初中物理11.2 功率精品当堂达标检测题
展开1.理解功率的概念;
2.会利用功率解释生活中常见现象;
3.认识生活中常见功率值;
4.能进行功率的简单计算。
【知识导图】
【基础知识】
知识点一、比较做功快慢的方法(比值定义法)
做功有快慢之分,那么,怎样比较做功的快慢呢?下面我们类比速度的定义进行说明。
知识点二、功率
1.功率的概念
【典例1】甲、乙两人爬楼比赛,同时从一楼出发跑上五楼,结果甲先到而获胜,则下列说法正确的是( )。
A.甲做功多, 甲的功率大;
B.乙做功多,乙的功率大;
C.若两人的体重相同,则甲做的功多,甲的功率大;
D.若两人做的功相同,则甲用时少,甲的功率大
2.功率的定义式
(1)功率的定义式为 SKIPIF 1 < 0 (在t时间内的平均功率)。
(2)用公式 SKIPIF 1 < 0 计算功率的注意事项
①解题时一定要弄清三个物理量的对应关系,功W一定是对应时间t内完成的,这样算出来的功率才是时间t内的功率。
② SKIPIF 1 < 0 可以变形为W=Pt和 SKIPIF 1 < 0 ,两变形式可分别用于求功和做功所用时间。
3.功率的单位
(1)根据功率的定义式可以推导出功率的单位。在国际单位制中,功的单位是焦耳(J),时间单位是秒(s),则功率的单位是焦耳/秒(J/s)。为了纪念英国著名发明家瓦特,给功率单位一个专门的名称,叫做瓦特,简称瓦,符号为W,即1W=1J/s。瓦特是焦耳每秒的专用名称。
(2)功率的常用单位还有千瓦(kW)、兆瓦(MW)。1kW=103W,1MW=106W。
4.功率计算的推导公式P=Fv
(1)当物体在力F作用下,以速度v沿力的方向做匀速直线运动时,力F做功的功率可以表示为 SKIPIF 1 < 0 ,即功率的大小等于作用在物体上的力与物体速度的乘积。
(2)由P=Fv可知,当机车的输出功率P一定时,机车速度v越小,机车发动机输出的牵引力F越大。
(3)应用P=Fv进行计算时,力的单位为N,速度的单位为m/s,这样计算出的功率的单位才是W。
(4)P=Fv在生活中的应用
某些阻力较大的情况下,当发动机输出功率不能改变时,人们常常通过降低速度来获得较大的牵引力。所以,当汽车要爬又长又陡的坡时,司机常换低挡位,以获得更大的牵引力从而顺利上坡。
5.功和功率的比较
【典例2】两次水平拉动同一物体在同一水平面上做匀速直线运动,两次物体运动的路程随时间变化的关系图像如图所示。根据图像,下列判断正确的是( )。
A.两次物体运动的速度:v1
C.两次物体所受的拉力:F1>F2;
D.0~6s两次拉力对物体做功的功率:P1>P2
知识点三、功率的测量
1.功率的测量
【实验原理】
由 SKIPIF 1 < 0 可知,要测量功率,必须测物体(或机械)所做的功W和完成这些功所用的时间t。如果我们要测自己上楼的功率,需测出自己的重力G(或质量m)、楼层的高度h和上楼所用时间t。
【实验器材】
体重计(或磅秤),皮尺(或米尺),计时器(停表、手表等)。
【实验步骤】
(1)体重计(或磅秤)测出自己的质量(m),求出自己的重力G。
(2)用皮尺(或米尺)测出所登楼层的高度h(或测出一个台阶的高度h0,然后数出楼梯的台阶数n,则所登楼层高度为h=nh0)。
(3)用停表(或手表)测出自己上楼所用时间t。
功率的计算式为: SKIPIF 1 < 0 或 SKIPIF 1 < 0 。
2.实验注意事项
(1)测量人上楼的功率时,登楼梯是克服人自身重力做功。
(2)测量过程中,应测量楼层的高度,而不测量楼梯的长度。
(3)做功的时间越短,测量误差越大,因此在测量时要适当增加做功所用时间,以减小测量误差。
【典例3】小明想利用所学的物理知识估测自己跳绳时克服重力的平均功率(不计绳重)。
