初中4 功率公开课ppt课件
展开②功的公式及单位:W = Fs 单位是焦(J)
①功的大小:物理学中,把力与物体在力的方向上通过的距离的乘积称为功。
③做功的两个必要条件:一是对物体要有力的作用,二是物体在力的方向上通过的距离。
人在爬楼梯时,要克服自己的重力做功,功的大小等于人的重力G乘以楼梯的竖直高度h。 W=Gh
小明的教室在五楼,通常上楼需要1.5min,有一次他快速跑步上楼只用了40s。
2. 请同学们看下面的事例:
①小明在两种情况下,做的功是否相同? ②小明在两种情况下,做功的快慢是否相同?
分析: 小明上楼前后两次升高的高度h相同,因为重力相等, 根据W=Fs=Gh可知,做功相等。 由于两次上楼所用时间不等,所以做功的快慢不同。
3. 如图所示,在建筑工地上,工人和起重机分别将一堆砖送到同一座楼顶上,他们工作的时间相等。
①在两种情况下,做的功是否相等? ②在两种情况下,做功快慢是否相同?
怎样比较做功的快慢呢?今天一起学习。
总结:力做功不但有多少之分,而且还有快慢之分。
请同学们欣赏视频——《做功的快慢》
①如图所示,人与起重机,哪个做功快?你是怎样比较出来的?
因为人与起重机做功相同,起重机所用时间少,所以做功快。
1. 比较做功快慢的方法
因为做功时间相同,起重机做功多,所以起重机做功快。
②如图所示,人与起重机,哪个做功快?你是怎样比较出来的?
若时间和功都不相同,怎样去比较做功的快慢呢?
下面我们学习这类问题的比较方法。
甲、乙、丙三位同学所做的功和所用的时间如下表所示,谁做功最快?你是怎么判断的?
比较方法:分别计算三位同学所做的功和所用时间的比值,即每秒钟所做的功,该比值越大,做功越快。 所以丙同学做功最快,甲同学做功最慢。
甲、乙、丙三位同学所做的功与所用的时间如下表所示:
③总结:比较做功快慢的方法
一个老人和一个小孩一起爬相同的楼梯,做功相同吗?做功的快慢相同吗?
分析:图中两人爬相同的楼梯,两人升高的高度相同,但由于两人的重力不同,根据W=Fs=Gh可知,两人做功不相同,老人比小孩做的功多; 由于两人上楼所用的时间不确定,所以他们做功的快慢可能相同,也可能不相同。
【例题1】如图所示,大人与小孩爬相同的楼梯所用时间相同,下列说法正确的是( )A.大人与小孩做功相同,两人功率相同B.大人与小孩做功相同,小孩功率大C.大人比小孩做功多,大人功率大D.大人比小孩做功多,小孩功率大
图中两人爬相同的楼梯,两人升高的高度相同,但由于大人的重力大于小孩的重力,根据W=Fs=Gh可知,老人比小孩做的功多。根据P=W/t可知:两人所用时间t相同,则大人功率大。所以选C。
①功率的物理意义:表示物体做功的快慢。
②功率的定义:功与做功所用时间之比叫作功率。它的大小等于单位时间所做的功。
国际单位:焦/秒(符号J/s )
常用单位:千瓦(kW)、兆瓦(MW);1kW=103W,1MW=103kW
专门名称:瓦特 (符号 W )。 1W=1J/s
物体在1 秒内所做的功为1焦,则其功率为1瓦。
⑤功率及其功、时间的计算
W:表示力做的功,单位:焦耳(J) t: 表示做功所用的时间,单位:秒(s)P :表示做功的功率,单位:瓦特(W)或焦/秒(J/s)
詹姆斯·瓦特(1736年1月19日—1819年8月25日),英国发明家、企业家,第一次工业革命的重要人物,与著名制造商马修·博尔顿合作生产。 瓦特被誉为人类历史上最著名的发明家之一。在历史上最知名的229位发明家中,瓦特与爱迪生并列第一位。为纪念瓦特的贡献,国际单位制中的功率单位以瓦特命名。
1782年瓦特的双向式蒸汽机取得专利,发明了一种标准单位:马力
【例题2】大石头的质量为6t,起重机在15s内将大石头沿竖直方向匀速提升1m(如图所示),起重机提升大石头的功率是多少? g取10N/kg。
分析:因为是匀速提升大石头,大石头处于平衡状态。所以起重机对石头的拉力和石头的重力是平衡力,大小相等。求出拉力做的功,再求拉力的功率即可。
