高一物理培優(yōu)人教版必修2課件 第七章第三節(jié)《功率》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第三節(jié)功率 1 理解功率的概念 知道平均功率和瞬時(shí)功率 2 掌握平均功率和瞬時(shí)功率的計(jì)算方法 3 知道機(jī)械的額定功率和實(shí)際功率的區(qū)別 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 平均功率和瞬時(shí)功率的計(jì)算方法 2 機(jī)車(chē)兩種方式啟動(dòng)問(wèn)題的求解 易錯(cuò)問(wèn)題 計(jì)算力與速度不同向的瞬時(shí)功率時(shí) 錯(cuò)用公式P F v 基礎(chǔ)知識(shí)梳理 一 功率1 物理意義 功率是表示 的物理量 2 定義 功W跟完成這些功所用時(shí)間t的比值 3 定義式 做功快慢 4 單位 國(guó)際單位制中 功率的單位為 簡(jiǎn)稱(chēng) 符號(hào)是 W 1J s 1kW W 說(shuō)明 功率有平均功率與瞬時(shí)功率之分 利用公式P W t計(jì)算的是一段時(shí)間內(nèi)的平均功率 5 額定功率和實(shí)際功率 1 額定功率 電動(dòng)機(jī) 內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力機(jī)械在 條件下可以長(zhǎng)時(shí)間工作的 功率 瓦特 瓦 W 1 103 正常 最大 2 實(shí)際功率 電動(dòng)機(jī) 內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力機(jī)械工作時(shí) 的功率 說(shuō)明 實(shí)際輸出功率一般情況下小于額定功率 但在特殊情況下 如汽車(chē)越過(guò)障礙時(shí) 可以使實(shí)際功率在短時(shí)間內(nèi)大于額定功率 二 功率與速度1 當(dāng)一個(gè)力與物體運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線上時(shí) 這個(gè)力對(duì)物體做功的功率等于 與物體 的乘積 實(shí)際消耗 力 運(yùn)動(dòng)速度 2 關(guān)系式 P 1 若v是物體的平均速度 則P Fv對(duì)應(yīng)時(shí)間t內(nèi)的 功率 2 若v是瞬時(shí)速度 則P表示該時(shí)刻的 功率 說(shuō)明 物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 作用在物體上的恒力的瞬時(shí)功率與平均功率相等 Fv 平均 瞬時(shí) 核心要點(diǎn)突破 一 對(duì)P W t與P Fv的理解1 P W t是功率的定義式 適用于任何情況下功率的計(jì)算 既適用于人或機(jī)械做功功率的計(jì)算 也適用于一般物體做功功率的計(jì)算 既適用于合力或某個(gè)力做功功率的計(jì)算 也適用于恒力或變力做功功率的計(jì)算 一般用于求解某段時(shí)間內(nèi)的平均功率 2 P Fv 適用于F與v同向的情況 但如果二者夾角為 則用P Fvcos 來(lái)計(jì)算功率 P Fvcos 不僅適用于求平均功率 也適用于求瞬時(shí)功率 若F為變力 v為某時(shí)刻的瞬時(shí)速度 則P為該時(shí)刻的瞬時(shí)功率 若F為恒力 v為時(shí)間t內(nèi)的平均速度 則P表示時(shí)間t內(nèi)的平均功率 必須注意F v P的同時(shí)性 在P一定時(shí) F與v成反比 在F一定時(shí) P與v成正比 二 機(jī)車(chē)啟動(dòng)問(wèn)題1 對(duì)機(jī)車(chē)等交通工具啟動(dòng)類(lèi)問(wèn)題 應(yīng)明確P Fv中 P為發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率 機(jī)車(chē)正常行駛中實(shí)際功率小于或等于額定功率 F為發(fā)動(dòng)機(jī) 機(jī)車(chē) 的牽引力 v為機(jī)車(chē)的瞬時(shí)速度 2 機(jī)車(chē)啟動(dòng)的兩種方式 1 以恒定功率啟動(dòng) 所以機(jī)車(chē)達(dá)到最大速度時(shí) 特別提醒P Fv中F為牽引力 速度達(dá)到最大時(shí)vmax P Ff 該式提供了一種求vmax及Ff的方法 2 