高中物理人教版必修2课件：第七章-第3讲-功率

第七章——第3讲功率目标定位1.理解功率的概念，能运用功率的定义式P＝进行有关计算.2.知道平均功率和瞬时功率的含义，能根据P＝Fv进行分析和计算.3.了解额定功率和实际功率，会分析机车启动问题.Wt1预习导学梳理·识记·点拨2课堂讲义理解·深化·探究3对点练习巩固·应用·反馈4第3讲功率预习导学梳理·识记·点拨一、功率1.定义：跟的比值叫做功率.即P＝.2.单位：，简称，符号是.3.标矢性：功率是量.4.物理意义：是表示的物理量.做功快慢功WWt完成这些功所用时间t瓦特瓦W标5第3讲功率想一想功率大，做功一定多吗？答案不一定.功率与做功多少没有必然联系，功率大，做功不一定多，但做功一定快.6第3讲功率二、额定功率与实际功率1.定义(1)额定功率是发动机正常工作时输出的功率.(2)实际功率是发动机时的输出功率.2.为了保证机械的安全，工作时尽量使P实P额.≤最大实际工作7第3讲功率三、功率与速度1.功率与速度关系式：P＝(F与v方向相同).2.推导：功率定义式：P＝Wt功的计算式：W＝Fl位移：l＝vt→P＝FvFv8第3讲功率3.应用：由功率速度关系式知，汽车、火车等交通工具和各种起重机械，当发动机的功率P一定时，牵引力F与速度v成，要增大牵引力，就要速度.想一想汽车爬坡时，常常换用低速挡，为什么？答案由P＝Fv可知，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.减小反比9第3讲功率课堂讲义理解·深化·探究一、对公式P＝和P＝Fv的理解1.P＝是定义式，适用于任何情况下功率的计算，一般用于求解某段时间内的平均功率.2.P＝Fv通常用来计算某一时刻或某一位置时的瞬时功率，v是瞬时速度；若代入某段时间内的平均速度，则计算的是该段时间内的平均功率.WtWt10第3讲功率3.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，如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)若求平均功率，需明确是哪段时间内的平均功率，可由公式P＝Wt或P＝Fv来计算.(3)若求瞬时功率，需明确是哪一时刻或哪一位置，应用公式P＝Fv，如果F、v不同向，则投影到相同方向再计算.11第3讲功率例1质量m＝3kg的物体，在水平力F＝6N的作用下，在光滑水平面上从静止开始运动，运动时间t＝3s，求：(1)力F在t＝3s内对物体所做功的平均功率；解析物体的加速度a＝Fm＝63m/s2＝2m/s2t＝3s内物体的位移l＝12at2＝12×2×32m＝9m3s内力F所做的功：W＝Fl＝6×9J＝54J12第3讲功率力F做功的平均功率P＝Wt＝543W＝18W答案18W(2)在3s末力F对物体做功的瞬时功率.解析3s末物体的速度v＝at＝2×3m/s＝6m/s此时力F做功的瞬时功率P＝Fv＝6×6W＝36W.答案36W13第3讲功率例2如图1所示，质量为m＝2kg的木块在倾角θ＝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μ＝0.5，已知：sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2.求：(1)前2s内重力做的功；图1解析分别由W＝Fl，P＝Wt和P＝Fv求解.木块所受的合外力F合＝mgsinθ－μmgcosθ＝mg(sinθ－μcosθ)＝2×10×(0.6－0.5×0.8)N＝4N14第3讲功率前2s内木块的位移l＝12at2＝12×2×22m＝4m所以，重力在前2s内做的功为W＝mglsinθ＝2×10×4×0.6J＝48J答案48J(2)前2s内重力的平均功率；解析重力在前2s内的平均功率为木块的加速度a＝F合m＝42m/s2＝2m/s2P＝Wt＝482W＝24W答案24W15第3讲功率(3)2s末重力的瞬时功率.解析木块在2s末的速度v＝at＝2×2m/s＝4m/s2s末重力的瞬时功率P＝mgvsinθ＝2×10×4×0.6W＝48W答案48W16第3讲功率二、机车启动的两种方式1.恒定功率启动(1)过程分析v↑⇒F＝Pv↓⇒a＝F－F阻m↓⇒a＝0，速度最大且匀速.(2)vt图象如图2所示图217第3讲功率2.恒定加速度启动(1)过程分析a＝F－F阻m不变⇒F不变P＝Fv↑直到P额＝Fv1⇒P额一定，v↑⇒F＝P额v↓，a＝F－F阻m↓⇒a＝0，速度最大且匀速.(2)vt图象如图3所示.图318第3讲功率3.机车启动过程的分析步骤(1)分析物理过程，明确是哪种启动方式.