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沪科版高中物理必修2课件:3.2.2研究功与功率(二)

1、第3章,3.2.2 研究功与功率(二),学习目标 1.理解功率的概念,能运用功率的定义式P 进行有关的计算. 2.理解额定功率和实际功率,了解平均功率和瞬时功率的含义. 3.根据功率的定义导出PFv,会分析P、F、v三者的关系.,内容索引,自主预习梳理, 重点知识探究, 当堂达标检测,自主预习梳理,一、功率 1.定义:功W与完成这些功所用 的比值.2.公式:P .单位: ,简称 ,符号 . 3.意义:功率是表示物体 的物理量. 4.功率是 (填“标”或“矢”)量. 5.额定功率和实际功率 (1)额定功率:机械允许长时间 工作时的 功率.发动机铭牌上的功率指的就是额定功率. (2)实际功率:机械

2、 工作时的输出功率.发动机的实际功率不能长时间大于额定功率,否则会损坏机械.,实际,时间t,瓦特,瓦,W,做功快慢,标,正常,最大,二、功率与速度 1.功率与速度关系式:P (F与v方向相同). 2.应用:由功率速度关系知,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 (填“正比”或“反比”),要增大牵引力,就要 速度.,减小,Fv,反比,1.判断下列说法的正误. (1)由公式P 知,做功越多,功率越大.( ) (2)力对物体做功越快,力的功率一定越大.( ) (3)发动机不能在实际功率等于额定功率情况下长时间工作.( ) (4)汽车爬坡时常常需要换高速挡.(

3、 ),2.用水平力使重力为G的物体沿水平地面以速度v做匀速直线运动.已知物体与地面间的动摩擦因数为,则水平力对物体做功的功率是 .,Gv,重点知识探究,一、功率,建筑工地上有三台起重机将重物吊起,下表是它们的工作情况记录:,答案 三台起重机分别做功3.2104 J、2.4104 J、3.2104 J,所以A、C做功最多.,(1)三台起重机哪台做功最多?,答案,(2)哪台做功最快?怎样比较它们做功的快慢呢?,答案 B做功最快,可以用功与所用时间的比值表示做功的快慢.,答案,对功率P 的理解 (1)功率表示的是物体做功的快慢,而不是做功的多少,功率大,做功不一定多,反之亦然. (2)求解功率时,首

4、先要明确求哪个力的功率,是某个力的功率,还是物体所受合力的功率,其次还要注意求哪段时间(或哪个过程)的功率.,例1 某人用同一水平力F先后两次拉同一物体,第一次使此物体从静止开始在光滑水平面上前进s距离,第二次使此物体从静止开始在粗糙水平面上前进s距离.若先后两次拉力做的功分别为W1和W2,拉力做功的平均功率分别为P1和P2,则 A.W1W2,P1P2 B.W1W2,P1P2 C.W1W2,P1P2 D.W1W2,P1P2,解析 两次拉物体用的力都是F,物体的位移都是s. 由WFscos 可知W1W2. 物体在粗糙水平面上前进时,加速度a较小,,答案,解析,二、功率与速度,在光滑水平面上,一个

5、物体在恒力F作用下从静止开始加速运动,经过一段时间t,末速度为v.求: (1)在t时间内力F对物体所做的功.,答案,解析,(2)在t时间内力F的功率.,答案,解析,(3)在t时刻力F的功率.,答案 Fv,解析 t时刻的功率PFv,1.功率与速度的关系 (1)当F与v方向相同时,PFv; (2)当F与v夹角为时,PFvcos . 2.平均功率和瞬时功率 (1)平均功率:时间t内功率的平均值,计算公式:,(2)瞬时功率:某一时刻功率的瞬时值,能精确地描述做功的快慢,计算公式: PFv,其中v为瞬时速度; 当F与v夹角为时,PFvcos .,例2 一台起重机将静止在地面上、质量为m1.0103 kg

