沪科版必修2 3.2 研究功与功率 课件（39张）.pptx

3 2研究功与功率 自主阅读 自我检测 一 怎样计算力跟位移成 夹角时的功1 功的公式 w fscos 即力对物体所做的功 等于力f的大小 物体位移s的大小及力f和位移s二者方向间夹角 的余弦这三者的乘积 2 功的单位 在国际单位制中 功的单位是焦耳 简称焦 符号 j 3 矢量性 功是标量 只有大小 没有方向 其运算法则遵循代数运算 4 下图中挎着包向左走路的人对包有没有做功 向右拉箱子的人对箱子有没有做功 提示 向左走的人对包没有做功 向右走的人对箱子做了功 自主阅读 自我检测 二 正功 负功的含义 自主阅读 自我检测 三 研究功率1 功率 1 定义 功w跟完成这些功所用时间t的比值 3 单位 在国际单位制中 功率的单位是瓦特 简称瓦 符号是w 且1w 1j s 4 矢量性 功率是标量 只有大小 无方向 运算法则遵循代数运算 5 物理意义 表示力对物体做功快慢的物理量 自主阅读 自我检测 2 研究力 速度跟功率之间的关系 3 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 自主阅读 自我检测 1 正误辨析 1 功有大小也有正负 因而功是矢量 2 摩擦力总是阻碍相对运动或相对运动趋势 因而总是做负功 3 功率越大表示做的功越多 4 一个力对物体做功的功率 等于这个力与受力物体运动速度的乘积 5 汽车在高速公路上行驶 功率的大小与速度的大小无关 答案 1 2 3 4 5 自主阅读 自我检测 2 右图是甲 乙两物体做功与所用时间的关系图像 那么甲物体的功率p甲与乙物体的功率p乙相比 a p甲 p乙b p甲 p乙c p甲 p乙d 无法判定解析 根据功率的定义式p 可知 在功与所用时间的关系图像中 直线的斜率表示时刻的功率 因此 由图线斜率可知p甲 p乙 选项b正确 答案 b 自主阅读 自我检测 3 某型号汽车发动机的额定功率为60kw 在水平路面上行驶时受到的阻力是1800n 求在额定功率下 汽车行驶的速度为15m s时 汽车受到的牵引力大小和汽车行驶的最大速度 答案 4000n120km h 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 功的理解和计算某同学用手平托一本书竖直向上移动一段距离 又平托书水平移动一段距离 在这两个过程中手对书的支持力是否对书做功 提示 平托一本书竖直向上移动时 手对书的支持力对书做功 而平托书水平移动一段距离时 手对书的支持力不做功 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 1 功的决定因素做功具有两个必不可少的决定因素 1 作用在物体上的外力 2 物体在力的方向上的位移 力对物体是否做了功 只与这两个因素有关 并且功的大小等于力与物体在力的方向上的位移的乘积 而与其他因素 如物体的运动性质 运动速度 物体的质量等 均无关系 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 2 恒力做功的计算式可作以下三种理解 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 3 功的正负的判断方法 1 恒力做功的判断 若物体做直线运动 依据力与位移的夹角来判断 2 曲线运动中功的判断 若物体做曲线运动 依据f与v的方向夹角来判断 当0 90 力对物体做正功 90 180 力对物体做负功 90 力对物体不做功 4 几个力的总功的求法由合力与分力的等效替代关系知 合力与分力做功也是可以等效替代的 因此计算总功的方法有两种 1 先求物体所受的合力 再根据公式w合 f合scos 求合力的功 2 先根据w fscos 求每个分力做的功w1 w2 wn 再根据w合 w1 w2 wn 求合力的功 即合力做的功等于各个力做功的代数和 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 例1 如图所示 在平行于斜面向上的f 50n的拉力作用下 使质量为m 2kg的物体沿着长为l 2m 倾角为 30 的斜面从底端向上滑到顶端 物体与斜面间的动摩擦因数为 0 2 分别求作用在物体上的各力对物体所做的功 g取10m s2 解析 拉力f对物体所做的功为wf fl 100j拉力f对物体做正功 重力mg对物体所做的功为wg mglcos 90 mglsin 20j 负号 表示物体克服重力做功 摩擦力f对物体做的功为 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 负号 表示物体克服摩擦力做功 或说摩擦力是阻力 支持力fn对物体做的功为wn fnlcos90 0表示支持力对物体不做功 答案 拉力做功为100j重力做功为 20j摩擦力做功为 4j支持力做功为0规律方法求功时 必须要明确哪个力在哪个过程中做功 力f所做的功只与f的大小及在力f方向上发生的位移大小有关 与物体是否受其他力及物体的运动状态等因素均无关 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 变式训练1质量为m的小物块在倾角为 的斜面上处于静止状态 如图所示 若斜面体和小物块一起以速度v沿水平方向向右做匀速直线运动 通过一段位移l 斜面体对物块的摩擦力和支持力的做功情况是 a 摩擦力做正功 支持力做正功b 摩擦力做正功 支持力做负功c 摩擦力做负功 支持力做正功d 摩擦力做负功 支持力不做功 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 解析 物体受力情况如图所示 物体受到重力mg 摩擦力f和支持力fn的作用 物体相对斜面静止 物体相对地面水平向右匀速移动距离l 这些力均是恒力 故可用w fl cos 计算各力的功 wf flcos 0wn fnlcos 90 0故选项b正确 答案 b 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 对公式p 和p fv的理解用一台升降机将500kg的建筑材料匀速提升至20m的楼顶 升降机上升的速度为0 5m s 那么 1 整个过程中 升降机对材料做功的功率是什么功率 2 升降机对材料做功的瞬时功率怎么求 3 升降机对材料做功的平均功率与瞬时功率是否相等 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 要点提示 1 材料被匀速提升 f mg 故p fv mgv 500 10 0 5w 2 5kw 2 根据p fv 其中v为材料运动的瞬时速度 3 相等 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 