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教科版高一物理必修2课件:4.2功率

1、第四章,2 功率,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, 重点知识探究, 当堂达标检测,自主预习梳理,自主预习梳理,一、功率的含义 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.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 工作时的输出功率.发动机的实际功率可以小于或等于额定功率,但不能长时间大于额定功率,否则会

2、损坏机械.,时间t,瓦特,瓦,W,正常,最大,实际,二、功率、力和速度之间的关系 1.关系 (1)当F与v方向相同时,P . (2)当F与v夹角为时,P . 2.平均功率和瞬时功率 (1)平均功率:当物体做变速运动时,若v为某段时间内的 , 则P表示该段时间内的平均功率. (2)瞬时功率:若v为某一时刻的 ,则P表示该时刻的瞬时功率.,Fv,Fvcos ,平均速度,瞬时速度,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,(1)三台起重机哪台做功最多?,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.,(2)哪台做功最快?怎样比较它们做功的快慢呢?,答案,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.,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,首先

4、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.,解析 两次拉物体用的力都是F,物体的位移都是x. 由WFxcos 可知W1W2.物体在粗糙水平面上前进时,加速度a较小,由x 可知用时较长,再由P 可知P1P2.选项B正确.,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x距离,第二次使此物体从静止开始在粗糙水平面上前进x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

5、,答案,解析,二、平均功率与瞬时功率,在光滑水平面上,一个物体在恒力F作用下从静止开始加速运动,经过一段时间t物体的速度为v.求: (1)在t时间内力F对物体所做的功.,解析 物体在t时间内的位移x,答案,解析,(2)在t时间内力F的功率.,解析 t时间内的功率为平均功率,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.,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: (1)PFv,其中v为瞬时速度; (2)当F与v夹角为时,PFvcos .,例2 一台起重机将静止在地面上

6、、质量为m1.0103 kg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,解析,答案 2.4104 W,解析 设货物所受的拉力为F,加速度为a,则 由a 得,a2 m/s2 Fmgma1.010310 N1.01032 N1.2104 N 2 s内货物上升的高度 h at24 m 起重机在这2 s内对货物所做的功 WFh1.21044 J4.8104 J 起重机在这2 s内的平均功率,(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 W

7、4.8104 W.,答案,解析,求解功率问题时容易混淆“平均功率”和“瞬时功率”这两个概念.读题时一定注意一些关键词:“某秒末”或“到某位置时”的功率是求瞬时功率,只能用PFv求解;“某段时间内”或“某个过程中”等词语,则是求平均功率,此时可用 求解,也可以用 求解.,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 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,解析,答案 逐渐减小到0后不再变化,解析 汽车以不变的额定功率从静止启动,v变

8、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,当Ff时,汽车的加速度为0且此后不再变化.,(2)当汽车的加速度为2 m/s2时,速度为多大?,答案,解析,解析 由Ffma1 PFv1 联立代入数据得:v1,(3)汽车在运动过程中所能达到的最大速度的大小.,答案,解析,解析 当汽车速度达到最大时,a20,F2f,PP额,故,答案 10 m/s,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

9、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,答案,解析,1,2,3,4,解析 公式P 求的是t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,汽车的功率与速度成正比,故B错误; 由PFv可知,当汽车功率一定时,牵引力与速度成反比,故C错误,D正确.,1,2,3,2.(平均功率和瞬时功率)一个质量为m的小球做自由落体运动,那么

10、,在前t时间内重力对它做功的平均功率 及在t时刻重力做功的瞬时功率P分别为,答案,解析,4,1,2,3,4,解析 前t时间内重力做功的平均功率,t时刻重力做功的瞬时功率PFvmggtmg2t 故C正确.,1,2,3,3.(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x36 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;,答案,解析,4,图2,答案 60 W,1,2,3,答案,解析,4,解析 在光滑水平面上,物体的加速度,1,2,3,(2)物体与水平面间的动摩擦

11、因数0.15.,答案,解析,4,答案 30 W,解析 在粗糙水平面上,物体的加速度,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, 则汽车的最大速度为,1,2,3,4.(机车启动问题)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,解析,4,答案 12 m/s,1,2,3,(2)当汽车加速度为2 m/s2时,速度是多大?,4,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, 汽车的速度为,答案,解析,答案 4 m/s,1,2,3,答案,解析,4,(3)当汽车速度是6 m/s时,加速度是多大?,解析 当汽车的速度为6 m/s时,牵引力为,答案 1 m/s2,由牛顿第二定律得F3fma,,汽车的加速度为,