(1)实验需要测量的物理量:①用______(填测量器材)测量自己的质量m;②测自己平均每次跳起的高度h(人的重心上升的高度);③用______(填测量器材)记录跳n次绳所用的______(填物理量与其对应字母)。
(2)跳绳时平均功率表达式:P=______。
(3)若小明的质量m=50kg,他跳绳时的重心高度随时间变化的情况如图所示,根据所给条件可估算出他每跳一次克服重力所做的功是______J,在1min内,他跳绳的个数是______个,在1min内克服重力做功的平均功率为______W。(g取10N/kg)
(4)小明和小华两人想比较跳绳的平均功率(假设两人跳起的平均高度相同),则______;
A.频率相同,体重大的功率大
B.频率相同,跳的时间长的功率大
C.体重相同,频率高的功率小
D.体重相同,跳的时间长的功率大
【方法帮】
题型一:比较做功快慢的方法
比较不同物体做功的快慢,要采用控制变量法,比较相同时间做功的多少,或比较做同样的功所用时间的多少。如果时间不同,做的功也不同,则需要通过比较单位时间内所做的功来比较做功的快慢。
【典例4】一个物体由A点自由下落时,相继经过B、C两点,如图所示,已知AB=BC,物体在AB段重力做功W1,功率P1;在BC段重力做功W2,功率P2,则下列关系正确的是( )。
A.W1= W 2,P1>P2B.W1= W 2,P1=P2
C.W 1=W2,P1<P2D.W1≠W 2,P1≠P2
题型二:对功率计算公式的理解
由功率公式 SKIPIF 1 < 0 可知,功率大小是由做功多少与做功所用时间共同决定的。
【典例5】甲、乙两个集装箱质量相同。先用起重机将甲集装箱以1m/s的速度提升10m,再将乙集装箱以2m/s的速度提升10m,那么起重机( )
A.第一次做功多,功率大B.第二次做功多,功率大
C.两次做功一样多,功率一样大D.两次做功一样多,第二次功率大
题型三:功率的计算
【角度1】功率的估测
对于估测题,应该根据生活经验及所学的物理知识对身边的物理量有大致的了解。例如,初中生的身高大约是1.6m,质量大约是50kg;一本初中物理课本的质量大约为250g;人步行的速度约为1.1m/s。
【典例6】某九年级同学家住5楼,一天,他提着装有10个鸡蛋的塑料袋从1楼走到家里过程中,下列估算不合理的是( )。
A.他提鸡蛋的力做的功约为60JB.他提鸡蛋的力做功的功率约为10W
C.他爬楼做的功约为6×103JD.他爬楼做功的功率约为1×102 W
【角度2】功率大小的比较
【典例7】如图所示,AC>BC,在相同时间内把同一物体分别沿斜面AC、BC匀速推上顶端,推力分别为F1、F2,功率分别为P1、P2,推力做功为W1、W2,在不考虑摩擦的情况下:F1______F2,P1______P2,W1______W2(均选填“>”“<”或“=”)。
【角度3】计算功率
(1)利用速度公式的变形公式s=vt计算路程;
(2)利用功的计算公式W=Fs计算牵引力的功;
(3)由公式P=Fv可直接计算牵引力的功率。
【典例8】若轿车以90kW的恒定功率启动做直线运动,运动过程中受到的阻力不变,运动的速度v与时间t的关系如图甲所示。则在20﹣25s时间内,轿车运动的距离是_____m,该过程发动机做的功是____J,轿车在运动过程中受到的阻力是____N。
【角度4】推导公式P=Fv的应用
(1)计算功率时,公式 SKIPIF 1 < 0 适用于任何情况下功率的计算,而推导式P=Fv一般用于做匀速直线运动的物体;
(2)如果计算功率时涉及速度,用推导式P=Fv计算功率会更方便、快捷。
【典例9】如图甲所示,物体在水平拉力F的作用下由静止沿粗糙水平面向右运动,0-6s内拉力随时间变化的规律如图乙,速度随时间变化的规律如图丙,则在2-4s内,拉力做的功,以及4-6s内拉力的平均功率为( )。
A.30J;2.5WB.30J;5WC.15J;2.5WD.15J;5W
