2022版新教材高中物理1.2功率课件鲁教版必修2

1、第第2 2节节功率功率 一、功率的含义一、功率的含义1.1.含义含义: :物体所做的功物体所做的功W W与完成这些功所用时间与完成这些功所用时间t t的的_。2.2.公式公式: :定义式为定义式为P=_P=_。比值比值Wt3.3.物理意义物理意义: :功率是表示做功功率是表示做功_的物理量的物理量, ,功率大表功率大表示物体做功快示物体做功快, ,即单位时间里即单位时间里_。4.4.单位单位: :功率在国际单位制中用功率在国际单位制中用_表示表示, ,简称简称_,_,符符号为号为_,1 W= _,1 kW=1000 W_,1 W= _,1 kW=1000 W。快慢快慢做功多做功多瓦特瓦特瓦瓦W

2、 W1 J/s1 J/s二、常见机械的功率二、常见机械的功率1.1.额定功率额定功率: :发动机正常工作时输出的发动机正常工作时输出的_功率。功率。实际功率实际功率: :发动机实际工作时输出的功率。发动机实际工作时输出的功率。2.2.为了保证机械的平安为了保证机械的平安, ,工作时尽量使工作时尽量使_。最大最大P P实实P P额额三、功率与力、速度的关系三、功率与力、速度的关系1.1.关系式关系式: :当力的方向与物体的运动方向一样时当力的方向与物体的运动方向一样时,P=_,P=_。2.2.公式公式P=FvP=Fv中各物理量间的关系中各物理量间的关系: :(1)(1)功率功率P P一定时一定时

3、, ,物体的运动速度物体的运动速度v v与牵引力与牵引力F F成成_。(2)(2)物体的运动速度物体的运动速度v v一定时一定时, ,功率功率P P与牵引力与牵引力F F成成_。(3)(3)牵引力牵引力F F一定时一定时, ,功率功率P P与物体的运动速度与物体的运动速度v v成成_。FvFv反比反比正比正比正比正比3.3.平均功率、瞬时功率平均功率、瞬时功率: :(1)(1)平均功率平均功率: :物体在一段时间内做功的功率的物体在一段时间内做功的功率的_,_,通常用通常用P= P= 描述。描述。(2)(2)瞬时功率瞬时功率: :物体在某一物体在某一_或某一或某一_的功率的功率, ,瞬时功率通

4、常用瞬时功率通常用P=_P=_描述。描述。平均值平均值时刻时刻位置位置FvFvWt4.4.以下关于功率的说法正确的选项是以下关于功率的说法正确的选项是_。汽车的速度越大汽车的速度越大, ,功率一定越大。功率一定越大。当发动机的功率一定时当发动机的功率一定时, ,速度越大速度越大, ,汽车的牵引力越汽车的牵引力越大。大。当输出功率一定时当输出功率一定时, ,速度和牵引力成反比。速度和牵引力成反比。公式公式P=FvP=Fv可以用来计算瞬时功率也可以计算平均功可以用来计算瞬时功率也可以计算平均功率。率。一功率的含义一功率的含义1.1.功率的决定因素功率的决定因素: :功率的大小只与其比值有直接联系功

5、率的大小只与其比值有直接联系, ,与做功多少和时间长短无直接联系。与做功多少和时间长短无直接联系。2.2.功率大小的意义功率大小的意义: :比较功率的大小比较功率的大小, ,就要比较功与时就要比较功与时间的比值间的比值, ,比值越大比值越大, ,功率就越大功率就越大, ,做功就越快做功就越快; ;比值越比值越小小, ,功率就越小功率就越小, ,做功就越慢。做功就越慢。3.3.功率与速度的关系功率与速度的关系: :(1)(1)公式公式P=FvP=Fv中中F F、v v的方向一样的方向一样, ,假设假设F F、v v间夹角为间夹角为,那么那么P=FvcosP=Fvcos。(2)(2)公式公式P=F