因为匀速提升,起重机提升大石头的拉力与大石头的重力相等,即: F= G=mg=6×103kg×10N/kg=6×104N 大石头在拉力的方向上移动的距离:s=1m 所以拉力做的功:W = FS =6×104N×1m=6×104J 提升大石头的功率
铭牌上面标有一些数据,功率是其中的一项。选购机器时,要根据实际需要选择功率合适的机器。
①功率是机器的主要技术性能之一
铭牌是指厂家生产的机器投放市场后,向用户提供厂家商标识别、品牌区分、产品参数等信息的固定标识。铭牌主要用来记载生产厂家及额定工作情况下的一些技术数据,以供正确使用而不致损坏设备。
空客A380有4台发动机,推力可达1.5×106N,最大速度约300m/s,功率4.5×108kw,即四十五万千瓦。
万吨级远洋货轮的功率约为 7000kw~23000kw
③一些交通工具的功率
功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积。
功与做功所用时间之比叫做功率。
力F作用在物体上,物体沿力的方向以速度v 做匀速直线运动时,则力F 的功率:
单位:1W=1N · m/s
为什么汽车上坡时,司机经常用换挡的方法减小速度? 为什么同样一辆机动车,在满载时的行驶速度一般比空载时小得多?
分析:机车发动机的最大功率是一定的。由 P=Fv 可知,牵引力的大小和运动速度成反比。汽车上坡时,需要增大牵引力,所以要减小速度。同样一辆机动车,在满载时需要的牵引力增大,则应该减小车辆的速度。
视频欣赏——《功率的概念》
【例题3】 如图所示是当今流行的平衡车。某品牌平衡车的功率为240 W,能以10.8 km/h的速度在平直的道路上连续匀速行驶10 km,则它在这个过程中受到的阻力为 N,行驶这10 km所做的功为 J.
②行驶这10 km所做的功 W=Fs=80 N×10×103 m=8×105 J
答案:80;8×105
同组同学中,谁上楼时的功率大?你猜测时考虑了哪些因素?
①可能质量大的同学功率大;②可能上楼所用时间短的同学功率大;③可能上楼的高度越大,功率越大;… …
1. 如何比较同学上楼时的功率?可以有哪些不同的方案?
比较功率大小,可以比较做相同的功所用时间,或比较相同时间做功的多少。如:让体重相同的同学爬上相同的楼层,比较他们所用时间的多少;或让同学用相同的时间爬楼,比较上楼的高度与体重乘积的大小。……
2. 如果要求估测上楼时功率的大小,需要测量哪些数据?用什么工具测量?
相互合作,估测出每一位同学上楼时的功率,并把数据记录在自己设计的表格中。
【例题4】做引体向上的规范动作是两手正握单杠,由悬垂开始。上提时,下颚须超过杠面;下放时,两臂放直,不能曲臂。在动作达到规范要求后,小明想利用如图所示的家用引体向上单杠估测自己做引体向上时的功率。请你帮他完成该实验设计。
(1)实验原理: 。
(2)实验需要的测量仪器: 。(3)实验步骤:__________________________________________。(4)实验数据记录表格: 。(5)功率计算表达式(用测量出的物理量的符号表示) 。
马力——功率的一种单位
瓦特为了说明他改进的蒸汽机具有的优良性能,他决定把自己的机器与当时运煤最常用的动力——马力联系起来,由此引入“马力”(HP)作为功率的单位,并把1马力定义为:在1min内把33000磅(约15000kg )的物体举高1英尺(约0.3048m)所需的功率。请你计算一下,瓦特提出的1马力相当于多少瓦?
1HP(马力)=mgh/t=15000kg×9.8N/kg×0.3m/60s=735W
①物理意义:表示物体做功的快慢的物理量
国际单位:瓦特,符号 W,1W =1J/1s=1N·m/s
F:表示作用在物体上的力; v:表示物体做匀速直线运动的速度。
常用单位:千瓦,符号 KW,1KW=1000W
功与做功所用时间之比叫做功率。它在数值上等于单位时间所做的功。
WHAT•WHY•WOW
1. 刘明用20N的水平推力使超市的购物车在水平路面上前进了15m,所用的时间是0.5min。在此过程中他做了多少功?功率是多大?