以恒定加速度啟動(dòng) 這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程的v t關(guān)系如圖7 3 2所示 其中v0 P額 F F Ff ma vmax P額 Ff 圖7 3 2 3 機(jī)車(chē)以恒定加速度啟動(dòng)時(shí)的分段處理 圖7 3 2中 0 t0段P均勻增加 P Fv a不變 v均勻增加 可按勻加速直線運(yùn)動(dòng)處理 t0時(shí)刻P增至P額 v0 P額 F t0 t1段P P額 功率不變 Ff不變 但牽引力和a變小 此階段牽引力是變力 牽引力的功為W P t1 t0 t1時(shí)刻后 P額 Ff vmax成立 特別提醒1 機(jī)車(chē)以恒定加速度啟動(dòng)時(shí) 勻加速結(jié)束時(shí)的速度 并未達(dá)到整個(gè)過(guò)程的最大速度vmax 2 P Fv中因?yàn)镻為機(jī)車(chē)牽引力的功率 所以對(duì)應(yīng)的F是牽引力并非合力 這一點(diǎn)應(yīng)引起注意 3 只有當(dāng)汽車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) F Ff 課堂互動(dòng)講練 質(zhì)量為2kg的物體 受到24N豎直向上的拉力 由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)5s 求5s內(nèi)拉力對(duì)物體所做的功是多少 5s內(nèi)拉力的平均功率及5s末拉力的瞬時(shí)功率各是多少 g取10m s2 思路點(diǎn)撥 物體在恒力作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 是一個(gè)勻加速運(yùn)動(dòng) 可結(jié)合牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解平均功率和瞬時(shí)功率 解析 對(duì)物體受力分析 如圖7 3 3所示由牛頓第二定律得 圖7 3 3 5s內(nèi)物體的位移x 1 2at2 1 2 2 52m 25m 其方向豎直向上 5s末物體的速度v at 2 5m s 10m s 其方向豎直向上 故5s內(nèi)拉力的功為W Fx 24 25J 600J 5s內(nèi)拉力的平均功率為P W t 600 5W 120W 5s末拉力的瞬時(shí)功率為P Fv 24 10W 240W 答案 600J120W240W 點(diǎn)評(píng) 在求解功率時(shí)應(yīng)注意 1 首先一定要明確是求哪一個(gè)力的功率 還是求合力的功率 2 若求平均功率 還需明確是求哪段時(shí)間內(nèi)的平均功率 一般用公式P W t來(lái)計(jì)算 3 若求瞬時(shí)功率 需明確是哪一時(shí)刻或哪一位置 再確定該時(shí)刻或該位置的速度 應(yīng)用公式P Fv 如果F v不同向 則用P Fvcos 來(lái)計(jì)算 A 保持不變B 不斷變大C 不斷變小D 先變大 后變小解析 選D 在最高點(diǎn)時(shí) 由于速度為零 重力對(duì)小球做功的功率為P Fv 0 在最低點(diǎn)時(shí) 由于速度與重力方向垂直 重力對(duì)小球做功的功率P Fvcos90 0 由此可見(jiàn) 選項(xiàng)D正確 2010年鄭州高一檢測(cè) 質(zhì)量為m 5 103kg的汽車(chē)在水平公路上行駛 阻力是車(chē)重的0 1倍 讓車(chē)保持額定功率為60kW 從靜止開(kāi)始行駛 求 g取10m s2 1 汽車(chē)達(dá)到的最大速度vmax 2 汽車(chē)車(chē)速v1 2m s時(shí)的加速度 思路點(diǎn)撥 汽車(chē)的功率即為牽引力的功率 則P Fv 當(dāng)F F阻時(shí) 速度為vmax 當(dāng)汽車(chē)以額定功率啟動(dòng)時(shí)P P0不變 可由求解不同速度對(duì)應(yīng)的牽引力 解析 1 由P Fv F阻vmax得 2 由P Fv得F P v 當(dāng)v1 2m s時(shí) 由牛頓第二定律得F1 F阻 ma 所以 答案 1 12m s 2 5m s2 點(diǎn)評(píng) 機(jī)車(chē)以額定功率啟動(dòng)時(shí) 其運(yùn)動(dòng)可分為兩個(gè)過(guò)程 第一個(gè)過(guò)程是加速度逐漸減小的變加速直線運(yùn)動(dòng) 第二個(gè)過(guò)程就是勻速直線運(yùn)動(dòng) 