2019_2020学年高中物理第4章机械能和能源第7节功率第8节能源的利用与开发学案（含解析）粤教版.docx

第七节 功率 第八节 能源的利用与开发学 习 目 标知 识 脉 络1.理解功率的概念，能运用功率的定义式P进行有关计算(重点)2理解公式PFv的意义，能用于分析、计算和解释有关机动车的运动问题(重点、难点)3知道能源及其分类，了解能源危机和环境污染.一、功率1定义：单位时间内做功的多少，用符号P表示2定义式：P.3单位：国际单位制中功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W,1 W1 J/s.常用单位：千瓦(kW)1 kW1_000 W.4意义功率是标量，它是表示物体做功快慢的物理量二、功率与力、速度的关系1力F的功率：当力F的方向与位移s的方向相同时，PFv.2平均功率：P求的是t时间内的平均功率；PFvcos 中，若v为平均速度，则P就是平均功率瞬时功率：PFvcos 中，若v为瞬时速度，则P为瞬时功率3额定功率与实际功率定义特点联系额定功率机械正常工作时，允许达到的最大功率不同机械额定功率可能不同，但同一机械额定功率不变为了机械的安全P额P实实际功率机械实际运行的功率同一机械实际功率随工作情况而变三、能源的分类、危机与开发1能源分类(1)化石能源：煤、石油、天然气(2)一次能源与二次能源：一次能源：直接取之于自然界，未经人类加工转换的能源按是否能够再生，可分为可再生能源和不可再生能源二次能源是指从一次能源直接或间接转化而来的能源如电能、氢能、焦炭等2能源危机目前世界上消耗的能源主要是煤、石油、天然气等矿物质，它们分别还可以开采200年、40年和60年左右我国能源消费总量已位居世界第二位，随着经济的迅速增长和大众文化生活水平的提高，能源消费总量将急剧增加，能源短缺的现象更为严重3环境污染能源的大量使用给人类的生存环境带来灾难酸雨、温室效应、臭氧层破坏、城市热岛效应、土壤酸性化、生态平衡的破坏对人类已不再陌生，海平面升高、暴雨和干旱增多，严重威胁着人类及各种生物的生存4能源的开发核能、风能、太阳能、水能、地热能、生物质能、海洋能、氢能等是人类未来大力开发的新能源1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)力越大，做功越快()(2)功率越大表示做的功越多()(3)功率表示做功的快慢()(4)机械可以在实际功率等于额定功率的情况下长时间工作()(5)当发动机的功率一定时，速度越大，汽车的牵引力越大()(6)当输出功率一定时，速度和牵引力成反比()(7)能量永远不会增加或减少，只能转化或转移()(8)由于能源危机，所以要不断开发新能源()【提示】(1)由PFv知力越大，做功不一定快(2)功率越大表示做功越快(3)(4)(5)功率一定时，速度越大，牵引力越小(6)(7)(8)2煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是()A都为可再生能源，取之不尽，用之不竭B都为不可再生能源，用一点，少一点C都为来自太阳辐射的能量D都为污染环境的能源C煤、石油、天然气是不可再生能源，对环境污染严重，生物质能是可再生能源，对环境无污染或污染少，但它们都来自太阳辐射因此，选项C正确，其他选项均错误3在一次举重比赛中，一名运动员将质量为127.5 kg的杠铃举起历时约2 s，该运动员在举起杠铃运动中的平均功率约为()A几十瓦左右B一千瓦左右C几十千瓦左右 D几百千瓦左右B设举重运动员将杠铃举高1.7 m，则P1 083.75 W功率1功是能量转化的量度，而功率表示做功的快慢，所以从能量转化的角度看，功率也是反映能量转化快慢的物理量2功率是标量，虽然功率也有正负之分，但功率的正负只是用来表示是动力做功的功率还是阻力做功的功率，在应用中一般不强调功率的正负3功率的计算公式P适用于任何情况下的功率计算，求得的功率是这段时间t内的平均功率，但在这段时间内功率可能是变化的【例1】一台起重机将静止在地面上、质量为m1.0103 kg的货物匀加速竖直吊起，在2 s末货物的速度v4 m/s.求：(取g10 m/s2，不计额外功)(1)起重机在这2 s内的平均功率；(2)起重机在2 s末的瞬时功率思路点拨：由P求平均功率由PFv求瞬时功率解析设货物所受的拉力为F，加速度为a，则(1)由a得a2 m/s2Fmgma1.010310 N1.01032 N1.2104 N2 s内货物上升的高度hat24 m起重机在这2 s内对货物所做的功WFh1.21044 J4.8104 J起重机在这2 s内的平均功率2.4104 W.(2)起重机在2 s末的瞬时功率PFv1.21044 W4.8104 W.答案(1)2.4104 W(2)4.8104 W求解功率时应该注意的问题(1)首先要明确是求哪个力的功率，是某个力的功率，还是物体所受合力的功率，汽车的功率是指汽车牵引力的功率，起重机的功率是指起重机钢丝绳拉力的功率(2)利用公式P求出的一般是平均功率，而在t0时，可认为P是瞬时功率1一个质量为1 kg的物块，沿倾角为37、足够长的光滑斜面由静止开始下滑，当它下滑4 s时重力的瞬时功率为多大？这4 s内重力的平均功率为多大？