内容正文:
04功率
学习目标:
1 掌握两种比较做功快慢的方法,类比速度理解功率的物理意义(描述做功快慢)。
2 熟记功率定义、公式P=W/t、单位 W/kW 及换算,会基础计算。
3 会设计实验估测上楼功率,能区分功与功率,初步了解推导式P=Fv。
4 会用功率知识解释生活机械功率实例。
学习重难点:
1 功率概念、物理意义、公式与单位换算。
2 运用P=tW进行规范计算。
3 控制变量法比较做功快慢。
4 用比值定义法建立功率概念,分清 “做功多”≠“做功快”。
5 估测上楼功率实验(测量物理量、数据处理)。
6 理解推导式P=Fv适用条件与含义。
知识导图:
考点一:功率的概念及做功的快慢
考点二:功率的大小比较
考点三:功率的计算及应用
考点一:功率的概念及做功的快慢
1、功率的概念
(1)功率定义:物体在单位时间内所做的功叫功率,在物理学中用字母P表示;
(2)功率意义:物理学中,用功率来表示物体做功的快慢;
(3)功率公式:功率=功/时间,即;
(4)功率单位:国际单位:瓦(W),1W=1J/s;常用单位:千瓦(kW),1kW=103W;
(5)功率的种类:
①平均功率:物体做变速运动时,力在不同的时间段内做功快慢不同,平均功率可表示力在某段时间内做功的平均快慢程度。
②瞬时功率:物体做变速运动时,力在某时刻做功的快慢。
注意区别功与功率。功率与功是两个不同的物理量,“功”表示做功的“多少”,而“功率”则表示做功的“快慢”,“多少”与“快慢”的意义不一样。只有在做功时间相同时,做功多的就做功快。否则,做功多,不一定做功就快,即“功率”不一定就大。也就是说:功率与功和时间两个因素有关。
由P=W/t变形为P=Fv可知:功率一定时,力F与速度v成反比。
【典例1】关于功率,下列说法中不正确的是( )
A.每秒做功越多,功率越大
B.汽车上坡时要减速,是为了增大牵引力
C.做功快的机械,功率一定大
D.功率小的机器做功一定少
【答案】D
【分析】功率是描述物体做功快慢的物理量,它等于单位时间内完成的功,由所做功的多少和所用的时间决定。
根据公式P===Fv可知,汽车的功率是一定的,其牵引力和速度成反比。
【解答】解:A、功率是描述物体做功快慢的物理量,它等于单位时间内完成的功,由所做功的多少和所用的时间决定,故A说法正确;
B、根据公式P===Fv可知,汽车的功率是一定的,其牵引力和速度成反比,汽车上坡时要减速,是为了增大牵引力,故B说法正确;
C、做功快的机械,功率一定大,说法正确;
D、功率反映做功的快慢,物体做功多少除了要考虑功率还要考虑做功的时间,功率小但是时间长做功不一定少,D说法不正确。
故选:D。
【例2】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。
【答案】功率 时间相同比较功
【解析】
[1]“单位时间”内做的功,叫做功率,表示做功的快慢。
[2]功率取了相同的单位时间,即1s,所以是时间相同比较功。
【变式1】如图所示,列举了一些人、动物和机械的功率,其中做功最慢的是 (选填序号),其功率所表示的物理意义是 。
【答案】①;人骑自行车每秒做的功约为70焦。
【分析】根据功率的定义、功率的物理意义进行分析。
【解答】解:(1)骑自行车的功率约为70瓦,功率最小,做功最慢;表示的物理意义是人骑自行车每秒做的功约为70焦。
故答案为:①;人骑自行车每秒做的功约为70焦。
【变式2】如图是功和功率的一个知识网络图。请作答:
(1)请在B区域填上适当的内容:B (填“做功要素”或“做功快慢”)。
(2)请在C、D区域填上正确的物理公式:C ,D 。
【答案】(1)做功要素;(2)P=;W=Fs。
【分析】力对物体做功的两个必要因素:一是作用在物体上的力;二是物体在这个力的方向上通过的距离;功率表示做功的快慢,公式P=。
【解答】解:(1)力对物体做功的两个必要因素:一是作用在物体上的力;二是物体在这个力的方向上通过的距离,故B区域填上做功要素,得出D是功的公式:W=Fs;
功率是表示做功的快慢,用功与时间的比值来表示,故C处的公式是P=。
故答案为:(1)做功要素;(2)P=;W=Fs。
考点二:功率的大小比较
2、做功快慢比较:
(1)方法一:做相同的功,比较不同的物体所用的时间,所用时间短的物体做功快。
(2)方法二:取相同的时间,比较不同的物体所做功的多少,做功多的物体做功快。
【例1】小明两次分别用时60s、40s把同一捆书从一楼匀速搬上三楼,比较两次搬书过程对书做功和做功的功率,判断正确的是( )
A.用时少的做功多 B.用时少的做功功率大
C.用时多的做功多 D.用时多的做功功率大
【答案】B
【解析】