已知: t=0.5 min = 30 s F = 20 N s = 15 m求: W、P.解: W=Fs=20N×15m=300J. P=W/t=300J/30s=10W.
2. 一辆轿车在高速公路上以70kW的功率行驶10min。汽车发动机做了多少功?
已知: P=70kW =7×104 W,t=10 min = 600 s.求: W.解: W=Pt=7×104W×600s=4.2×10 J.
3. 观察家中各种用电器的铭牌,记录其功率方面的数据,然后将这些用电器按功率由大到小的顺序排列。
家中功率比较大的用电器是空调,一般情况下功率约为2000W;其次是电吹风类,大约1000W;电饭煲的功率约600W;照明灯的功率约40W;比较小的是节能灯的功率,约10W。
4. 如图所示是我国自行研制的具有国际先进水平的歼-10战斗机。已知发动机用1.22×105N的推力能使战斗机以二倍声速(设声速为340m/s)飞行,10s内发动机做了多少功?发动机的功率是多大?
已知: F=1.22×105N,v=2v声=680m/s, t=10s.求: W、P.解: W=Fs=Fvt=1.22×105N×680m/s×10s=8.30×108J. P=W/t= 8.30×108J /10s=8.30×107w
5 . 一位同学用20s从一楼走到三楼。他上楼时的功率可能是( )A.几瓦 B.几十瓦 C.几百瓦 D.几千瓦
可用将具体估计值代入公式进行计算。如设这一同学的质量为50kg,两层楼高6m,将这些估计值代入公式可得估算结果约为150W,由此可知答案应为C.
6 .引体向上是一种体育运动。在做引体向上时,双臂的拉力克服重力做功使身体上升。请根据自己的体验,用合适的物理量写出你做引体向上时的功率的表达式,并估算出功率的大小。
测量出自己的体重G、每次引体向上身体重心上升的高度h和每次引体向上所用的时间t(最好是几次的平均值T/n)。所用的公式为P=W/t=Gh/t=Ghn/T。
取G=500N,高度h=0.5m,所用的时间t=10s,n=5。功率约为P=W/t=Gh/t= 500N× 0.5m × 5/10=125W。
我们用_______来表示物体做功的快慢。
因为做功时间相等,由图可知挖土机做的功多,根据P=W/t可知,挖土机做功快。我们用功率来表示物体做功的快慢。
1.如图所示是某工地常见的一幕,由图示情景可知,挖土机比人做功______(选填“快”或“慢”),你这样判断的理由是:________________________________,
相等的时间内,挖土机做功较多
拉力F相等,移动的距离SAB=SCD相等,根据W=FS可知两种情况下拉力F所做的功相等。因为做功时间未知,所以无法比较功率的大小。选项C正确。
2.如图所示,用大小相等的拉力F,分别沿光滑的斜面和粗糙的水平面拉同一木箱,在力的作用下移动的距离SAB=SCD,比较两种情况下拉力F所做的功及其功率( )A.AB段做功较多B.CD段做功较多C.AB段与CD段做的功一样多D.AB段的功率比CD段的功率大
3. 在“比一比谁的功率大” 的比赛中,某同学从一楼跑到三楼用了10s,则他上楼过程中的功率约是( ) A、3W B、30W C、300W D、3000W
从一楼跑到三楼把自己提高的高度约为 h=3米×2=6米,中学生的重力取500牛, 做功为W=FS= Gh= 500牛×6米=3000焦
则他上楼过程中的功率约是 P=W/t=3000焦/10秒=300瓦
4. 甲、乙两台机器,它们的功率分别为300瓦和350瓦,则下列选项中正确的是 ( )A. 甲做功一定比乙做功多 B. 甲做功时间一定比乙少C. 甲做功可能比乙做功多 D. 甲做功可能比乙做功慢
A. 做功的多少由功率和时间共同决定,故A错误;B. 当做功相同时,甲做功用时一定比乙长,故B错误;C. 甲每秒做功300 J,乙每秒做功350 J,根据W=Pt可知,若t甲>t乙,甲做功可能比乙做功多,故C正确;D. 甲的功率小,甲做功一定比乙做功慢,故D错误。所以选C。
5. 质量为50kg的物体,用50N的水平推力使它在粗糙水平面上以2m/s的速度匀速移动10m。问: (1)推力功率多大? (2)重力的功率多大?
