2020-2021学年第二节 功率教学演示ppt课件

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第二节　功率[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念知道功率的概念，了解平均功率、瞬时功率、额定功率等含义，初步具有能量观和运动观。科学思维能运用功率的定义式进行有关的计算，会利用P＝Fv分析机车启动问题。科学探究运动小组合作探究的方法分析汽车启动的过程，学会与他人合作交流。科学态度与责任功率的概念在日常生活中的应用，培养学生学习科学、利用科学的态度与责任。知识点一　做功快慢的描述1．功率定义物理学上把力对物体所做的功W与做功所用时间t之比，称为功率，用符号P表示。2．定义式：P＝3．单位：在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，符号W。1 s内做了1 J的功，功率就是1_W。4．意义：功率是标量，是描述能量变化快慢的程度。5．额定功率：机械长时间工作的最大允许功率。说明：机械实际输出功率一般小于额定功率。1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)功率越大表示做的功越多。 (×)(2)机器做功越快，其平均功率越大。 (√)(3)机器做功越多，其平均功率越大。 (×)知识点二　功率与力、速度　生产和生活中常见机械的功率1．功率与力、速度(1)关系：若作用在物体上的某个力与物体运动方向在同一直线时，这个力做物体做功的功率等于这个力与物体速度的乘积。(2)公式：P＝Fv①当物体做变速运动时，若v表示在时间t内的平均速度，则P表示在这段时间内的平均功率。②若v表示某一时刻的瞬时速度，则功率P表示在该时刻的瞬时功率。③应用：从P＝Fv可以看出，汽车、火车等交通工具，当发动机的功率P一定时，牵引力F与速度v成反比，要增大牵引力，就要减小速度。2．生产和生活中常见机械的功率在生产中，功率是衡量机械性能的重要指标。　有些同学根据P＝Fv得出“当P一定时，v→0，F→∞；或者F→0，v→∞”，这种观点正确吗？提示：不正确。任何机器的作用力都不可能无限增大，因为它受到了机器结构、运转条件等限制，超过某一限度，作用力与速度成反比的规律就不成立了，因此任何机器都存在着一个最大作用力和最大速度的限制。2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)从公式P＝Fv可知，汽车的发动机功率可以随速度的不断增大而提高。  (×)(2)汽车的功率一定，汽车的速度越大，牵引力就越大。 (×)3：填空汽车发动机的额定功率为96 kW，它以额定功率在平直公路上行驶的最大速度为40 m/s，那么汽车在以最大速度匀速行驶时所受的阻力的大小是________。提示：由P＝Fv可知，Ff＝＝2 400 N。 考点1　功率的分析与计算如图所示某部队正用吊车将一台坦克车从码头上吊起装上舰船。(1)将质量为m的坦克车以速度v匀速吊起，坦克车在t时间内匀速上升h高度。怎样计算吊车的功率？其瞬时功率是多少？(2)若坦克车在相同的时间t内，从静止开始以加速度a匀加速上升高度h时，该过程中吊车的平均功率是多少？其瞬时功率是多少？提示：(1)吊车对坦克车做的功W1＝mgh。功率P1＝＝；P瞬＝Fv＝mgv。(2)该过程中吊车的平均功率为P＝＝＝。其瞬时功率为P瞬＝Fv＝(mg＋ma)at。1．公式P＝和P＝Fv的比较 定义式P＝计算式P＝Fv适用条件适用于任何情况下功率的计算适用于F与v同向的情况应用求某个过程中的平均功率。当时间t→0时，可由定义式求瞬时功率若v表示物体在时间t内的平均速度，则功率P表示力F在时间t内的平均功率；若v表示物体在某一时刻的瞬时速度，则功率P表示力F在该时刻的瞬时功率公式理解功率可以用P＝来表示，但功率并不由W、t决定P一定时，F与v成反比；v一定时，F与P成正比；F一定时，v与P成正比2．功率的计算(1)平均功率的计算：①利用P＝。②利用P＝Fcos α，其中为物体运动的平均速度。(2)瞬时功率的计算：①利用公式P＝Fv cos α，其中v为瞬时速度。②利用公式P＝FvF，其中vF为物体的速度在力F方向上的分速度。③利用公式P＝Fvv，其中Fv为物体受的外力在速度v方向上的分力。