AC.由题意可知,搬的是同一捆书,而且两次上楼的高度均不变,由
W=Gh
可知,两次搬书过程对书做功相同,故AC错误;
BD.两次所做的功相同,由
可知,用时少的做功功率大,用时多的做功功率小,故B正确,D错误。
故选B。
【变式1】使用机械做功时,下面说法正确的是( )
A.功率大的机器一定比功率小的机器做功多
B.功率大的机器一定比功率小的机器做功时间少
C.功率小的机器可能比功率大的机器做功快
D.功率小的机器可能比功率大的机器做功多
【答案】D
【详解】
A.功率的大小与做功多少和所用时间都有关系,功率大的机械做功不一定多,故A错误;
B.做功时间长短决定于做功多少和功率大小,做功多少不确定,功率大的机器不一定比功率小的机器做功时间少,故B错误;
CD.功率是表示做功快慢的物理量,功率小的机器做功一定慢,功率大的机器做功一定快,故C错误,D正确。
故选D。
【变式2】在自由下落过程中物体运动速度会越来越快。一个物体由 A 点自由下落,相继经过 B、C 两点,已知 AB=BC,如图所示,物体在 AB 段重力做功 W1,做功功率 P1;在 BC 段重力做功 W2,做功功率 P2,则下列关系正确的是( )
A.W1≠W2 B.W1=W2,P1=P2 C.W1>W2,P1>P2 D.W1=W2,P1<P2
【答案】D
【解析】已知AB=BC,物体下落时重力不变,由 W=Gh 知道,物体在 AB 段和BC 段做的功相等,即 W1=W2;由于小球在自由下落时做加速运动,由知道,小球在 BC 段运动的时间短,由 知道,物体在 AB 段重力做功功率小于 BC 段重力做功功率,即 P1<P2。
故选D。
考点三:功率的计算及应用
3、功率的计算及大小比较
功率是表示物体做功快慢的物理量,一般采用下列三种办法比较大小:
(1)在相同时间内,比较做功的多少,做功越多的物体,功率越大。
(2)在完成相同功的条件下,比较所用时间的长短,所用时间越短的物体,功率越大。
(3)做功多少和所用时间都不同的情况下,通过公式计算,然后进行比较。
4、功率的应用
功率的计算公式应用:
(1)功率的公式:
(其中P表示功率,W表示功,t表示时间)
(2)计算功率的另一个公式:P=Fv,即物体在拉力F的作用下,以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动,则拉力F所做的功的功率可表示为Fv.(其中F表示物体所受的拉力,v表示物体运动的速度)
a.推导:由,联立W=Fs,得==Fv。
由该公式可知:在功率P一定时,力F与速度v成反比。
b.应用:当汽车上坡时,司机采取换挡的办法,减小速度,以获得较大的牵引力。
【例1】某工人在水平地面上,用100N水平推力以0.5m/s的速度匀速推动重500N的物体,使它沿水平方向移动10m,该过程中工人所做的功是______J,水平推力的功率是______W。
【答案】 1000 50
【详解】
[1]该过程中工人所做的功
[2]水平推力的功率
【例2】双杠屈臂伸是中学生体育测试的项目之一,若一个普通中学生在30s内完成12次屈臂伸,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.50W C.500W D.5000W
【答案】B
【解析】
中学生的重力约为500N,每次双杠屈臂伸上升的高度相当于人头的高度,约为0.25m,则做一次双杠屈臂伸克服重力做功为
在30秒内完成12次屈臂伸,30s共做功为
全过程克服重力做功的平均功率为
故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
【变式1】如图所示,在水平拉力F的作用下,使重400N的物体在水平桌面上以0.2m/s的速度匀速运动时,物体与桌面的摩擦力为90N(不计绳重、动滑轮重及摩擦),F及其功率的大小分别为( )
A.30N;18W B.20N;18W C.90N;6W D.30N;6W
【答案】A
【解析】
物体匀速运动,物体受到的拉力和摩擦力是一对平衡力,大小相等,即
F拉=f=90N
从图可知,此滑轮组有三股绳子承担对物体的拉力,不考虑绳的重力和绳的摩擦,所以绳子自由端的水平拉力为
拉力端移动速度
v=3v物=3×0.2m/s=0.6m/s
水平拉力的功率
故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
一、单选题
1.如图所示,是“功和功率”的部分知识结构图,下列关于图中①②③④的理解正确的是( )
A.①乘积 B.②之和 C.③快慢 D.④多少
2.关于功和功率的关系,下列说法正确的是( )