(2)抓住两个基本公式：①功率公式P＝Fv；②牛顿第二定律，即F－F阻＝ma.19第3讲功率4.机车启动过程中几个物理量的求法(1)机车的最大速度vm的求法：达到最大速度时，a＝0，即牵引力F等于阻力F阻，故vm＝PF＝PF阻.(2)匀加速启动最长时间的求法：牵引力F＝ma＋F阻，匀加速的最后速度v1＝P额ma＋F阻，时间t＝v1a.(3)瞬时加速度的求法：据F＝Pv求出对应瞬时速度v的牵引力，则加速度a＝F－F阻m.20第3讲功率例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倍，求：(g取10m/s2)(1)汽车在运动过程中所能达到的最大速度；解析当汽车速度最大时，a1＝0，F1＝Ff，P＝P额，故vmax＝P额Ff＝100×1030.1×10×103×10m/s＝10m/s答案10m/s21第3讲功率(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？解析汽车从静止开始做匀加速直线运动的过程中，a2不变，v变大，P也变大，当P＝P额时，此过程结束.F2＝Ff＋ma2＝(0.1×104×10＋104×0.5)N＝1.5×104Nv2＝P额F2＝1051.5×104m/s＝203m/s，则t＝v2a2＝2030.5s≈13.3s答案13.3s22第3讲功率(3)若汽车以不变的额定功率从静止启动后，当汽车的加速度为2m/s2时，速度多大？解析F3＝Ff＋ma3＝(0.1×104×10＋104×2)N＝3×104Nv3＝P额F3＝1053×104m/s≈3.3m/s答案3.3m/s23第3讲功率对点练习巩固·应用·反馈功率的计算1.如图4所示，从空中以40m/s的初速度平抛一重为10N的物体，物体在空中运动3s落地，不计空气阻力，取g＝10m/s2，则物体落地前瞬间，重力的瞬时功率为()图424第3讲功率A.300WB.400WC.500WD.700W解析物体落地瞬间vy＝gt＝30m/s，所以PG＝Gvy＝300W，故A正确.答案A25第3讲功率对机车启动问题的理解及应用2.一辆汽车以功率P1在平直公路上匀速行驶，若驾驶员突然减小油门，使汽车的功率减小为P2并继续行驶.若整个过程中阻力恒定不变，此后汽车发动机的牵引力将()A.保持不变B.不断减小C.突然减小，再增大，后保持不变D.突然增大，再减小，后保持不变26第3讲功率解析由P1＝Fv知，当汽车以功率P1匀速行驶时，F＝Ff，加速度a＝0.若突然减小油门，汽车的功率由P1减小到P2，则F突然减小.整个过程中阻力Ff恒定不变，即FFf，此时加速度a0，所以汽车将减速.由P2＝Fv知，此后保持功率P2不变继续行驶，v减小，F增大.当F＝Ff时，汽车不再减速，而以一较小速度匀速行驶，牵引力不再增大.答案C27第3讲功率3.汽车发动机的额定功率P＝60kW，若其总质量为m＝5t，在水平路面上行驶时，所受阻力恒为F＝5.0×103N，则：(1)汽车保持恒定功率启动时：①求汽车所能达到的最大速度vmax.解析汽车在运动中所受的阻力大小为：F＝5.0×103N.汽车保持恒定功率启动时，做加速度逐渐减小的加速运动，当加速度减小到零时，速度达到最大.28第3讲功率当a＝0时速度最大，所以，此时汽车的牵引力为F1＝F＝5.0×103N，则汽车的最大速度为vmax＝PF1＝6×1045.0×103m/s＝12m/s.答案12m/s29第3讲功率②当汽车加速度为2m/s2时，速度是多大？解析当汽车的加速度为2m/s2时，牵引力为F2，由牛顿第二定律得：F2－F＝ma，F2＝F＋ma＝5.0×103N＋5.0×103×2N＝1.5×104N，汽车的速度为v＝PF2＝6×1041.5×104m/s＝4m/s.答案4m/s30第3讲功率③当汽车速度是6m/s时，加速度是多大？解析当汽车的速度为6m/s时，牵引力为F3＝Pv′＝6×1046N＝1×104N.由牛顿第二定律得F3－F＝ma，汽车的加速度为a＝F3－Fm＝1×104－5.0×1035×103m/s2＝1m/s2.答案1m/s231第3讲功率(2)若汽车以a＝0.5m/s2的加速度由静止开始做匀加速运动，这一过程能维持多长时间？解析当汽车以恒定加速度a＝0.5m/s2匀加速运动时，汽车的牵引力为F4，由牛顿第二定律得F4－F＝ma，F4＝F＋ma＝5.0×103N＋5×103×0.5N＝7.5×103N.32第3讲功率vt＝PF4＝6×1047.5×103m/s＝8m/s.答案16s汽车匀加速运动时，其功率逐渐增大，当功率增大到等于额定功率时，匀加速运动结束，此时汽车的速度为则汽车匀加速运动的时间为：t＝vta＝80.5s＝16s.