4.2 功率 课件 -2024-2025学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第二册

第四章 机械能及其守恒定律 第 2 节 功率 教学目标 1.理解功率的定义. 2.掌握功率与力、速度的关系，并能应用. 3.理解汽车启动的两种方式的区别，学会计算相关问题 一台耕地机一天能耕地约 20亩田地 一头牛一天能耕地 5 亩 田地 谁做功更快？ 一、做功快慢的描述 讨论与交流 方式一：由搬运工分批搬运，需时2h 方式二：用塔式起重机提升，需时8min 方式三：用升降机提升，需时1min （1）用不同的方式运送，对建材所做的功是否相同 （2）用这三种方式所用时间不同，做功的快慢如何描述？ 相同 可以用单位时间里做功的多少 一、做功快慢的描述 在建筑工地上分别采用以下三种方式，把1t的建材从地面运到三楼 1. 定义：功与完成这些功所用时间的比值，叫作功率。 2. 公式： 1 W＝1 J/s 3. 物理意义：反映物体做功的快慢。 4. 单位：瓦特（国际单位制）,简称瓦，符号是 W 5. 功率是标量 功率 一、做功快慢的描述 长时间运动时人的功率为数10W，优秀运动员可达1kW 长时间运动马的功率为数百瓦 鲸游动时功率可达350kW 小汽车的功率为数十千瓦至两百千瓦 高速列车的功率可达数万kW 万吨豪华游轮的功率可达1万kW以上 W＝Fl P＝Fv P＝ t Fl v＝ t l P ＝ t W 若力与位移的方向在同一直线： 1、关于功率的另一种表达形式 若力与位移的方向成某一角度 α 时 ： W＝Flcosα P＝Fvcosα P＝ t Flcosα v＝ t l P＝ t W 二、功率与力、速度 v F α v1 v2 F α v F2 F1 P＝vFcos α P＝Fvcos α 对公式：P＝Fvcos α的理解 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 讨论： 分别可以用哪个公式求平均功率和瞬时功率？ 2、平均功率和瞬时功率 （1）求平均功率 （v是平均速度） （2）求瞬时功率 （v是瞬时速度） 比较常用 (对应一段时间或一个过程) (对应一个时刻或一个位置) 汽车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率. 汽车的功率 汽车的牵引力 汽车的瞬时速度 反比 正比 正比 思考与讨论 对于公式 P = F v (1) 当P 一定时，F 和 v 有什么关系？ (2) 当F 一定时，P 和 v 有什么关系？ (3)当v 一定时，F 和 P 有什么关系？ 拓展——汽车的功率 那么请再思考： １、当汽车于恒定的功率上坡时，司机常用换低档的方法来减小速度，为什么？ ２、汽车上坡时，要保持速度不变，就必须加大油门，为什么？ ３、起重机在竖直方向匀速吊起某一重物时，为什么发动机的输出功率越大，吊起的速度就越大？ 思考:为什么汽车上坡时速度要比在平地上行驶的速度小得多呢？ G FN F牵 F阻 G FN F牵 F阻 例3.质量为 2 kg 的物体，受到 24 N 的竖直向上的拉力作用，由静止开始向上运动了 5 s，求： (取 g＝10 m/s2) (1) 5 s 内拉力对物体所做的功； (2) 5 s 内拉力的平均功率； (3) 5 s 末拉力的瞬时功率. 典例分析 解：首先分析物体的受力情况，如图 所示，其中 F 为拉力，mg 为重力，物体受一个大小为 4 N 的合力，方向向上由牛顿第二定律得物体的加速度 (2) 5 s 内拉力的平均功率为 P ＝F ＝24×5 W＝120 W (3) 5 s 末拉力的瞬时功率为 P＝Fv＝24×10 W＝240 W (1) 5 s 内拉力 F 对物体所做的功为 W＝Fs＝24×25 J＝600 J 当F=F阻时, a＝0 , v达到最大 保持vm匀速 瞬时速度v 牵引力F ＝ v P a ＝ m F－F阻 ↑ ↓ ↑ ↓ ↓ vm＝ F阻 P 加速度逐渐减小的变加速直线运动 匀速直线运动 (1) 以额定功率 P额 启动 结论：在额定功率下，当汽车做匀速运动时，速度最大. 