【典例1】　如图所示，质量为m＝2 kg的木块在倾角θ＝37°的斜面上由静止开始下滑，木块与斜面间的动摩擦因数为μ＝0.5，已知：sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2，求：(1)前2 s内重力的平均功率；(2)2 s末重力的瞬时功率。[解析]　(1)木块沿斜面下滑时，对木块受力分析。由牛顿第二定律可得mg sin θ－μmg cos θ＝ma解得a＝2 m/s2由位移公式l＝at2＝×2×22 m＝4 m重力在前2 s内做的功为W＝mgl sin θ＝2×10×4×0.6 J＝48 J重力在前2 s内的平均功率为＝＝ W＝24 W。(2)木块在2 s末的速度v＝at＝2×2 m/s＝4 m/s2 s末重力的瞬时功率P＝mgv cos (90°－θ)＝mgv sin θ＝2×10×4×0.6 W＝48 W。[答案]　(1)24 W　(2)48 W[规律方法]计算功率应该注意的问题(1)明确所求的功率是平均功率还是瞬时功率。(2)求平均功率时，应明确是哪一段时间内的平均功率；求瞬时功率时，应明确是哪一时刻的瞬时功率。(3)应该明确是哪一个力对物体做功的功率，是动力还是阻力，是恒力还是变力等。1．职业高空跳伞运动员从近万米高空带着降落伞跳下，前几秒内的运动可视为自由落体运动。已知运动员的质量为80 kg，重力加速度g取10 m/s2，关于运动员所受重力做功的功率，下列说法正确的是(　　)A．下落第1 s末的瞬时功率为4 000 WB．下落第1 s内的平均功率为8 000 WC．下落第2 s末的瞬时功率为8 000 WD．下落第2 s内的平均功率为12 000 WD　[下落第1 s末的瞬时功率为P1＝mgv1＝mg·gt1＝80×10×10×1 W＝8 000 W，A错；下落第1 s内的平均功率为P1＝mgv1＝mg·＝80×10××1 W＝4 000 W，B错；下落第2 s末的瞬时功率为P2＝mgv2＝mg·gt2＝80×10×10×2 W＝16 000 W，C错；下落第2 s内的平均功率为P2＝mgv2＝mg·＝80×10× W＝12 000 W，D对。] 考点2　机车启动的两种方式汽车的启动方式有两种：1.以恒定的功率启动；2.以恒定的加速度启动。(1)用公式P＝Fv研究汽车启动问题时，力F是什么力？(2)以恒定功率启动时，汽车的加速度变化吗？做什么运动？(3)汽车匀加速启动的过程能否一直持续下去？提示：(1)F是汽车的牵引力。(2)汽车以恒定功率启动，根据P＝Fv，v增大，F减小，加速度减小，故汽车做加速度不断减小的加速运动。(3)不能。汽车匀加速启动，F不变，v增大，P增大。当P＝P额时，匀加速运动结束。1．机车两种启动方式的过程分析两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动P­t图v­t图和F­t图OA段过程分析v↑⇒F＝↓⇒a＝↓a＝不变⇒F不变⇒v↑P＝Fv↑直到P额＝Fv1运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动、维持时间t0＝　AB段过程分析F＝F阻⇒a＝0⇒F阻＝v↑⇒F＝↓⇒a＝↓　运动性质以vm做匀速直线运动加速度减小的加速直线运动BC段 F＝F阻⇒a＝0⇒F阻＝，以vm做匀速直线运动2．汽车启动问题中几个物理量的求法(1)汽车的最大速度vmax的求法汽车做匀速运动时速度最大，此时牵引力F等于阻力Ff，故vmax＝＝。(2)匀加速启动时，做匀加速运动的时间t的求法牵引力F＝ma＋Ff，匀加速运动的最大速度v′max＝，时间t＝。(3)瞬时加速度a的求法根据F＝求出牵引力，则瞬时加速度a＝。【典例2】　在平直路面上运动的汽车的额定功率为60 kW，若其总质量为5 t，在水平路面上所受的阻力为5×103 N。(1)求汽车所能达到的最大速度；(2)若汽车以0.5 m/s2的加速度由静止开始做匀加速运动，则这一过程能维持多长时间？(3)若汽车以额定功率启动，则汽车车速v′＝2 m/s时其加速度为多大？思路点拨：①汽车速度达到最大的条件是a＝0，即F＝Ff。②汽车以恒定加速度a匀加速运动的“收尾”条件是：P＝P额，此时的速度为匀加速运动的最大速度。③汽车速度为v′时牵引力F＝。[解析]　(1)当汽车速度达到最大时，牵引力F＝Ff，则由P＝Fv得汽车所能达到的最大速度vmax＝＝m/s＝12 m/s。(2)设汽车以恒定的加速度a做匀加速运动，能够达到的最大速度为v，则有－Ff＝ma得v＝＝ m/s＝8 m/s由v＝at得这一过程维持的时间t＝＝ s＝16 s。(3)当汽车以额定功率启动达到2 m/s的速度时，牵引力F′＝＝ N＝3×104 N，由牛顿第二定律得汽车的加速度a＝＝ m/s2＝5 m/s2。