第四章 第2节　功　率（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（教科版2019）

第2节　功　率 课程内容要求 核心素养提炼 1．理解功率的概念，能区分平均功率和瞬时功率、额定功率和输出功率． 2．掌握输出功率与作用力和速度的关系，学会分析汽车的启动问题． 1．物理观念：功率、平均功率、瞬时功率、额定功率、输出功率． 2．科学思维：解决汽车启动问题的方法． 3．科学态度与责任：功率在生活和科学技术中的应用． [对应学生用书P61] 1．定义：力对物体所做的功W与做功所用时间t的比． 2．定义式：P＝． 3．单位：在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，用W表示． 4．物理意义：功率是标量，它是表示物体做功快慢的物理量． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)力对物体做功越多，功率就越大．(×) (2)功率越大说明做功越快．(√) 1．额定功率：各种机械长时间正常工作允许输出的最大功率． 2．输出功率：动力机械带动其他机械工作时的功率，大多数情况下输出的实际功率小于额定功率． 3．功率与速度 (1)功率与速度关系式：P＝Fv(F与v方向相同). (2)推导 →P＝Fv． (3)在P＝Fv中，若v是平均速度，则P是平均功率；若v是瞬时速度，则P是瞬时功率． [思考] 越野汽车在上坡时为什么必须使用低速挡？ 提示　汽车的额定功率是一定的，根据P＝Fv，采用低速挡可以获得更大的牵引力． [对应学生用书P62] 探究点一　功率的理解和计算 　如图所示，滑雪运动员(可看作质点)在光滑斜坡上滑下，运动员质量为m，斜坡高为h，倾角为α.探究以下问题： (1)怎样计算运动员从坡顶滑到坡底过程中重力做功的平均功率？ 提示　 (2)怎样计算运动员到达坡底时重力的瞬时功率？ 提示　. 1．功率的定义式和计算式 定义式P＝ 计算式P＝Fv 适用条件 适用于任何情况下功率的计算 适用于F与v同向的情况 应用 求某个过程中的平均功率．当时间t→0时，可由定义式求瞬时功率 若v表示物体在时间t内的平均速度，则功率P表示力F在时间t内的平均功率；若v表示物体在某一时刻的瞬时速度，则功率P表示力F在该时刻的瞬时功率 物理量的关系 功率的大小用P＝来表示，但功率并不由W、t决定 P一定时，F与v成反比；v一定时，F与P成正比；F一定时，v与P成正比 2.公式P＝Fv的应用 (1)由于W＝Fx的表示形式适用于力(F)与位移(x)同方向的情况，故P＝Fv适用于力F和速度v同方向的情况． (2)当力F和速度v不在同一直线上时，也可以将力F分解为沿v方向的分力F1和垂直于v方向的分力F2，F2不做功，其功率为零，分力F1的功率即力F的功率；或者分解速度，用力F乘以沿F方向上的分速度来求，故其一般表达式为P＝Fv cos α. 如图所示，质量m＝2 kg的木块在倾角θ＝37°的足够长斜面上由静止开始下滑，木块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5，已知sin 37°＝0.6，cos 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)第2 s末重力的瞬时功率． 解析　分别由W＝Fx，P＝和P＝Fv求解． (1)木块所受的合外力 F合＝mg sin θ－μmg cos θ＝mg(sin θ－μcos θ) ＝2×10×(0.6－0.5×0.8) N＝4 N 木块的加速度a＝＝ m/s2＝2 m/s2 前2 s内木块的位移 x＝at2＝×2×22 m＝4 m 所以，重力在前2 s内做的功为 W＝mgx sin θ＝2×10×4×0.6 J＝48 J. (2)重力在前2 s内的平均功率为 P＝＝ W＝24 W. (3)木块在第2 s末的速度为 v＝at＝2×2 m/s＝4 m/s 第2 s末重力的瞬时功率为 P＝mg sin θ·v＝2×10×0.6×4 W＝48 W． 答案　(1)48 J　(2)24 W　(3)48 W [题后总结]　计算功率应该注意的问题 (1)首先应该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． [训练1]　中国的高铁技术居世界领先地位．通常，列车受到的阻力与速度的平方成正比，即f＝kv2.若列车以120 km/h的速度匀速行驶时机车的功率为P，则该列车以240 km/h的速度匀速行驶时机车的功率为(　　) A．2P　　　　　　　　　 B．4P C．8P D．16P C　[列车匀速行驶，牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，则F＝f＝kv2，因为P＝Fv＝kv3，故当速度变为原来的2倍时，功率变为原来