2019-2020学年高中物理 第四章 机械能和能源 第七节 功率课件 粤教版必修2

第四章机械能和能源第七节功率第四章机械能和能源1.理解功率的概念，能运用功率的公式进行有关计算．2．理解额定功率和实际功率的概念，了解平均功率和瞬时功率的含义．3．根据功率的定义导出公式P＝Fv，能用于分析、计算和解释现象，如分析汽车功率一定时，牵引力与速度的关系等．一、如何描述物体做功的快慢1.比较做功的快慢：在做功相同的情况下，用时越少，做功越_____，用时越多，做功越_____．2.功率：功率是单位时间内_____的多少，表示物体_____快慢的物理量．功率是衡量机械性能的一个重要指标．快慢做功做功(1)物体做功越多，功率就越大．()(2)功率越大时，做功的效率也越高．()提示：(1)×(2)×二、怎样计算功率1.功率(1)功率的定义：功W跟完成这些功所用时间t的_____叫功率，功率的符号为P.比值(2)定义式：P＝_____．(3)功率的单位：在国际单位制中，功率的单位是_____，符号为W.1W＝1J/s.技术上常用千瓦(kW)作为功率的单位，1kW＝1000W.(4)功率的物理意义：功率是表示物体做功_____的物理量．也可以用来描述能量_____的快慢程度．(5)功率是标量，只有_____，没有_____．Wt瓦特快慢转化大小方向2.功率与速度如果物体沿位移方向受的力是F，从计时开始到时刻t这段时间内，发生的位移是s，则力在这段时间所做的功W＝Fs，根据功率的定义式，有P＝Wt＝Fst＝Fv.当力的方向与速度方向有一夹角α时，P＝_________．Fvcosα汽车在爬坡时，司机有时要通过换挡来降低车速，这样能增大牵引力，这是为什么呢？如果汽车上坡时仍要保持原来的速度，司机要加大油门，这又是为什么呢？提示：换挡控制牵引力F，变换油门控制汽车牵引力的功率P，而P＝Fv，三者相互制约．功率的理解和计算1.平均功率与瞬时功率的比较定义公式平均功率在一段时间内或某一过程中做功的快慢P＝Wt或P＝Fv－瞬时功率物体在某一时刻或某一位置时做功的快慢P＝Fv，v为某时刻的速度2.对P＝Fv的理解(1)公式P＝Fv中的力F与速度v应共线，若v为瞬时速度，则用此式计算出的功率为瞬时功率，v为平均速度，则计算的是该段时间内的平均功率．(2)用此式计算功率时要明确是哪个力的功率，还是物体所受合力的功率，汽车的功率是指汽车牵引力的功率，起重机吊起货物的功率就是钢丝拉力的功率．(3)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(1)若求平均功率，还需明确是哪段时间内的平均功率，可由公式P＝Fv－或P＝W/t来计算．(2)若求瞬时功率，需明确是哪一时刻或哪一位置的瞬时功率，再确定该时刻或该位置的速度，应用公式P＝F·v来计算．如果F、v不同向，则投影到相同方向再计算．从空中以10m/s的初速度水平抛出一质量为1kg的物体，物体在空中运动了3s后落地，不计空气阻力，g取10m/s2.求3s内物体重力的平均功率和落地时的瞬时功率．[思维流程]解答本题可按以下思路分析：[解析]设物体从抛出到落地的竖直位移为h则3s内重力的平均功率P－＝Wt＝mght，又因为h＝12gt2由以上两式可解得P－＝12mg2t＝150W.设物体在3s末的瞬时速度为v3则重力在3s末的瞬时功率P＝mgv3cosα＝mgv3y又因为v3y＝gt，所以P＝mg2t＝300W.[答案]150W300W本题中的平均功率不宜用P＝Fvcosα计算，因为平抛运动不是匀变速直线运动，平均速度v大小及与重力方向间的夹角不便于确定．1.以下关于功率的说法中正确的是()A．据P＝Wt可知，机器做功越多，其功率就越大B．据P＝Fv可知，汽车牵引力一定与速度成反比C．据P＝Wt可知，只要知道时间t内机器所做的功，就可求得这段时间内任一时刻机器做功的功率D．