高中物理人教版 (2019)必修 第二册1 功与功率图片课件ppt

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一、功1.功的公式(1)力F与位移l同向时:W= Fl 。(2)力F与位移l有夹角α时:W= Flcs α ,其中F、l、cs α分别表示力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦。 2.功的单位:在国际单位制中,功的单位是焦耳,简称焦,符号是 J 。
3.一个人提着一水桶,在水平路面上匀速行走了一段路程,人对水桶是否做了功?提示:人提着水桶在水平路面上行走,人提桶的力对水桶不做功。因为人提水桶的力沿竖直方向,而水桶在竖直方向上无位移。
二、正功和负功1.一个力做功的几种情况
2.合力的功功是标量,当一个物体在几个力的共同作用下发生一段位移时,这几个力对物体所做的总功,是各个力分别对物体所做功的代数和,也等于这几个力的合力对这个物体所做的功。
三、功率1.定义:功W与完成这些功所用时间t 之比叫作功率,功率的符号为P。
3.意义:功率是表示做功快慢的物理量,功率大表示物体单位时间内做功多。4.单位:功率在国际单位制中用瓦特表示,简称瓦,符号为W,1 W=1 J/s。5.功率与速度的关系:P= Fv (F与v方向相同)。
6.额定功率和实际功率的比较
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)公式W=Flcs α中的l是物体运动的路程。(　　)(2)力对物体不做功,说明物体位移一定为零。(　　)(3)某机械工作时的实际功率一定比额定功率小。(　　)(4)汽车的功率一定,汽车的速度越大,牵引力越大。(　　)
2.假设挑山工和缆车将相同的货物运至山顶,二者对货物做的功相同吗?做功的功率相同吗?
提示:二者对货物做的功都等于货物克服重力做的功,将相同的货物运往相同高度的山顶,二者做相同的功,而用缆车运送货物所用时间远小于挑山工的用时,根据功率定义知缆车的做功功率远大于挑山工的做功功率。
3.在越野比赛中,汽车爬坡时,常常换用低速挡,这是为什么?提示:汽车在上坡时需要更大的牵引力,而发动机的额定功率是一定的,由P=Fv可知,换用低速挡的目的是减小速度,进而增大牵引力。
问题引领如图所示,坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为m,在与水平面成θ角的恒定拉力F作用下,沿水平地面向右移动了一段距离l。(1)雪橇所受到的重力、支持力是否做功?(2)拉力F做什么功?地面对雪橇的摩擦力做什么功?(3)雪橇做匀加速运动,合力做什么功?雪橇做匀减速运动,合力做什么功?
提示:(1)重力、支持力和位移方向垂直,故不做功。(2)拉力F做正功。摩擦力做负功。(3)雪橇做匀加速运动,合力做正功。雪橇做匀减速运动,合力做负功。
归纳提升1.功是过程量功描述了力的作用效果在空间上的累积,它总与一个具体过程相联系。2.功是标量(1)功的正、负不表示方向,功根本就没有方向。(2)正温度比负温度高,但功不是这样,应先取绝对值再比较做功多还是做功少。(3)功的正、负仅表示是动力做功还是阻力做功。
3.对公式W=Flcs α的理解(1)W=F·lcs α可理解为功等于力F与沿力F方向的位移lcs α的乘积。(2)W=Fcs α·l,也可理解为功等于沿位移方向的分力Fcs α与位移l的乘积。(3)适用条件:公式W=Flcs α只适用于计算恒力做功,若是变力做功,此公式不再适用。
4.总功的计算当物体在多个力的共同作用下发生一段位移时,计算合力的功有以下两种方法:(1)先由W=Flcs α计算各个力对物体所做的功W1、W2、W3、……然后求所有力做功的代数和,即W合=W1+W2+W3+…(2)先由力的合成或根据牛顿第二定律求出合力F合,然后由W合=F合lcs α计算总功,此时α为F合的方向与l的方向间的夹角。
典型例题【例题1】 如图所示,质量m=50 kg的滑雪运动员从高度h=30 m的坡顶由静止下滑,斜坡的倾角θ=37°,滑雪板与雪面之间的动摩擦因数μ=0.1。g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,装备质量不计,则运动员滑至坡底的过程中:(1)滑雪运动员所受的重力对他做的功是多少?(2)各力对运动员做的总功是多少?答案:(1)1.5×104 J　(2)1.3×104 J
误区警示 1.计算功时首先应明确要求的是哪一个力做的功,物体所受的各个力做功时互不影响。2.求功时物体的位移应相对于某一惯性参考系,要注意力与位移的对应性和同时性。3.公式W=Flcs α中,F应为恒力。
【变式训练1】 质量为m的物体,在水平拉力F作用下第一次沿粗糙水平面匀速移动距离为l,第二次用同样大小的力F平行于光滑斜面拉物体,斜面固定,使物体沿斜面加速移动的距离也是l。设第一次F对物体做的功为W1,第二次F对物体做的功为W2,则(　　)A.W1=W2B.W1W2D.无法确定答案:A
解析:由题意可知W=Fl,力F对物体所做的功W只与F、l有关,与物体的运动情况及接触面的粗糙程度等均无关,故答案为A。
问题引领如图所示,用吊车将一辆坦克从码头上吊起装上舰船。(1)将质量为m的坦克匀速吊起,坦克在时间t内匀速上升高度h,怎样计算吊车的功率?(2)若坦克在相同的时间内匀加速上升高度h,吊车的功率是变大还是变小?
