第3节 能量转化的量度（第2课时）（培优教学课件）科学浙教版九年级上册

第三章 能量的转化与守恒 九年级上册•浙教版 第3节 能量转化的量度（第2课时） 在建筑工地上需要把一块水泥板搬运到某一楼层，如果用起重机来提升只需要几十秒钟，如果让工人搬运上去可能需要几十分钟。为什么做同样大小的功，所需时间不同呢？ 导入新课 怎样比较做功的快慢呢？ 在建筑工地上需要把一块水泥板搬运到某一楼层，不论用起重机来提升还是让工人搬运上去，至少需要做的功（克服水泥板的重力做功），功的大小相同，但所需时间不同，也就是说做功的快慢是不同的。 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。 想一想： 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。 导入新课 视频讲解——《做功快慢一样吗？》 学习目标 1. 知道功率的定义和所表示的物理意义 2. 能应用功率的定义式进行简单的计算 3. 能结合生活中的实例说明功率的含义 4. 课堂总结 5. 练习与应用 6. 提升训练 能量转化的量度 重点难点 重点 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。 难点 通过分析和解决生产生活中的实际问题，加深对功率定义式的理解，培养将物理知识与生产生活相联系的意识。 1. 功率 2. 功率的计算 3. 课堂总结 4. 练习与应用 5. 提升训练 学习内容 能量转化的量度 一、功率 第3节 能量转化的量度 一、功率 想一想：我们是怎样比较物体运动的快慢的？ ①相同路程比较时间，时间短的运动快，时间长的运动慢； ②相同时间比较路程，路程长的运动快，路程短的运动慢； ③根据公式计算速度，直接进行比较。 要比较不同物体做功的快慢，必须同时考虑两个因素： 一个是物体做功的大小；另一个是物体做功所用去的时间。 一、功率 物质的密集程度 用单位体积的质量来表示 用单位面积所受压力表示 单位时间通过的距离表示 压力的作用效果 运动的快慢 密度 压强 速度 物理意义 物理量 公式 做功的快慢 ……？ 一、功率 做功的快慢可以用单位时间内所完成的功的多少来表示。 功率的概念 单位时间里完成的功叫做功率 功率的物理意义 物体做功的快慢 一、功率 1. 比较做功的快慢 （1）现象探究：不同机械做功快慢的比较 ①如图所示，人与起重机，哪个做功快？你是怎样比较出来的？ 因为人与起重机做功相同，起重机所用时间少，所以做功快。 一、功率 ②如图所示，人与起重机，哪个做功快？你是怎样比较出来的？ 因为做功时间相同，起重机做功多，所以起重机做功快。 一、功率 若做的功和所用时间都不相同，怎样比较做功的快慢呢? 一、功率 ③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。 （2）总结：比较做功快慢的方法 一、功率 视频讲解——《功率的概念》 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：功与做功所用时间之比叫作功率，它在数值上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），叫作瓦特，符号W，1W=1J/s ②工程技术上常用单位：千瓦(kW)； 1kW=103W 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 （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。 3. 机器的功率 一、功率 （2）一些机器的功率 人步行：数十瓦 短时间快速运动：可达1千瓦 小汽车：50~100千瓦 和谐号动车组：7200千瓦 喷气式客机：约11万千瓦 一、功率 因为功是能量转化的量度，所以做功的快慢也就是能量转化的快慢。根据这一观点，请叙述例题中起重机的功率为1.47千瓦的意义。 物理学中用单位时间做功的多少表示做功的快慢，物体在单位时间内所做的功叫功率。起重机的功率1.47kW表示起重机每秒钟机器做功1470J。 思考与讨论 二、功率的计算 第3节 能量转化的量度 二、功率的计算 1. 功率的计算 （1）计算功率：根据进行。 （2）计算功：根据变形式 W=进行。 （3）计算时间：根据变形式进行。 （4）单位： 全部各物理量采用国际单位制。即功W的单位用焦（J）；时间t的单位用秒（s），功率P的单位用瓦（W）。 二、功率的计算 注意事项 ①方向相同：力F和速度v方向相同； ②单位统一：F的单位是牛，v的单位是米/秒，算出的功率单位才是瓦； ③适用范围：匀速直线运动； ④解题步骤：若已知力F和速度v，直接用P＝Fv来求功率；若F和v未知，则需先推导再应用。 因为 故 若物体做匀速直线运动，则 故 二、功率的计算 视频讲解——《功率变形公式及其应用》 二、功率的计算 2. 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：= 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 二、功率的计算 （2）应用 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 二、功率的计算 3. 