6、vP=Fv中三个量的制约关系。中三个量的制约关系。定值定值各量间的关系各量间的关系应用应用P P一定一定F F与与v v成反比成反比汽车上坡时汽车上坡时, ,要增大牵引力要增大牵引力, ,应应换低速挡减小速度换低速挡减小速度v v一定一定F F与与P P成正比成正比汽车上坡时汽车上坡时, ,要使速度不变要使速度不变, ,应应加大油门加大油门, ,增大输出功率增大输出功率, ,获得获得较大牵引力较大牵引力F F一定一定v v与与P P成正比成正比汽车在高速路上汽车在高速路上, ,加大油门增大加大油门增大输出功率输出功率, ,可以提高速度可以提高速度【思考思考讨论讨论】情境情境: :建筑工地上有三

7、台起重机将重物吊起建筑工地上有三台起重机将重物吊起, ,表中是它表中是它们的工作情况记录们的工作情况记录: :起重机起重机编号编号被吊物被吊物体重量体重量匀速上匀速上升速度升速度上升的上升的高度高度所用所用时间时间做功做功A A2.02.010103 3 N N4 m/s4 m/s16 m16 m4 s4 sB B4.04.010103 3 N N3 m/s3 m/s6 m6 m2 s2 sC C1.61.610103 3 N N2 m/s2 m/s20 m20 m10 s10 s讨论讨论: :三台起重机哪台做功最多三台起重机哪台做功最多? ?哪台做功最快哪台做功最快? ?怎样比怎样比较它们做

8、功的快慢呢较它们做功的快慢呢? ? ( (物理观念物理观念) )提示提示: :三台起重机分别做功三台起重机分别做功3.23.2104 J104 J、2.42.4104 J104 J、3.23.2104 J,104 J,所以所以A A、C C做功最多。做功最多。B B做功最快做功最快, ,可以用功可以用功与所用时间的比值表示做功的快慢。与所用时间的比值表示做功的快慢。【典例示范】【典例示范】关于功率关于功率, ,以下说法正确的选项是以下说法正确的选项是世纪金榜导学号世纪金榜导学号( () )A.A.功率是描述力对物体做功多少的物理量功率是描述力对物体做功多少的物理量B.B.力做功时间越长力做功时

9、间越长, ,力的功率一定越小力的功率一定越小C.C.力对物体做功越快力对物体做功越快, ,力的功率一定越大力的功率一定越大D.D.力力F F越大越大, ,速度速度v v越大越大, ,功率就越大功率就越大【解析解析】选选C C。功率是描述力对物体做功快慢的物理量。功率是描述力对物体做功快慢的物理量, ,做功越快做功越快, ,功率越大功率越大,A,A错误错误,C,C正确正确; ;力对物体做功时间力对物体做功时间长长, ,未必做功慢未必做功慢,B,B错误错误; ;功率与力、速度及它们的夹角功率与力、速度及它们的夹角三个因素有关三个因素有关, ,力力F F越大越大, ,速度速度v v越大越大, ,功率

10、不一定越大功率不一定越大,D,D错误。错误。【素养训练】【素养训练】1.1.关于功率关于功率, ,以下说法中正确的选项是以下说法中正确的选项是( () )A.A.据据P= P= 可知可知, ,机器做功越多机器做功越多, ,其功率就越大其功率就越大B.B.据据P=FvP=Fv可知可知, ,汽车牵引力一定与速度成反比汽车牵引力一定与速度成反比C.C.据据P= P= 可知可知, ,只要知道时间只要知道时间t t内机器所做的功内机器所做的功, ,就可就可以求得这段时间内任一时刻机器做功的功率以求得这段时间内任一时刻机器做功的功率WtWtD.D.根据根据P=FvP=Fv可知可知, ,发动机功率一定时发动

11、机功率一定时, ,交通工具的牵引交通工具的牵引力与运动速度成反比力与运动速度成反比【解析】选【解析】选D D。P= P= 说明说明, ,功率不仅与物体做功的多少功率不仅与物体做功的多少有关有关, ,同时还与做功所用的时间有关同时还与做功所用的时间有关,A,A错误错误; ;由由P=FvP=Fv知知, ,只有在功率只有在功率P P一定的情况下一定的情况下, ,汽车的牵引力才与速度成汽车的牵引力才与速度成反比反比,B,B错误错误; ;由由P= P= 求出来的是这段时间内的平均功求出来的是这段时间内的平均功率率,C,C错误错误; ;在在P=FvP=Fv中中, ,当功率一定时当功率一定时, ,在一定阶段