A.做的功越多,功率一定越大 B.功率越大,做的功一定越多
C.相同时间内,做的功越多,功率越大 D.做功时间越短,功率一定越大
3.关于功和功率,下列说法正确的是( )
A.作用在物体上的力越大,这个力做的功一定越多
B.一个力做的功越多,则这个力的功率一定越大
C.一个力做功时间越长,则这个力的功率一定越小
D.一个力做功越快,则这个力的功率一定越大
4.两个班的物理课代表甲同学和乙同学,将相同的物理作业本从一楼搬到三楼,他们所用时间分别为40s和30s。关于两同学对作业本做功的情况,下列说法中正确的是( )
A.甲同学做功较多
B.乙同学做功较多
C.甲同学做功的功率较大
D.乙同学做功的功率较大
5.下列有关功和功率的说法中正确的是( )
A.用水平力推着购物车前进,推车的力做了功
B.把水桶从地面上提起来,提水桶的力没有做功
C.做功越多,功率越大
D.做功用时越长,功率越大
6.如图所示,一个大人和一个小孩均从1楼爬到4楼,所用时间相同,大人的质量比小孩大,下列说法正确的是( )
A.小孩做的功较多 B.大人做的功较多
C.小孩做功功率较大 D.大人和小孩做功功率一样大
7.关于功率,下列说法正确的是( )
A.功率越大,做功越多 B.功率越大,做功越快
C.做功时间越长,功率越小 D.功率是表示做功多少的物理量
8.下列关于功率的说法,正确的是( )
A.做功越多,功率越大
B.做功时间越短,功率越大
C.功率大的机械比功率小的机械做功快
D.功率大的机械比功率小的机械做功多
9.在平直的路面上,一辆重为150 N的小车在20 N的水平拉力F作用下向西匀速运动,1 min内通过了60 m,则拉力F做的功和拉力F做功的功率分别为( )
A.1200 J,150 W B.1200 J,20 W C.9000 J,150 W D.9000 J,20 W
10.双杠屈臂伸主要锻炼胸部肌肉的力量,它的动作过程为:双手分别握杠,两臂支撑在双杠上,肘关节慢慢弯屈,同时肩关节伸屈,使身体逐渐下降至最低位置,稍停片刻,两臂用力撑起至还原。若一名普通中学生在30 s内完成12次屈臂伸,如图所示,该过程中中学生克服重力做功的平均功率约为( )
A.60 W B.160 W C.10 W D.220 W
11.质量为10kg的物体A放在水平桌面上,利用如图所示的装置在拉力F作用下使物体A以0.2m/s的速度做匀速直线运动,弹簧测力计始终保持水平,示数为6N。不计绳重、弹簧测力计重、绳子的伸长和滑轮组内部的摩擦,则( )
A.作用在绳端的拉力F为2N
B.绳自由端移动的速度为0.4m/s
C.在2s内克服地面对物体摩擦力做的功为4.8J
D.拉力F的功率为3.6W
12.某同学在中考体育测试的跳绳项目中,跳了150次,他跳绳的功率约为( )
A. B. C. D.
二、填空题
13.力学中做功需要满足两个必要条件,分别是__________和物体在力的方向上发生移动;物体单位时间内完成的功叫做__________,是衡量做功快慢的物理量。
14.人骑自行车时的功率约为70W,70W的物理意义是____________________。小华用50N的水平力推着重为400N的物体沿水平面做匀速直线运动,物体在5s内移动了5m,则物体的速度是______m/s;在此过程中,小华对物体所做的功是______J,小华对物体做功的功率是______W,物体重力做功的功率是______W。
15.功率是表示物体做功__________的物理量。某机器的功率是500W,其物理意义是______________。若甲、乙两台机器做功之比为5∶3,所用时间之比为4∶9,则它们的功率之比为_________。
16.同学们在体育课上做仰卧起坐,前半段是背部由平躺地面变成脊柱弯曲,后半段是上半身完全离开地面。如图所示,仰卧起坐时,人体可看成杠杆模型,O为支点,肌肉的拉力F为动力。
(1)先将头向前抬起,可以减小______力臂。在平躺至坐起的过程中,肌肉所施加的动力变化情况是 ______;
(2)同学们可以改变仰卧起坐的快慢,来控制体育锻炼的效果,从物理学角度分析,其实质是改变______的大小。
17.一辆汽车以20m/s的速度在水平路面上沿直线匀速行驶5分钟,汽车的质量为1500kg,行驶时所受阻力为车重的0.2倍,此过程中牵引力做的功为__________J,此时汽车的功率为__________W,重力做的功为__________J。
18.在体育考试中,小明投出的实心球在空中的运动轨迹如上图所示.若实心球质量为2 kg,从最高点到落地点的过程中,球下降的高度为2.7 m,用时约0.75 s.则球从最高点到落地重力做功的功率为_________W.
