高中物理 第7章 第3节 功率期末课时同步复习课件 新人教版必修2.ppt

第三节功率 颠覆f1赛车速度历史 2006年7月22日本田车队巴纳维亚555挑战计划项目小组在美国的速度圣地犹他州巴纳维亚盐滩上冲破400千米 小时速度大关 在一标准 英里 约1600米 内成功达到了平均速度400千米 小时的速度目标 当地时间7点21分 挑战用车经过一次冲击即达到了400 459千米 小时的最高速度 为了达到更高的速度 往往要采用更大功率的发动机 1 理解功率的概念 能应用功率公式p 进行有关计算 2 正确理解公式p fvcos 的意义 并能进行计算和解释有关现象 3 知道什么是瞬时功率和平均功率 实际功率和额定功率 会在具体问题中计算瞬时功率和平均功率 课前预习 一 功率1 定义 一个力所做的功w跟完成这些功所用的时间t的 叫做功率 通常用p表示 2 定义式 根据功率的定义 可知p 注意 公式p 是功率的定义式 适用于任何情况下功率的计算 比值 3 单位 在国际单位制中 功率的单位是 简称 符号是 常用单位 1kw w 4 标矢性 功率是 只有大小 没有方向 但有正负 功率的正负的意义与功的正负的意义相同 5 物理意义 功率是表征物体做功 的物理量 它由物体做的功与做这些功所用的时间共同决定 并不单纯由做功的多少决定 只有在做功时间相同的情况下 才能认为物体做的功越多 功率越大 瓦特 瓦 w 103 标量 快慢 二 平均功率和瞬时功率1 平均功率 表示在 内做功的平均快慢 用公式表示成p 或p 2 瞬时功率 表示在某一 或某一时刻 做功的快慢 一般用p 来求 三 额定功率和实际功率1 额定功率是发动机 时的最大功率 通常都在铭牌上标明 额定功率是动力机器重要的性能指标 一个动力机器的额定功率是一定的 2 实际功率是发动机 时输出的功率 机器工作 一段时间 位置 fv 正常工作 实际工作 时都要受额定功率的限制 发动机实际工作时输出的功率 即实际功率 可以小于或等于额定功率 有时实际功率也会略大于额定功率 但不允许长时间超过额定功率 四 功率与速度由公式p fv知 1 p一定时 f与v成 2 v一定时 p与f成 3 时 p与v成正比 反比 正比 f一定 怎样理解和计算功率 1 p 是功率的定义式 物理学中有许多物理量是用 比值 来定义的 如前面学习的速度 加速度等 若t较长 p为平均功率 只有在趋向于零时 p才视为瞬时功率 可见p 只能计算平均功率 2 公式p fv是功率的另一种计算方法 当v是平均速度时 对应平均功率 当v是瞬时速度时对应瞬时功率 3 平均功率和瞬时功率的计算 1 平均功率的计算 由于平均功率描述了物体在一段时间内做功的快慢程度 它和一段时间 或一个过程 相对应 可直接用功率的定义式进行计算 w t 当恒力做功时w flcos 则恒力对应的功率为p fvcos 当v是运动物体在某一段时间内的平均速度时 p就是对应该段时间内的平均功率 即p fcos 应当注意的是 平均功率总是与某段时间 或某一过程 相对应 所以对于平均功率一定要明确是哪段时间 或哪一过程 内的 2 瞬时功率的计算 由功率的定义式p 某一时刻t的瞬时功率等于包含t时刻在内的一段无限小的时间 t内所做的功 w与这段时间的比 即p 但实际上这样计算是不方便的 通常情况下 计算瞬时功率可根据p fvcos 求出 其中v是瞬时速度 为f与v之间的夹角 p f v 为瞬时对应关系 名师提示 1 公式p 常用于求某个过程中的平均功率 但如果所取时间t足够小 也可以表示瞬时功率 这与瞬时速度的定义方式是一样的 2 应用公式p 求功率时 一定要先判断所求的功率是哪个力在哪段时间内的功率 因为不同力在不同时间内的功率是不同的 尝试应用 1 下列关于功率的说法中正确的是 a 由p 知 力做的功越多 功率越大b 由p fv知 物体运动得越快 功率越大c 由w pt知 功率越大 力做的功越多d 由p fvcos 知 某一时刻 即使力和速率都很大 但功率不一定大答案 d 解析 在p 中 只有p w t中的两个量确定后 第三个量才能确定 故选项a c错误 在p fv中 p还与f有关 选项b错误 在p fvcos 中 p还与 有关 选项d正确 由功率与速度分析机车的启动问题 1 p fv 1 推导 功率的定义式为p 又因为w fl 则p fv 故功率的表达式 p fv 2 对公式p fv的认识 由于w fl的表示形式适用于力 f 与位移 l 同方向的情况 故p fv适用于力f和速度v同方向的情况 当力f和速度v不在同一直线上时 可以将力f分解为沿v方向的分力f1和垂直于v方向的分力f2 f2不做功 其功率为0 分力f1的功率即为力f的功率 或者分解速度 力f乘以沿 f方向上的分速度即为力f的功率 故其一般表达式为p fvcos 其中 是矢量f v之间的夹角 3 对公式中f v p的说明 2 机车启动的两种方式 名师提示 分析机车启动全过程必须抓住以下几点 1 正确分析其物理过程 2 抓住基本公式 功率公式p fv p是机车的功率 f是机车的牵引力 v是机车的速度 当机车匀速运动时f ff 