12、汽车的在一定阶段汽车的牵引力与速度成反比牵引力与速度成反比, ,但当牵引力等于阻力时但当牵引力等于阻力时, ,速度不速度不变变, ,牵引力也不再变化牵引力也不再变化,D,D正确。正确。WtWt2.2.平流层飞艇在通信、导航、大气监测、商业旅游等平流层飞艇在通信、导航、大气监测、商业旅游等活动中具有潜在的应用前景。假设飞艇在平流层水平活动中具有潜在的应用前景。假设飞艇在平流层水平匀速飞行时匀速飞行时, ,所受空气阻力与飞行速度成正比所受空气阻力与飞行速度成正比, ,当匀速当匀速飞行速度为飞行速度为v v时时, ,动力系统的输出功率为动力系统的输出功率为P;P;当匀速飞行当匀速飞行速度为速度为2v

13、2v时时, ,动力系统的输出功率为动力系统的输出功率为( () )A. A. B. B. P4P2【解析】选【解析】选D D。设当飞艇以速度。设当飞艇以速度v v匀速飞行时匀速飞行时, ,所受空气所受空气阻力为阻力为f,f,那么那么P=fvP=fv。由题意。由题意, ,当匀速飞行速度为当匀速飞行速度为2v2v时时, ,所受空气阻力为所受空气阻力为2f,2f,所以此时动力系统输出的功率所以此时动力系统输出的功率P1= P1= 2f2v=4P,D2f2v=4P,D正确。正确。【补偿训练】一架自动扶梯以恒定的速度【补偿训练】一架自动扶梯以恒定的速度v1v1运送乘客运送乘客上同一层楼上同一层楼, ,乘

14、客第一次站在扶梯上不动乘客第一次站在扶梯上不动, ,第二次以相第二次以相对于扶梯的速度对于扶梯的速度v2v2匀速向上走匀速向上走, ,两次扶梯牵引力做的功两次扶梯牵引力做的功分别为分别为W1W1和和W2,W2,牵引力的功率分别为牵引力的功率分别为P1P1和和P2,P2,那么那么( () )1W2,P1P21W2,P1P21W2,P1=P21W2,P1=P21=W2,P1P21=W2,P1W2,P1=P21W2,P1=P2【解析解析】选选D D。两种情况下人对扶梯的压力都等于人的。两种情况下人对扶梯的压力都等于人的重力重力, ,即两种情况下扶梯的牵引力大小相等。第二种情即两种情况下扶梯的牵引力大

15、小相等。第二种情况下人匀速走了一段位移况下人匀速走了一段位移, ,故扶梯的位移就比第一次小故扶梯的位移就比第一次小, ,故有故有s s1 1ss2 2,W,W1 1WW2 2。因为两种情况下牵引力一样大。因为两种情况下牵引力一样大, ,且且牵引力作用下扶梯的运动速度牵引力作用下扶梯的运动速度v v1 1也保持不变也保持不变, ,由由P=Fv,P=Fv,可知可知P P1 1=P=P2 2。故。故D D正确正确,A,A、B B、C C错误。错误。二公式二公式P= P= 和和P=FvP=Fv的比较的比较P= P= P=FvP=Fv适用适用条件条件(1)(1)功率的定义式功率的定义式, ,适用于适用于

16、任何情况下功率的计算任何情况下功率的计算, ,一般用来求平均功率一般用来求平均功率(2)(2)当时间当时间t 0t 0时时, ,可由可由定义式确定瞬时功率定义式确定瞬时功率(1)(1)功率的计算式功率的计算式, ,仅适仅适用于用于F F与与v v同向的情况同向的情况, ,一一般用来求瞬时功率般用来求瞬时功率(2)(2)当当v v为平均速度时为平均速度时, ,所所求功率为平均功率求功率为平均功率联系联系(1)(1)公式公式P=FvP=Fv是是P= P= 的推论的推论(2)(2)功率功率P P的大小与的大小与W W、t t无关无关WtWtWt【典例示范】【典例示范】质量质量m=3 kgm=3 kg

