2019-2020学年新教材高中物理 第1章 功和机械能 第2节 功率课件 鲁科版必修第二册

第1章功和机械能第2节功率【学习素养·明目标】物理观念：1.理解功率的概念，能运用功率的定义式P＝Wt进行有关的计算.2.理解额定功率和实际功率的概念.3.了解平均功率和瞬时功率的含义.4.根据功率的定义式推导P＝Fv，并能用于分析、计算和解释现象．科学思维：通过各种机械的功率的探究和有关功率的测量，认识功率概念在生活中的应用．自主预习探新知一、功率的含义1．定义：力所做的功W与完成这些功所用时间t的____．2．公式：定义式为P＝__.3．物理意义：功率是表示做功____的物理量，功率大表示做功快，即单位时间内做功多．4．单位：功率的单位在国际单位制中用____表示，简称__，符号为__,1W＝1J/s.比值Wt快慢瓦特瓦W二、功率与力、速度的关系1．关系式当恒力的方向与物体的运动方向相同时，P＝____.2．公式P＝Fv中各物理量间的关系(1)功率P一定时，物体的运动速度v与力F成____．(2)物体的运动速度v一定时，功率P与力F成____．(3)力F一定时，功率P与物体的运动速度v成____．Fv反比正比正比3．四种功率平均功率P＝Wt求的是t时间内的________；P＝Fvcosα中，若v为________，则P就是平均功率瞬时功率P＝Fvcosα中，若v为________，则P为瞬时功率额定功率机械长时间工作时的____允许功率实际功率机械实际工作时消耗的功率，实际功率一般要____或____额定功率，尽量避免超过额定功率平均功率平均速度瞬时速度最大小于等于1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)功率大表示做功快，做的功一定多．()(2)功率小的机器做功慢．()(3)速度大的运动物体功率一定大．()(4)汽车的速度越大，功率一定越大．()(5)机械发动机铭牌上的功率指实际功率．()(6)机车发动机的功率是指牵引力的功率．()√√××××2．下列关于功率的说法，正确的是()A．力对物体做的功越多，功率就越大B．做功时间短的机械功率大C．完成相同的功，用的时间越长，功率越大D．功率大的机械在单位时间内做的功会更多D[功率与做功多少没有必然的联系，选项A、B错误；完成相同的功，用时越长，功率越小，选项C错误；选项D正确．]3．下列关于功率的说法中正确的是()A．由P＝Wt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＝Fvcosα知，某一时刻，即使力和速度都很大，但功率不一定大D[在公式P＝Wt中，只有P、W、t中两个量确定后，第三个量才能确定，故选项A、C错误；在P＝Fv中，P与F、v有关，故选项B错误；在P＝Fvcosα中，P还与α有关，故选项D正确．]合作探究攻重难功率的含义1．功是能量转化的量度，而功率表示做功的快慢，所以从能量转化的角度看，功率也是反映能量转化快慢的物理量．2．功率是标量，虽然功率也有正、负之分，但功率的正、负只是用来表示是动力做功的功率还是阻力做功的功率，在应用中一般不强调功率的正、负．3．功率的计算公式P＝Wt适用于任何情况下的功率计算，求得的功率是这段时间t内的平均功率，但在这段时间内，功率可能是变化的．[名师提醒]功率与功一样，都是标量，功有正、负，但在计算功率时一般只代入功的绝对值.【例1】如图所示，在光滑的水平面上，质量m＝3kg的物体，在水平拉力F＝6N的作用下，从静止开始运动，经过3s运动了9m．求：(1)力F在3s内对物体所做的功；(2)力F在3s内对物体做功的平均功率；(3)在3s末，力F对物体做功的瞬时功率．思路探究：解答本题可按以下思路分析：(1)确定力F作用下对应的物体位移．(2)求解3s末物体的瞬时速度，由瞬时功率计算式求瞬时功率．[解析](1)根据功的定义式W＝Fs得，力F在3s内对物体做的功为W＝6×9J＝54J.(2)由功率的定义式P＝Wt得，力F在3s内对物体做功的平均功率为P＝543W＝18W.