2 公式p f v是功率的一种计算方法 v可以是平均速度 也可以是瞬时速度 因此p f v既可以计算平均功率 也可以计算瞬时功率 3 p fv中三个量的制约关系 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 例2 如图所示 质量为m 2kg的木块在倾角 37 的斜面上由静止开始下滑 木块与斜面间的动摩擦因数为 0 5 已知sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 求 1 前2s内重力做的功 2 前2s内重力的平均功率 3 2s末重力的瞬时功率 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 解析 1 木块所受的合外力f合 mgsin mgcos mg sin cos 4n 3 木块在2s末的速度v at 4m s 2s末重力的瞬时功率p mgvsin 48w 答案 1 48j 2 24w 3 48w 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 规律方法求解功率时应注意的三个问题 1 首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率 2 平均功率与一段时间 或过程 相对应 计算时应明确是哪个力在哪段时间 或过程 内做功的平均功率 3 瞬时功率计算时应明确是哪个力在哪个时刻 或状态 的功率 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 变式训练2在一次举重比赛中 一名运动员将质量为127 5kg的杠铃举起历时约2s 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 解析 设举重运动员将杠铃举高1 7m 答案 b 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 机车启动过程分析汽车以不同方式启动 一次以恒定功率启动 一次匀加速启动 1 用公式p fv研究汽车启动问题时 力f是什么力 2 以恒定功率启动时 汽车的加速度变化吗 做什么运动 要点提示 1 f是汽车的牵引力 2 汽车以恒定功率启动 根据p fv v增大 f减小 加速度减小 故加速度变化 汽车做变加速运动 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 对机车等交通工具类问题 应明确p fv中 p为发动机的实际功率 机车正常行驶中实际功率小于或等于其额定功率 f为发动机产生的牵引力 v为机车的瞬时速度 1 以恒定的功率启动机车自静止开始 保持牵引力的功率不变 在运动过程中阻力f也不变 随速度v的增加 牵引力f会减小 加速度减小 当f f时 a 0 此时速度最大 且vmax 以后以vmax的速度做匀速直线运动 其过程可由下面的框图表示 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 这一过程的v t图像如图所示 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 2 以恒定的加速度启动由a 知 保持a不变 则牵引力f也不变 而由p fv知 随着速度v的增大 机车的功率增加 但任何机械的额定功率都是有限的 故机车达到额定功率后将保持不变 以后速度虽继续增加 但并非做匀加速运动 因为f会变小 当f f时 机车就以vmax 做匀速直线运动 由以上分析可知 车能保持加速度恒定运动一段时间 以后加速度将减小直至为零 其过程可由下面的框图表示 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 这一过程的v t图像如图所示 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 例3 在水平路面上运动的汽车的额定功率为100kw 质量为10t 设阻力恒定 且为车重的0 1 1 汽车在运动过程中所能达到的最大速度 2 若汽车以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 若汽车以额定功率不变从静止启动后 当汽车的加速度为2m s2时 速度是多大 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 解析 1 当汽车速度最大时 f f p p额 故 2 汽车从静止开始匀速启动过程中 a不变 v变大 p也变大 当p p额时 此过程结束 则f f ma 1 5 104n 答案 1 10m s 2 13 4s 3 3 3m s 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 规律方法机车启动问题的解题方法 1 比较额定功率与实际功率的关系 该类问题多以机车做匀速运动为题设条件 解决这类问题的主要依据是匀速运动时牵引力f与阻力f相等 2 对于机车匀加速启动问题 主要综合应用牛顿运动定律和匀变速直线运动规律解题 解题过程注意分析各物理量如a f f p v之间的关系及它们的变化规律 关键要抓住不变的物理量 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 变式训练3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 故b正确 答案 b 1 2 3 4 1 下列关于功的说法错误的是 a 力和位移是做功的二要素 只要有力 有位移 就一定有功b 功等于力 位移 力与位移夹角的余弦三者的乘积c 功等于力和力方向上的位移的乘积d 功等于位移和位移方向上的力的乘积解析 根据功的计算公式w fscos 知 a错误 b c d正确 答案 a 1 2 3 4 b 由p fv知 只能求某一时刻的瞬时功率c 由p fv知 汽车的功率与它的速度成正比d 由p fv知 当汽车发动机功率一定时 牵引力与速度成反比解析 公式p 所计算的应是时间t内的平均功率 a错误 公式p fv涉及三个物理量之间的关系 必须在一个量确定不变时 才能判断另外两个物理量之间的关系 b c错误 d正确 答案 d 1 2 3 4 3 汽车在水平路面上行驶时受到的阻力相同 当汽车分别匀速 匀加速 匀减速地驶过同样的路程s时 汽车发动机所做的功的大小关系为 a 匀速行驶时做的功最多b 匀加速行驶时做的功最多c 匀减速行驶时做的功最多d 三种情况做的功相同解析 汽车匀加速运动时的牵引力f f ma最大 行驶相同的路程 汽车发动机做的功一定最多 匀减速时牵引力f f ma 做的功最少 答