高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律1 功与功率完整版ppt课件

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新人教版物理必修第二册
8.1 功和功率
新课引入新知讲解课堂小结典例探究
目录
CONTENTS
生活中的功
新课引入
一、功和能
货物在起重机拉力的作用下重力势能增加了
列车在机车的牵引力作用下动能增加了
握力器在手的压力下弹性势能增加了
新知讲解
一、功和能
只有力，没有位移，故力不做功
说明要有位移
力与位移方向相同，力做功
力的方向上有位移
新知讲解
一、功和能
力与位移方向垂直不做功
在力方向上必须有位移
有力有位移,拉力做功
新知讲解
一、功
在初中我们已经学过功的初步知识，如果力的方向与物体的运动方向一致，该怎样计算功呢？
W=FS
力F对物体所做的功等于力的大小与物体移动距离的乘积。
如图甲所示物体m在水平力F的作用下水平向前行驶的位移为s，求力F对物体所做的功。
新知讲解
一个物体受到力的作用，如果物体在力的方向上发生一段位移，就说这个力对物体做了功。
l
（1）作用在物体上的力（2）物体在力的方向上发生的位移
2、做功的两个不可缺少的因素（缺一不可）
1、功的概念：
一、功
新知讲解
一、功
(1)如果力的方向与物体的运动方向一致，应如何计算这个力的功？
W = F l
(2)如果力的方向与物体的运动方向垂直，应如何计算这个力的功？
F支不做功 即 W=0
如何求功？
新知讲解
一、功
如果力的方向与物体的运动方向成某一角度α，应如何计算这个力的功？
新知讲解
一、功

当力F和位移 l 成α时：
WF1=F1·lWF2=F2·0
3.功的计算公式：
方法一
新知讲解
一、功
l1=lcosα
l2=lsinα
W1= Fl 1= Flcos α
W2= 0
当力F和位移 l 成α时：
方法二
3.功的计算公式：
新知讲解
一、功
W = F lcosα
力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦这三者的乘积。
4.国际单位:
焦耳（简称：焦 ——符号：J）
１Ｊ＝１Ｎ×１m=1N·m
3.功的计算公式：
新知讲解
一、功
① 功是过程量，对应一段时间或位移是力对空间的积累效果；故计算功时一定要指明是哪个力在哪个过程对物体做的功。
5.说明
②公式W = Fl cosα只适用于计算恒力的功，l是物体的位移，不是路程。
新知讲解
一、功
（1）00 ≤α ＜ 900，cos α＞0，W取正值， 做正功；
（2）α= 900，cos α=0 ， W等于0 ，不做功；
（3）900 ＜ α ≤1800，cos α＜0，W取负值，做负功。
某力对物体做负功,往往说成“物体克服某力做功”（取绝对值）
（4）功的正负既不表示方向，也不表示大小，只表示动力做功还是阻力做功，功是一个有正负的标量。
6.正功与负功
新知讲解
二、功率
1.一台起重机甲在 1min 内把1吨的货物匀速提到预定的高度。另一台起重机乙在 30s 内把1吨的货物匀速提到相同的高度。
哪一个做功快呢？
做功相同，时间越短，做功越快
新知讲解
二、功率
2.一台起重机甲在 30s 内把1吨的货物匀速提高了10m。另一台起重机乙在 30s 内把1吨的货物匀速提高了5m。
哪一个做功快呢？
时间相同，做的功越多，做功越快
方法：物理上采用的是利用单位时间内做功的多少来度量做功的快慢
新知讲解
二、功率
1.定义：功跟完成这些功所用时间的比值，叫做功率。
3.国际单位：瓦特，简称瓦，符号是W 1W＝1J/s=1N•m/S. 常用单位：千瓦（kW），1kW＝1000W=103W； 1马力=735瓦
4.物理意义：描述物体做功快慢的物理量。 （P越大——做功越快）
5.功率是标量。表示做功过程中能量转化的快慢。
