2018-2019高中物理 第七章 機械能守恒定律 7.3 功率課件 新人教版必修2.ppt

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1、3. 功 率,一、功率,1.定義:功W與完成這些功所用時間t的_叫作功率。 2.定義式:P= 。 3.單位:_(瓦),符號是_。 4.功率是_量。 5.物理意義:是表示做功_的物理量。,比值,瓦特,W,標,快慢,6.額定功率與實際功率: (1)額定功率:發(fā)動機正常工作時輸出的_功率。 實際功率:發(fā)動機實際工作時輸出的功率。 (2)為了保證機械的安全,工作時盡量使_。,最大,P實P額,二、功率與速度,1.力與速度的關系: 推導:一個物體在恒力F的作用下,在t時間內(nèi)發(fā)生的位移為l,已知作用力F的方向和位移方向相同。,Flcos,Fvcos,2.機車中P、F、v的關系: (1)大小關系。 當F與v同

2、向時,P=_。 當F與v的夾角為時,P=_。,Fv,Fvcos,(2)制約關系。 P一定時,F與v成_,如汽車上坡時減小速度來增 大牽引力。 v一定時,F與P成_,如汽車速度不變時,加大油 門可以增大牽引力。 F一定時,P與v成_,如汽車勻加速行駛時,速度 增大,功率也增大。,反比,正比,正比,3.平均功率和瞬時功率: (1)平均功率。 定義:某一段時間t內(nèi)功率的平均值。 表達式:,(2)瞬時功率。 定義:某一時刻功率的瞬時值,能精確地描述做功的 快慢。 表達式: a.當F與v同向時,P=_; b.當F與v夾角為時,P=_,v為瞬時速度。,Fv,Fvcos,【思考辨析】 (1)做功的時間越長,

3、功率一定越小。 ( ) (2)做功越多,功率一定越大。 ( ) (3)功率是表示力做功快慢的物理量。 ( ) (4)額定功率大的機車發(fā)動機工作時實際功率一定大。 ( ),(5)由P= 可知,只要知道W和t的值就可以計算出任意 時刻的功率。 ( ) (6)由P=Fv可知,汽車的功率一定與它的速度成正比。 ( ) (7)由P=Fv可知,牽引力一定與速度成反比。 ( ) (8)當汽車P一定時,牽引力一定與速度成反比。 ( ),提示:(1)。功率與做功、時間都有關系。 (2)。功率與做功、時間都有關系。 (3)。功率的物理意義是表示力做功快慢。 (4)。額定功率是發(fā)動機正常工作時的最大輸出功 率,發(fā)動

4、機實際功率可以小于額定功率。 (5)。公式P= 求的是這段時間內(nèi)的平均功率,不 能求瞬時功率。,(6)。據(jù)P=Fv知,當汽車牽引力一定時,汽車的功率與速度成正比。 (7)。當汽車功率一定時,牽引力與速度成反比,當功率不一定時,牽引力不一定與速度成反比。 (8)。在功率一定時,汽車牽引力與運動速度成反比。,一 平均功率與瞬時功率 考查角度1 對功率的理解 【典例1】關于功率,下列說法正確的是 ( ) A.功率是描述力對物體做功多少的物理量 B.力做功時間越長,力的功率一定越小,C.力對物體做功越快,力的功率一定越大 D.力F越大,速度v越大,瞬時功率就越大,【解析】選C。功率是描述力對物體做功快

5、慢的物理量,做功越快,功率越大,A錯誤,C正確;力對物體做功時間長,未必做功慢,B錯誤;瞬時功率與力、速度及它們的夾角三個因素有關,力F越大,速度v越大,瞬時功率不一定越大,D錯誤。,【核心歸納】 公式P= 和P=Fv的比較,【易錯提醒】 額定功率和實際功率 (1)額定功率是指動力機械長期正常工作時最大的輸出功率,是動力機械重要的性能指標。一個動力機械的額定功率是一定的,通常都在銘牌上標明。機械工作時必須受額定功率的限制。,(2)實際功率是機械工作時實際的輸出功率,實際功率可以小于、等于額定功率,但實際功率長時間大于額定功率會損壞機器。,考查角度2 功率的計算 【典例2】(多選)質(zhì)量為m的物體

6、靜止 在光滑水平面上,從t=0時刻開始受到 水平力的作用。力的大小F與時間t的 關系如圖所示,力的方向保持不變,則 ( ),A.3t0時刻的瞬時功率為 B.3t0時刻的瞬時功率為 C.在t=0到3t0這段時間內(nèi),水平力的平均功率為 D.在t=0到3t0這段時間內(nèi),水平力的平均功率為,【解析】選B、D。3t0時速度v=a12t0+a2t0 = 2t0 + t0= ,3t0時刻瞬時功率P=3F0v= , 故A錯,B對;02t0內(nèi),力F0做的W1=F0 (2t0)2 = ,2t03t0內(nèi)位移x2=a12t0t0+ = 2t03t0內(nèi)水平力3F0做的功,W2=3F0 x2= 03t0內(nèi)平均功率 故C錯