题型四:功率的测量
【典例10】学习了功率的知识后,郑语梦和张馨心两位同学想测量自己通常情况下爬楼的功率,她们测试前设计了如下问题,请你帮忙补充完整。
(1)实验原理:_________(写出公式)
(2)需要测量的物理量有质量m,_________、_________、(写出物理量即表示物理量的字母)
(3)需要的测量器材有_________、_________、_________。
小明和小红同学都觉得测功率需要多次实验,他们给出了以下2种方法:
小明:每天测1次自己正常爬楼的功率,一星期后把测得的所有值取平均值
小红:在2h内不断地爬楼n次,最后求出n次爬楼的平均值
其中,_________(选填“小明”“小红”),求得的值能较准确地反映他通常情况下爬楼的功率,若换用另一种方法,最终求得的值将比通常情况下的功率值偏_________(“大”“小”)
【中考帮】
考点一:功率的计算
【典例11】(2022·安徽省)在一次跳伞表演中,运动员在的时间内竖直向下匀速降落了。若运动员和降落伞作为整体受到的重力为,求这个整体在该过程中:
(1)所受阻力的大小;
(2)所受重力做功的功率。
中考考题要求同学们能对综合性问题进行分析、推理,综合运用路程、功、功率等知识计算功率,这是物理核心素养的科学思维的体现。
【作业帮】
一、基础练(知识巩固)
1.如图所示,要粗测小明同学做“引体向上”时的功率。下面所列物理量中,不需要测量的是( )。
A.他的质量;B.单杠的高度;C.每次身体上升的高度; D.做“引体向上”的时间
2.如图所示,是甲、乙两个物体做功与所需时间的关系图像。由图可知,甲物体的功率P甲与乙物体的功率P乙相比较,正确的是( )
A.P甲>P乙 B. P甲<P乙 C.P甲=P乙 D.无法比较确定
3.平直公路上的甲、乙两辆汽车,在相同牵引力作用下匀速行驶,如果在相同的时间内通过的路程之比为3∶2,则甲与乙( )。
A.牵引力做功之比为2∶3; B.牵引力做功之比为3∶2;
C.牵引力的功率之比为1∶1; D.汽车所受的阻力之比为3∶2
4.甲、乙两台机器,甲的功率比乙的大,则( )。
A.甲做的功比乙做的功多; B.甲做功比乙做功快;
C.甲做功所用的时间比乙的少;D.以上说法都不对
5.初三物理兴趣小组的同学在学习了功率的知识后,想估测某同学上楼的功率有多大,已知该同学从一楼上到三楼用了10s,则他上楼的功率大约是( )。
A.3 W B.30 W C. 300 W D. 3 000 W
6.如图甲所示,小明用弹簧测力计拉木块,使它沿水平木板匀速滑动,图乙是他两次拉动同一木块得到的距离随时间变化的图像。下列说法正确的是( )。
A.木块两次受到的拉力和摩擦力均相等;
B.木块第1次受到的拉力较大;
C.木块两次的动能一样多;
D.两次拉力拉木块的功率一样大
7.某工人在水平地面上,用100N水平推力以0.5m/s的速度匀速推动重500N的物体,使它沿水平方向移动10m,该过程中工人所做的功是 J,水平推力的功率是 W。
8.判断下列说法的正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)物体做的功多,功率一定大。( )
(2)物体做功时间短,功率一定大。( )
(3)物体做功多,需要的时间不一定多。( )
9.质量为40 kg的某同学,在体育课上用12 s的时间匀速爬到了一根竖直长杆的3 m处。则在这段时间内,该同学所做的功为 J,功率为 W。(g=10 N/kg)
10.某起重机将1000N的重物沿竖直方向提起,重物由静止开始先向上做变速直线运动,然后做匀速直线运动。已知重物在做变速运动的30s内上升了16m,在接着的10s内又匀速上升了8m,若空气的阻力不计,则在匀速直线运动中起重机对货物做功的功率是________W。
二、综合练(能力提升)