19.如图所示,木块重20N。当作用在滑轮组自由端的水平拉力F=4N时,木块恰能在水平桌面上做匀速直线运动。若木块2s内沿此水平桌面匀速前进了0.6m,不计滑轮、绳重及轴摩擦,则拉力F做功的功率为______W。
20.在探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”的实验中,如图甲,小华两次水平拉动同一物体在同一水平面上做匀速直线运动,物体两次运动的路程与时间的图像如图乙所示,则两次拉力对物体做的功______;两次拉力对物体做功的功率_____。(均选填“”“”或“”)
21.如图所示,在2025世界人形机器人运动会的100米短跑项目中,某参赛机器人以匀速直线运动的方式跑完全程,用时,该过程中机器人受到的牵引力为。则机器人在比赛过程中,水平地面对机器人的支持力_______(选填“做功”或“不做功”),牵引力做的功为_______J,牵引力做功的功率为_______。
22.图书馆来了一批新书,工人用如图所示的______滑轮提升书籍,一次运送的书籍重为,从底楼运至二楼书重心提升,耗时,已知绳端拉力为,则滑轮的重为______,手拉绳头的速度为______,此过程人做的有用功为______J,人做功功率为______。(不计绳重及摩擦,取)
三、实验题
23.小刚想粗略地测算自己在单杠上做引体向上的运动时的功率,如图。
(1)实验原理是__________。(填写公式)
(2)需要的测量工具:________、________、________。
(3)小明采用了合适的方法记录数据,请帮他在空格处补上相应的数据。(取)
重心上升高度
质量
完成一次克服重力所做的功
完成的次数n
时间
功率
0.5
60
_________
5
12
_______
四、计算题
24.如图所示是一辆无人配送车。若该无人配送车装满快递后的总质量为600 kg,在某小区的平直道路上以1.5 m/s的速度匀速行驶,此过程中受到的阻力是车重的0.1倍。求:(g取10 N/kg)
(1)配送车受到的牵引力是多少?
(2)配送车牵引力的功率是多少?
25.近年来,随着智能物流技术的发展,越来越多的无人配送机器人出现在城市街头。如图,该机器人满载货物时总质量可达150kg。若某次配送过程中,机器人满载并以1.5m/s的速度在水平路面上匀速直线行驶,牵引力恒为100N,行驶距离为500m。请你完成下列内容:(g取10N/kg)
(1)行驶过程中,重力对机器人做的功为__________J;
(2)求牵引力对机器人做的功;
(3)求牵引力做功的功率。
试卷第1页,共3页
试卷第1页,共3页
学科网(北京)股份有限公司
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
A
C
D
D
A
B
B
C
B
A
题号
11
12
答案
D
A
1.A
【详解】A.功的计算公式为 ,功等于力与力的方向上移动距离的乘积,因此①为乘积,故A正确;
B.功率的计算公式为 ,功率是功与做功所用时间的比值,不是之和,因此②不是之和,故B错误;
C.功的物理意义是表示做功的多少,因此③应为“多少”,不是快慢,故C错误;
D.功率的物理意义是表示做功的快慢,因此④应为“快慢”,不是多少,故D错误。
故选A。
2.C
【详解】由功率公式可知,功率由功和时间两个量共同决定,只看一个量无法判断功率大小。相同时间内,做的功越多,功率越大,故C正确,ABD错误。
故选 C。
3.D
【详解】A.根据功的计算公式,力做的功不仅与力的大小有关,还与物体在力的方向上移动的距离有关。若物体没有在力的方向上移动距离,即使力很大,力做的功也为0,故A错误;
B.根据功率公式,功率由功和做功时间共同决定。做功多但做功时间很长时,功率不一定大,故B错误;
C.根据功率公式,功率由功和做功时间共同决定。做功时间长但做功的总量很多时,功率不一定小,故C错误;
D.功率是描述力做功快慢的物理量,力做功越快,说明单位时间内做的功越多,功率一定越大,故D正确。
故选D。
4.D
【详解】由题意可知,作业本完全相同,则其所受的重力相同,又都是从一楼搬到三楼,说明移动的距离相同,那么甲乙两同学对作业本做功的大小是相同的,而甲同学所花时间更多,根据功率的定义可知,甲同学做功的功率比乙同学小,故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
5.A
【详解】A.用水平力推着购物车前进,购物车在水平推力的方向上移动了距离,则推车的力做了功,故A正确;
B.把水桶从地面上提起来,水桶在力的方向上移动了距离,则提水桶的力做了功,故B错误;
CD.功率是表示做功快慢的物理量,功率的大小同时取决于做功多少和所用时间,单方面从做功多少、单方面从所用时间长短来比较功率大小是错误的,故CD错误。
故选A。
6.B