(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)解析由mgsin 37ma得物块下滑的加速度为agsin 37100.6 m/s26 m/s2下滑4 s时物块的瞬时速度为vat64 m/s24 m/s4 s内物块的位移为sat2642 m48 m所以物块下滑4 s时重力的瞬时功率为Pmgvcos 53110240.6 W144 W在这4 s内重力的平均功率为P W72 W.答案144 W72 W机车的两种启动方式1关系式PFv中各物理量间的关系(1)同体关系关系式PFv中的P、F、v是对应于同一个物体的三个物理量，对于不在同一物体上的情况没有意义(2)同时关系P、F、v三个量中任意一个物理量都是可以变化的，应用关系式PFv进行分析时，这三个物理量一定要对应于运动物体的同一时刻(3)同向关系F、v是两个矢量，必须具有相同的方向，若二者方向不同，成一定夹角时，该关系式变形为PFvcos .2机车启动的两种方式(1)机车以恒定功率启动的运动过程这一启动过程的vt关系图象如图所示只有当机车的牵引力与所受阻力大小相等时，机车才能达到最大速度，即vmax.在加速过程中，加速度是逐渐减小的，如果知道某时刻的速度，就可求得此时刻的加速度(2)机车以恒定加速度启动的运动过程这一启动过程的vt关系图象如图所示由牛顿第二定律得Ffma，所以牵引力Ffma定，当PP额时，匀加速运动的最大速度vmax.由vmaxa定t得，匀加速运动持续的时间t.【例2】假定额定功率为80 kW的汽车，在平直的公路上行驶的最大速度为20 m/s，汽车质量为2103 kg，如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度为2 m/s2，运动过程中阻力不变，求：(1)汽车所受的恒定阻力大小；(2)汽车匀加速运动的最长时间思路点拨：由f求阻力由Ffma求牵引力，再由v求匀加速的末速度，由t求时间解析(1)依题意：当汽车达到最大速度时，F牵f则P额fvm得f4103 N.(2)在匀加速阶段，据牛顿第二定律有F牵fma得F牵fma8103 N当汽车达到额定功率时，P额F牵v得v10 m/s匀加速时间t5 s.答案(1)4103 N(2)5 s机车启动的几个问题(1)机车的最大速度vmax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f，故vmax.(2)匀加速启动最长时间的求法，牵引力Fmaf，匀加速的最后速度vmax，时间t.(3)瞬时加速度的求法，据F求出牵引力，则加速度a.2质量为m的汽车行驶在平直公路上，在运动中所受阻力不变，当汽车的加速度为a，速度为v时，发动机功率为P1；当功率为P2时，汽车行驶的最大速度为()A.B.C. D.B由题意知Ffma，P1Fv，由以上两式得f.当功率为P2时，汽车行驶的最大速度vm，B正确能源的分类、危机与开发1.人类与能源的关系(1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能源消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志(2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害2常规能源和新能源的转化途径【例3】关于能源的利用，下列说法中不正确的是()A由于我国煤和石油的储量无限，所以太阳能和核能的开发在我国根本没有必要B能源的利用过程，实质是能的转化和转移过程C现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气D煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能A石油、煤等为非再生的能源，储量有限，能源的利用中虽然总量不变，但品质降低，可再利用能源越来越少，所以新能源的开发和利用是当今世界各国面临的课题，A错，B、C、D对(1)能源的开发和利用要以人为本，要以可持续发展为前提.(2)应优先使用新能源，新能源的共同特点：可再生、取之不尽、绿色无污染.3能源短缺和环境恶化指的是()煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化ABC DD煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之不竭的，这是所讲的能源短缺，正确；能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的环境恶化，正确故D正确1关于功率，下列说法正确的是()A由P可知，只要知道W和t的值就可以计算出任意时刻的功率B由PFv可知，汽车的功率一定与它的速度成正比C由PFv可知，牵引力一定与速度成反比D当汽车的功率一定时，牵引力一定与速度成反比D公式P求的是这段时间内的平均功率，不能求瞬时功率，故A错误；根据PFv可知，当汽车牵引力一定时，汽车的功率与速度成正比，故B错误；由PFv可知，当汽车功率一定时，牵引力与速度成反比，故C错误，D正确2质量为m的物体从静止开始做加速度为a的匀加速直线运动在运动时间为t的过程中，合外力对它做功的平均功率为()Ama2tB.ma2tC2ma2t D.ma2tBWFsmaat2ma2t2，Pma2t，故选项B正确3在水平路面上运动的汽车的额定功率为100 kW，质量为10 t，设阻力恒定，且为车重的0.1倍，求：(g取10 m/s2)(1