8.1.2功和功率 课件-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第八章 机械能守恒定律 人教版 必修二 8.1功和功率 1.理解功率的概念，知道功率的定义和定义式P=W/t,能用公式P=W/t解答有 关的问题。 2.知道公式P=Fv的物理意义，能够用公式P=Fv解答有关的问题。 3.理解额定功率、实际功率；掌握机车启动的两类问题的分析方法。 一、学习目标 二、新知讲解 2、机车启动 1、功率 目 录 做同样的功 谁更快 二、新课引入 建筑工地上有两台起重机将重物吊起，下表是它们的工作情况记录： 起重机编号 被吊物体重力 匀速上升速度 上升的高度 所用时间 做功 A 2.0×103N 4 m/s 16 m 4 s 3.2×104J B 4.0×103N 3 m/s 6 m 2 s 2.4×104J 问题1：哪台起重机做功多？ 问题2：哪台起重机做功快？ 我们该如何描述这一做个做功的快慢呢？ 二、新课引入 功率 PART 1 6 功率 1.定义：功跟完成这些功所用时间的比值，叫做功率。 3.国际单位：瓦特，简称瓦，符号是W 1W＝1J/s=1N•m/S. 常用单位：千瓦（kW），1kW＝1000W=103W； 1马力=735瓦 4.物理意义：描述物体做功快慢的物理量。 （P越大——做功越快） 5.功率是标量。表示做功过程中能量转化的快慢。 2.定义式： (单位时间做功的多少) 比值定义法 三、新知讲解 7 W＝Flcosα P＝ t W P＝Fvcosα P＝ t Flcosα v F α v1 v2 F α v F2 F1 P＝vFcosα P＝Fvcosα v＝ t l 功率的另一种表达式 三、新知讲解 平均功率与瞬时功率 即使是同一个力做功，做功的功率也可能是变化的，在一段时间内力对物体做功的功率，实际上是这段时间内力对物体做功的平均功率。 平均功率：描述在一段时间内做功的平均快慢 瞬时功率：表示在某一时刻做功的快慢 当 t 很短很短时，此式表示瞬时功率 当 t 表示一段时间时，此式表示平均功率 三、新知讲解 9 （2）机车发动机的功率指牵引力的功率而不是合外力或阻力的功率 。起重机调起货物的功率指钢绳拉力的功率。 说明： （1）实际功率大于额定功率：超负荷，会损坏机械，只能较短时间。 实际功率等于额定功率：满负荷 三、新知讲解 10 两个公式的对比 P＝W/t P＝Fv 适用条件 (1)功率的定义式，适用于任何情况下功率的计算，一般用来求平均功率(2)当时间t→0时，可由定义式确定瞬时功率 (1)功率的计算式，仅适用于F与v同向的情况，若不同向，P＝W/t＝Flcos α/t＝Fvcos α (2)v为平均速度时功率为平均功率，v为瞬时速度时功率为瞬时功率. 联系 (1)公式P＝Fv是P＝W/t的推论 (2)功率P的大小与W、t无关 三、新知讲解 典例1 某人用同一水平力F先后两次拉同一物体，第一次使此物体从静止开始在光滑水平面上前进l距离，第二次使此物体从静止开始在粗糙水平面上前进l距离。若先后两次拉力做的功分别为W1和W2，拉力做功的平均功率分别为P1和P2，则 A.W1＝W2，P1＝P2 B.W1＝W2，P1＞P2 C.W1＞W2，P1＞P2 D.W1＞W2，P1＝P2 三、新知讲解 12 典例2 在光滑水平面上，一个物体在水平恒力F作用下从静止开始做加速运动，经过一段时间t，末速度为v。求以下两个功率并指出是平均功率还是瞬时功率。 (1)在t时间内力F的功率； (2)在t时刻力F的功率。 【解析】（1）在t时间内力F的功率为平均功率 （2）　t时刻力F的功率为瞬时功率 P＝Fv。 三、新知讲解 13 机车启动 PART 2 14 额定功率和实际功率 1.额定功率：是指机器正常工作时的最大输出功率，也就是机器铭牌上的标称值。 2.实际功率：是指机器在工作中实际输出的功率。 注意：a.机器正常工作时实际功率总是小于或等于额定功率，机器只能 在短暂时间内实际功率略大于额定功率。 b.某台机器的功率，或某物体做功的功率，实际上是指某个力对物体做 功的功率，不是合力的功率。如：汽车的功率就是汽车牵引力的功率。 三、新知讲解 P额：额定功率 P实：实际功率 F： 牵引力 v： 瞬时速度 f： 阻力 机车启动问题 三、新知讲解 当F=F阻时， a＝0 ，v达到最大 保持 vm 匀速 v F ＝ v P a＝ m F－F阻 ↑ → ↓ ↑ → → ↓ ↓ vm＝ F阻 P F阻 F F阻 F vm v—t 图像 加速阶段 的图像 匀速阶段 的图像 a减小的变加速运动 匀速运动 vm v t 0 以恒定功率启动 三、新知讲解 【典例3】质量为m=5×103 kg的汽车在水平公路上行驶，阻力是车重的0.1倍。让车保持额定功率为60 kW,从静止开始行驶，求（g取10 m/s2）： （1）汽车达到的最大速度vmax; （2）汽车车速v1=2 m/s时的加速度. 答案：12m/s； 5m/s2 三、新知讲解 【典例4】列车在恒定功率的机车牵引下，从车站出发沿平直轨道行驶10 min，速度达到108 km/h的最大速度，那么这段时间内列车行驶的距离（ ） A.