典型例题【例题2】 质量m=3 kg的物体,在水平力F=6 N的作用下,在光滑水平面上从静止开始运动,运动时间t=3 s,求:(1)力F在t=3 s内对物体所做功的平均功率;(2)在3 s末力F对物体做功的瞬时功率。答案:(1)18 W　(2)36 W
科学思维 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,计算平均功率与瞬时功率选择的公式不同。(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。不同情况应选择不同的公式。
【变式训练2】 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 WB.30 kWC.36 kWD.300 kW答案:C解析:汽车匀速行驶,则牵引力与阻力平衡,有F=Ff=1.8×103 N,汽车发动机的功率P=Fv=1.8×103×20 W=36 kW,故选C。
问题引领汽车以不同方式启动,一次以恒定功率启动,一次匀加速启动。(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?
提示:(1)F是汽车的牵引力。(2)当汽车以恒定功率启动时,根据P=Fv,v增大,F减小,加速度减小,故加速度变化,汽车做变加速运动。
归纳提升1.两种启动方式的比较
2.分析机车启动问题时应注意的三点(1)机车启动的方式不同,机车运动的规律就不同,因此机车启动时,其功率、速度、加速度、牵引力等物理量的变化规律也不相同,分析图像时应注意坐标轴的意义及图像变化所描述的规律。(2)恒定功率下的加速一定不是匀加速,这种加速过程发动机做的功可用W=Pt计算,不能用W=Fl计算(因为F为变力)。
(3)以恒定牵引力加速时,功率一定不恒定,这种加速过程发动机做的功常用W=Fl计算,不能用W=Pt计算(因为功率P是变化的)。
典型例题【例题3】 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?答案:(1)12 m/s　(2)16 s　(3)5 m/s2
【变式训练3】 质量为m的汽车行驶在平直公路上,在运动中所受阻力不变,当汽车的加速度为a,速度为v时,发动机功率为P1;当功率为P2时,汽车行驶的最大速度为(　　)
1.(对功率的理解)关于功率,下列各种说法正确的是(　　)A.功率大说明物体做功多B.功率小说明物体做功少C.单位时间内做功越多,其功率越大D.由P=Fv可知,机车运动速度越大,功率一定越大答案:C解析:功率是描述力做功快慢的物理量,单位时间内,力做的功越多,功率越大;只有当F一定时,功率P才与速度v成正比。
2.(正功和负功的判断)载人飞行包是一个单人低空飞行装置,如图所示,其发动机使用汽油作为燃料提供动力,可以垂直起降,也可以快速前进,飞行包(包括人)在竖直匀速降落的过程中,若空气阻力不可忽略,下列说法正确的是(　　)A.发动机对飞行包(包括人)做正功B.飞行包(包括人)的重力做负功C.空气阻力对飞行包(包括人)做负功D.飞行包(包括人)所受的合力做负功答案:C
解析:在飞行包(包括人)竖直匀速降落的过程中,发动机的动力向上,则发动机对飞行包(包括人)做负功,故A错误。高度下降,飞行包(包括人)的重力做正功,故B错误。空气阻力竖直向上,与位移方向相反,则空气阻力对飞行包(包括人)做负功,故C正确。飞行包(包括人)匀速运动,合力为零,则飞行包(包括人)的合力不做功,故D错误。
3.(功的计算)如图所示,将一个大小为50 N与水平方向成60°角的力F作用在一个质量为6 kg的物体上,物体沿水平地面匀速前进了8 m,g取10 m/s2,下面关于物体所受各力做功说法正确的是(　　)A.力F对物体做功为400 JB.摩擦力对物体做功为200 JC.重力做功为480 JD.合力做功为0答案:D
解析:WF=Flcs 60°=200 J,Wf=-Ffl=-Fcs 60°·l=-200 J,WG=0,W合=WF+Wf+WG=0,故选项D正确。