四、功率（培优教学课件）物理苏科版2024九年级上册

第十一章 简单机械和功 第四节 功率 江苏凤凰科学技术出版社 九年级物理 上册 义务教育教科书 从吃饭用的筷子 到中国空间站使用的机械臂， 机械已进入人类生活的方方面面。 机械无论多复杂，都是由简单机械组成的。 人们在叹服于机械的神奇和人类智慧的伟大之余，不禁会问：这些机械是依据什么原理工作的呢？ 1. 说明: ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约100MB. ……………………………………………………………………… 2. 视频资源：本ppt共有55张、4段视频，可根据需要选择点播. ①视频讲解——《功率的概念》 ②视频讲解——《测量引体向上的功率》 ③视频讲解——《功率变形公式及其应用》 ④课堂总结——《功率》 ……………………………………………………………………… 3. 免责声明：视频版权归原作者，如涉及版权问题，请联系删除。 4. 追责声明：课件版权归本工作室，侵权必究。 致老师、同学 导入新课 想一想： 小明的教室在五楼，通常上楼需要1.5min，有一次他快速跑步上楼只用了40s。 ①小明在两种情况下，做的功是否相同？ ②小明在两种情况下，做功的快慢是否相同？ 分析： 小明上楼前后两次升高的高度h相同，因为重力相等，根据W=Fs=Gh可知，做功相等。 由于两次上楼所用时间不等，所以做功的快慢不同。 1. 理解功率的概念。 2. 知道功率的公式、单位，会用功率的公式解题。 3. 能自己设计实验测量功率。 学习目标 1. 功率 2. 测量功率 3. 课堂总结 4. 实践与练习 5. 综合提升训练 学习内容 一、功率 第4节 功率 一、功率 1. 比较做功的快慢 （1）现象探究：比较做功的快慢 ①如图（a）（b）所示，两位搬运工人均从一楼搬运物体到楼上。若他们上行楼层的高度相同、物重相同，但所用时间不同，你能判断谁对货物做功快吗？请与同学交流你的判断方法。 （a）中工人做功快。 因为二人做功相同，（a）中工人所用时间少，所以做功快。 一、功率 ②如图（a）（b）所示，两位搬运工人均从一楼搬运物体到楼上。若他们上行楼层的高度相同、时间相同，但物重不同，你能判断谁对货物做功快吗？请与同学交流你的判断方法。 （a）中工人做功快。 因为二人做功所用时间相同，（a）中工人做功多，所以做功快。 一、功率 （2）探究总结： 要比较物体做功的快慢，必须考虑两个因素： 其一是物体做了多少功； 其二是物体做功所用的时间。 一、功率 想一想： 若做的功和所用时间都不相同，怎样比较做功的快慢呢? 时间不同，物重不同 一、功率 事例分析：图中是三个人（物体）做功的情景，怎样比较他们做功的快慢? 人 所做的功（J） 所用时间（s） 甲推货物前进 500 10 乙提高了货物 1200 6 丙举高了木箱 8000 5 甲 乙 丙 一、功率 物体 所做的功（J） 所用时间（s） 甲推货物前进 500 10 乙提高了货物 1200 6 丙举高了木箱 8000 5 功/时间（J/s） 50 200 1600 比较方法：分别计算三个物体所做的功与所用时间的比值，该比值越大，则做功越快。 所以丙做功最快，甲做功最慢。 结论：用 可以比较做功的快慢。 一、功率 ①时间相同，比较物体做功的多少，做功多的做功快。 ②做功相同，比较做功的时间，时间短的做功快。 ③功与时间都不相同，用可以比较做功的快慢。 该比值越大，做功越快。 （3）总结：比较做功快慢的方法 一、功率 一位大人和一位同学一起均从1楼爬到5楼，所用时间相等。他们做功相同吗？他们做功的快慢相同吗？ 