测量功率 思考：要测量同学爬楼梯的功率，根据什么原理进行？应测量哪些物理量？应选择哪些测量工具 ？ （1）测量人爬楼梯的功率 分析： 由P=W/t=Gh/t 可知，要测量同学爬楼梯的功率，需要测量体重G（或质量m）、楼层的高度h和所用时间t。 二、功率的计算 ①实验原理：P=W/t ②实验器材：体重计（或磅秤）、刻度尺、停表。 ③实验步骤： 用体重计（或磅秤）测出自己的质量m； 用刻度尺测出所登楼层的高度h； 用停表测出自己上楼所用时间t； 计算出自己爬楼的功率。 ④功率表达式： P=W/t=Gh/t =mgh/t G 二、功率的计算 ①实验原理：P=W/t ②实验器材：电子秤、刻度尺和停表。 ③实验步骤： 用体重计（或磅秤）测出自己的质量m； 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； 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； 计算出自己引体向上的功率。 ④功率表达式： P=W/t=Gh/t =nmgh/t （2）测量引体向上的功率 二、功率的计算 视频讲解——《测量引体向上的功率》 三、课堂总结 第3节 能量转化的量度 三、课堂总结 ①时间相同，比较做功的多少，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功与时间都不同，用“功/时间 ”可比较做功的快慢。 ①物理意义：表示做功快慢的物理量。 ②定义：功与做功所用时间之比叫作功率。 ③公式： ④单位：国际单位是瓦特，1W=1J/s 常用单位有：kW 1kW=103W ⑤功率的推导公式： 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、停表等。（引体向上为例） ③实验步骤：测质量、测时间、测高度；表达式P=mgh/t 功率 比较做功快慢方法 功 率 测量功率 三、课堂总结 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 三、课堂总结 课堂总结——《功率》 四、练习与应用 第3节 能量转化的量度 四、练习与应用 【例题】关于能、功和功率的说法中正确的是（ ） A.速度大的物体的动能一定大 B.有力作用在物体上，力一定对物体做功 C.物体做功越快，功率越大 D.功率大的机器做的功一定多 C 【解析】A.动能的影响因素是质量和速度，故A错误； B.若物体在力的方向上没有移动距离，则力没有做功，故B错误； C.功率表示单位时间内做功的多少，做功越快，功率越大，故C正确； D.根据可得，功率的大小与做功的多少和做功时间有关，故D错误。故选C。 四、练习与应用 【例题】引体向上是中学生体育测试的项目之一，若一个普通中学生在30秒内完成12次引体向上，该学生此过程中克服重力做功的平均功率最接近于（ ） A.5W B.20W C.100W D.400W C 【解析】普通中学生的质量约为50kg，每次引体向上上升的高度约0.5m，引体向上一次克服重力阻力所做的功为，该学生此过程中克服重力做功的平均功率为，故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。 四、练习与应用 【例题】如图，用相同的水平拉力，让两个质量不同的物体分别沿粗糙水平面（甲）和光滑水平面（乙）通过相同的距离，运动的时间分别为t1和t2（t1＜t2），两次做的功及功率相比较正确的是（ ） A.做功一样多，甲功率大 B.甲做功多，功率一样大 C.乙做功多，功率一样大 D.做功一样多，乙功率大 A 【解析】两个物体受到的力相同，移动的距离相同，根据可知，两次做的功相同；运动的时间分别为t1和t2，且t1＜t2，根据可知，甲做功的功率大于乙做功的功率，故A正确，BCD错误。故选A。 四、练习与应用 【例题】风车是利用风力做功的装置，小源制作了一架小风车，他想粗略测定风车在一定风速下做功的功率，实验装置如图所示。 （1）观察实验装置，小源是通过测量细线对 做功的功率来测定风车做功的功率； （2）实验时，逐渐增加挂在细线下的回形针数量，直到细线 恰好缓慢匀速提升回形针为止，若测得回形针匀速上升的高度 h、所用的时间t、回形针的总质量m，则风车做功的功率 P= （表达式中的物理量均用符号表示）； （3）如果选用较粗重的线做实验，则与选用较细的线相比，测得风车的功率值偏 。 回形针 大 四、练习与应用 【解析】（1）由实验装置可知，回形针随风车的转动会上升，通过测量细线对回形针做功的功率即可粗略测定风车在定风速下做功的功率，这用到了转换法。 （2）若测得回形针匀速上升的高度h、所用的时间t、回形针的总质量m，则风车做功的功率。 （3）测定风车在一定风速下做功的功率，其功率是一定的，线本身有质量，风车对回形针做功的同时要对线做功，选用较粗重的线做实验时，对较粗重的线做的功大于对选用较细的线做的功，故测出细线对回形针做功的功率值偏大。 五、提升训练 第3节 能量转化的量度 五、提升训练 1、为了迎接体育中考，很多男生加强了引体向上的训练，如果想粗略测 量某同学引体向上运动的功率，那么下列物理量不需要测量的是 （　B　） A. 该同学的质量 B. 单杠的高度 C. 每次身体上升的高度 D. 