17、的物体的物体, ,在水平力在水平力F=6 NF=6 N的作用下的作用下, ,在光滑水在光滑水平面上从静止开场运动平面上从静止开场运动, ,运动时间运动时间t=3 s,t=3 s,求求: :(1)(1)力力F F在在3 s3 s内对物体所做功的平均功率。内对物体所做功的平均功率。(2)(2)在在3 s3 s末力末力F F对物体做功的瞬时功率。对物体做功的瞬时功率。【解析解析】(1)(1)物体的加速度物体的加速度a= m/s2=2 m/s2a= m/s2=2 m/s23 s3 s内物体的位移内物体的位移s= at2= s= at2= 2 232 m=9 m32 m=9 m3 s3 s内力内力F F

18、所做的功所做的功W=Fs=6W=Fs=69 J=54 J9 J=54 J力力F F做功的平均功率做功的平均功率P= P= W=18 WW=18 W(2)3 s(2)3 s末物体的速度末物体的速度v=at=2v=at=23 m/s=6 m/s3 m/s=6 m/s此时力此时力F F做功的瞬时功率做功的瞬时功率P=Fv=6P=Fv=66 W=36 W6 W=36 W答案答案: :(1)18 W(1)18 W(2)36 W(2)36 WF6m31212W54t3【误区警示】功率大小分析的两点本卷须知【误区警示】功率大小分析的两点本卷须知(1)“(1)“某秒末或某秒末或“到某位置时的功率是指瞬时功率到

19、某位置时的功率是指瞬时功率, ,只能用只能用P=FvP=Fv求解。求解。(2)“(2)“某段时间内或某段时间内或“某个过程中等词语某个过程中等词语, ,那么是求那么是求平均功率平均功率, ,此时可用此时可用P= P= 求解求解, ,也可以用也可以用 P=Fv P=Fv求解。求解。Wt【素养训练】【素养训练】1.(1.(多项选择多项选择) )质量为质量为3 kg3 kg的物体的物体, ,从高从高45 m45 m处自由落下处自由落下(g(g取取10 m/s2),10 m/s2),那么在下落的过程中那么在下落的过程中( () )A.A.前前2 s2 s内重力做功的功率为内重力做功的功率为300 W3

20、00 WB.B.前前2 s2 s内重力做功的功率为内重力做功的功率为675 W675 WC.C.第第2 s2 s末重力做功的功率为末重力做功的功率为600 W600 WD.D.第第2 s2 s末重力做功的功率为末重力做功的功率为900 W900 W【解析解析】选选A A、C C。前。前2 s2 s物体下落物体下落h= gt2=20 m,h= gt2=20 m,重力重力做功的功率做功的功率P P1 1= W=300 W,A= W=300 W,A正确正确,B,B错误错误; ;2 s2 s末物体的速度末物体的速度v=gt=20 m/s,v=gt=20 m/s,此时重力做功的功率此时重力做功的功率P

21、P2 2=mgv=600 W,C=mgv=600 W,C正确正确,D,D错误。错误。12mgh3 10 20t22.2.一台起重机将静止在地面上、质量为一台起重机将静止在地面上、质量为m=1.0m=1.0103 kg103 kg的货物匀加速竖直吊起的货物匀加速竖直吊起, ,在在2 s2 s末货物的速度末货物的速度v=4 m/sv=4 m/s。(g(g取取10 m/s2,10 m/s2,不计额外功不计额外功) )求求: :世纪金榜导学号世纪金榜导学号(1)(1)起重机在这起重机在这2 s2 s内的平均功率。内的平均功率。(2)(2)起重机在起重机在2 s2 s末的瞬时功率。末的瞬时功率。【解析】

