高中物理鲁科版 (2019)必修 第二册第1章 功和机械能第2节 功率背景图ppt课件

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1.理解功率的概念,能运用功率的定义式 进行有关计算。2.知道平均功率和瞬时功率的含义,能根据P=Fv分析汽车运行问题。
【必备知识】一、功率1.定义:力所做的 功W 与完成这些功所用的时间t 之比,称为功率。即 。2.单位:瓦特,简称瓦,符号是 W 。3.标矢性:功率是标量。4.物理意义:表示做功快慢的物理量。
二、常见机械的功率1.额定功率:每一种动力机械都有一个长时间工作的最大允许功率,这个功率称为机械的额定功率。2.实际功率:动力机械实际工作时的输出功率。3.为了保证机械的安全,工作时尽量使P实 ≤ P额。
三、功率与力、速度的关系1.推导:如果物体沿位移方向受的力是F,从计时开始到时刻t这段时间内,发生的位移是s,则力在这段时间内所做的功W= Fs ,功率2.结论:一个沿着物体位移方向的力对物体做功的功率,等于这个力与物体速度的乘积。3.应用:由功率速度关系式知,当功率P一定时,力F与物体运动的速度v成反比,要增大力,就要减小速度;要增大速度,就要减小力。当速度v一定时,力F与功率P成正比。
【自我检测】1.正误辨析(1)功率大,做功一定多。(　　)解析 功率与做功多少没有必然联系,功率大,做功不一定多,但做功一定快。答案 ×(2)由公式P=Fv可知,功率P一定与速率v成正比。(　　)解析 公式中的三个量,只有在其中一个量不变的情况下,才能判断其他两个量的关系。答案 ×
(3)发动机不能在实际功率等于额定功率的情况下长时间工作。(　　)解析 发动机可以在实际功率小于或等于额定功率情况下长时间工作,为避免发动机受到损害,应避免它在实际功率大于额定功率状态下长时间工作。答案 ×(4)汽车爬坡时,常常换用低速挡,以增大牵引力。(　　)解析 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,从而增大牵引力。答案 √
B.由P=Fv只能求某一时刻的瞬时功率C.由P=Fv可知,汽车的功率与它的速度成正比D.功率是表示做功快慢的物理量,而不是表示做功多少的物理量
解析 由 知,只要知道W和t就可求出时间t内的平均功率,故A错误;P=Fv既可以计算平均功率也可以计算瞬时功率,取决于速度是平均速度还是瞬时速度,故B错误;由P=Fv知,当F不变时,汽车的功率和它的速度是成正比的,当F变化时P与v关系不确定,故C错误;由功率的物理意义可知,功率是表示机械做功快慢的物理量,而不是表示做功多少的物理量,故D正确。答案 D
【情境导引】一辆汽车载重时和空车时,在公路上以相同的速度行驶。(1)两种情况下汽车的输出功率、牵引力是否相同?(2)你认为输出功率可能与哪些因素有关?要点提示 (1)汽车载重时输出功率较大、牵引力较大。(2)输出功率可能与牵引力、速度有关。
【知识点拨】1.公式 和P=Fv的比较
2.公式P=Fv中三个量的制约关系
画龙点睛 P=Fv可以理解为“某力的功率等于力与在力方向上速度的乘积”,也可以理解为“某力的功率等于速度与此力在速度方向上的分力之积”。
【实例引导】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,cs 37°=0.8,g取10 m/s2。求:(1)前2 s内重力做的功。(2)前2 s内重力的平均功率。(3)2 s末重力的瞬时功率。
解析 (1)木块所受的合外力F合=mgsin θ-μmgcs θ=mg(sin θ-μcs θ)=2×10×(0.6-0.5×0.8) N=4 N所以,重力在前2 s内做的功为W=mgssin θ=2×10×4×0.6 J=48 J。(2)重力在前2 s内的平均功率为(3)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=mgvsin θ=2×10×4×0.6 W=48 W。答案 (1)48 J　(2)24 W　(3)48 W