当机车变速运动时 由牛顿第二定律 得f ff ma 3 正确分析公式中各个物理量在各个过程中的变化情况 尝试应用 2 汽车上坡的时候 司机必须换挡 其目的是 a 减小速度 得到较小的牵引力b 增大速度 得到较小的牵引力c 减小速度 得到较大的牵引力d 增大速度 得到较大的牵引力 解析 汽车上坡 阻力增大 为了得到较大的牵引力 必须换挡减速 答案 c 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 平均功率与瞬时功率的计算 答案 1 48j 2 24w 3 48w 1 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 变式应用 答案 bd 机车启动问题 一汽车额定功率为100kw 质量为1 0 104kg 设阻力恒为车重的0 1倍 取g 10m s2 1 若汽车保持恒定功率运动 求运动的最大速度 2 若汽车以0 5m s2的加速度匀加速运动 求其匀加速运动的最长时间 答案 1 10m s 2 13 4s名师归纳 对机车等交通工具类问题 应明确p f v中 p为发动机的实际功率 由于这类问题是一个动态变化过程 各个物理量相互关联 分析时 抓住不变量 利用p fv和f合 ma进行逐步分析 变式应用 2 与普通自行车相比 电动自行车更省力 下表为某一品牌电动自行车的部分技术参数 在额定输出功率不变的情况下 质量为60kg的人骑着此电动自行车沿平直公路行驶 所受阻力恒为车和人总重的0 04倍 则当此电动自行车达到最大速度时 牵引力为 n 当车速为2m s时 其加速度为 m s2 g取10m s2 答案 400 6 基础练 1 关于功率概念 下列说法中正确的是 a 力对物体做的功越多 力做功的功率越大b 功率是描述物体做功快慢的物理量c 从公式p fv可以知道汽车的发动机功率一定时 牵引力与运动速度成反比d 当轮船航行时 如果牵引力与阻力相等时合外力为零 此时发动机的实际功率为零 解析 功率描述的是力做功的快慢 故选项a错误 选项b正确 汽车的功率指的是牵引力做功的功率 选项c正确 选项d错误 答案 bc 2 物体a b质量相同 a放在光滑的水平面上 b放 在粗糙的水平面上 在相同力f作用下 由静止开始都通过了相同的位移s 如图所示 那么 a 力f对a做功较多 做功的平均功率也较大b 力f对b做功较多 做功的平均功率也较大c 力f对a b做的功和做功的平均功率都相同d 力f对a b做功相等 但对a做功的平均功率较大 答案 d 解析 由功的公式w f s知力f对a b做功相等 而a物体加速度大 所以时间少 故对a做功快 3 某同学进行体能训练 用了100s的时间跑上20m高的高楼 试估测他登楼的平均功率最接近的数值是 a 10wb 100wc 1kwd 10kw 答案 b 4 假设汽车以额定功率在水平路面上行驶 所受阻力大小不变 则它不可能做 a 匀加速直线运动b 匀减速直线运动c 匀速直线运动d 变加速直线运动 解析 汽车以额定功率行驶 p不变 若汽车做匀加速直线运动 则f ff ma不变 但v变大 则要求p fv变大 这与p不变矛盾 故a不可能 同理b也不可能 只要f ff 则汽车即可做匀速直线运动且p不变 c可能 由p fv知 汽车以额定功率启动时 随着v的变大 f变小 加速度变小 汽车做变加速直线运动 d可能 答案 ab 5 如图所示 一架自动扶梯以恒定的速度v1运送乘客上同一层楼 某乘客第一次站在扶梯上不动 第二次以相对扶梯v2的速度匀速往上走 两次扶梯运送乘客所 做的功分别为w1 w2 牵引力的功率分别为p1 p2 则 a w1w2 p1 p2 解析 扶梯两次运送乘客的速度均为v1 扶梯所施加的力不变 由p fv知p1 p2 由于第二次所用的时间短 由w pt得w2 w1 故选项d正确 答案 d 6 在平直公路上以一定速率 约为5m s 行驶的自行车所受阻力为车和人总重量的0 02倍 则骑车人的功率最接近于 车和人的总质量约为100kg a 0 1kwb 1 103kwc 1kwd 10kw 解析 这是一道估算题 车速v 5m s 骑车时的牵引力f ff 0 02 100 10n 20n 所以功率p fv 20 5w 100w 即0 1kw 故a正确 答案 a 提高练 7 质量为m的汽车由静止开始以加速度a做匀加速运动 经过时间t 汽车达到额定功率 则下列说法正确的是 a at即为汽车额定功率下的速度最大值 b at还不是汽车额定功率下速度最大值 c 汽车的额定功率是 d 题中所给条件求不出汽车的额定功率 解析 汽车额定功率下的最大速度是a 0时 故a项错误 b项正确 汽车的功率是牵引力的功率 不是合力的功率 故c项错误 由f ma f ma 因不知 则f不知 故求不出汽车的额定功率 故d项正确 答案 bd 8 跳绳是一种健身运动 设某运动员的质量为50kg 一分钟跳绳180次 假定在每次跳跃中 脚与地面的接触时间占跳跃一次所需时间的 则该运动员跳绳时克服重力做功的平均功率是多少 g取10m s2 答案 75w 9 在一次抗洪抢险