6、的货物匀加速竖直吊起,在2 s末货物的速度v4 m/s.(取g10 m/s2,不计额外功)求: (1)起重机在这2 s内的平均功率;,答案 2.4104 W,解析 设货物所受的拉力为F,加速度为a,则,Fmgma1.010310 N1.01032 N1.2104 N,起重机在这2 s内对货物所做的功WFh1.21044 J4.8104 J,答案,解析,(2)起重机在2 s末的瞬时功率.,答案 4.8104 W,解析 起重机在2 s末的瞬时功率PFv1.21044 W4.8104 W.,答案,解析,三、PFv在实际中的应用,PFv三个量的制约关系:,例3 在水平路面上运动的汽车的额定功率为100

7、 kW,质量为10 t,设阻力恒定,且为车重的0.1倍(g取10 m/s2),求: (1)若汽车以不变的额定功率从静止启动,汽车的加速度如何变化?,答案 逐渐减小,解析 汽车以不变的额定功率从静止启动,v变大,由PFv知,牵引力F减小,根据牛顿第二定律Ffma知,汽车的加速度减小.,答案,解析,(2)当汽车的加速度为2 m/s2时,速度为多大?,解析 由Ffma1 PFv1 ,答案 10 m/s,解析 当汽车速度达到最大时,a20,F2f,PP额,,答案,解析,(3)汽车在运动过程中所能达到的最大速度.,汽车以额定功率启动的过程分析 由PFv知,随速度的增加,牵引力减小,又由Ffma知,加速度

8、逐渐减小,故汽车以恒定功率启动时做加速度逐渐减小的加速运动,当加速度a0时,汽车达到速度的最大值,此时Ff,vm .这一启动过程的vt图像如图1所示.图1,当堂达标检测,1.(对功率的理解)关于功率,下列说法正确的是 A.由P 可知,只要知道W和t的值就可以计算出任意时刻的功率 B.由PFv可知,汽车的功率一定与它的速度成正比 C.由PFv可知,牵引力一定与速度成反比 D.当汽车的功率一定时,牵引力一定与速度成反比,解析 公式P 求的是这段时间内的平均功率,不能求瞬时功率,故A错误; 根据PFv可知,当汽车牵引力一定时,汽车的功率才与速度成正比,故B错误; 由PFv可知,当汽车功率一定时,牵引

9、力才与速度成反比,故C错误,D正确.,1,2,3,4,答案,解析,1,2,3,4,t时刻重力做功的瞬时功率PFvmggtmg2t故C正确.,答案,解析,3.(功率的计算)如图2所示,位于水平面上的物体A的质量m5 kg,在F10 N的水平拉力作用下从静止开始向右运动,在位移s36 m时撤去力F.求:在下述两种条件下,力F对物体做功的平均功率各是多大?(取g10 m/s2) (1)水平面光滑;图2,1,2,3,4,答案 60 W,答案,解析,1,2,3,4,(2)物体与水平面间的动摩擦因数0.15.,1,2,3,4,答案 30 W,答案,解析,解析 在粗糙水平面上,物体的加速度,4.(机车启动问

10、题)汽车发动机的额定功率P60 kW,若其总质量为m5 t,在水平路面上行驶时,所受阻力恒为F5.0103 N,若汽车启动时保持额定功率不变,则: (1)求汽车所能达到的最大速度vmax.,答案 12 m/s,解析 汽车在运动中所受的阻力大小为:F5.0103 N. 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. 所以,此时汽车的牵引力为F1F5.0103 N,,1,2,3,4,答案,解析,(2)当汽车加速度为2 m/s2时,速度是多大?,答案 4 m/s,解析 当汽车的加速度为2 m/s2时,设牵引力为F2, 由牛顿第二定律得:F2Fma, F2Fma5.0103 N5.01032 N1.5104 N,,1,2,3,4,答案,解析,(3)当汽车速度是6 m/s时,加速度是多大?,答案 1 m/s2,1,2,3,4,答案,解析,由牛顿第二定律得F3Fma,,本课结束,