【详解】AB.大人与小孩均从1楼爬到4楼,上升的高度h相同,大人的质量比小孩大,则大人的重力比小孩的大,由W=Gh可知大人做的功多,故A错误,B正确;
CD.已知爬相同的楼梯所用时间相同,且大人做的功多,根据可知大人做功的功率大,故CD错误。
故选B。
7.B
【详解】A.由可知,做功多少由功率、时间两个量共同决定;仅功率大,若做功时间极短,总功不一定多。故A错误;
B.功率是表示物体做功快慢的物理量,功率数值越大,单位时间内完成的功越多,做功越快,故B正确;
C.由,功率由功和时间共同决定;若做功量很多,即使时间长,功率也可能更大。故C错误;
D.表示做功多少的物理量是功();功率描述的是做功的快慢,故D错误。
故选B。
8.C
【详解】A.功率表示物体做功的快慢,由可知,功率的大小不仅与做功的多少有关,还与做功的时间有关。做功多,若时间也长,功率不一定大,故A错误;
B.由得,功率与做功多少和做功时间有关,做功一定时,做功时间越短,功率越大,故B错误;
C.功率表示物体做功的快慢,物体做功越快,功率越大,功率大的机械比功率小的机械做功快,故C正确;
D.由得,做功时间长短未知时,无法比较功率大的机械与功率小的机械做功的多少,故D错误。
故选C。
9.B
【详解】拉力F做的功
拉力F做功的功率
故选B。
10.A
【详解】普通中学生质量约为,重力约为
完成一次屈臂伸,身体重心上升的高度约为完成1次屈臂伸克服重力做功
12次屈臂伸的总功
功率
故选A。
11.D
【详解】A.同一根绳子的拉力处处相等,弹簧测力计的示数等于绳端拉力,已知弹簧测力计示数为,因此,故A不符合题意;
B.动滑轮上的绳子段数,绳自由端移动速度为物体移动速度的3倍,即,故B不符合题意;
C.物体A做匀速直线运动,受力平衡,摩擦力等于动滑轮对物体的拉力;对动滑轮受力分析,动滑轮受到向左的总拉力为,因此
内物体移动的距离
克服摩擦力做功,故C不符合题意;
D.拉力的功率,故D符合题意。
故选D。
12.A
【详解】初中生体重大约为600N,每次跳起的高度约为
1min内做的总功约为
跳绳的功率约为
故选A。
13. 有力作用在物体上 功率
【详解】力学中做功的两个必要条件为:一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上发生移动。功率的定义是物体单位时间内完成的功,它是衡量做功快慢的物理量。
14. 人骑自行车时每秒所做的功为70焦耳 1 250 50 0
【详解】[1]在物理学中,用功率表示做功的快慢,在数值上等于单位时间内所做的功,70W的物理意义是人骑自行车时每秒所做的功为70J。
[2]物体的速度
[3]小华对物体做的功
[4]小华对物体做功的功率
[5]重力在竖直方向没有移动距离,所以重力不做功,则重力做功功率为0W。
15. 快慢 机器每秒钟做功500J 15∶4
【详解】[1]根据定义式可知,功率表示单位时间内做功的多少,是衡量物体做功快慢的物理量。
[2]由功率的物理意义可知,功率表示单位时间内完成的功,所以,某机器的功率是500W,其物理意义是机器每秒钟做功500J。
[3]由题意可得,甲、乙两台机器做功之比为,所用时间之比为,则由功率的定义公式可得,它们的功率之比为
16.(1) 阻 变小
(2)功率
【详解】(1)[1][2]先将头向前抬起,人的重心向右移动,可以减小阻力臂;在平躺至坐起的过程中,动力臂不变,阻力不变,阻力臂变小,根据杠杆的平衡条件可知,动力会变小。
(2)做仰卧起坐时,每次所做的功相同,同学们可以改变仰卧起坐的快慢,则做功的功率发生了改变,所以其实质是改变功率的大小。
17. 0
【详解】【小题1】由得,汽车行驶的路程
汽车做匀速直线运动,根据二力平衡条件可知,汽车的牵引力
则牵引力做功
汽车行驶时间
则汽车的功率
汽车在重力的方向上没有移动距离,所以重力不做功,即重力做的功为0J。
18.72
【详解】实心球重力
重力对实心球的做功
重力做功的功率
19.3.6
【详解】由图可知,滑轮组承担拉力的有效绳子段数,则绳子自由端移动距离为
拉力F做功为
则拉力F做功的功率为
20. = >
【详解】因为滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度和压力大小有关,两次都是同一物体在同一水平面上,接触面粗糙程度相同,重力大小相等,水平面上压力大小等于重力,所以两次压力大小相等,受到的滑动摩擦力大小相等,物体在水平面上做匀速直线运动,水平方向上的滑动摩擦力和拉力是一对平衡力,大小相等,因此两次做功的力,由图可得两次移动的距离,根据可得,;由图像可知,两次做功的时间为,根据功率定义式,功相等,所以。
21. 不做功 8000 320
【详解】机器人在比赛过程中,水平地面对机器人的支持力向上,机器人在水平地面对机器人支持力的方向上没有移动距离,所以水平地面对机器人的支持力没有做功;牵引力在这段时间内对机器人做的功为