想想议议 分析：图中两人从1楼爬到5楼，两人升高的高度相同，但由于两人的重力不同，根据W=Fs=Gh可知，两人做功不相同，大人比同学做的功多。 由于两人上楼所用的时间相等，所以大人做功比同学快。 一、功率 2. 功率 （1）物理意义：表示物体做功快慢的物理量。 （2）定义：功与做功所用时间的比叫作功率。它的大小等于单位时间内所做的功。 （3）公式： 功率 （4）单位 ①国际单位：焦/秒（J/s），又称瓦特，符号W，1W=1J/s ②工程技术中常用单位：千瓦(kW)、兆瓦（MW）。 1kW=103W 1MW=106W 一、功率 介绍 经历 主要成就 詹姆斯·瓦特（James Watt，1736年1月19日—1819年8月25日），英国发明家、企业家，第一次工业革命的重要人物，与著名制造商马修·博尔顿合作生产。 瓦特被誉为人类历史上最著名的发明家之一。在历史上最知名的229位发明家中，瓦特与爱迪生并列第一位。为纪念瓦特的贡献，国际单位制中的功率单位以瓦特命名。 1776年制造出第一台有实用价值的蒸汽机。以后又经过一系列重大改进，使之成为“万能的原动机”，在工业上得到广泛应用。他开辟了人类利用能源新时代，使人类进入“蒸汽时代”。 （5）物理学家——瓦特 一、功率 视频讲解——《功率的概念》 一、功率 3. 计算功率的推导公式 （1）推导 力F作用在物体上，物体沿力的方向以速度v 做匀速直线运动时，则力F 的功率： = v 即拉力做功的功率等于力与物体运动速度的乘积。 适用条件：物体做匀速直线运动，F与v在同一条直线上。 F 速度v 一、功率 （2）应用P=Fv分析问题 为什么汽车上坡时，司机经常用换挡的方法减小速度？ 为什么同样一辆机动车，在满载时的行驶速度一般比空载时小得多？ 【分析】机车发动机的最大功率是一定的。由P=Fv可知，牵引力的大小和运动速度成反比。汽车上坡时，需增大牵引力，故要减小速度。 货车在满载时需要增大牵引力，只能减小车辆行驶的速度。 汽车上坡减小速度 货车的速度小于小轿车的速度 一、功率 视频讲解——《功率变形公式及其应用》 一、功率 生产生活中常用功率表示人或机械做功的快慢，功率是机器的一个重要性能指标。 4. 机器的功率 一、功率 （1）机器中的铭牌 铭牌是指厂家生产的机器投放市场后，向用户提供厂家商标识别、品牌区分、产品参数等信息的固定标识。铭牌主要用来记载生产厂家及额定工作情况下的一些技术数据，以供正确使用而不致损坏设备。 铭牌上面标有一些数据，功率是其中的一项，机器的功率是机器的主要技术性能之一。选购机器时，要根据实际需要选择功率合适的机器。 一、功率 （2）一些机器的功率 脱水功率 420W 洗涤功率 70W 系列PN洗衣机 上市时间 2022.9 一、功率 人骑自行车时的功率通常为50～100W 排量为2L的家用小轿车的功率约为110kW 马长时间拉车的功率约为 750 kW 一、功率 万吨级远洋货轮的功率为 37～2 MW “和谐号”动车组的功率为5～23MW 蓝鲸游动时的功率可达 350 kW 一、功率 【例题1】体育课上，老师通过改变音乐的节奏来控制同学们完成20个仰卧起坐的快慢。调节后改变了同学们做仰卧起坐时（　） A．功率的大小 B．做功的多少 C．所需力的大小 D．重心上升的高度 A 【解析】 A．仰卧起坐中，要克服身体重力做功，老师通过改变音乐的节奏来控制仰卧起坐的快慢，可以改变做功的快慢，即改变功率的大小。故A正确； B．在仰卧起坐过程中，做功的多少不变，故B错误； C．在仰卧起坐过程中，所需力的大小不变，故C错误； D．在仰卧起坐过程中，重心上升的高度，故D错误。所以选A. 一、功率 【例题2】某人用图所示的牵引装置来锻炼关节的功能。