功与功率 高中物理人教版（2019）必修二

费恩曼有一个事实，如果你愿意，也可说一条定律，支配着至今所知的一切自然现象......这条定律称做能量守恒定律。它指出有一个量，我们把它称为能量，在自然界经历的多种多样的变化中它不变化。那是一个最抽象的概念......能量无处不在物体的不同形态对应着不同的能量（1）运动的物体具有动能（2）被举高的物体具有重力势能还有物体的内能、电能、光能、原子能、生物能、化学能等．（3）形变的弹簧具有弹性势能能量的种类1.在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止。2.摆动的秋千，摆幅越来越小，最后停下来。3.你用力蹬自行车上一个斜坡。4.植物的光合作用5.用太阳能电池做动力的电动汽车在赛车场上奔驰。6.用柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处。7.核电站发电。8.核动力潜艇在深海中加速航行。（1）汽车的动能转化成内能。（克服摩擦、空气阻力等做功）（2）秋千的动能和重力势能最后都转化为秋千及空气的内能。（过程中重力和空气阻力做功）（3）人体内的化学能转化为自行车的动能和重力势能。（4）太阳能转化为植物体内的化学能。（5）太阳能转化为电能，电能又转化为汽车的动能。（6）柴油的化学能转化为柴油机的机械能，再转化为发电机的电能，电能又通过电动水泵转化为水的机械能。（7）核能转化为内能，内能转化为机械能，机械能转化为电能。（8）核能转化为内能，内能转化为核潜艇的动能，以及通过克服水的阻力转化为内能。能的转化在长期的科学实践中，人们发现不同形式的能量可以相互转化或转移，并且能量的转化与做功紧密相连。这是因为，如果在一个过程中存在做功的现象，就必然存在能量变化的现象，功的计算能够为能量的定量表达及能量的变化提供分析的基础。物体具有做功的本领，我们就说它具有了能量。1.能量的观点：2.能量可转化的观点：能量的转化通过做功实现。3.做功是能量转化的量度：做多少功，能量就转化或转移多少。功与能的关系的三个观点：人们总结出要研究能量及变化规律，先研究做功。第八章机械能守恒定律1.功与功率一、功1.定义：一个物体受到力的作用，并在力的方向上发生了一段位移，这个力就做了功。2、功的两个要素：①力②物体在力的方向上发生的位移练习1、判断下列情况力对物体是否做功？（1）用力推讲桌，讲桌没动，推力做功吗？（2）用脚踢足球，足球在地面上滚动，滚动过程中，人对足球做功吗？（3）重力和支持力做功吗？3、功的计算：V0AB光滑水平面F①力的方向与物体运动的方向一致单位：N·m焦耳J詹姆斯·普雷斯科特·焦耳JamesPrescottJoule1818年12月24日—1889年10月11日由于焦耳在热学、热力学和电方面的贡献，皇家学会授予他最高荣誉的科普利奖章。②力的方向与物体运动的方向夹角为α时例1、某物体在力F作用下水平向右运动的位移为L，拉力的方向如图所示，求拉力对物体做的功。例2、某物体在力F作用下水平向右运动的位移为L，推力的方向如图所示，求拉力对物体做的功。L300F3、功的计算：①α=0o②0o<α<90o③α=90o④90o<α<180o⑤α=180o正功负功注意：功是标量，有正、负之分。功的正、负既不表示大小，也不表示方向，只表示是动力做功还是阻力做功，反应了能量转移或转化的方向。例3、如图所示，一个质量为m＝2kg的物体，受到与水平方向成37°角斜向上方的力F＝10N作用，在水平地面上从静止开始向右移动的距离为L＝2m，物体受到的摩擦阻力大小为4.2N，g取10m/s2，求:1.各个力对物体所做的功。2.外力做的总功。思路一：W合＝W1＋W2＋W3＋…思路二：W合＝F合Lcosα例3：如图所示，一质量为m物体从倾角为α的固定斜面顶端开始下滑，动摩擦因数为μ，斜面高度为h，求：（1）重力做的功（2）克服摩擦力做的功hα例4.一个重量为10N的物体，在15N的水平拉力的作用下，一次在光滑水平面上移动0.5m，另一次在粗糙水平面上移动相同的距离，粗糙面与物体间的动摩擦因数为0.2.在这两种情况下，拉力做的功各是多少？拉力这两次做的功是否相同？各个力对物体做的总功是否相同？例如：4如图所示，水平路面上有一辆质量为m0的汽车，车厢中有一质量为m的人正用恒力F向前推车厢，在车以加速度a向前加速行驶距离L的过程中，下列说法正确的是(