做引体向上的时间 B 五、提升训练 2、如图甲所示，木块放在水平面上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块使 其做匀速直线运动，两次拉动木块得到的s－t图像分别是图乙中的图线 ①②。两次对应的弹簧测力计示数分别为F1、F2，两次拉力的功率分别 是P1、P2，则（　A　） 　 A A. F1＝F2，P1＞P2 B. F1＞F2，P1＞P2 C. F1＜F2，P1＝P2 D. F1＞F2，P1＝P2 五、提升训练 3、一端封闭的两个完全相同的玻璃管，如图所示，甲中装水，乙中装食 用油。两个完全相同的金属小球从O处静止释放，下落到P处，小球在 食用油中下落的时间更长。比较两小球从O处到P处的下落情况，则两 小球（　C　） A. 重力势能变化量不相同 B. 获得的动能相同 C. 在食用油中重力做功慢 D. 机械能不变 C 五、提升训练 4、在某科技馆的展厅里，摆着一个叫做“最速降线”的展品，如图所示：两个并排轨道的起点高度一样，终点高度也一样；一个是倾斜的直轨道，另一个是向下弯曲的弧形轨道。将甲、乙两个完全相同的小球同时分别从直轨道和弧形轨道的起点释放，弧形轨道上的乙球先到达终点。若不计一切阻力，则关于两个小球从起点至终点的运动过程，下列说法正确的是（　D　） D A. 乙球的重力势能先变小后变大 B. 甲球的机械能大于乙球的机械能 C. 重力对甲球做的功大于重力对乙球做的功 D. 重力对甲球做功的功率小于重力对乙球做功的功率 五、提升训练 5、如图所示，在相等的时间内把同一物体分别沿AO、BO两个光滑斜面从底端匀速拉到相同的高度，拉力所做的功分别为WA和WB，功率分别为PA和PB，它们之间的关系是( ) A．WA<WB，PA<PB B．WA>WB，PA>PB C．WA＝WB，PA<PB D．WA＝WB，PA＝PB D 五、提升训练 6、如图1所示，水平路面由两段长度相等粗糙程度不等的区域组成。在2 N水平拉力F的作用下，物块(空气阻力忽略不计)从区域①的最左端由静止开始运动。图2为物块在区域①和区域②上运动的v­t图像，则下列分析正确的是( ) A．拉力F在区域①做的功大于在区域②做的功 B．物体在区域①的惯性比在区域②的惯性小 C．拉力F在区域①做功的功率小于在区域②做功的功率 D．区域①比区域②更粗糙 C 五、提升训练 7、老师上完功率的内容后，小红想测出自己从一楼到四楼的功率。现有如下器材：A. 天平、B. 弹簧测力计、C. 台秤、D. 秒表、E. 电流表、F. 电压表、G. 温度计、H. 皮尺。 （1） 请帮小红选择最合适的测量工具： （填字母）。 （2） 请帮她写出实验步骤并用物理量符号表示所测的物理量。 解：（2） 实验步骤：① 用台秤测出小红的质量m；② 用皮尺测出从一 楼到四楼的高度h；③ 用秒表测出小红从一楼到四楼所用的时间t；④ 利用公式P＝＝＝＝计算上楼的功率 CDH　 五、提升训练 （3） 请帮她设计一个用来记录实验数据的表格。 解：（3） 如表所示 小红的质量 m/kg 一楼到四楼的高度 h/m 一楼到四楼所用的时间 t/s 功率 P/W 五、提升训练 8、在研究动能影响因素实验时，常用如图所示实验装置（斜面光滑，不计一切阻力）。为了使小球到达水平位置时初始速度相同，需控制小球下落时的高度相同，这是为什么？查阅资料得知某处物体的重力势能大小等于该物体从此处运动至水平位置时重力对物体所做的功。 五、提升训练 （1） 质量为m的小球在A处静止时，具有的重力势能大小Ep为 。 （2） 已知，刚进入水平面B点时，小球所具有的动能Ek＝mv2，v为此时的速度，则Ep （填“大于”“小于”或“等于”）Ek。 （3） 请推导证明，小球在水平面上运动的初始速度v只与高度h有关。 证明：由（2）知mv2＝mgh，v＝，即小球在水平面上运动的初 始速度只与高度h有关 mgh　 等于　 五、提升训练 9、仰卧起坐（如图所示）是某校体育考核项目，女生满分是每分钟49 个。小敏同学欲测量自己仰卧起坐满分时的功率，查阅资料：假设其上 半身质量为全身的60％，每次仰卧起坐时下半身重心位置不变，上半身 重心约升高身高的。已知小敏同学质量为50kg，身高为1.6m，g取 10N/kg。根据资料和实际数据，求出她克服重力做功的平均功率。 解：98W 五、提升训练 10、跳绳看起来似乎很简单，然而亲自跳起来就会感到运动量是相当大的。有位同学对此作了专门研究：跳绳者的质量m＝50 kg，跳绳者的重心高度随时间变化的情况如图所示。根据所给条件分析回答下列问题。(g取10 N/kg) (1)跳绳者跳一次绳所做的功为多少焦？ (2)在1分钟内跳绳者做功的平均功率为多少瓦？ Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf57.83.100 (2)由图可知跳一次绳所用时间t1＝ eq \f(1,3) s，则1 min内所跳绳的次数：n＝ eq \f(60 s,\f(1,3) s) ＝180，1 min内克服重力做功： W总＝nW＝180×45 J＝8100 J；1 min内克服重力做功的平均功率：P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(8100 J,60 s) ＝135 W。 解：(1)人的重力：G＝mg＝50 kg×10 N/kg＝500 N，由图可知，起跳的最大高度h＝0.09 m，跳一次绳克服重力做功：W＝Gh＝500 N×0.09 m＝45 J。 $$