应时间内力做的功 再求平均功率 解析 1 物块在斜面上匀加速下滑 由牛顿第二定律有mgsin37 ma 物块的速度v at 由 解得 a 6m s2 v 24m s当t 4s时 重力的瞬时功率为 p mgvsin37 2 10 24 0 6w 288w 2 物块在4s内的位移为 在这4s内重力的平均功率为 答案 1 288w 2 144w 规律方法 求解功率时的两点提醒 1 求解瞬时功率时 通常选用公式p fv 求解平均功率时 公式和p fv均可 要根据具体情况灵活选取 2 求平均功率时必须说明是哪段时间 或哪一个过程中 的平均功率 求瞬时功率时 必须说明是哪个力在哪个时刻 或状态 的功率 变式训练 质量为0 5kg的物体从高处自由下落 在下落的前2s内重力对物体做的功是多少 这2s内重力对物体做功的平均功率是多少 2s末 重力对物体做功的瞬时功率是多少 g取10m s2 解析 前2s内 物体下落的高度为 wg mgh 0 5 10 20j 100j 平均功率2s末的速度vt gt 10 2m s 20m s 2s末的瞬时功率p mgvt 100w 答案 100j50w100w 机车的两种启动方式1 探究机车以恒定功率启动过程 1 机车以恒定功率启动后 随着速度的增大 机车牵引力如何变化 机车的加速度如何变化 当速度最大时机车加速度为多少 此时牵引力与阻力大小关系如何 此后机车将做什么运动 点拨 确定不变量 分析变量的变化 是分析问题的关键 提示 由功率恒定且p fv得 当v增大时牵引力f减小 由牛顿第二定律a 可得 f减小时加速度a减小 当速度最大时加速度为零 此时牵引力与阻力相等 此后机车将做匀速直线运动 误区警示 有同学在提高机车速度和增大牵引力方面存在认识误区 误认为在发动机功率一定时 通过减小速度可以增大牵引力或通过减小牵引力可以提高速度 其实其效果都是有限的 所以 教师应讲清要提高速度和增大牵引力 必须提高发动机的额定功率 这就是高速火车 汽车和大型舰船需要大功率发动机的原因 2 试根据以上分析 画出机车运动的v t图象 并总结机车运动情况 提示 图象如图所示 通过以上分析可知 机车先做加速度减小的加速运动 后做匀速直线运动 2 探究机车以恒定加速度启动过程 1 加速度不变 机车速度和功率如何变化 当机车功率刚达到额定功率时牵引力和阻力的大小关系如何 此时机车的速度能达到最大值吗 此后要想增大速度则牵引力该如何变化 提示 机车开始做匀加速运动 速度变大 由p fv v变大 f不变 得p增大 当机车刚达到额定功率时 也就是匀加速过程的最后时刻 此时加速度仍为a 由得f大于ff 此时刻的速度只是匀加速过程的最大速度 并不是机车能达到的最大速度 由p fv且f ff得 保证额定功率不变 要想提高速度只能减小牵引力f 机车加速度会变小 当f ff时 加速度为零 速度达到最大值 2 试根据以上分析 画出机车运动的v t图象 并总结机车运动情况 提示 图象如图所示 通过以上分析可知 机车先做匀加速直线运动 然后做加速度减小的加速运动 最后做匀速直线运动 知识点拨 1 机车的两种启动方式的分析思路对于机车的两种启动方式的理解 是以受力分析 牛顿运动定律 运动学知识以及功率等知识的综合应用为前提的 1 在分析过程中 首先应该明白机车的受力情况以及由此变化引起的运动情况的改变 明确动态过程a f p v四个物理量间的相互影响 相互制约的关系 从根本上掌握各个物理量间的逻辑变化关系 2 把握各阶段衔接时的临界条件 充分理解机车在不同阶段的运动情况 2 机车启动问题的两点注意 1 公式p fv中f为机车的牵引力 而不是合外力 2 以恒定加速度启动时 匀加速运动结束时的速度不是整个过程中的最大速度 探究归纳 机车的两种启动方式1 以恒定功率启动 当牵引力等于阻力时机车速度达到最大 2 以恒定加速度启动 匀加速运动结束时的速度不是整个启动过程的最大速度 典例3 2012 宁波高一检测 汽车质量为2 103kg 汽车发动机的额定功率为80kw 它在平直公路上行驶的最大速度可达20m s 让汽车在公路上由静止开始以2m s2的加速度做匀加速直线运动 若汽车所受的阻力恒定 求 1 汽车所受的阻力多大 2 这个匀加速过程可以维持多长时间 3 开始运动后3s末 汽车发动机的瞬时功率为多大 解析 1 当汽车达到最大速度vmax时 汽车所受的阻力与牵引力相等 即ff f 由p fv得阻力 2 当汽车做匀加速直线运动时 发动机输出的牵引力恒定 由功率公式p fv可得 随着速度v的增大 功率p也在增大 直到功率等于额定功率时汽车完成全部匀加速运动的过程 在这一过程中 由牛顿第二定律可得f ff ma 即 f ma ff 2 103 2n 4 0 103n 8 103n 因此 此过程中汽车的最大速度为 由v at得 3 汽车在3s末的速度为v at 2 3m s 6m s 由功率的公式p fv得汽车在3s末的功率为p fv 8 103 6w 4 8 104w 答案 1 4 0 103n 2 5s 3 4 8 104w 规律方法 功率的理解口诀做功快慢功率定 平均即时要分清 方向相同为条件 力和速度可相乘 机车功率有两种 输出不能超额定 额定启动变加速 加速度减速度增 最终平衡匀速行 最大速度阻力定注 轮船车床起重机 以上规律也适用 注 当时 规律方法 机车启动问题的求法 1 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 牵引力f ma ff 匀加速的最后速度时间 3 根据求出牵引力 则加速度 互动探究 1 汽车速度为8m s时发动机的功率多大 2 速度为16m s时汽车的加速度多大 解析 1 8m s10m s 此时汽车发动机的功率已为额定功率 牵引力所以汽车的加速度答案 1 6 4 104w 2 0 5m s2 温馨提示 功和功率知识是分析能量有关知识的基础 同时 在高考中经常结合图象单独考查 往往涉及到运动学 牛顿运动定律等有关知识 综合性较强 典例 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 力的大小f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 思路点拨 解答本题要把握以下三点