规律方法 求解功率时应该注意的问题(1)首先要明确是求哪个力的功率,汽车的功率是指汽车牵引力的功率,起重机的功率是指起重机钢丝绳拉力的功率。(2)若求平均功率,需明确是哪段时间内的平均功率,可由公式 或P=Fv来计算。(3)若求瞬时功率,需明确是哪一时刻或哪一位置的功率,应用公式P=Fv,如果F、v不同向,则投影到相同方向再计算。
变式训练1一个质量是1.0 kg的物体,从地面上方20 m高处开始做自由落体运动,g取10 m/s2,求:(1)前1 s内重力对物体做功的功率。(2)1 s末重力对物体做功的功率。(2)1 s末物体的瞬时速度v=gt=10 m/s,功率P=mgv=100 W。答案 (1)50 W　(2)100 W
【情境导引】汽车以不同的方式启动,一次保持发动机的功率不变,一次保持加速度不变,请思考:(1)发动机的功率不变时,汽车的加速度能否保持不变?(2)汽车的加速度不变时,发动机的功率能否保持不变?要点提示 (1)根据P=Fv,功率不变,速度增大时,牵引力必定减小,由牛顿第二定律可知,汽车的加速度减小。(2)加速度不变,则牵引力不变,由P=Fv可知,随着速度的增大,发动机的功率不断增大。
【知识点拨】1.机车以恒定功率启动(1)运动过程分析:
(2)运动过程的v-t关系图像如图所示:
2.机车以恒定加速度启动(1)运动过程分析:
(2)运动过程的v-t关系图像如图所示:(3)特点:①当实际功率小于额定功率时做匀加速直线运动;②当达到额定功率后做加速度减小的变加速运动,当加速度为零时达到最大速度。
3.机车启动过程中几个物理量的求法
【实例引导】例2在水平路面上运动的汽车的额定功率为100 kW,质量为1 t,设阻力恒定,且为车重的 。(g取10 m/s2)(1)求汽车在运动过程中所能达到的最大速度。(2)若汽车以0.5 m/s2的加速度从静止开始做匀加速直线运动,这一过程能维持多长时间?(3)若汽车以不变的额定功率从静止启动,当汽车的加速度为2 m/s2时,速度多大?
答案 (1)50 m/s　(2)80 s　(3)25 m/s
规律方法 用公式P=Fv处理机车启动问题时应注意的问题(1)公式P=Fv中的F指的是机车的牵引力,而不是合外力。(2)只有机车匀速运动时,牵引力F才等于它受到的阻力f的大小。(3)机车以恒定加速度启动时,匀加速结束时的速度并没有达到最终匀速运动的速度vmax。
变式训练2一辆质量为2.0×103 kg的汽车以额定功率P0=6.0×104 W在水平公路上行驶,汽车受到的阻力为一定值,在某时刻汽车的速度为v1=20 m/s,加速度为a1=0.50 m/s2。(g取10 m/s2)(1)汽车所能达到的最大速度vmax是多大?(2)若汽车从静止开始做匀加速直线运动(不是额定功率行驶),加速度大小为a2=1.0 m/s2,则这一过程能维持多长时间?
(2)汽车由静止启动后,随着速度的增大,牵引力的功率逐渐变大,当功率达到额定功率时,机车达到匀加速直线运动所能达到的最大速度v2,设此过程中机车的牵引力为F2,由牛顿第二定律得F2-f=ma2,又P0=F2v2,v2=a2t2,联立解得v2=15 m/s,t2=15 s。答案 (1)30 m/s　(2)15 s
1.一质量为m的木块静止在光滑的水平面上,从t=0开始,将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上,在t=T时刻F的功率是(　　)
2.(多选)两个质量相同的小球a、b位于同一高度,让a自由下落,b以一定的速率竖直下抛,不计空气阻力,在小球从开始运动到落到水平地面上的运动过程中,重力做功的平均功率分别为 ,落地时重力的瞬时功率分别为Pa、Pb,则(　　)
解析 两个质量相同的小球下降的高度相同,根据W=mgh知,重力做功相同,竖直下抛的物体有初速度,所以到达地面所用时间短、速度大,故平均功率、瞬时功率较大,选项B、C正确。答案 BC