2019-2020学年高中物理 第4章 机械能和能源 第7节 功率课件 粤教版必修2

第七节功率1．下列关于能量转化的说法中不正确的是()A．举重运动员把重物举起来，不需要能量，也无能量转化B．电流通过电阻丝时使电能转化为内能C．内燃机做功过程实现了燃料的化学能向机械能的转化D．水流冲击水轮发电机，水流的动能转化成电能【答案】A【解析】物体被举高时，机械能增加，增加的机械能由人体内化学能转化而来，A错；电流通过电阻丝时，根据焦耳定律，电阻丝内能增加，这由电能转化而来，B对；内燃机中燃料燃烧，将化学能转化为内能，再进一步转化为机械能，C对；水力发电的原理就是将水的动能转化成电能，D对．2．如图所示，一小孩从不光滑的滑梯上加速滑下，对于其机械能变化情况，下列说法中正确的是()A．重力势能减小，动能不变，机械能减小B．重力势能减小，动能增加，机械能减小C．重力势能减小，动能增加，机械能增加D．重力势能减小，动能增加，机械能不变【答案】B【解析】因高度降低，重力势能减少；速度增加，动能增加；因滑梯与人有滑动摩擦力，故有部分机械能转化为内能，故机械能减小，B正确．3．(多选)(2017盐城模拟)下列有关能量的说法正确的是()A．重力对物体做的功与物体的运动路径无关，重力做的功等于物体重力势能的减少量B．重力势能、弹性势能、电势能、动能都属于机械能C．能量的耗散现象从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性，也告诫了我们：自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源D．热量不能由低温物体传递到高温物体【答案】AC【解析】重力对物体做的功与物体的运动路径无关，重力做的功等于物体重力势能的减少量，故A正确；重力势能、弹性势能、动能都属于机械能，电势能不是机械能，故B错误；能量的耗散现象从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性，也告诫了我们：自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源，故C正确；热量在一定条件下可以由低温物体向高温物体传递(如冰箱)，故D错误．故选AC．4．试说明下列现象中能量是怎样转化的．(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)电风扇通电后开始转动，断电后转动着的风扇又慢慢停下来．(3)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．【答案】(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．这一过程，汽车所受的阻力做负功，机械能转化为内能．(2)电风扇通电后开始转动，电流做功，电能主要转化为机械能，另有一部分转化为内能；断电后转动着的风扇又慢慢停下来，阻力做负功，机械能转化为内能．(3)用柴油机带动发电机发电，化学能转化为机械能，又转化为电能；发电机发电后供给电动水泵抽水，电流做功，电能转化为机械能；电动水泵把水从低处抽到高处，水泵对水做功，使水泵的机械能传递给水．一、如何描述物体做功的快慢1．比较做功的快慢(1)在做功相同的情况下，用时越____，做功越____．(2)在做功相同的情况下，用时越____，做功越____．2．在物理学中，做功的快慢用______来表示．少快多慢功率二、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.(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．(5)功率是标量，只有______，没有______．比值Wt瓦特快慢大小方向2．功率的计算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＝____.当力的方向与速度方向有一夹角α时，P＝________.FvFvcosα汽车上坡的时候，司机要换挡，其目的是什么？【答案】由P＝Fv知，当汽车的功率一定时，牵引力F与速度v成反比，因上坡时需要较大的牵引力，所以可减小速度，以获得较大的牵引力．三、功率与能量1．功率表示了能量______或______的快慢．2．额定功率与实际功率比较项目概念定义特点联系额定功率机械正常工作时，允许达到的_________不同机械额定功率可能不同，但同一机械额定功率____为了机械的安全P额____P实实际功率机械_________的功率同一机械实际功率随工作情况而变转化转移最大功率不变实际运行≥“多拉快跑”是许多货运司机的一贯做法，这样做增大了交通安全的危险系数，另外从发动机使用寿命的角度考虑会有什么影响？【答案】发动机的实际功率大于额定功率，也就是人们常说的“小马拉大车”，会影响发动机的使用寿命．1．功率表示做功的快慢，不表示做功的多少．可以和加速度的概念进行类比，例如速度大的物体加速度不一定大．2．功率是标量，只有大小，没有方向．功率的理解和求法3．功率有平均功率和瞬时功率之分(1)平均功率：平均功率表示力在一段时间内做功的平均快慢．平均功率与一段时间(或过程)相关，计算时应明确哪个力在哪段时间(或过程)内做功的平均功率．常用P＝Wt来求平均功率．如果用P＝Fv求平均功率，公式中v应为平均速度，F是恒力．(2)瞬时功率：瞬时功率表示力在一段很短时间内做功的快慢程度，计算时应明确哪个力在哪个时刻(或状态)的功率．用公式P＝Fv来计算瞬时功率，公式中v应为瞬时速度，且F和v同方向．若F和v方向不同，则应用P＝Fvcosα.4．额定功率与实际功率额定功率是指动力机械长时间正常工作时输出的最大功率，是动力机器的重要的性能指标．一个动力机器的额定功率是一定的，通常都在铭牌上标明．