)A．人对车的推力F做的功为FLB．人对车做的功为maLC．车对人的摩擦力做的功为(F＋ma)LD．车对人的作用力大小为ma课堂小结：思考：绳的一端固定在天花板上，通过一动滑轮用F=10N的力将物体提升2m。求力F做的功是多少？条件思考建筑工地上有三台起重机将重物吊起，下表是它们的工作情况记录：(1)三台起重机哪台做功最多？(2)哪台做功最快？怎样比较它们做功的快慢呢？相同做功，比时间做功不一样，时间也不一样？咋办？一、功率1、物理意义：表示力对物体做功的快慢2、定义：功W与完成这些功所用的时间t的比值3、公式：比值定义法4、标量：表示做功的过程中能量转移或转化的快慢5、单位：N.m/sJ/sW（瓦特简称瓦）詹姆斯·瓦特JamesWatt，1736年1月—1819年8月英国发明家，第一次工业革命的重要人物。1776年制造出第一台有实用价值的蒸汽机。以后又经过一系列重大改进，使之成为“万能的原动机”，在工业上得到广泛应用。他开辟了人类利用能源新时代，使人类进入“蒸汽时代”。1KW=103W奥运长跑运动员能否用100m短跑的速度来完成5000m的赛跑路程呢？汽车做功能否像飞机做功那样快？人如果做功过快，会产生什么后果呢？汽车超负荷运转会产生什么后果呢？二、额定功率和实际功率1、额定功率：是指机器在长时间正常工作时的最大输出功率，也就是机器铭牌上的标称值。2、实际功率：是指机器在工作中实际输出的功率。机器不一定在额定功率下工作，机器正常工作时实际功率总是小于或等于额定功率，机器只能在短暂时间内实际功率略大于额定功率，但不允许长时间超过额定功率。3、注意：例1、一个质量是1.0kg的物体，从地面上方20m高处开始做自由落体运动，(g取10m/s2)①第1s内下落的位移是多少？②这1s内重力对物体做多少功？③第2s内物体下落的位移是多少？④这1s内重力对物体做多少功？⑤前1s和后1s重力对物体做功的功率各是多大？⑥这2s时间内重力对物体做功的功率是多大？（5m）（50J）（15m）（150J）（P1=50W；P2=150W）（P3=100W）思考：通过计算不同时间段的功率，说明什么？即使是同一个力做功，做功的功率也可能是变化的，在一段时间内力对物体做功的功率，实际上是这段时间内力对物体做功的平均功率。三、平均功率和瞬时功率1、平均功率：描述一段时间内做功的平均快慢2、瞬时功率：表示在某一时刻做功的快慢计算的是平均功率，当t趋于0时才表示瞬时功率例、如图所示，一物块在拉力F的作用下，以速度v匀速向右运动，经过t

时间通过的位移为s，求这段时间拉力F做功的功率。四、功率与速度的关系力的大小速度的大小力的方向与速度方向的夹角当v为瞬时速度是，P为瞬时功率；当v为平均速度是，P为平均功率。例3、一个质量是1.0kg的物体，从地面上方20m高处以v0=10m/s水平抛出，(g取10m/s2)①整个过程重力做功是多少？②平均功率是多少？③落地时的功率是多少？

例2、某型号汽车发动机的额定功率为60kW,在水平路面上行使时受到的阻力是1800N,求：(1)发动机在额定功率下汽车匀速行使的速度.(2)在同样的阻力下,如果匀速行使速度只有54km/h,发动机输出的实际功率是多少?(1)汽车匀速行使解：(2)若速度v=54km/h=15m/s思考与讨论1、当P一定时，F和v有什么关系？2、当F一定时，P和v有什么关系？3、当v一定时，F和P有什么关系？F与v成反比P与v成正比F与P成正比思考：汽车以额定功率在平直公路行驶时，若前方遇到了一段较陡的上坡路段，汽车司机要做好什么调整，才能确保汽车驶到坡顶？为什么？三、汽车功率分析油门刹车离合2、汽车的功率调控—油门司机通过控制油门的大小，从而控制汽车的功率P在发动机转速一定的情况下，改变变速齿轮调控速度3、汽车的速度调控—变速器油门刹车离合油门控制功率档位档位控制速度汽车启动的两种方式过程分析：1.恒定的加速度启动2.恒定的功率P启动一、功率1、物理意义：表示力对物体做功的快慢2、定义：功W与完成这些功所用的时间t的比值3、公式：比值定义法4、标量：表示做功的过程中能量转移或转化的快慢5、单位：N.m/sJ/sW（瓦特简称瓦）1KW=103W课堂总结二、额定功率和实际功率1、额定功率：是指机器在长时间正常工作时的最大输出功率，也就是机器铭牌上的标称值。2、实际功率：是指机器在工作中实际输出的功率。机器不一定在额定功率下工作，机器正常工作时实际功率总是小于或等于额定功率，机器只能在短暂时间内实际功率略大于额定功率，但不允许长时间超过额定功率。3、注意：三、平均功率和瞬时功率1、平均功率：描述一段时间内做功的平均快慢2、瞬时功率：表示在某一时刻做功的快慢计算的是平均功率，当t趋于0时才表示瞬时功率四.汽车启动两种方式1.恒定的加速度启动2.恒定的功率P启动2、汽车发动机的额定功率为60KW，汽车的质量为5t，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，g=10m/s2。汽车保持额定功率不变从静止启动后:①汽车所能达到的最大速度是多大？②当汽车的速度为5m/s时加速度多大？③当汽车的加速度为2m/s2时速度多大？6、修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将质量m=5×103kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上作匀加速直线运动，加速度a=0.2m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做Vm=1.02m/s的匀速运动。不计额外功。求：(1)

起重机允许输出的最大功率。取g=10m/s2(2)

重物做匀