2020年新教材高中物理 8.1 功与功率课件 新人教版必修2

第八章机械能守恒定律1.功与功率一、功1.公式:W=Flcosα。(1)α是_________方向之间的夹角,l为物体_________的位移。(2)该公式适用于_____做功。(3)功是_____(选填“标量”或“矢量”)。力与位移相对地面恒力标量(4)功是一个_____(选填“过程”或“状态”)量。(5)单位:_________。符号是J。过程焦耳(焦)2.正功和负功:用线将相应知识连接起来。二、功率【思考】起重机甲在60s内把1吨的货物匀速提高了5m,另一台起重机乙在30s内把1吨的货物匀速提高了5m。哪一台起重机做功快?如何比较它们做功的快慢?提示:起重机乙做功快,做的功相同,用时少的做功快。1.定义:功W与完成这些功所用时间t的_____叫作功率。2.定义式:P=。3.单位:_____(瓦),符号是__。4.功率是___量。5.物理意义:是表示做功_____的物理量。比值瓦特W标快慢Wt6.额定功率与实际功率:(1)额定功率:发动机正常工作时输出的_____功率。实际功率:发动机实际工作时输出的功率。(2)为了保证机械的安全,工作时尽量使_______。最大P实≤P额三、功率与速度【思考】汽车上坡时,司机为什么要换低挡来减小速度?提示:根据公式P=Fv可知,汽车上坡时,功率不变,为获得较大的牵引力,需换低挡来减小速度。1.关系:当一个力与运动方向在同一直线上时,这个力对物体做功的功率等于这个力与_____的乘积。2.关系式:P=Fv。(1)若v是物体的平均速度,则P=Fv为对应时间t内的_________。(2)若v是瞬时速度,则P表示该时刻的_________。速度平均功率瞬时功率3.应用:从P=Fv可以看出,汽车、火车等交通工具,当发动机的功率P一定时,牵引力F与速度成_____,要增大牵引力,就要减小速度。反比4.平均功率与瞬时功率:(1)平均功率。①大小:某一段时间t内功率的平均值。②意义:表示_________内做功的平均快慢程度,对应的是一段时间(或过程)。一段时间(2)瞬时功率。①大小:某一时刻功率的瞬时值,能精确地描述做功的快慢。②意义:表示_________做功的快慢程度,对应的是某一时刻(或某一位置)。某一瞬时一功的含义和正负判断1.做功的两个条件:做功的力和物体在力的方向上发生的位移,两个条件缺一不可。2.决定功大小的因素:由功的公式W=Flcosα可得,功的大小决定于做功的力的大小及受力物体在力的方向上发生的位移大小,与物体的质量大小、物体所处环境、物体的运动状态等因素无关,即力做功具有独立性。【思考·讨论】下面三种情境中,人是否对物体做功?(物理观念)(1)举重运动员举着杠铃不动。(2)一人在水平地面上匀速搬运一盆花。(3)小孩拉箱子沿水平地面向右运动一段位移。提示:(1)杠铃没有发生位移,举杠铃的力对杠铃不做功。(2)搬花盆的力与花盆的位移垂直,人对花盆不做功。(3)箱子在拉力的方向上发生了一段位移,拉力对箱子做了功。【典例示范】水平路面上有一辆汽车向左运动,车厢内有一个固定斜面,一个人坐在斜面上,车与人始终相对静止。下列说法正确的是()A.汽车匀速行驶时,斜面对人的支持力不做功B.汽车减速行驶时,斜面对人的支持力做负功C.汽车减速行驶时,斜面对人的摩擦力一定做负功D.汽车加速行驶时,斜面对人的摩擦力一定做正功【解析】选C。人受重力、垂直斜面向上的支持力、摩擦力三个力的作用,无论车做加速、匀速、减速运动,支持力与速度方向的夹角均小于90°,即支持力均做正功,故A、B错误;当车匀速运动时,人受到的合外力等于0,即人受的支持力与摩擦力的合力与人的重力等大反向,则当车向左做减速运动时,支持力与摩擦力的合力向右上方,才可使人的合力水平向右,则可知摩擦力在水平方向的分力一定大于支持力在水平方向的分力,故摩擦力与速度的夹角一定大于90°,即摩擦力做负功,故C正确;同理,当车向左做加速运动时,支持力与摩擦力的合力向左上方,才可使人的合力水平向左,则可知摩擦力有三种情况,第1种情况摩擦力沿斜面向上在水平方向的分力一定小于支持力在水平方向的分力,摩擦力做负功,第2种情况摩擦力为零,摩擦力不做功,第3种情况沿斜面向下,摩擦力做正功,故D错误。