机器工作时必须受额定功率的限制．实际功率是机器工作时实际的输出功率，也就是发动机产生的牵引力做功的功率，实际功率可以小于、也可以等于额定功率，但实际功率大于额定功率会损坏机器．例1一台起重机将静止在地面上的质量m＝1.0×103kg的货物匀加速地竖直吊起，在2s末货物的速度v＝4.0m/s.(g取10m/s2，不计额外功)求：(1)起重机在这2s内的平均功率；(2)起重机在2s末的瞬时功率．题眼直击：由题中所给信息求出加速度，进而求出起重机的拉力．解题流程：设货物所受的拉力为F，加速度为a，则平均功率也可以由以下方法求解答案：(1)2.4×104W(2)4.8×104W题后反思：1.首先明确所求的是平均功率还是瞬时功率．2．对应于某一过程的功率为平均功率，对应于某一时刻或某一位置的功率为瞬时功率．3．瞬时功率等于力与物体沿力的方向上分速度的乘积，平均功率等于力与该过程平均速度的乘积，或根据P＝Wt来求．1．某人用同一水平力F先后两次拉同一物体，第一次使此物体沿光滑水平面前进l的距离，第二次使此物体沿粗糙水平面也前进l的距离，若先后两次拉力做的功为W1和W2，做功的功率是P1和P2，则()A．W1＝W2，P1＝P2B．W1＝W2，P1＞P2C．W1＞W2，P1＞P2D．W1＞W2，P1＝P2【答案】B【解析】拉力相同，又通过相同的位移，根据W＝Fl可知，两次拉力做的功一样多，但沿光滑水平面前进l的距离所用时间短，所以P1＞P2，B正确．1．关于公式P＝Fvcosα的理解(1)在公式P＝Fvcosα的表达式中，力F与速度v是同一物体的两个物理量，且具有同时性．角α是矢量F、v正方向的夹角，cosα的作用是将两矢量统一到一条直线上．(2)对力F的理解应注意以下几点：①力F可以是恒力，也可以是变力；②力F可以是某一个力，也可以是几个力的合力．也就是说，利用P＝Fvcosα这一表达式，可以求恒力在某时刻的功率，也可以求变力在某时刻的功率；可以求某个力的功率，也可以求合力的功率．功率和速度的关系(3)对速度v的理解要注意以下几点：①物体的速度可能是恒定的，也可能是变化的；②物体的速度大小、方向都发生变化时，仍可以求力的功率．2．P＝Fv中三个量的相互制约及应用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P与v成正比汽车在高速路上，加大油门增大输出功率，可以提高速度特别提醒：求某一个力的功率时，该功率的大小只由这个力的大小和速度大小及它们之间的夹角共同决定，与是否受其他力无关．例2如图所示为起重机沿竖直方向提起重物的过程中重物运动的速度－时间图象，则该过程中起重机的输出功率－时间图象最接近下列图中的()题眼直击：瞬时功率的大小与F、v两个因素有关.阶段个性分析综合点评匀加速过程加速度不变，因此牵引力不变，且大于物体重力，由P＝Fv知功率均匀增加(1)物体的加速度发生变化时，说明物体的受力也发生变化，因此分析功率P＝Fv时需综合考虑，而不是只考虑v的变化加速变匀速时此时，合力突然变为0，牵引力突然变小，且等于物体重力，因此功率突然变小匀速过程重物匀速运动中牵引力不变，速度不变，因此功率不变阶段个性分析综合点评匀速变减速时此时，合力突然反向增加，牵引力变小，且小于物体重力，因此功率同样会突然变小(2)解答图象类问题的关键在于将运动过程进行分段，分析各段及各段转换时物理量的变化减速过程加速度不变，因此牵引力不变，速度均匀减小，由P＝Fv知，功率均匀减小答案：D题后反思：1.公式P＝Fv，其中F是指机车的牵引力，并非合力．2．P＝Fv中注意三个物理量的相互制约关系．2．一质量为m的汽车，它的发动机的额定功率为P，沿一倾角为α的坡路向上行进，设坡路足够长，摩擦阻力是汽车重力的k倍，汽车在上坡过程中最大速度为()A．PmgsinαB．PcosαmgC．Pmgk＋sinαD．Pmgk【答案】C【解析】汽车上坡时所受的阻力：f＝mgsinα＋kmg，根据P＝Fv，当汽车达到最大速度时F＝f，所以汽车的最大速度为vm＝Pmgsinα＋k.机动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．分析的理论依据是机车功率P＝Fv，水平方向上应用牛顿第二定律，牵引力F与阻力f有F－f＝ma，应用这两个公式对运动过程进行分析．机车的两种启动方式1．以恒定功率启动(1)动态过程分析(2)v－t图象整个过程可简化为：变加速(a↓)⇒匀速(a＝0)所以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关系如上图所示，其中vm＝Pf.2.以恒定的加速度启动(1)动态过程分析(2)v－t图象整个过程可简化为：匀加速⇒当功率增大到额定功率P额后，变加速(a↓)⇒匀速(a＝0)(如上图所示)．(3)对两个启动过程的分析，需要特别注意的是①匀加速运动不能达到最大速度，要想达到最大速度，还必须再经过恒定功率运动．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，这一点在计算时极易出错．③只有最终匀速运动时P额＝f·vm，此时vm＝P额f.特别提醒：(1)分析求解此类问题，关键弄清P、F、v、f等各物理量间的动态变化关系；达到额定功率以后便做变加速直线运动，切不可误用匀变速运动规律求解．(2)汽车匀加速启动时，匀加速运动过程中的末速度不是汽车运动过程中的最大速度．例3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？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＝f，vmax＝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/