7、,D對。,【核心歸納】 功率的計算方法 1.平均功率的計算: (1)利用P= 。 (2)利用P=F cos ,其中 為物體運動的平均速度。,2.瞬時功率的計算: (1)利用公式P=Fvcos ,其中v為瞬時速度。 (2)利用公式P=FvF,其中vF為物體的速度在力F方向上的分速度。 (3)利用公式P=Fvv,其中Fv為物體受的外力在速度v方向上的分力。,【特別提醒】 P= 是功率的定義式,適用于任何情況下功率的計算。 若t0,則P為平均功率;若t0,則P為瞬時功率。,【過關訓練】 1.質(zhì)量為2 kg的物體以10 m/s的初速度水平拋出,經(jīng)過2 s落地。g取10 m/s2。關于重力做功的功率,下

8、列說法正確的是 ( ) A.下落過程中重力的平均功率是400 W B.下落過程中重力的平均功率是100 W,C.落地前的瞬間重力的瞬時功率是400 W D.落地前的瞬間重力的瞬時功率是200 W,【解析】選C。物體2 s下落的高度為h= gt2=20 m, 落地的豎直分速度為vy=gt=20 m/s,所以落到地面前的 瞬間重力的瞬時功率是P=mgvy=400 W,下落過程中重力 的平均功率是 =200 W,選項C正確。,2.(多選)質(zhì)量為m的物體靜止在粗糙的水平地面上,從 t=0時刻開始物體受到方向恒定的水平拉力F作用,拉力 F與時間t的關系如圖甲所示。物體在 t0時刻開始運 動,其運動的v

9、-t圖象如圖乙所示,若最大靜摩擦力等 于滑動摩擦力,則 ( ),A.物體與地面間的動摩擦因數(shù)為 B.物體在t0時刻的加速度大小為 C.物體所受合外力在t0時刻的功率為2F0v0 D.水平力F在t02t0時間內(nèi)的平均功率為,【解析】選A、D。物體在 時刻開始運動,故f=F0,動 摩擦因數(shù)= ,故A正確;在 t0t0時間內(nèi),假設物 體做勻加速運動,則v0=a t0,解得a= ,實際上物 體的加速度從0開始增大,故在t0時刻加速度大于 , 故B錯誤;在t0時刻,物體受到的合外力F=2F0-f=F0,功率,P=F0v0,故C錯誤;在2t0時刻速度v=v0+ t0,在t02t0 時間內(nèi)物體的平均速度 故

10、平均功率 P=2F0 = ,故D正確。,二 機車啟動問題 考查角度1 機車啟動圖象的識別與判斷 【典例1】(多選)汽車從靜止勻加速啟動,最后做勻速運動,其速度隨時間及加速度、牽引力和功率隨速度變化的圖象如圖所示,其中正確的是 ( ),【解析】選A、C、D。汽車啟動時由P=Fv和F-Ff=ma可知,勻加速啟動過程中,牽引力F、加速度a恒定不變,速度和功率均勻增大,當功率增大到額定功率后保持不變,牽引力逐漸減小到與阻力相等,加速度逐漸減小到零,速度逐漸增大到最大速度,故A、C、D正確,B錯誤。,【典例2】某汽車發(fā)動機的額定功率為60 kW,汽車質(zhì)量為5 t,汽車在運動中所受阻力的大小恒為車重的0.

11、1倍。(g取10 m/s2),(1)若汽車以額定功率啟動,則汽車所能達到的最大速度是多少?當汽車速度達到5 m/s時,其加速度是多少? (2)若汽車以恒定加速度0.5 m/s2啟動,則其勻加速過程能維持多長時間?,【審答規(guī)范】 第一步:規(guī)范審題,第二步:規(guī)范解答 作圖空間,(1)當汽車的加速度為_時,汽車的速度v達到最大值 vm,此時牽引力與_相等,故最大速度為 vm=_=_=_m/s=_ m/s v=5 m/s時的牽引力F1=_=_N=_ N, 由F1-Ff=ma得: =1.4 m/s2。,零,阻力,12,1.2104,(2)當汽車以a=0.5 m/s2的加速度啟動時的牽引力 F2=ma+F

12、f=(5 0000.5+0.1510310)N= 7 500 N勻加速運動能達到的最大速度為 vm=_=_m/s=8 m/s,由于此過程中汽車做勻加速直線運動,滿足vm=_ 故勻加速過程能維持的時間t=_=_s=16 s。 答案:(1)12 m/s 1.4 m/s2 (3)16 s,at,【核心歸納】 1.兩種啟動方式的過程分析:,2.機車啟動問題中幾個物理量的求法: (1)機車的最大速度vm的求法:機車達到勻速前進時速 度最大,此時牽引力F等于阻力Ff,故 (2)勻加速啟動持續(xù)時間的求法:牽引力F=ma+Ff,勻加 速的最后速度vm= ,時間t=,(3)瞬時加速度的求法:據(jù)F= 求出牽引力,