牵引力做功的功率为
22. 动 20 0.2 1440 50
【详解】[1]由图可知,工人用如图所示的动滑轮提升书籍。
[2]由可得,滑轮的重
[3]书籍上升的速度
手拉绳头的速度
[4]滑轮组提升货物过程中,做的有用功
[5]人做功功率
23.(1)
(2) 体重秤/磅秤 刻度尺 秒表
(3) 300 125
【详解】(1)测算功率的实验原理就是功率的定义式,通过计算总功和测量总时间,得到功率大小。
(2)根据功的公式 ,需要测量人的质量 、重心上升的高度 。根据功率公式 ,需要测量做一定次数引体向上所用的时间 。测量质量 需要用到体重秤(或磅秤);测量重心上升高度 需要用到刻度尺;测量时间 需要用到秒表。
(3)完成一次克服重力所做的功
总功 是完成 次引体向上所做的功
功率
24.(1)600 N
(2)
【详解】(1)配送车的总重力
根据题意,配送车受到的阻力
配送车匀速行驶,牵引力和阻力是一对平衡力,大小相等,因此牵引力
(2)配送车牵引力的功率
25.(1)0
(2)
(3)150W
【详解】(1)机器人所受重力方向竖直向下,在水平方向运动,重力方向没有移动距离,因此重力对机器人不做功,即重力做功为0J。
(2)牵引力对机器人做的功
(3)牵引力做功的功率
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04功率
学习目标:
1 掌握两种比较做功快慢的方法,类比速度理解功率的物理意义(描述做功快慢)。
2 熟记功率定义、公式P=W/t、单位 W/kW 及换算,会基础计算。
3 会设计实验估测上楼功率,能区分功与功率,初步了解推导式P=Fv。
4 会用功率知识解释生活机械功率实例。
学习重难点:
1 功率概念、物理意义、公式与单位换算。
2 运用P=tW进行规范计算。
3 控制变量法比较做功快慢。
4 用比值定义法建立功率概念,分清 “做功多”≠“做功快”。
5 估测上楼功率实验(测量物理量、数据处理)。
6 理解推导式P=Fv适用条件与含义。
知识导图:
考点一:功率的概念及做功的快慢
考点二:功率的大小比较
考点三:功率的计算及应用
考点一:功率的概念及做功的快慢
1、功率的概念
(1)功率定义:物体在单位时间内所做的功叫功率,在物理学中用字母P表示;
(2)功率意义:物理学中,用功率来表示物体做功的快慢;
(3)功率公式:功率=功/时间,即;
(4)功率单位:国际单位:瓦(W),1W=1J/s;常用单位:千瓦(kW),1kW=103W;
(5)功率的种类:
①平均功率:物体做变速运动时,力在不同的时间段内做功快慢不同,平均功率可表示力在某段时间内做功的平均快慢程度。
②瞬时功率:物体做变速运动时,力在某时刻做功的快慢。
注意区别功与功率。功率与功是两个不同的物理量,“功”表示做功的“多少”,而“功率”则表示做功的“快慢”,“多少”与“快慢”的意义不一样。只有在做功时间相同时,做功多的就做功快。否则,做功多,不一定做功就快,即“功率”不一定就大。也就是说:功率与功和时间两个因素有关。
由P=W/t变形为P=Fv可知:功率一定时,力F与速度v成反比。
【典例1】关于功率,下列说法中不正确的是( )
A.每秒做功越多,功率越大
B.汽车上坡时要减速,是为了增大牵引力
C.做功快的机械,功率一定大
D.功率小的机器做功一定少
【例2】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。
【变式1】如图所示,列举了一些人、动物和机械的功率,其中做功最慢的是 (选填序号),其功率所表示的物理意义是 。
【变式2】如图是功和功率的一个知识网络图。请作答:
(1)请在B区域填上适当的内容:B (填“做功要素”或“做功快慢”)。
(2)请在C、D区域填上正确的物理公式:C ,D 。
考点二:功率的大小比较
2、做功快慢比较:
(1)方法一:做相同的功,比较不同的物体所用的时间,所用时间短的物体做功快。
(2)方法二:取相同的时间,比较不同的物体所做功的多少,做功多的物体做功快。
【例1】小明两次分别用时60s、40s把同一捆书从一楼匀速搬上三楼,比较两次搬书过程对书做功和做功的功率,判断正确的是( )
A.用时少的做功多 B.用时少的做功功率大
C.用时多的做功多 D.用时多的做功功率大
【变式1】使用机械做功时,下面说法正确的是( )
A.功率大的机器一定比功率小的机器做功多
B.功率大的机器一定比功率小的机器做功时间少
C.功率小的机器可能比功率大的机器做功快
D.功率小的机器可能比功率大的机器做功多
【变式2】在自由下落过程中物体运动速度会越来越快。一个物体由 A 点自由下落,相继经过 B、C 两点,已知 AB=BC,如图所示,物体在 AB 段重力做功 W1,做功功率 P1;在 BC 段重力做功 W2,做功功率 P2,则下列关系正确的是( )