拓展：汽车启动的两种方式 变加速 匀速 vm v t O 当F=F阻时, a＝0 , v达到最大 保持vm匀速 瞬时速度v 牵引力F ＝ v P a ＝ m F－F阻 ↑ ↓ ↑ ↓ ↓ vm＝ F阻 P 加速度逐渐减小的变加速直线运动 匀速直线运动 (1) 以额定功率 P额 启动 结论：在额定功率下，当汽车做匀速运动时，速度最大. 变加速 匀速 vm v t O t Pm P t O f阻 F t O t a t O t (1) 以额定功率 P额 启动 牵引力F牵一定 匀加速直线运动 达到最大速度 vm 变加速直线运动 P < P额，继续匀加速 v F a 保持 P额 继续加速 达到 P额 时速度 F > f阻 速度 v 功率 P 先匀加速再变加速最后匀速，当 F = f阻 时速度最大 v = at 加速度恒定 (2)以恒定牵引力F牵启动 18 机车启动过程中几个物理量的求法： 1、最大速度的求法 2、匀加速启动最长时间的求法 3、瞬时加速度的求法 匀加速的最后速度: F＝ma＋f阻 牵引力： 时间： v t O t1 匀速 变加速 匀加速 v1 vm t2 Pm P t O F t O a t O f阻 t1 t2 t1 t1 t2 (2)以恒定牵引力F牵启动 二、生产和生活中常见机械的功率 国产大功率机车首次登上“世界屋脊” 2014年8月15日，拉日铁路（拉萨至日喀则）正式开通，中国北车研制的和谐Ｎ３高原型火车头亮相“天路”，担当客运和货运牵引职责。这是国产大功率机车首次登上“世界屋脊”。 由于青藏高原空气稀薄，气压低，燃料 无法有效释放能量，中国工程技术人员攻破 了紫外线强、空气稀薄、长大坡道桥隧多等 多项难题，开发出适应高原的和谐Ｎ３型机 车，同时这也是我国目前性能最卓越的内燃 机车 。 cosθ 二、功率与力、速度 （1）以额定功率 P额 启动 （2）以恒定牵引力F牵启动 一、功率: 做功的快慢 本课小结 机车的两种启动方式 三、生产和生活中的常见机械的功率 1.某人用同一水平恒力F先后两次拉同一物体，第一次使此物体沿光滑水平面前进s距离，第二次使此物体沿粗糙水平面前进s距离，若先后两次拉力做的功为W1和W2，拉力做功的功率是P1和P2，则( ) A. W1=W2，P1=P2 B. W1=W2，P1＞P2 C. W1＞W2，P1＞P2 D. W1＞W2，P1=P2 B 巩固练习 2. 一辆汽车的额定功率为 100 kW，质量为 1.0×104 kg，设阻力恒为车重的 0.1 倍，取 g＝10 m/s2。 (1) 若汽车保持恒定功率运动，启动后能达到的最大速度是多大？ (2) 若汽车保持以 0.5 m/s2 的加速度匀加速运动，其匀加速运动能维持多长时间？当汽车行驶的速度为 8 m/s 时，汽车的加速度有多大？ THANK YOU . a＝＝2 m/s2 5 s内物体的位移为s＝×2×52 m＝25 m at2＝ 5 s末物体的速度为v＝at＝2×5 m/s＝10 m/s 5 s内物体的平均速度为×10 m/s＝5 m/sv＝＝ 解：(1)当a＝0，即F＝f时速度最大，由P＝Fv得 vm＝ m/s＝10 m/s。＝＝ (2)当汽车以a＝0.5 m/s2匀加速启动时 牵引力F1＝f＋ma＝kmg＋ma＝1.5×104 N 达到额定功率P时的速度为v1，则v1＝ m/s m/s＝＝ 由公式v＝at得匀加速运动维持的时间为t＝＝13.3 s 当汽车行驶速度为v2＝8 m/s时，汽车已达到额定功率P 则F2＝＝0.25 m/s2。 N＝1.25×104 N，故此时汽车的加速度为a′＝＝ $$