(3)在3s末，物体的速度为v，由运动学公式s＝v2·t可知，v＝2st＝6m/s.因此，力F在3s末对物体做功的瞬时功率为P＝Fv＝6×6W＝36W.[答案](1)54J(2)18W(3)36W功率的理解(1)功率表示做功的快慢，与做功的多少没有关系．(2)应用公式P＝Wt求得的功率一般是平均功率．3如果Δt时间内做的功是ΔW，那么当Δt很短很短时，P＝ΔWΔt表示瞬时功率.1．质量为M的物体从高处由静止下落(物体未落到地面)．若不计空气阻力，在第2s内和第3s内重力做功的功率之比为()A．2∶3B．1∶1C．1∶3D．3∶5D[物体自由下落时，在第1s内、第2s内、第3s内下落的高度之比为1∶3∶5，故由P＝Wt＝mght可知，物体在第2s内和第3s内重力做功的功率之比为3∶5，故选项D正确．]2.如图所示，质量m＝2kg的物块在倾角α＝37°的光滑固定斜面顶端由静止滑下，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．[解析](1)对物块受力分析如图所示，F合＝mgsinα由牛顿第二定律F＝ma得a＝gsinα＝10×0.6m/s2＝6m/s2前2s内物块的位移s＝12at2＝12×6×22m＝12m前2s内重力做的功W＝mgs·sinα＝2×10×12×0.6J＝144J.(2)重力在前2s内的平均功率P＝Wt＝1442W＝72W.(3)物块2s末的速度v＝at＝6×2m/s＝12m/s重力在2s末的瞬时功率P＝mgvsinα＝2×10×12×0.6W＝144W.[答案](1)144J(2)72W(3)144W功率与力、速度的关系1．关系式P＝Fv中各物理量间的关系(1)同体关系：关系式P＝Fv中的P、F、v是对应于同一个物体的三个物理量，对于不在同一物体上的情况没有意义．(2)同时关系：P、F、v三个量中任意一个物理量都是可以变化的，应用关系式P＝Fv进行分析时，这三个物理量一定要对应于运动物体的同一时刻．(3)同向关系：F、v是两个矢量，必须具有相同的方向，若二者方向不同，成一定夹角α时，该关系式变形为P＝Fvcosα.2．机车启动的两种方式(1)机车以恒定功率启动的运动过程这一启动过程的v­t关系图像如图所示．①只有当机车的牵引力与所受阻力大小相等时，机车才能达到最大速度，即vmax＝PF＝Pf.②在加速过程中，加速度是逐渐减小的，如果知道某时刻的速度，就可求得此时刻的加速度．(2)机车以恒定加速度启动的运动过程这一启动过程的v­t关系图像如图所示．①由牛顿第二定律得F－f＝ma，所以牵引力F＝f＋ma定，当P＝P额时，匀加速运动的最大速度vmax′＝P额F＝P额f＋ma定.②由vmax′＝a定t′得，匀加速运动持续的时间t′＝vmax′a定＝P额f＋ma定a定.【例2】某汽车发动机的额定功率为60kW，汽车质量为5t，汽车在运动中所受阻力的大小恒为车重的0.1倍，g取10m/s2.(1)若汽车以额定功率启动，则汽车所能达到的最大速度是多少？当汽车的速度为5m/s时，其加速度是多少？(2)若汽车以恒定的加速度0.5m/s2启动，则这一过程能维持多长时间？思路探究：解答有关机车的启动问题，关键是能够正确理解机车启动过程中各个物理量的相互制约关系．[解析](1)当汽车的加速度为零时，汽车的速度v达到最大值vm，故最大速度为vm＝Pf＝60×1030.1×5000×10m/s＝12m/s由P＝Fv，F－f＝ma可得速度v＝5m/s时加速度为a＝F－fm＝Pmv－fm＝60×1035000×5－0.1×5000×105000m/s2＝1.4m/s2.(2)汽车以0.5m/s2的加速度做匀加速运动所能达到的最大速度为vm′＝PF′＝Pf＋ma′＝60×1030.1×5000×10＋5000×0.5m/s＝8m/s由于这一过程中汽车做匀加速直线运动，满足vm′＝v0＋a′t，故这一过程能维持的时间为t＝vm′－v0a′＝8－00.5s＝16s.