A.W1≠W2 B.W1=W2,P1=P2 C.W1>W2,P1>P2 D.W1=W2,P1<P2
考点三:功率的计算及应用
3、功率的计算及大小比较
功率是表示物体做功快慢的物理量,一般采用下列三种办法比较大小:
(1)在相同时间内,比较做功的多少,做功越多的物体,功率越大。
(2)在完成相同功的条件下,比较所用时间的长短,所用时间越短的物体,功率越大。
(3)做功多少和所用时间都不同的情况下,通过公式计算,然后进行比较。
4、功率的应用
功率的计算公式应用:
(1)功率的公式:
(其中P表示功率,W表示功,t表示时间)
(2)计算功率的另一个公式:P=Fv,即物体在拉力F的作用下,以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动,则拉力F所做的功的功率可表示为Fv.(其中F表示物体所受的拉力,v表示物体运动的速度)
a.推导:由,联立W=Fs,得==Fv。
由该公式可知:在功率P一定时,力F与速度v成反比。
b.应用:当汽车上坡时,司机采取换挡的办法,减小速度,以获得较大的牵引力。
【例1】某工人在水平地面上,用100N水平推力以0.5m/s的速度匀速推动重500N的物体,使它沿水平方向移动10m,该过程中工人所做的功是______J,水平推力的功率是______W。
【例2】双杠屈臂伸是中学生体育测试的项目之一,若一个普通中学生在30s内完成12次屈臂伸,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.50W C.500W D.5000W
【变式1】如图所示,在水平拉力F的作用下,使重400N的物体在水平桌面上以0.2m/s的速度匀速运动时,物体与桌面的摩擦力为90N(不计绳重、动滑轮重及摩擦),F及其功率的大小分别为( )
A.30N;18W B.20N;18W C.90N;6W D.30N;6W
一、单选题
1.如图所示,是“功和功率”的部分知识结构图,下列关于图中①②③④的理解正确的是( )
A.①乘积 B.②之和 C.③快慢 D.④多少
2.关于功和功率的关系,下列说法正确的是( )
A.做的功越多,功率一定越大 B.功率越大,做的功一定越多
C.相同时间内,做的功越多,功率越大 D.做功时间越短,功率一定越大
3.关于功和功率,下列说法正确的是( )
A.作用在物体上的力越大,这个力做的功一定越多
B.一个力做的功越多,则这个力的功率一定越大
C.一个力做功时间越长,则这个力的功率一定越小
D.一个力做功越快,则这个力的功率一定越大
4.两个班的物理课代表甲同学和乙同学,将相同的物理作业本从一楼搬到三楼,他们所用时间分别为40s和30s。关于两同学对作业本做功的情况,下列说法中正确的是( )
A.甲同学做功较多
B.乙同学做功较多
C.甲同学做功的功率较大
D.乙同学做功的功率较大
5.下列有关功和功率的说法中正确的是( )
A.用水平力推着购物车前进,推车的力做了功
B.把水桶从地面上提起来,提水桶的力没有做功
C.做功越多,功率越大
D.做功用时越长,功率越大
6.如图所示,一个大人和一个小孩均从1楼爬到4楼,所用时间相同,大人的质量比小孩大,下列说法正确的是( )
A.小孩做的功较多 B.大人做的功较多
C.小孩做功功率较大 D.大人和小孩做功功率一样大
7.关于功率,下列说法正确的是( )
A.功率越大,做功越多 B.功率越大,做功越快
C.做功时间越长,功率越小 D.功率是表示做功多少的物理量
8.下列关于功率的说法,正确的是( )
A.做功越多,功率越大
B.做功时间越短,功率越大
C.功率大的机械比功率小的机械做功快
D.功率大的机械比功率小的机械做功多
9.在平直的路面上,一辆重为150 N的小车在20 N的水平拉力F作用下向西匀速运动,1 min内通过了60 m,则拉力F做的功和拉力F做功的功率分别为( )
A.1200 J,150 W B.1200 J,20 W C.9000 J,150 W D.9000 J,20 W
10.双杠屈臂伸主要锻炼胸部肌肉的力量,它的动作过程为:双手分别握杠,两臂支撑在双杠上,肘关节慢慢弯屈,同时肩关节伸屈,使身体逐渐下降至最低位置,稍停片刻,两臂用力撑起至还原。若一名普通中学生在30 s内完成12次屈臂伸,如图所示,该过程中中学生克服重力做功的平均功率约为( )
A.60 W B.160 W C.10 W D.220 W
11.质量为10kg的物体A放在水平桌面上,利用如图所示的装置在拉力F作用下使物体A以0.2m/s的速度做匀速直线运动,弹簧测力计始终保持水平,示数为6N。不计绳重、弹簧测力计重、绳子的伸长和滑轮组内部的摩擦,则( )
A.作用在绳端的拉力F为2N
B.绳自由端移动的速度为0.4m/s
C.在2s内克服地面对物体摩擦力做的功为4.8J
D.拉力F的功率为3.6W
12.某同学在中考体育测试的跳绳项目中,跳了150次,他跳绳的功率约为( )