2.定义式：
(单位时间做功的多少)
比值定义法
新知讲解
二、功率
新知讲解
二、功率
W＝Flcosα
P＝Fvcosα
P＝vFcosα
P＝Fvcosα
6.功率的另一种表达式
新知讲解
二、功率
7.平均功率与瞬时功率
平均功率：描述在一段时间内做功的平均快慢
瞬时功率：表示在某一时刻做功的快慢
当 t 很短很短时，此式表示瞬时功率
当 t 表示一段时间时，此式表示平均功率
即使是同一个力做功，做功的功率也可能是变化的，在一段时间内力对物体做功的功率，实际上是这段时间内力对物体做功的平均功率。
新知讲解
二、功率
8.额定功率和实际功率
（1）额定功率：是指机器正常工作（即额定转速下）时的最大输出功率，也就是机器铭牌上的标称值。（额定功率是动力机器重要的性能指标,一个动力机器的额定功率是一定的）（2）实际功率：是指机器在工作中实际输出的功率。（3）机器不一定在额定功率下工作，机器正常工作时实际功率总是小于或等于额定功率，机器只能在短暂时间内实际功率略大于额定功率，但不允许长时间超过额定功率。
新知讲解
三、功的求法
1.总功的求法
我们学习了一个力对物体所做的功的求解方法，而物体所受的力往往不止一个，那么如何求解这几个力对物体所做的功呢？
几个力对物体所做的总功，等于各个力分别对物体做功的代数和。
几个力对物体所做的总功，等于这几个力的合力对这个物体所做的功。
W总 = F合 l cosα
W总 = W1 + W2 + W3 +······
新知讲解
三、功的求法
2、平均力法
当力的方向不变，大小随位移按线性规律变化时，即F是位移l的线性函数，则平均力 ，由 求功。
新知讲解
三、功的求法
3、Fcosα—l 图像法（一般简称“图像法”或“F—l 图像法 ”）
适用条件：一般适用于方向不变，大小相对位移成线性变化的变力。（大小非线性变化也可以表示，只是中学阶段可能不能求出具体数值）
F cosα — l 图线与l 轴所围的面积等于力F做功的数值。面积取正值，代表力做正功；面积为负值，代表力做负功.
F
新知讲解
三、功的求法
3、微元法（无限分割法）
当力的大小不变,力的方向时刻与速度同向(或反向)时,把物体的运动过程分为很多小段,这样每一小段可以看成直线,先求力在每一小段上的功，再求和即可。过程无限分小后， 可认为每小段是恒力做功。
（1）适用对象：力的大小不变，方向变化且始终与运动方向相同或相反。
（2）在曲线运动或往复运动中，滑动摩擦力、空气阻力等变力的功是力对路程的积累。
新知讲解
三、功的求法
5、变力转换恒力法（简称为“转换法”或“等效法”）
（1）分段转换法：力在全程是变力，但在每一个阶段是恒力，这样就可以先计算每个阶段的功，再利用求和的方法计算整个过程中变力做的功．（2）等效替换法：若某一变力的功和某 一恒力的功相等,则可以用求得的恒力的功来作为变力的功．
新知讲解
三、功的求法
由动能定理Ｗ＝ΔＥＫ可知，将变力的功转换为物体动能的变化量，可将问题轻易解决。
7、用动能定理进行求解：
8、用功能关系进行求解
6、7、8种方法学了后面知识，再讲解。
6、功率法： 若变力做功的功率恒定和做功时间是已知的，则可以用W=Pt来求变力的功
新知讲解
四、机车启动
1.以恒定功率P额启动;
机车的启动方式有两种：
2.在恒定的牵引力F作用下匀加速启动。
新知讲解
四、机车启动
1.以恒定功率P额启动
当F=F阻时，a＝0 ，v达到最大
保持 vm匀速
v
↑
→
↓
↑
→
→
↓
↓
v—t 图象
加速阶段的图象
匀速阶段的图象
v0=0，P恒=P额
新知讲解
四、机车启动
1.F为变力时，发动机做的功只能用 W=Pt 计算，不能用W =Fl 计算。
2.达到最大速度的本质条件是：a=0
说明：
3.达到最大速度时，有 P额=F阻vm
1.以恒定功率P额启动
新知讲解
四、机车启动
2.以恒定加速度启动
当F= F阻时，a＝0 ，v达到最大
保持 vm匀速