11.平直公路上的甲、乙两辆汽车,在相同牵引力作用下匀速行驶,如果在相同的时间内通过的路程之比为3∶2,则甲与乙( )。
A.牵引力做功之比为2∶3; B.牵引力做功之比为3∶2;
C.牵引力的功率之比为1∶1; D.汽车所受的阻力之比为3∶2
12.如图所示,AC>BC,在相同时间内把同一物体分别沿斜面AC、BC匀速推上顶端,推力分别为F1、F2,功率分别为P1、P2,在不考虑摩擦的情况下( )。
A.F1<F2,P1=P2B.F1>F2,P1>P2C.F1=F2,P1=P2D.F1<F2,P1<P2
13.青少年在安静思考问题的时候,心脏推动血液流动的功率约为1.5 W,则你在考试的100 min内,心脏做功约为_______J,用这些功可以让一个质量为50 kg的物体匀速升高______m。 (g取10 N/kg)
三、培优练(挑战自我)
14.体育课上,汪洋和李鹏在练引体向上,汪洋突发奇想,对李鹏说:“咱俩谁做引体向上的功率大?”
(1)请你告诉他俩怎么比较功率的大小。
(2)如果汪洋的体重已知,要测出他的功率,还需要测出的物理量有_____________。
(3)写出测量的具体步骤并写出功率的表达式。
(4)测量中为了便于记录测量数据,请你帮助他设计出实验数据记录表。
15.一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动,其v-t图像如图所示,在第10s时速度达到15m/s,通过的路程为80m。求∶
(1)在0~10s内汽车的平均速度;
(2)设汽车在匀速行驶过程中所受阻力不变,大小为f=4000N,则汽车匀速行驶时的功率;
(3)在0~10s内汽车发动机产生的牵引力所做的功。
比较运动的快慢
比较做功的快慢
时间相同,比路程
时间相同,比较做功的多少
路程相同,比时间
做功多少相同,比较所用时间
路程、时间都不同时,用路程除以时间
做功多少、所用时间都不相同时,用做功多少处于做功时间
路程与时间之比叫速度,它在数值上等于单位时间内的路程
功与做功时间之比叫功率,它在数值上等于单位时间内所做的功
内容
举例说明
功率的物理意义
(1)功率是不是物体做功快慢的物理量。功率越大,不是物体做功越快;功率越小,不是物体做功越慢。
(2)功率的大小表示物体单位时间内做功的多少。例如,小明推箱子做功的功率为80W,表示小明每秒对箱子做功80J。
做功相同,做功时间不同
功率
将功与做功所用时间的比叫功率
相同时间内做功越多,表示做功越快
★特别提醒
做功“多少”与“快慢”的意义不同,做功多的不一定做功快,做功少的不一定做功慢。只有做功时间相同时,做功多的做功才快,即功率才大。所以,描述功率时不能说物体做功越多,功率越大,也要注意时间的多少,一般描述为单位时间内(或相同时间内),物体做功越多,功率越大。
▲拓展培优
功率的单位“匹”
我们在购买空调时总要问一下“这个空调是几匹的”,这里的“匹”实际上是一个旧制功率单位,1匹=735W。生活中我们通常不会用准确的数值去描述产品的制冷功率,所以把输入功率为800W左右的空调统称为1匹,1kW左右的统称为1.5匹。
▲拓展培优
虽然功率的推导式P=Fv是由匀速直线运动推导出来的,但该公式也适用于变速运动。
功
功率
概念
力与物体在力的方向上移动的距离乘积
功与做功所用时间之比
物理意义
表示物体做功的多少
表示物体做功的快慢
符号
W
P
计算公式
W=Fs
SKIPIF 1 < 0
决定因素
力F、物体在力F方向上移动的距离s
功W、做功所用时间t
单位
焦耳(J)
瓦特(W)
联系
W=Pt
★特别提醒
要注意区分功率的单位W与功的符号W,前者是功率单位的符号,是正体,后者是功的符号,是斜体。
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