2020版高中物理 第四章 机械能和能源 2 功率课件 教科版必修2

2.功率一、功率的含义【思考】果农把质量为m的椰子从树上高h处打落在地,重力在椰子下落过程中的功率和落地时的功率,哪一个是平均功率?提示:下落过程中的功率1.定义:力对物体所做的功W与做功__________的比值,P=。2.单位:在国际单位制中,功率的单位是_____,简称___,用__表示。3.标矢性:功率是_____。4.物理意义:表示物体___________。所用时间t瓦特瓦W标量做功的快慢Wt5.额定功率与实际功率:(1)定义。①额定功率:各种机器_______________允许的功率。②实际功率:机器_________时的输出功率。(2)关系:实际功率往往__(A.大于B.小于)额定功率,但也可以在很短时间内__(A.大于B.小于)额定功率。长时间正常工作实际工作BA二、功率、力和速度之间的关系【思考】问题1:汽车以恒定功率起动,汽车的加速度如何变化?运动性质是什么?提示:加速度减小的加速运动问题2:用P=Fv研究汽车起动时,F是什么力?提示:牵引力1.功率与速度的关系式:关于功率和速度的关系式有以下说法,其中正确的有_________。①P=Fv,此时F、v同向②P=Fv,可以求出变力的功率③P=Fv,若v为平均速度,则P为平均功率①③④⑥④P=Fv,若v为瞬时速度,则P为瞬时功率⑤公式P=Fvcosα是错误的⑥公式P=Fvcosα中,α是F与v的夹角2.推导:WtFxFv3.应用:由功率速度关系可知,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。反比减小一公式P=和P=Fv的分析任务1功率的定义1.功率是标量,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。Wt2.公式P=是功率的定义式,适用于任何情况下功率的计算。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。Wt3.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,因为不同的力在不同时间内的功率是不同的。Wt4.功和功率的区别:功率表示做功的快慢,不表示做功的多少。一个力做功的多少由功率和时间两个因素决定。功率大的机器,做功不一定多;做功多的机器,功率也不一定大。在分析功和功率的关系时,必须考虑时间因素。【典例示范1】关于力对物体做功的功率,下面几种说法中正确的是世纪金榜导学号()A.力对物体做功越多,这个力的功率就越大B.力对物体做功的时间越短,这个力的功率就越大C.力对物体做功少,其功率可能很大;力对物体做功多,其功率也可能较小D.功率是表示做功多少的物理量【解析】选C。功率P=,表示单位时间内所做的功。当t一定时,W越大,P越大;当W一定时,t越小,P越大。可见P由W、t共同决定,只强调一个因素的说法是错误的,故A、B都错误;如果W较小,但当t更小时,P就可能很大;如果W较大,但当t更大时,P就可能较小,故C正确;由P=知,P是表示做功快慢的物理量,P越大表示单位时间内做功越多,即做功越快,故D错误。WtWt任务2功率的计算1.公式P=和P=Fv的比较:Wt2.公式P=Fv中三个量的制约关系:定值各量间的关系应用P一定F与v成反比汽车上坡时,要增大牵引力,应换低速挡减小速度v一定F与P成正比汽车上坡时,要使速度不变,应加大油门,增大输出功率,获得较大牵引力定值各量间的关系应用F一定v与P成正比汽车在高速路上,加大油门增大输出功率,可以提高速度【典例示范2】(2019·雅安高一检测)一个小球被水平抛出,运动t时间重力做功为W,不计空气阻力,则t时刻重力的瞬时功率为世纪金榜导学号()【解析】选D。由题意知,小球运动t时间重力做功为:W=mg×gt2,t时刻重力的瞬时功率:P=mg·gt,联立解得:P=,选项D正确,A、B、C错误。122Wt【定向训练】1.宇航员在地面进行素质训练时,抓住秋千杆由水平状态开始下摆,如图所示,在到达竖直状态的过程中,宇航员所受重力的瞬时功率的变化情况是()A.一直增大B.一直减小C.先增大后减小D.先减小后增大【解析】选C。开始运动时,宇航员的速度为零,重力的瞬时功率为零。运动到最低点,宇航员的速度沿水平方向,与重力垂直,重力的瞬时功率也为零,摆动过程中重力的瞬时功率不为零,即重力的瞬时功率从无到有,又到无,先增大后减小,C正确。2.(2018·海南高考)某大瀑布的平均水流量为5900m3/s,水的落差为50m。已知水的密度为1.00×103kg/m3。在大瀑布水流下落过程中,重力做功的平均功率约为()A.3×106WB.3×107WC.3×108WD.3×109W【解析】选D。由平均功率定义得P==Qρgh=5900×1×103×10×50W≈3×109W。故D正确。WmghQtghttt二机车起动的两种方式任务1以恒定的功率起动1.由P=Fv可知,当P一定时,F与v成反比。2.机车在水平路面运动时,若以恒定功率起动,先做加速度减小的加速运动,后做匀速直线运动,此时F=f,且速度达到最大vm。【易错提醒】(1)机车以恒定功率起动时,匀速运动时达到整个过程的最大速度vm。(2)P=Fv中因为P为机车牵引力的功率,所以对应的F是牵引力并非合力,这一点在计算时极易出错。【典例示范1】一辆汽车在水平公路上行驶,设汽车在行驶过程中所受阻力不变,汽车的发动机始终以额定功率输出。