22、【解析】(1)(1)设货物所受的拉力为设货物所受的拉力为F,F,加速度为加速度为a,a,那么那么由由a= a= 得得,a=2 m/s2,a=2 m/s2由牛顿第二定律知由牛顿第二定律知,F-mg=ma,F-mg=ma那么那么103103103103104 N104 N2 s2 s内货物上升的高度内货物上升的高度h= at2=4 mh= at2=4 m起重机在这起重机在这2 s2 s内对货物所做的功内对货物所做的功vt12104104104 J104 J起重机在这起重机在这2 s2 s内的平均功率内的平均功率 104 W104 W(2)(2)起重机在起重机在2 s2 s末的瞬时功率末的瞬时功率1

23、04104104 W104 W。答案答案: :104 W 104 W 104 W104 W4W4.8 10Pt2【补偿训练】【补偿训练】物体物体A A、B B质量一样质量一样,A,A放在光滑的水平面上放在光滑的水平面上,B,B放在放在粗糙的水平面上粗糙的水平面上, ,在一样的力在一样的力F F作用下作用下, ,由静止开场都通由静止开场都通过了一样的位移过了一样的位移s,s,以下说法正确的选项是以下说法正确的选项是( () )A.A.力力F F对对A A做功较多做功较多, ,做功的平均功率也较大做功的平均功率也较大B.B.力力F F对对B B做功较多做功较多, ,做功的平均功率也较大做功的平均功

24、率也较大 C.C.力力F F对对A A、B B做的功和做功的平均功率都一样做的功和做功的平均功率都一样 D.D.力力F F对对A A、B B做功相等做功相等, ,但对但对A A做功的平均功率较大做功的平均功率较大【解析】选【解析】选D D。由。由W=FsW=Fs知知F F对对A A和和B B做功一样多做功一样多,B,B在粗糙在粗糙水平面上由于受到阻力的作用水平面上由于受到阻力的作用,B,B的加速度小的加速度小, ,由由s=s= at2 at2知知, ,通过一样的位移通过一样的位移,B,B用的时间长用的时间长, ,由由P= P= 知力知力对对A A做功的平均功率大做功的平均功率大,D,D正确。正

25、确。12Wt三力与功率三力与功率功率的计算方法功率的计算方法(1)(1)利用公式利用公式P=Fvcos,P=Fvcos,其中其中v v为瞬时速度。为瞬时速度。(2)(2)利用公式利用公式P=FvP=FvF F, ,其中其中v vF F为物体的速度在力为物体的速度在力F F方向上的方向上的分速度。分速度。(3)(3)利用公式利用公式P=FP=Fv vv,v,其中其中F Fv v为物体受的外力在速度为物体受的外力在速度v v方向方向上的分力。上的分力。【典例示范】将一物体用轻质细线拴住【典例示范】将一物体用轻质细线拴住, ,一端固定于一端固定于O O点点, ,将细线拉直并使细线处于水平状态将细线拉

26、直并使细线处于水平状态, ,如下图如下图, ,将物体将物体无初速度释放无初速度释放, ,物体下摆到悬点正下方过程中物体下摆到悬点正下方过程中, ,重力的重力的瞬时功率变化情况是瞬时功率变化情况是( () )世纪金榜导学号世纪金榜导学号A.A.一直增大一直增大 B.B.一直减小一直减小C.C.先增大后减小先增大后减小D.D.先减小后增大先减小后增大【解析】选【解析】选C C。在刚释放时。在刚释放时, ,物体的速度为零物体的速度为零, ,故重力的故重力的瞬时功率为零。到达最低点时瞬时功率为零。到达最低点时, ,物体的速度最大物体的速度最大, ,但速但速度方向与重力的方向垂直度方向与重力的方向垂直,

27、 ,故重力的瞬时功率也为零。故重力的瞬时功率也为零。但下落过程中重力的瞬时功率并不为零但下落过程中重力的瞬时功率并不为零, ,故重力的瞬时故重力的瞬时功率先增大后减小功率先增大后减小, ,那么那么C C正确正确,A,A、B B、D D错误。错误。【素养训练】【素养训练】1.1.如图如图, ,请估算此人在做引体向上运动的过程中抑制重请估算此人在做引体向上运动的过程中抑制重力做功的平均功率最接近的数值是力做功的平均功率最接近的数值是(,(,此人单次上拉的此人单次上拉的时间约时间约2 2秒秒) )( () )A.10 WA.10 WB.102 WB.102 WC.103 WC.103 WD.104