据P＝Fv可知，发动机功率一定时，汽车的牵引力与运动速度成反比解析：选D.由P＝Wt可知P大小取决于W与t的比值，A错；由此公式只能求平均功率，故C错；当功率一定时，由P＝Fv可知，牵引力F与速度v成反比，B错，D对．机车的两种启动方式机车启动通常有两种方式，即以恒定功率启动和以恒定加速度启动．1.机车以恒定功率启动的运动过程机车达到最大速度时，a＝0，F＝f，P＝Fvm＝fvm，这一启动过程的v－t图象如图所示．2.机车以恒定加速度启动的运动过程这一运动过程的v－t图象如图所示．(1)机车以恒定加速度启动时，先后经过两个过程，匀加速结束时的速度并未达到整个过程的最大速度vm，只是达到匀加速度阶段的最大速度．(2)在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．汽车的质量为2000kg，汽车发动机的额定功率为80kW，它在平直的公路上行驶时所受的阻力是4000N，试求：(1)汽车保持额定功率从静止启动后达到的最大速度是多少？(2)若汽车以2m/s2的加速度做匀加速直线运动，可维持多长时间？[思路点拨]解答本题时应把握以下两点：(1)汽车匀速运动时的速度，是该功率下汽车所能达到的最大速度．(2)匀加速运动结束时P＝P额．[解析]当汽车速度最大时，汽车做匀速直线运动．可根据受力平衡求出牵引力，再根据P＝Fv求出最大速度；在汽车的匀加速运动过程中，牵引力恒定，功率在变大，直到达到额定功率为止．(1)汽车以额定功率运行，其牵引力为F＝Pv汽车达到最大速度后做匀速直线运动，所以F＝fvmax＝PF＝Pf＝80×1034000m/s＝20m/s.(2)汽车以恒定加速度启动后F′－f＝ma所以F′＝f＋ma＝(4000＋2000×2)N＝8000N.匀加速运动可达到的最大速度为vmax′＝PF′＝80×1038000m/s＝10m/s.所以匀加速运动的时间t＝vmax′a＝102s＝5s.[答案](1)20m/s(2)5s解决汽车的启动问题，首先要明确属于恒定功率启动还是恒定加速度启动，其次要明确所求解的问题属于哪个阶段．若以恒定加速度启动，汽车先做匀加速运动，当功率达到额定功率后，汽车做变加速运动．2.质量为2t的汽车，发动机的牵引功率为30kW，在水平公路上，能达到的最大速度为15m/s，则当汽车的速度为10m/s时的加速度为()A．0.5m/s2B．1m/s2C．1.5m/s2D．2m/s2解析：选A.当v＝15m/s时，汽车所受牵引力F与阻力f相等，由P＝Fv得f＝F＝Pv＝30×10315N＝2×103N；当v′＝10m/s时，其牵引力为F′＝Pv′＝30×10310N＝3×103N，由牛顿第二定律得a＝F′－fm＝3×103－2×1032×103m/s2＝0.5m/s2.方法技巧——应用公式P＝Fv的解题技巧对公式“P＝Fv”的使用，有着一定的技巧和要点：1．应用公式“P＝Fv”解题时首先应明确它的适用范围：F与v方向相同．2．当F与v方向不同时，若F的方向与v的方向的夹角为θ，由W＝Flcosθ、P＝Wt得功率应为P＝Fvcosθ.可见计算功率时必须考虑作用力F与物体运动方向v的夹角．3．对于其中的v也有两种情况：若“v”是平均速度，用P＝Fv求得的就是平均功率；若“v”是瞬时速度，用P＝Fv求得的就是瞬时功率．将一重2N的小球在某高度处以30m/s的速度水平抛出，小球落地时的速度大小为50m/s，则小球落地时重力的瞬时功率为()A．40WB．60WC．80WD．100W[解析]设小球落地时速度与水平方向的夹角为α，则cosα＝v0v＝35，故α＝53°，小球落地时速度与重力方向的夹角θ＝90°－α＝37°，所以小球落地时重力的瞬时功率P＝Fvcosθ＝2×50×0.8W＝80W，C正确．[答案]C(1)分析瞬时功率时，一定要注意力F与速度v是否同向，它们之间的夹角是否变化．(2)分析平均功率时，应考虑应用定义式P＝Wt进行分析．