A. B. C. D.
二、填空题
13.力学中做功需要满足两个必要条件,分别是__________和物体在力的方向上发生移动;物体单位时间内完成的功叫做__________,是衡量做功快慢的物理量。
14.人骑自行车时的功率约为70W,70W的物理意义是____________________。小华用50N的水平力推着重为400N的物体沿水平面做匀速直线运动,物体在5s内移动了5m,则物体的速度是______m/s;在此过程中,小华对物体所做的功是______J,小华对物体做功的功率是______W,物体重力做功的功率是______W。
15.功率是表示物体做功__________的物理量。某机器的功率是500W,其物理意义是______________。若甲、乙两台机器做功之比为5∶3,所用时间之比为4∶9,则它们的功率之比为_________。
16.同学们在体育课上做仰卧起坐,前半段是背部由平躺地面变成脊柱弯曲,后半段是上半身完全离开地面。如图所示,仰卧起坐时,人体可看成杠杆模型,O为支点,肌肉的拉力F为动力。
(1)先将头向前抬起,可以减小______力臂。在平躺至坐起的过程中,肌肉所施加的动力变化情况是 ______;
(2)同学们可以改变仰卧起坐的快慢,来控制体育锻炼的效果,从物理学角度分析,其实质是改变______的大小。
17.一辆汽车以20m/s的速度在水平路面上沿直线匀速行驶5分钟,汽车的质量为1500kg,行驶时所受阻力为车重的0.2倍,此过程中牵引力做的功为__________J,此时汽车的功率为__________W,重力做的功为__________J。
18.在体育考试中,小明投出的实心球在空中的运动轨迹如上图所示.若实心球质量为2 kg,从最高点到落地点的过程中,球下降的高度为2.7 m,用时约0.75 s.则球从最高点到落地重力做功的功率为_________W.
19.如图所示,木块重20N。当作用在滑轮组自由端的水平拉力F=4N时,木块恰能在水平桌面上做匀速直线运动。若木块2s内沿此水平桌面匀速前进了0.6m,不计滑轮、绳重及轴摩擦,则拉力F做功的功率为______W。
20.在探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”的实验中,如图甲,小华两次水平拉动同一物体在同一水平面上做匀速直线运动,物体两次运动的路程与时间的图像如图乙所示,则两次拉力对物体做的功______;两次拉力对物体做功的功率_____。(均选填“”“”或“”)
21.如图所示,在2025世界人形机器人运动会的100米短跑项目中,某参赛机器人以匀速直线运动的方式跑完全程,用时,该过程中机器人受到的牵引力为。则机器人在比赛过程中,水平地面对机器人的支持力_______(选填“做功”或“不做功”),牵引力做的功为_______J,牵引力做功的功率为_______。
22.图书馆来了一批新书,工人用如图所示的______滑轮提升书籍,一次运送的书籍重为,从底楼运至二楼书重心提升,耗时,已知绳端拉力为,则滑轮的重为______,手拉绳头的速度为______,此过程人做的有用功为______J,人做功功率为______。(不计绳重及摩擦,取)
三、实验题
23.小刚想粗略地测算自己在单杠上做引体向上的运动时的功率,如图。
(1)实验原理是__________。(填写公式)
(2)需要的测量工具:________、________、________。
(3)小明采用了合适的方法记录数据,请帮他在空格处补上相应的数据。(取)
重心上升高度
质量
完成一次克服重力所做的功
完成的次数n
时间
功率
0.5
60
_________
5
12
_______
四、计算题
24.如图所示是一辆无人配送车。若该无人配送车装满快递后的总质量为600 kg,在某小区的平直道路上以1.5 m/s的速度匀速行驶,此过程中受到的阻力是车重的0.1倍。求:(g取10 N/kg)
(1)配送车受到的牵引力是多少?
(2)配送车牵引力的功率是多少?
25.近年来,随着智能物流技术的发展,越来越多的无人配送机器人出现在城市街头。如图,该机器人满载货物时总质量可达150kg。若某次配送过程中,机器人满载并以1.5m/s的速度在水平路面上匀速直线行驶,牵引力恒为100N,行驶距离为500m。请你完成下列内容:(g取10N/kg)
(1)行驶过程中,重力对机器人做的功为__________J;
(2)求牵引力对机器人做的功;
(3)求牵引力做功的功率。
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