关于牵引力和汽车速度,下列说法中正确的是()世纪金榜导学号A.汽车加速行驶时,牵引力不变,速度增大B.汽车加速行驶时,牵引力增大,速度增大C.汽车加速行驶时,牵引力减小,速度增大D.当牵引力等于零时,速度达到最大值【解析】选C。汽车的发动机输出功率恒定,即P一定,则由公式P=Fv可得出v增大,此时F减小,但由于合外力方向与汽车运动方向一致,因此汽车速度仍在增大;当汽车受到的牵引力和阻力相等时,汽车速度达到最大值,而后做匀速直线运动。故C正确,A、B、D错误。任务2以恒定的加速度起动1.两种起动方式的过程分析:2.机车起动问题中几个物理量的求法:(1)机车的最大速度vm的求法:机车达到匀速前进时速度最大,此时牵引力F等于阻力Ff,故vm=fPPFF。(2)匀加速起动持续时间的求法:牵引力F=ma+Ff,匀加速的最后速度v′m=时间t=(3)瞬时加速度的求法:据F=求出牵引力,则加速度a=fPmaF额，mva。PvfFFm。【思考·讨论】情境:如图所示是一汽车起动时的v-t图像,根据图像讨论分析讨论:(1)v1和vmax的意义分别是什么?(物理观念)提示:v1是匀加速运动结束的速度,vmax是汽车起动完成最终的最大速度。(2)P=Fv中F是哪个力?是合力吗?(物理观念)提示:F是指牵引力,不是合力。(3)试定性画出该过程中牵引力F随时间的变化图线。(科学思维)提示:如图所示【典例示范2】某探究性学习小组对一辆自制遥控车的性能进行研究。他们让这辆小车在水平地面上由静止开始运动①,并将小车运动的全过程记录下来,通过数据处理得到如图所示的v-t图像,已知小车在0～t1时间内做匀加速直线运动,t1～10s时间内小车牵引力的功率保持不变②,7s末达到最大速度③,在10s末停止遥控让小车自由滑行④,小车质量m=1kg,整个过程中小车受到的阻力f大小不变。求:世纪金榜导学号(1)小车所受阻力f的大小。(2)在t1～10s内小车牵引力的功率P。(3)t1的值及小车在0～t1时间内的位移。【审题关键】序号信息提取①小车的初速度为0②t1～7s内速度增加,牵引力减小③小车开始做匀速直线运动且F=f④小车只在阻力f作用下做匀减速运动【解析】(1)在10s末撤去牵引力后,小车只在阻力f作用下做匀减速运动,由图像可得减速时加速度的大小为a=||=2m/s2由牛顿第二定律得f=ma=2Nvt(2)小车做匀速运动阶段即7～10s内,设牵引力为F,则F=f=2N由图像可知vm=6m/s解得P=Fvm=12W(3)设小车在0～t1时间内的位移为x1,加速度大小为a1,t1时刻的速度为v1,则由P=F1v1得F1=4N,由牛顿第二定律得F1-f=ma1得a1=2m/s2,则t1==1.5s,由位移公式得x1==2.25m。答案:(1)2N(2)12W(3)1.5s2.25m11va2111at2【定向训练】1.水平路面上行驶的汽车所受到的阻力大小与汽车行驶的速率成正比。若汽车从静止出发,先做匀加速直线运动,达到额定功率后保持额定功率行驶,则在整个行驶过程中,汽车受到的牵引力大小与阻力大小关系图像正确的是()【解析】选A。若汽车从静止出发,先做匀加速直线运动,在匀加速运动阶段,由F-Ff=ma可得,F=Ff+ma。牵引力随阻力的增大而均匀增大,图像C、D错误。达到额定功率后保持额定功率行驶,由F=,Ff=kv可知,F=,即牵引力与阻力成反比,图像A正确,B错误。PvfPkF2.(2018·天津高考)我国自行研制、具有完全自主知识产权的新一代大型喷气式客机C919首飞成功后,拉开了全面试验试飞的新征程。假设飞机在水平跑道上的滑跑是初速度为零的匀加速直线运动,当位移x=1.6×103m时才能达到起飞所要求的速度v=80m/s。已知飞机质量m=7.0×104kg,滑跑时受到的阻力为自身重力的0.1倍,重力加速度g取10m/s2,求飞机滑跑过程中,世纪金榜导学号(1)加速度a的大小。(2)牵引力的平均功率P。【解析】(1)飞机滑跑过程中做初速度为零的匀加速直线运动,有v2=2ax,①代入数据解得a=2m/s2②(2)设飞机滑跑受到的阻力为F阻,根据题意有F阻=0.1mg③设发动机的牵引力为F,根据牛顿第二定律有F-F阻=ma;④设飞机滑跑过程中的平均速度为,有=⑤在滑跑阶段,牵引力的平均功率P=F,⑥联立②③④⑤⑥得P=8.4×106W。答案:(1)2m/s2(2)8.4×106Wvvv2v【补偿训练】一质量为m、发动机额定功率为P的汽车,开上一倾角为α的坡路,设坡路足够长,摩擦阻力是车重的k倍,汽车在上坡过程中的最大速度为()A.B.C.D.PmgsinPcosmgPmg(ksin)Pmgk【解析】选C。当牵引力等于阻力时,汽车达到最大速度,汽车匀速运动时,受力平衡,由于汽车是沿倾斜的路面向上行驶的,对汽车受力分析可知,汽车的牵引力F=mgsinα+kmg,由功率P=Fv得:该车行驶的最大速度vm=故本题选C。PP,Fmg(ksin)【拓展例题】考查内容:日常生活中的功率【典例】如图所示,某同学在跳绳比赛中,1min跳了120次,若每次起跳中有时间腾空,该同学体重50kg,则他在跳绳中克服重力做功的平均功率是多少?45【解析】跳一次时间是人跳离地面做竖直上抛运动,人上抛到最高点的时间此过程中克服重力做功0601tss1202＝＝，1141tss2255＝＝。W=mg(gt2)=100J。跳绳时克服重力做功的平均功率答案:200W120WP200Wt＝＝。【课堂回眸】