28、WD.104 W【解析】选【解析】选B B。 此人体重大约此人体重大约60 kg,60 kg,引体向上时向上引体向上时向上运动的位移大约运动的位移大约0.4 m,0.4 m,那么抑制重力做功的平均功率那么抑制重力做功的平均功率为为:P= W=120 W,:P= W=120 W,最接近的是最接近的是B B选项。选项。故故B B正确正确,A,A、C C、D D错误。错误。mgh60 10 0.4t22.(2.(多项选择多项选择) )质量为质量为m m的物体静止在光滑水平面上的物体静止在光滑水平面上, ,从从t=0t=0时刻开场受到水平力的作用。力的大小时刻开场受到水平力的作用。力的大小F F与时间

29、与时间t t的的关系如下图关系如下图, ,力的方向保持不变力的方向保持不变, ,那么那么( () )0 0时刻的瞬时功率为时刻的瞬时功率为 0 0时刻的瞬时功率为时刻的瞬时功率为 C.C.在在t=0t=0到到3t3t0 0这段时间内这段时间内, ,水平力的平均功率为水平力的平均功率为 D.D.在在t=0t=0到到3t3t0 0这段时间内这段时间内, ,水平力的平均功率为水平力的平均功率为 2005F tm20015F tm20023F t4m20025F t6m【解析解析】选选B B、D D。3t3t0 0时刻的速度大小为时刻的速度大小为v v3 3=v=v2 2+a+a2 2t t0 0 =

30、 2t= 2t0 0+ t+ t0 0= ,3t= ,3t0 0时刻力时刻力F=3FF=3F0 0, ,所以瞬时所以瞬时功率功率P=3FP=3F0 0vv3 3= ,A= ,A错误错误,B,B正确正确;0;03t3t0 0时间段时间段, ,水平力对物体做功水平力对物体做功W=FW=F0 0 x x1 1+3F+3F0 0 x x2 2=F=F0 0 (2t (2t0 0)2 )2 +3F+3F0 0 t t0 0= ,= ,平均功率平均功率 = ,= ,C C错误错误,D,D正确。正确。0Fm03Fm0 05F tm20015F tm120Fm23vv22 20025F t2mWPt20025

31、F t6m【补偿训练】【补偿训练】1.(1.(多项选择多项选择) )质量为质量为m m的物体静止在粗糙的水平地面上的物体静止在粗糙的水平地面上, ,从从t=0t=0时刻开场物体受到方向恒定的水平拉力时刻开场物体受到方向恒定的水平拉力F F作用作用, ,拉力拉力F F与时间与时间t t的关系如图甲所示。物体在的关系如图甲所示。物体在 t0 t0时刻开场运时刻开场运动动, ,其运动的其运动的v-tv-t图像如图乙所示图像如图乙所示, ,假设最大静摩擦力等假设最大静摩擦力等于于滑动摩擦力滑动摩擦力, ,那么那么( () )12A.A.物体与地面间的动摩擦因数为物体与地面间的动摩擦因数为 B.B.物体

32、在物体在t t0 0时刻的加速度大小为时刻的加速度大小为 C.C.物体所受合外力在物体所受合外力在t t0 0时刻的功率为时刻的功率为2F2F0 0v v0 0D.D.水平力水平力F F在在t t0 02t2t0 0时间内的平均功率为时间内的平均功率为F F0 0(2v(2v0 0+ )+ )0Fmg002vt0 0F tm【解析】选【解析】选A A、D D。物体在。物体在 时刻开场运动时刻开场运动, ,故故f=F0,f=F0,动动摩擦因数摩擦因数= ,= ,故故A A正确正确; ;在在 t0 t0t0t0时间内时间内, ,假设物假设物体做匀加速运动体做匀加速运动, ,那么那么v0=a t0,v0=a t0,解得解得a= ,a= ,实际上物实际上物体的加速度从体的加速度从0 0开场增大开场增大, ,故在故在t0t0时刻加速度大于时刻加速度大于 , ,故故B B错误错误; ;在在t0t0时刻时刻