重物的质量为3kg，若小腿拉绳使重物在 3s内匀速上升0.5m，试求绳子拉重物的功率。（不计摩擦力，g取10N/kg） 牵引示意图 一、功率 【分析】重物被匀速提升时，绳子对重物拉力的大小等于重物所受重力的大小，根据 W=Fs 计算出拉力做功，再根据就可求出绳子拉重物的功率。 【解】由题意，重物的质量m=3 kg，重物移动的距离s= 0.5m，经历的时间 t=3s。 重物匀速上升，由二力平衡条件，绳子对重物的拉力大小 F=G=mg = 3kg×10 N/kg =30 N 绳子拉重物做的功W = Fs = 30 N×0.5 m =15 J 绳子拉重物的功率 = 5W 一、功率 【讨论】拉力做功的快慢与重物移动的快慢有什么关系呢？我们可通过哪些方式改变绳子拉重物的功率，满足不同的锻炼需求？ 【解析】（1）功率与速度的关系= ，即功率等于拉力与重物移动速度的乘积。这意味着，在拉力一定的情况下，重物移动得越快，功率就越大，即拉力做功就越快；反之，重物移动得越慢，功率就越小，即拉力做功就越慢。 （2）改变重物的重力‌：重物越重，拉力越大，在相同时间内提高物体所需的功率就越大。所以通过调整重物的重力，可以改变绳子拉重物的功率。 另外也可以改变绳子的长度，或改变绳子拉重物的频率。 一、功率 【例题3】如图所示是当今流行的平衡车。某品牌平衡车的功率为240 W，能以10.8 km/h的速度在平直的道路上连续匀速行驶10km，则它在这个过程中受到的阻力为______N，行驶这1km所做的功为________ J。 80 8×104 【解析】①由公式 P ②行驶这10 km所做的功 W=Fs=80 N×103m=8×104J 二、测量功率 第4节 功率 二、测量功率 猜一猜：同组同学中，谁上楼时的功率大?你猜测时考虑了哪些因素? 想一想： （1）如何比较同学上楼时的功率?可以有哪些不同的方案? （2）如果要估测功率的大小，需要测量哪些物理量?用什么工具测量? 1. 估测上楼时的功率 分析： 由P=W/t=Gh/t 可知，要测量同学上楼时的功率，需要测量体重G（或质量m）、楼层的高度h和所用时间t。 二、测量功率 【实验原理】P=W/t. 【实验器材】体重计（或磅秤）、刻度尺、停表。 【实验步骤】 ①用体重计（或磅秤）测出自己的质量m； ②用刻度尺测出所登楼层的高度h； ③用停表测出自己上楼所用时间t； ④计算出自己爬楼的功率。 【功率表达式】 二、测量功率 【实验原理】P=W/t. 【实验器材】体重计（或磅秤）、刻度尺、停表。 【实验步骤】 ①用体重计（或磅秤）测出自己的质量m； ②用刻度尺测出完成一次规范引体向上动作时上升的高度h； ③用停表测量出连续完成n次规范引体向上动作时需要的时间t； ④计算出自己引体向上的功率。 【功率表达式】 2. 测量引体向上的功率 二、测量功率 视频讲解——《测量引体向上的功率》 二、测量功率 【例题4】小华想利用所学的物理知识估测自己跳绳时克服重力的平均功率（不计绳重）。 （1）用体重计测量自己的质量m； （2）估测自己平均每次跳起的高度h（人的重心上升的高度）； （3）用_________（填测量器材）记录跳n次所用的时间t； （4）数据处理：平均功率P＝________； （5）小明和小华两人想比较跳绳的平均功率（假设两人跳起的平均高度相同），则________。 A．频率相同，体重大的功率大 B．频率相同，跳的时间长的功率大 C．体重相同，频率高的功率小 D．体重相同，跳的时间长的功率大 秒表 A 【解析】（3）要测量功率大小，则必须测量做功W和做功所用时间，故用秒表记录跳n次所用的时间t。 （4）估测自己跳绳时克服重力的平均功率，需要测出在一段时间里做的功，要知道跳绳时克服重力做的功，就要测出自己的体重m和跳起的高度h，算出跳一次做的功，再数出在一段时间里跳的次数，算出总功，根据题意可知，小华受到的重力为 G=mg 每次克服重力所做的功为 W=Gh=mgh 则跳n次所做的总功为 W总=nW=nmgh 根据功率的定义可知，这段时间内的平均功率为 二、测量功率 三、课堂总结 第4节 功率 课堂总结（1） ①物理意义：表示做功快慢的物理量。 ②定义：功与做功所用时间的比叫作功率。 ③公式： 功率 ④单位：国际单位是瓦特，1W=1J/s 常用单位有：kW、MW 1kW=103W，1MW=106W ⑤功率计算的推导公式：P=W/t=Fs/t =Fv ①实验原理：P=W/t. ②实验器材：体重计、刻度尺、停表。 ③实验步骤：测质量、测时间、测高度； ④表达式P=mgh/t 功率 功 率 测量功率 课堂总结（2） 物理量 定义 物理意义 公式 单位 功W 功率P J（焦） W（瓦） W=Fs P=W/t 功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。 功与做功所用时间之比叫做功率。 表示做功 的快慢 表示力 的“成效” 功与功率的区别 课堂总结（3） 四、实践与练习 第4节 功率 实践与练习 已知: t=0.5 min = 30 s F = 20 N s = 15 m 求: W、P. 解: W=Fs=20N×15m=300J. P=W/t=300J/30s=10W. 1. 刘明用20N的水平推力使超市的购物车在水平路面上前进了15m，所用的时间是0.5min。在此过程中他做了多少功?功率是多大? 实践与练习 已知: P=70kW =7×104 W，t=10 min = 600 s. 求: W. 解: W=Pt=7×104W×600s=4.2×107J. 2. 一辆轿车在以70kW的功率行驶10min。该汽车的发动机做了多少功? 实践与练习 已知: F=1.4×105N，v=2v声=680m/s， t=10s. 求: W、P. 解: W=Fs=Fvt=1.4×105N×680m/s×10s=9.52×108J. P=W/t= 9.52×108J /10s=9.52×107w 3. 如图所示是我国自行研制的具有国际先进水平的歼-20战斗机。设发动机用约1.4×105N的推力能使战斗机以2倍声速（设声速为340m/s）飞行，10s内发动机做了多少功?发动机的功率是多大? 实践与练习 【解析】测量出自己的体重G、每次引体向上身体重心上升的高度h和每次引体向上所用的时间t（最好是几次的平均值t/n）。 所用的公式为 P=W/t=Gh/t=Ghn/t。 取G=500N，高度h=0.5m，所用的时间t=10s，n=5。 功率约为P=W/t=Gh/t= 500N×0.5m×5/10=125W。 4. 在做引体向上时，拉力做功使身体上升。请根据自己的体验，写出做引体向上时功率的表达式，并估算出功率的大小。 五、综合提升训练 第4节 功率 综合提升训练 【解析】 “单位时间”内做的功，叫做功率，表示做功的快慢。 功率取了相同的单位时间，即1s，所以是时间相同比较功。 1. 采用功与时间比值的方法，得到“单位时间”内做的功，这样就方便比较做功的快慢了，这个比值叫做_________。这种方法，实质上还是用_______________（选填“时间相同比较功”或“功相同比较时间”）来比较做功快慢的。 功率 时间相同比较功 综合提升训练 【解析】由题知，箱子在水平地面上运动，在重力的方向上没有移动距离，所以重力做功为0J。