2 列車(chē)在恒定功率的機(jī)車(chē)牽引下 從車(chē)站出發(fā)沿平直軌道行駛10min 速度達(dá)到108km h的最大速度 那么這段時(shí)間內(nèi)列車(chē)行駛的距離 A 等于18kmB 等于9kmC 一定小于9kmD 一定大于9km 小于18km 解析 選D 如圖所示列車(chē)以恒定功率做變加速運(yùn)動(dòng) 其位移為曲線下方的面積 若是勻加速運(yùn)動(dòng)則x1 108 2 1 6km 9km 若以vm勻速運(yùn)動(dòng) 則x2 108 1 6km 18km 所以 以恒定功率行駛的距離x1 x x2 即9km x 18km 故選D 思路點(diǎn)撥 汽車(chē)從靜止開(kāi)始的加速運(yùn)動(dòng)可以分為兩個(gè)階段 第一階段中 汽車(chē)從靜止開(kāi)始 以恒定加速度a作勻加速直線運(yùn)動(dòng) 在這一個(gè)階段中 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力為恒力 即F ma F阻 這里F阻為運(yùn)動(dòng)中受到的大小恒定的阻力 由于發(fā)動(dòng)機(jī)功率P Fv ma F阻 v 汽車(chē)的速度從零逐漸增大 所以發(fā)動(dòng)機(jī)的功率是從零逐漸增大到額定功率 第二階段中 由于發(fā)動(dòng)機(jī)的功率已經(jīng)達(dá)到最大值 隨著運(yùn)動(dòng)速度不斷增大 牽引力逐漸變小 汽車(chē)的加速度也隨之變小 這一階段中汽車(chē)加速度逐漸減小而速度仍不斷增大 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力等于阻力時(shí) 汽車(chē)有最大速度 解析 設(shè)汽車(chē)勻加速行駛時(shí) 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力為F 則根據(jù)牛頓第二定律F F阻 ma得F ma F阻 4 0 103 0 5N 2 0 103N 4 0 103N 設(shè)汽車(chē)勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程的末速度為v 由P Fv得根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v at 有 當(dāng)汽車(chē)加速度為零時(shí) 汽車(chē)有最大速度vmax 此時(shí) 牽引力F F阻 則 答案 20s20m s 點(diǎn)評(píng) 把汽車(chē)在勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的末速度當(dāng)成汽車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能達(dá)到的最大速度是解答本題時(shí)易犯的錯(cuò)誤 3 質(zhì)量為100t的機(jī)車(chē)從停車(chē)場(chǎng)出發(fā) 做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 經(jīng)225m后速度達(dá)到54km h 此時(shí)司機(jī)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī) 讓機(jī)車(chē)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)站 機(jī)車(chē)又行駛了125m才停在站臺(tái)上 設(shè)機(jī)車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受阻力不變 求 機(jī)車(chē)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)前所受的牽引力 解析 在加速階段 由牛頓第二定律得F引 F阻 ma1 100 103 0 5N 5 104N 減速階段 初速度v1 15m s末速度v2 0位移x2 125m由v2t v20 2ax得加速度a2 v21 2x2 0 9m s2 負(fù)號(hào)表示a2方向與v1方向相反由牛頓第二定律得F阻 ma2 105 0 9 N 9 104N 由 得 機(jī)車(chē)的牽引力F引 1 4 105N 答案 1 4 105N 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全