推力做功为 W=FS= 50N×10m=500J 功率为 P=W/t=500J/5s=100W
(2)重力没有做功,所以功率为0.
6. 体能竞赛中,小强在20s内就完成了10个引体向上动作,已知小强的体重为500N,每个动作身体向上移动的距离约为50cm,则小强在整个过程中做功的功率约为多少?
小强体重为 G=500N S=50cm=0.5m 完成一个动作做功 W=FS=Gh=500N×0.5m=250J 完成10个引体向上动作做的总功为: W′=250J×10=2500J
∵t=10s ∴小强做功的平均功率: P= W′/t =2500J /10s=250W
解析 子弹在枪膛中受火药爆炸后产生气体的作用力而运动的距离为 枪膛长度,即s=50 cm=0.5 m,子弹离开枪膛后就不再受火药爆炸产生的 气体推力,气体推力不再做功;所以,气体对子弹做功:W=Fs=700 N×0.5 m =350 J。
7. 建筑工地上,水泥板质量为0.5t,起重机在10s内把它匀速提升到4m的高度,起重机提升重物的功率是多少? ( g取10 N/kg )
③起重机提升水泥板的功率是P=W/t=2×104J/10s=2×103W
①起重机的拉力与物体所受的重力是平衡力,大小相等 F =G=mg= 0.5×1000kg×10N/kg = 5×103N
②物体在拉力的方向上移动的距离S=4m所以起重机所做的功是W= Fs = 5×103N×4m=2×104J
8. 一物块在水平拉力F(大小未知)的作用下,在水平直线轨道上运动,其中AB=CD=10 m。已知物块在AB段和CD段分别以2 m/s和5 m/s的速度匀速运动,且在AB段、CD段所受摩擦阻力分别为1 N和2 N,则以下判断正确的是 ( )
A. 该物块在CD段的惯性比在AB段的惯性大B. 该物块通过AB段和CD段所用的时间之比为2∶5C. 拉力F在AB段所做的功为20 JD. 拉力F在CD段做功的功率为10 W
8. AB=CD=10m,在AB段和CD段分别以2m/s和5m/s的速度匀速运动,在AB段、CD段所受摩擦阻力分别为1N和2N。
A. 物块在CD段的惯性比在AB段的大B. 通过AB和CD段所用时间之比为2:5C. 拉力F在AB段所做的功为20 JD. 拉力F在CD段做功的功率为10 W
A. 惯性的大小只与质量有关,与速度大小无关,故A错误;B. 由题知,物块在AB段和CD段的速度之比为2∶5,AB=CD, 则该物块通过AB段和CD段所用的时间之比为5∶2,故B错误;C. 物块在AB段匀速运动,拉力等于摩擦阻力,拉力F在AB段所做的功: W=FAB·AB=fAB·AB=1 N×10 m=10 J,故C错误;D. 物块在CD段匀速运动,拉力等于摩擦阻力,拉力F在CD段做功 的功率:P=FCDvCD=fCDvCD=2 N×5 m/s=10 W, 故D正确。
9.正常人的心脏推动血液流动的功率约为1.5 W,那么在10 s内心脏做的功是_______J,这些功可把一个1 kg的物体匀速举高____m。(g取10 N/kg)
W=Pt=1.5W ×10 S=15 J
A、小杰与书包的总重力取500N,1楼到21楼高度h=20×3m=60m,对电梯做功W=Gh=500N×60m=3×104J,故A不符合实际;B、小杰乘坐电梯上升时,书包在力的方向上移动了距离,所以对书包做功,故B不符合实际;C、电梯对小杰做功的功率P=W/t=3×104J/30s=1000W,故C符合实际;D、小杰在水平路面行走时,重力不做功,功率为0,故D不符合实际。
10.小杰背着书包回家,在水平路面上行走100m用时100s,乘坐电梯从1楼到21楼用时30s,以下符合实际的是( )A.电梯对小杰做功约3×103JB.小杰乘坐电梯上升时,对书包不做功C.电梯对小杰做功的功率约1000WD.小杰在水平路面行走时,重力做功的功率约600W
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