【规律方法】判断力做正、负功的方法(1)根据力F和物体位移l方向的夹角α判断——常用于恒力做功的情形。(2)根据力与物体瞬时速度方向的夹角θ判断——常用于曲线运动的情形。如图所示:①若夹角θ是锐角,力做正功。②若夹角θ是钝角,力做负功。③若夹角θ是直角,力不做功。【母题追问】1.(多选)在【典例示范】情境中,若车厢内的斜面改为水平面,人坐在水平面上,车与人始终相对静止。则下列说法正确的是()A.汽车匀速行驶时,水平面对人的支持力不做功B.汽车减速行驶时,水平面对人的支持力做负功C.汽车减速行驶时,水平面对人的摩擦力一定做负功D.汽车加速行驶时,水平面对人的摩擦力一定做正功【解析】选A、C、D。当车匀速行驶时,人受重力、垂直水平面向上的支持力两个力的作用,无论车做加速、匀速、减速运动,支持力与速度方向的夹角均等于90°,即支持力均不做功,A正确,B错误;当车减速行驶时,人受重力、垂直水平面向上的支持力和水平向右的摩擦力三个力的作用,即人受的摩擦力的方向与速度方向相反,摩擦力做负功,C正确;当车加速行驶时,人受到水平面的摩擦力水平向左,与速度方向相同,摩擦力做正功,D正确。2.(多选)【典例示范】中的人下车后进入电梯上楼,已知从1楼到20楼的过程中经历了先加速、后匀速、再减速的运动过程,则电梯对人的支持力的做功情况是()A.加速时做正功,匀速时不做功,减速时做负功B.加速时做正功,匀速和减速时做负功C.加速和匀速时做正功,减速时做负功D.始终做正功【解析】选D。在加速、匀速、减速的过程中,支持力与人的位移方向始终相同,所以支持力始终对人做正功,故D正确。【补偿训练】1.如图所示,拖着旧橡胶轮胎跑是身体耐力训练的一种有效方法。如果某受训者拖着轮胎在水平直道上跑了100m,那么下列说法正确的是()A.轮胎受到地面的摩擦力对轮胎做了负功B.轮胎受到的重力对轮胎做了正功C.轮胎受到的拉力对轮胎不做功D.轮胎受到的地面的支持力对轮胎做了正功【解析】选A。由题知,轮胎受到地面的摩擦力方向水平向左,而位移水平向右,两者夹角为180°,则轮胎受到地面的摩擦力做了负功,A正确;轮胎受到的重力竖直向下,而轮胎的位移水平向右,则轮胎在竖直方向上没有发生位移,重力不做功,B错误;设拉力与水平方向的夹角为α,由于α是锐角,所以轮胎受到的拉力做正功,C错误;轮胎受到地面的支持力竖直向上,而轮胎的位移水平向右,则轮胎在竖直方向上没有发生位移,支持力不做功,D错误。2.(多选)如图所示,光滑斜面放在水平面上,斜面上用固定的竖直挡板挡住一个光滑的重球。在整个装置沿水平面向左匀速运动的过程中,下列说法正确的是()A.重力不做功B.斜面对球的弹力不做功C.斜面对球的弹力做正功D.挡板对球的弹力做负功【解析】选A、C、D。根据功的公式可知,重力与运动方向相互垂直,故重力不做功,故A正确;斜面对球的弹力与运动方向夹角为锐角,故斜面对球的弹力FN做正功,故B错误,C正确;挡板对球的弹力向右,与运动方向相反,挡板对球的弹力做负功,故D正确。二功率含义和计算1.公式P=和P=Fv的比较:Wt2.功率的计算:(1)平均功率的计算:①利用P=。②利用P=Fcosα,其中为物体运动的平均速度。Wtvv(2)瞬时功率的计算:①利用公式P=Fvcosα,其中v为瞬时速度。②利用公式P=FvF,其中vF为物体的速度在力F方向上的分速度。③利用公式P=Fvv,其中Fv为物体受的外力在速度v方向上的分力。【思考·讨论】情境:小田同学在一个斜坡底端骑自行车由静止开始加速向上运动,假定他的运动是匀加速运动,经过一段时间骑到坡顶。讨论:(1)如何计算小田在爬坡过程中的功率?该功率是平均功率还是瞬时功率?(物理观念)(2)如何计算小田爬到坡顶时的功率?