[答案](1)12m/s1.4m/s2(2)16s机车启动的几个问题(1)机车的最大速度vmax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f，故vmax＝PF＝Pf.(2)匀加速启动最长时间的求法，牵引力F＝ma＋f，匀加速阶段的最后速度vmax′＝P额ma＋f，时间t＝vmax′a.(3)瞬时加速度的求法，据F＝Pv求出牵引力，则加速度a＝F－fm.3．质量为m的汽车以恒定功率P在平直的公路上行驶，汽车匀速行驶时的速率为v1，当汽车以速率v2(v2v1)行驶时，汽车的加速度为()A.Pmv1B.Pmv2C.Pv1－v2mv1v2D.2Pmv1＋v2C[汽车以v1匀速行驶时，受到地面阻力f＝Pv1，当汽车的速率为v2时，牵引力F＝Pv2，此时加速度a＝F－fm＝Pv1－v2mv1v2.]4．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，(g取10m/s2)(1)求汽车在运动过程中所能达到的最大速度．(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？(3)若汽车以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](1)当汽车速度最大时，a1＝0，F1＝f，P＝P额故vmax＝P额f＝100×1030.1×10×103×10m/s＝10m/s.(2)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＝f＋ma2＝(0.1×104×10＋104×0.5)N＝1.5×104Nv2＝P额F2＝1051.5×104m/s≈6.7m/s则t＝v2a2＝6.70.5s＝13.4s.(3)F3＝f＋ma3＝(0.1×104×10＋104×2)N＝3×104Nv3＝P额F3＝1053×104m/s≈3.3m/s.[答案](1)10m/s(2)13.4s(3)3.3m/s当堂达标固双基1．当两台机器正常工作时，相同时间内，功率大的机器一定比功率小的机器()A．做功多B．做功少C．效率高D．以上都不对A[功率反映了机器做功的快慢．在数值上等于单位时间内机器所做的功，功率与功之间满足关系式W＝Pt，若时间t相同，则功率P大的机器做功多，选项A正确，其他选项均错误．]2．(多选)有关额定功率和实际功率的理解，正确的是()A．动力机械铭牌上标明的是该机械的实际功率B．额定功率是动力机械工作时必须保持的稳定功率C．在较短的时间内，实际功率可以大于额定功率D．在较长的时间内，实际功率可以小于额定功率CD[动力机械铭牌上标明的是机械的额定功率，A错误．额定功率是机械正常工作时的最大功率，但机械工作时实际功率可以小于额定功率，B错误．在工作时，机械可以短时间超过额定功率工作，长时间工作必须小于或等于额定功率，C、D正确．]3．如图所示，在光滑的水平面上放着一个质量为10kg的木箱，拉力F与水平方向成60°角，F＝2N．木箱从静止开始运动，4s末拉力的瞬时功率为()A．0.2WB．0.4WC．0.8WD．1.6WB[木箱的加速度a＝Fcosαm＝0.1m/s2,4s末的速度v＝at＝0.4m/s，则瞬时功率P＝Fvcosα＝0.4W，B正确．]4．假定额定功率为80kW的汽车，在平直的公路上行驶的最大速度为20m/s，汽车质量为2×103kg，如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度为2m/s2，运动过程中阻力不变，求：(1)汽车所受的恒定阻力大小；(2)汽车匀加速运动的最长时间．[解析](1)依题意：当汽车达到最大速度时，F牵＝f则：P额＝fvm得：f＝P额vm＝4×103N.(2)在匀加速阶段，根据牛顿第二定律有F牵－f＝ma得：F牵＝f＋ma＝8×103N当汽车达到额定功率时P额＝F牵v得：v＝P额F牵＝10m/s匀加速时间：t＝va＝5s.[答案](1)4×