13、則加速度,【過關訓練】 1.一汽車在平直公路上行駛。從某時刻開始計時,發(fā)動機的功率P隨時間t的變化如圖所示。假定汽車所受阻力的大小Ff恒定不變。下列描述該汽車的速度v隨時間t變化的圖線中,可能正確的是 ( ),【解析】選A。當汽車的功率為P1時,汽車在運動過程 中滿足P1=F1v,因為P1不變,v逐漸增大,所以牽引力F1逐 漸減小,由牛頓第二定律得F1-Ff=ma1,Ff不變,所以汽車 做加速度減小的加速運動,當F1=Ff時速度最大,且 當汽車的功率突變?yōu)镻2時,汽車的牽引力突,增為F2,汽車繼續(xù)加速,由P2=F2v可知F2減小,又因 F2-Ff= ma2,所以加速度逐漸減小,直到F2=Ff時

14、速度最 大vm= ,此后汽車做勻速直線運動。綜合以上分 析可知選項A正確。,2.(2018天津高考)我國自行研制、 具有完全自主知識產(chǎn)權的新一代大型 噴氣式客機C919首飛成功后,拉開了 全面試驗試飛的新征程。假設飛機在水平跑道上 的滑跑是初速度為零的勻加速直線運動,當位移 x=1.6103 m時才能達到起飛所要求的速度v=80 m/s。,已知飛機質(zhì)量m=7.0104 kg,滑跑時受到的阻力為自身重力的0.1倍,重力加速度g取10 m/s2,求飛機滑跑過程中, (1)加速度a的大小。 (2)牽引力的平均功率P。,【解析】(1)飛機滑跑過程中做初速度為零的勻加速直線運動,有v2=2ax, 代入數(shù)

15、據(jù)解得a=2 m/s2 ,(2)設飛機滑跑受到的阻力為F阻, 根據(jù)題意有F阻=0.1mg 設發(fā)動機的牽引力為F, 根據(jù)牛頓第二定律有 F-F阻=ma; ,設飛機滑跑過程中的平均速度為 在滑跑階段,牽引力的平均功率P=F , 聯(lián)立得P=8.4106 W。 答案:(1)2 m/s2 (2)8.4106 W,【補償訓練】 1.一輛小車在水平面上做勻速直線運動,從某時刻起,小車所受牽引力和阻力隨時間變化的規(guī)律如圖所示,則作用在小車上的牽引力F的功率隨時間變化的規(guī)律是圖中的 ( ),【解析】選D。車所受的牽引力和阻力恒定,所以車做勻加速直線運動,牽引力的功率P=Fv=F(v0+at),故選項D正確。,2

16、.(2018廣州高一檢測)某探究性學習小組的同學對 一輛自制遙控車的性能進行研究。他們讓這輛小車在 水平地面上由靜止開始運動,并將小車運動的全過程記 錄下來,通過數(shù)據(jù)處理得到如圖所示的v -t圖象,已知 小車在0t1時間內(nèi)做勻加速直線運動,t110 s時間 內(nèi)小車牽引力的功率保持不變,7 s末達到最大速度,在,10 s末停止遙控讓小車自由滑行,小車質(zhì)量m=1 kg,整個過程中小車受到的阻力Ff大小不變。求:,(1)小車所受阻力Ff的大小。 (2)在t110 s內(nèi)小車牽引力的功率P。 (3)求出t1的值及小車在0t1時間內(nèi)的位移。,【解析】(1)在10 s末撤去牽引力后,小車只在阻力Ff作用下做

17、勻減速運動, 由圖象可得減速時加速度的大小為a=2 m/s2, 則Ff=ma=2 N。,(2)小車做勻速運動階段即710 s內(nèi),設牽引力為F,則F=Ff, 由圖象可知vm=6 m/s, 解得P=Fvm=12 W。,(3)設0t1時間內(nèi)的位移為x1,加速度大小為a1, 則由P=F1v1得F1=4 N, 由F1-Ff=ma1得a1=2 m/s2, 則 x1= 答案:(1)2 N (2)12 W (3)1.5 s 2.25 m,【拓展例題】考查內(nèi)容 機車啟動的其他圖象的分析 【典例】一輛汽車在平直的公路上以某一初速度運動,運動過程中保持恒定的牽引功率,其加速度a和速度的倒數(shù) 的關系圖象如圖所示。若已知汽車的質(zhì)量,則根據(jù)圖象所給的信息,不能求出的物理量是 ( ),A.汽車的功率 B.汽車行駛的最大速度 C.汽車所受到的阻力 D.汽車運動到最大速度所需的時間,【正確解答】選D。由F-Ff=ma,P=Fv可得:a= 對應圖線可知, =k=40 m2/s3,可求出汽車的功率P, 由a=0時, =0.05 m-1s可得:vm=20 m/s,再由vm= 可求出汽車受到的阻力Ff,但無法求出汽車運動到最大 速度所需的時間。,