[答案]　(1)12 m/s　(2)16 s　(3)5 m/s2机车启动动态分析思路分析机车启动全过程必须抓住三点(1)正确分析其物理过程。(2)抓住两个基本公式：功率公式P＝Fv，P是机车的功率，F是机车的牵引力，v是机车的速度；当机车匀速运动时F＝Ff，当机车匀变速运动时，由牛顿第二定律，得F－Ff＝ma。(3)正确分析公式中各个物理量在各个过程中的变化情况。2．节能环保的电动汽车已成为许多城市出租车的标配，某品牌电动汽车纯电续航约400公里，最大功率为90 kW，电池容量为81 kW·h，快充时间为1.5小时。某次测试中，汽车由静止开始沿平直公路做匀加速直线运动，其运动的速度—时间图像如图所示，在t＝25 s时达到最大功率，之后保持功率不变，在t′时刻达到最大速度，汽车和乘客的总质量为2.5×103 kg，重力加速度g取10 m/s2。求：(1)汽车快速充电过程中充电的平均功率P1；(2)汽车的最大速度；(3)当车速为30 m/s时，汽车的加速度a′。[解析]　(1)汽车快速充电过程中，有P1＝，代入数据可得P1＝＝ kW＝54 kW。(2)由题图可知，在匀加速阶段，0～25 s内汽车的加速度为a＝ m/s2＝0.8 m/s2，匀加速阶段汽车的牵引力大小为F＝＝ N＝4.5×103 N，设汽车所受阻力为f，根据牛顿第二定律有F－f＝ma，代入数据可得f＝2.5×103 N。当速度达到最大时，牵引力与阻力大小相等，可得最大速度为vm＝＝ m/s＝36 m/s。(3)车速为30 m/s时，汽车的牵引力为F′＝＝ N＝3×103 N，根据牛顿第二定律可得a′＝＝ m/s2＝0.2 m/s2。[答案]　(1)54 kW　(2)36 m/s　(3)0.2 m/s21．下列关于功率的说法正确的是(　　)A．由P＝Fv知，物体运动得越快，功率越大B．由P＝知，力做的功越多，功率越大C．由W＝Pt知，功率越大，力做的功越多D．由P＝Fv cos α知，某一时刻，即使力和速度都很大，但功率不一定大D　[由P＝Fv知，当F一定，物体运动得越快，功率越大，故A错误；由P＝知，力做的功越多，功率不一定大，还与时间有关，故B错误；由W＝Pt知，时间一定，功率越大，力做功越多，故C错误；由P＝Fvcos α知，某一时刻，即使力和速度都很大，但功率不一定大，还与力和速度之间的夹角有关，故D正确。故选D。]2．(2020·江苏高考)质量为1.5×103 kg的汽车在水平路面上匀速行驶，速度为20 m/s，受到的阻力大小为1.8×103 N。此时，汽车发动机输出的实际功率是(　　)A．90 W  B．30 kWC．36 kW D．300 kWC　[根据汽车做匀速直线运动可得此时汽车的牵引力等于阻力，即F＝f＝1.8×103 N，此时汽车发动机的实际输出功率即瞬时功率，根据P＝Fv，代入数据解得此时汽车发动机的实际输出功率为36 kW，A、B、D均错误，C正确。]3．(新情境题，以汽车启动为背景考查功和功率)汽车发动机的额定功率为60 kW，汽车的质量为4吨，当它行驶在坡度为α(sin α＝0.02)的长直公路上时，如图所示，所受摩擦力为车重力的(g取10 m/s2)，求：(结果均保留三位有效数字)(1)汽车所能达到的最大速度vm；(2)若汽车从静止开始以0.6 m/s2的加速度做匀加速直线运动，则此过程能维持多长时间；(3)在汽车从静止开始以0.6 m/s2的加速度匀加速行驶的过程中，汽车做功为多少。[解析]　(1)汽车在坡度为α的长直公路上行驶，所受阻力由两部分构成，即F阻＝kmg＋mg sin α＝4 800 N又因为F＝F阻时，P＝F·vm，所以vm＝＝ m/s＝12.5 m/s。(2)汽车从静止开始，以a＝0.6 m/s2的加速度匀加速行驶，有F′－F阻＝ma，所以F′＝ma＋F阻＝4×103×0.6 N＋4 800 N＝7.2×103 N；保持这一牵引力，汽车可达到匀加速行驶的最大速度vm′，有vm′＝＝ m/s＝8.33 m/s由运动学规律可得t＝＝ s＝13.9 s。(3)汽车在匀加速阶段行驶时做功为W＝F′·l＝F′·＝7.2×103×57.82 J＝4.16×105 J。[答案]　(1)12.5 m/s　(2)13.9 s　(4)4.16×105 J回归本节知识，自我完成以下问题：1．请写出功率的概念？提示：把力对物体所做的功与做功所用时间之比叫功率。2．写出功率的表达式？提示：平均功率P＝，瞬时功率P＝Fv。3．功率是标量还是矢量，单位是什么？提示：标量，单位W。