等于18 km B.等于9 km C.一定小于9 km D.一定大于9 km，小于18 km D 三、新知讲解 当F= F阻时， a＝0 ，v达到最大 保持 vm 匀速 F＝ v P额 a＝ m F－F阻 ↑ → ↓ v ↑ ↓ → → ↓ vm＝ F阻 P额 加速度逐渐减小的变加速直线运动 匀速直线运动 a＝ m F－F阻 → → → → F → v ↑ P ＝F v ↑ ↑ → 当P= P额时，保持P额继续加速 匀加速直线运动 以恒定加速度启动 三、新知讲解 运动过程与v- t图像 v0=0，F恒 F阻 F牵 F牵=F阻，vm=P/F阻 F阻 F牵 vm v↑，P=P额 v—t 图像 匀加速阶段的图像 匀速阶段的图像 匀加速运动 匀速运动 a减小的变加速直线运动 变加速阶段的图像 v t 0 vm 三、新知讲解 1.机车做匀加速运动只能维持一段时间,当功率增大到额定功率时,匀加速运动结束，此时速度为v1，匀加速时间为t1,则 t1= P额 (ma+F阻)a 3.匀加速结束的条件是：P实=Pmax=P额 2.达到最大速度的本质条件:a=0 4.达到最大速度时，有 P额=F阻vm P额=Fv1=(ma+F阻)v1 =(ma+F阻)at1 三、新知讲解 22 【典例5】质量为m=4.0×103 kg的汽车，发动机的额定功率为P=40 kW，汽车从静止开始以a=0.5 m/s2的加速度行驶，所受阻力F阻=2.0×103 N，则汽车匀加速行驶的最长时间为多少？汽车可能达到的最大速度为多少？ 【答案】20 s 20 m/s 三、新知讲解 【典例6】一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5 s内做匀加速直线运动，5 s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其v—t图象如图所示.已知汽车的质量为m=2000 kg，汽车受到地面的阻力为车重的0.1倍，则（ ） A.汽车在前5 s内的牵引力为4000 N B.汽车在前5 s内的牵引力为6000N C.汽车的额定功率为60 kW D.汽车的最大速度为30 m/s BCD 1.(2022·明达中学高一开学考试)小强背着10 kg的书包从一楼跑上五楼，用时40 s。关于小强对书包做功的功率估算正确的是(g取10 N/kg) A.3 W B.30 W C.300 W D.3 000 W 四、当堂训练 25 2.(多选)关于功率，以下说法正确的是 A.单位时间内物体做功越少，其功率越小 B.物体做功越多，它的功率就越大 C.物体做功越快，它的功率就越大 D.额定功率是发动机长时间正常工作时的最大输出功率 【答案】ACD 【解析】根据P＝ 可知，单位时间内物体做功越少，其功率越小，故A正确；物体做功越快，说明单位时间内物体做功越多，则它的功率就越大，故C正确，B错误；额定功率是发动机长时间正常工作时的最大输出功率，故D正确。 四、当堂训练 26 3、质量为m的汽车，其发动机的额定功率是P，当它匀速沿倾角θ的盘山公路(实为斜面)向山顶行驶时，受到的摩擦阻力为车重的k倍．那么，该汽车行驶的最大速度vm应是 (　　) 解析：当F＝kmg＋mgsinθ时，速度最大为vm，又额定功率P＝Fvm，则有vm＝ C 4、一辆汽车在水平路面上由静止启动，在前5s内做匀加速直线运动，5s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其v-t图像如图所示。已知汽车的质量，汽车受到的阻力为车力的，g取10m/s2，则（ ） A．汽车在前5s内受到的阻力大小为200N B．前5s内的牵引力大小为 C．汽车的额定功率为20kW D．汽车的最大速度为30m/s D 四、当堂训练 5.(2020·江苏卷)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 W　　　B.30 kW　　　C.36 kW　　　D.300 kW 【答案】C 【解析】汽车匀速行驶，牵引力F等于阻力Ff，实际功率P＝Fv＝Ffv＝1.8×103×20 W＝3.6×104 W＝36 kW，故选项C正确。 四、当堂训练 29 2.定义式： 1.物理意义：表示做功快慢的物理量 3.计算式：P = F v cosα 一般用于求平均功率 4.单位：国际单位—— 瓦特 （W） 一般用于求瞬时功率 功 率 功和功率 机车启动 以恒定功率启动 以恒定加速度启动 五、课堂小结 30 【答案】B 【解析】两次拉物体用的力都是F，物体的位移都是l，由W＝Flcos α可知W1＝W2；物体在粗糙水平面上前进时，加速度a较小，由l＝at2可知用时较长，再由P＝可知P1>P2，选项B正确。 ＝＝Fv 【答案】B 【解析】一层楼的高度大概有3 m，上升4层的高度，则有W＝mgh＝10×10×4×3 J＝1 200 J，小强对书包做功的功率约为P＝＝ W＝30 W，所以B正确，A、C、D错误。 $$