↑
→
↓
↓
→
→
→
→
P ＝F v
↑
↑
→
当P= P额时，保持P额继续加速
新知讲解
四、机车启动
机车做匀加速运动只能维持一段时间,当功率增大到额定功率时,匀加速运动结束，匀加速时间为：
说明：
2.匀加速结束的条件是：P实=Pmax=P额
3.当匀加速结束时速度为v1，P额=Fv1=f阻Vm (其中F=ma+f阻)
1.达到最大速度的本质条件:a=0
2.以恒定加速度启动
新知讲解
1.做功的条件
物体在力的方向上移动的位移
2.功的计算：
W = F l cosα
3.功是标量，但有正负。正负只表示做功的力的效果,功的正负 不表示方向，也不表示大小。
4.总功等于各个力对物体所做功的代数和。
2.定义式：
1.物理意义：表示做功快慢的物理量
3.计算式：P = F v cosα
一般用于求平均功率
4.单位：国际单位—— 瓦特 （W）
一般用于求瞬时功率
功率
功
功和功率
课堂小结
例1：质量为m=3kg的物体放在水平面上，在与水平方向成370角的拉力F=20N作用下匀加速运动，通过位移 S=2m的过程中，物体所受摩擦力大小为6N。（cos370=0.8）求：
WG=0J
WN=0J
Wf =-f S=-12J
W总=WG+WN +Wf +WF=20J
（1）重力对物体做的功（2）支持力对物体做的功（3）摩擦力对物体做的功（4）拉力对物体做的功（5）合力对物体做的总功
W总=F合S=20J
方法一
方法二
WF=FScos370=32J
W总=20J
典例探究
例2、如图所示，轻弹簧一端与竖直墙壁连接，另一端与一质量为m的木块连接，放在光滑的水平面上，弹簧的劲度系数为k，弹簧处于自然状态，用水平力缓慢拉物体，使物体前进距离S，求这一过程中拉力对物体做了多少功？
分析：缓慢拉动木块，可以认为木块处 于平衡状态,故拉力等于弹力的大小F＝ks′，是变力．
典例探究
分析：缓慢拉动木块，可以认为木块处 于平衡状态,故拉力等于弹力的大小F＝ks′，是变力．
例2、如图所示，轻弹簧一端与竖直墙壁连接，另一端与一质量为m的木块连接，放在光滑的水平面上，弹簧的劲度系数为k，弹簧处于自然状态，用水平力缓慢拉物体，使物体前进距离S，求这一过程中拉力对物体做了多少功？
典例探究
例3. 物体A、B质量相同，A放在光滑的水平面上，B放在粗糙的水平面上，在相同的力F作用下，由静止开始都通过了相同的位移s，( ) A．力F对A做功较多，做功的平均功率也较大 B．力F对B做功较多，做功的平均功率也较大 C．力F对A、B做的功和做功的平均功率都相同 D．力F对A、B做功相等，但对A做功的平均功率较大
D
典例探究
例4．一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5s内做匀加速直线运动，5s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，v-t图象如下图。已知汽车质量为m=2×103kg，汽车受到地面的阻力为车重的0.2倍，g取10m/s2，则（　　）A．汽车在前5s内的牵引力为8×103N B．汽车在前5s内的牵引力为6×103NC．汽车的额定功率为60kW D．汽车的最大速度为20m/s
AD
典例探究
例5．如图甲所示，质量为m的小火箭由静止开始加速上升，功率P与时间t的关系图像如图乙所示，t1时刻火箭的功率达最大值Pm，t2时刻火箭的速度为v0，t3时刻火箭开始匀速上升，不计空气的阻力和燃料燃烧时的质量损失，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　）A．0-t3火箭的牵引力恒定不变B．火箭的最大速度为v0C．0-t3，牵引力对火箭做的功为D．t2时刻火箭的加速度为
CD
典例探究
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