该功率是平均功率还是瞬时功率?(物理观念)提示:(1)利用公式P=该功率是平均功率。(2)利用公式P=Fv,该功率是瞬时功率。W,t【典例示范】如图甲所示,光滑水平地面上放着一质量为m的物体,在0～2t0时间内,物体受到与水平方向成θ=37°角斜向右上方的拉力作用,由静止开始沿地面运动;在2t0～3t0的时间内物体受到水平拉力作用,拉力F的大小与时间的关系如图乙所示。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,下列说法正确的是()A.在0～2t0时间内,物体的位移大小为B.在t0时,拉力的功率为C.在2t0～3t0时间内,拉力所做的功为D.在0～3t0时间内,拉力的平均功率为20010Ftm20025Ftm2200289Ft2m200289Ft6m【解析】选D。开始时物体的加速度:在0～2t0时间内,物体的位移大小为:x1=故A错误;在t0时物体的速度:v1=a1t0=拉力的功率:P1=5F0·v1cos37°=故B错误;在2t0～3t0时间内,物体的加速度:a2=0115F0.8Fcosamm04Fm，2111at22008Ft,m004Ftm，20016Ft,m09Fm在2t0末物体的速度:v2=a1·2t0=在2t0～3t0时间内,物体的位移:x2=v2t0+所以在2t0～3t0时间内,拉力做的功:W2=9F0·x2=故C错误;在0～3t0时间内拉力F对物体做的功:W=5F0cos37°·x1+W2=008Ftm22002025Ft1at22m2200225Ft2m，2200289Ft;2m所以在0～3t0时间内,拉力的平均功率为:故D正确。0WP3t200289Ft6m，【素养训练】1.设一个学生在平直公路上以一般速度骑自行车,所受阻力约为车、人总重的0.03倍,则学生的功率最接近于()A.1000WB.1WC.100WD.10W【解析】选C。一个学生与车的质量约为50kg,重力就是500N,则受到的阻力的大小为15N,骑自行车的速度一般约为15～20km/h,即约为5～6m/s,取大小为6m/s,则匀速行驶时,学生的功率P=Fv=fv=15×6W=90W,最接近的为C选项100W。故A、B、D错误,C正确。2.每年春节前温州农村都有捣年糕的习俗,借此来寓意“年年发财、步步高升”。捣年糕时,一人将“石杵”一起一落挥动,另一人在“石杵”挥动的间隙迅速翻动米粉团,直到米粉团柔软而有弹性。已知“石杵”质量为20kg,每分钟上下挥动20下,每次重心上升的高度约为90cm,则人挥动“石杵”做功的功率约为()A.60WB.120WC.180WD.540W【解析】选A。挥动“石杵”一次所做的功:W=mgh=20×10×0.9J=180J;1min内做的总功:W总=nW=20×180J=3600J,则人挥动“石杵”做功的平均功率:故A正确,B、C、D错误。W3600PW60Wt60总，【补偿训练】1.如图所示是健身用的“跑步机”示意图,质量为m的运动员踩在与水平面成α角的静止皮带上,运动员用力后蹬皮带,皮带运动过程中受到的摩擦力恒定为Ff,使皮带以速度v匀速运动,则在运动过程中下列说法正确的是()A.人对皮带不做功B.人脚对皮带的摩擦力是皮带运动的动力C.人对皮带做功的功率为FfvcosαD.人对皮带做功的功率为mgv【解析】选B。在人对皮带摩擦力作用下,皮带发生了位移,则人对皮带做功,故A错误;人脚对皮带摩擦力方向与皮带运动方向相同,是皮带运动的动力,故B正确;人对皮带做功的功率P=Ffv,故C、D错误。2.在全国女子手球锦标赛比赛中,某运动员将质量为0.4kg的手球以3m/s的速度水平抛出,当手球的速度为5m/s时,重力的瞬时功率为(不计空气阻力,重力加速度取10m/s2)()A.1.6WB.2WC.16WD.20W【解析】选C。根据平行四边形定则知,手球的竖直分速度为:vy=m/s=4m/s,重力的瞬时功率为:P=mgvy=0.4×10×4W=16W故C正