小明对木箱做功为W=Fs=200N×4m=800J 木箱又向前自由滑行了1m，因为木箱具有惯性而滑动，没有力的作用，故重力不做功。小明的功率为P=W/t=800J/10s=80W 2. 如图所示，小明用200N的水平力推着重为300N的木箱在水平地板上10s前进了4m，松手后，木箱又向前自由滑行了1m后静止。整个过程中，木箱的重力做功_____J，小明对木箱做功_____J，功率是______W。 800 0 80 综合提升训练 【解析】AB．对两个物体是大小相等的力F，两个物体在力F的方向上移动的距离都是s，根据W=Fs可知，两次力对物体做的功一样多，故AB不符题意； CD．两次所用的力对物体所做的功一样多，且所用的时间相同，根据P=W/t 知，功率的大小相同，故C符合题意，D不符合题意。所以选C. 3. 如图所示，用大小相同的力F，使质量不同的两物体沿力的方向移动相同的距离s，所用的时间相同，则两次所用的力对物体所做的功和功率（　　） A．图甲做的功较多 B．图乙做的功较多 C．甲、乙的功率一样大 D．图甲的功率一定比图乙大 C 综合提升训练 4．图中的甲乙两人想进行爬楼梯比赛，请你设计一个实验方案比较他们登楼梯功率的大小。 （1）测量所需要的器材：______________；（要求写出三种器材） （2）小丽同学设计的测量步骤如下，请你完成填空并选出你认为其中多余的步骤是：（ ） A、测出两人的体重分别为______和_______ ； B、测出楼梯的总长度为s； C、测出一楼到三楼的竖直高度为h； D、测出两个人上楼梯所用的时间分别为____和___； E、据公式__________，可算出两人爬楼梯的功率。 （3）请你帮小丽设计一个实验记录表格 。 体重计、刻度尺、秒表 G甲 P=mgh/t B G乙 t乙 t甲 【解析】（1）进行爬楼梯比赛时，要克服重力做功，克服重力做功的功率 P=W/t=Gh/t=mgh/t 所以需用磅秤测人的质量m，用卷尺测竖直的高度h，用秒表测所用时间t。 （2）由P=W/t=Gh/t=mgh/t可知，在小丽设计的测量步骤中，多余的是测出楼梯的总长度为L。故选B。 （3）根据测量的物理量，实验记录表格如下所示： 综合提升训练 人物 质量m/kg 高度h/m 时间t/s 功率P/W 甲         乙         综合提升训练 5. 如图所示的是一种智能装卸机器人，它能够代替人工进行货物装卸。该机器人在10s内将质量为800kg的货物沿竖直方向匀速提升2m。g取10N/kg，求： （1）货物所受的重力； （2）机器人提升货物的功率。 【解析】（1）货物所受的重力G=mg=800kg×10N/kg=8×103 N （2）机器人提升货物的功率 综合提升训练 6．如图1是古时劳动人民用工具抬起木料的情景，如图2中已知其中BO:OC=1:5，木料的重力为2×104N。 （1）如图2，在B端有一木材对绳子的力F1为1×104N，当F2为多大时，木料刚好被抬起？ （2）随着时代发展，亮亮同学发现吊车能更方便地提起重物。如图3用一吊车匀速向上提起木材，已知提升的功率为P=10kW，那这个吊车在10s内可以将该木料提升的高度为多高？ 【解析】（1）在B端木材对绳子的力F1为1×104N，由杠杆平衡条件得 F1×OB=F2×OC 由于BO:OC=1:5 则木料刚好被抬起时，力F2大小 （2）提升的功率为P=10kW，由得，吊车匀速向上提起木材，拉力等于木料重力，则提升速度 吊车在10s内可以将该木料提升的高度 h=vt=0.5m/s×10s=5m 综合提升训练 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$