2020高中物理 第七章 机械能守恒定律 第3节 功率课件 新人教版必修2

第七章机械能守恒定律第三节功率•素养目标定位※理解功率的概念，知道什么是瞬时功率和平均功率※正确理解P＝Wt和P＝Fv的意义，并能用来解释有关现象和进行计算※知道什么是额定功率与实际功率，知道功率在生活中的应用•素养思维脉络课前预习反馈•1．定义：功跟完成这些功____________的比值叫做功率。•2．定义式：P＝______•3．单位：国际单位制中，功率的单位是________，简称______，符号是_____。1W＝1J/s技术上常用千瓦(kW)做功率的单位，1kW＝1000W。•4．物理意义：功率是标量，它是表示力对物体做功________的物理量。知识点1功率所用时间Wt瓦特瓦W快慢•5．平均功率与瞬时功率概念比较项目平均功率瞬时功率定义在一段____________________做功的快慢物体在某一________或某一________时做功的快慢公式P＝______或P＝_______P＝Fv，v为某________的速度类比物理量____________、平均加速度瞬时速度、______________时间内或某一过程中时刻位置WtFv时刻平均速度瞬时加速度知识点2额定功率与实际功率概念比较项目额定功率实际功率定义发动机正常条件下长时间工作时的________________发动机____________时的输出功率特点不同机械额定功率可能________，但同一机械额定功率________同一机械实际功率随工作情况而变联系为了机械的安全P额≥P实最大输出功率实际工作不同不变•1．功率与速度关系式：P＝______(F与v方向相同)。•2．应用：由功率速度关系式知，汽车、火车等交通工具和各种起重机械，当发动机的功率P一定时，牵引力F与速度v成________，要增大牵引力，就要________速度。知识点3功率与速度Fv反比减小辨析思考『判一判』(1)由公式P＝Wt知，做功越多，功率越大。()(2)做相同的功，用时短的做功较快。()(3)发动机不能在实际功率等于额定功率情况下长时间工作。()(4)汽车爬坡时常常需要换用高速挡。()(5)由P＝Fv既能求某一时刻的瞬时功率，也可以求平均功率。()×√××√『选一选』(2019·上海市虹口区北虹高中高一下学期期中)关于功率，下列说法中正确的是()A．根据P＝Wt可知，机械做功越多，其功率就越大B．根据P＝Fv可知，汽车的牵引力一定与其速度成反比C．根据P＝Wt可知，只要知道时间t内所做的功，就可知任意时刻的功率D．根据P＝Fv可知，发动机的功率一定时，交通工具的牵引力与运动速度成反比D解析：由P＝Wt可知，在时间t一定的情况下，机械做功越多，其功率就越大，选项A错误；根据P＝Fv可知，在发动机的输出功率P一定的情况下，汽车的牵引力与其速度成反比，选项B错误，D正确；功W与一段运动过程相对应，故利用P＝Wt计算出的是时间t内力对物体做功的平均功率，选项C错误。•『想一想』•右图为某品牌家用轿车中用于改变车速的排挡。手推变速杆到达不同挡位，可获得不同的运动速度，从“1～5”逐挡速度增大，R是倒车挡。试问轿车要以最大动力上坡，变速杆应推至哪一挡？为什么？答案：1；根据P＝Fv，要增大牵引力，就要减小速度。课内互动探究•如图所示，两个质量相等的人爬相同的楼，他们的重力做的功相同吗？做功的功率相同吗？•提示：两个人重力做的功相等，但年轻人爬得快，用的时间少，重力做功的功率大。1探究一对公式P＝Wt和P＝Fv的理解1．公式P＝Wt和P＝Fv的比较P＝WtP＝Fv适用条件功率的定义式适用于任何情况下功率的计算，一般用来求平均功率；当时间t→0时，可由定义式确定瞬时功率功率的计算式仅适用于F与v同向的情况，一般用来求瞬时功率；当v为平均速度时，所求功率为平均功率联系(1)公式P＝Fv是P＝Wt的推论；(2)功率P的大小与W、t无关。•2．P＝Fv中三个量的制约关系定值各量间的关系应用P一定F与v成反比汽车上坡时，要增大牵引力，应换挡减小速度v一定F与P成正比汽车上坡时，要使速度不变，应加大油门，增大输出功率，获得较大牵引力F一定P与v成正比汽车在高速路上，加大油门增大输出功率，可以提高速度•特别提醒：1.求平均功率时必须说明是哪段时间或哪一个过程的平均功率。•2．公式P＝Fv仅适用于F与v方向相同的情况，若F与v方向不同，则用P＝Fvcosα来计算功率，其中α是F与v的夹角。•如图所示，质量为m＝2kg的木块在倾角θ＝37°的斜面上由静止开始下滑，木块与斜面间的动摩擦因数为μ＝0.5，已知：sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2。求：•(1)前2s内重力做的功。•(2)前2s内重力的平均功率。•(3)2s未重力的瞬时功率。典例1解题指导：(1)求前2s重力做的功，关键是计算物体的位移，确定重力与位移的夹角。(2)前2s内重力的平均功率用公式P＝Wt求解。(3)2s末重力的瞬时功率用公式P＝Fv·cosα求解。解析：(1)木块所受的合外力F合＝mgsinθ－μmgcosθ＝mg(sinθ－μcosθ)＝2×10×(0.6－0.5×0.8)N＝4N木块的加速度a＝F合m＝42m/s2＝2m/s2，前2s内木块的位移l＝12at2＝12×2×22m＝4m所以，重力在前2s内做的功为W＝mglsinθ＝2×10×4×0.6J＝48J。(2)重力在前2s内的平均功率为P＝Wt＝482W＝24W。(3)木块在2s末的速度v＝at＝2×2m/s＝4m/s2s末重力的瞬时功率P＝mgvsinθ＝2×10×4×0.6W＝48W。•〔对点训练1〕如图甲所示，滑轮质量、摩擦均不计，质量为2kg的物体在F作用下由静止开始向上做匀加速运动，其速度随时间的变化关系如图乙所示，由此可知，(g取10m/s2)()•A．物体加速度大小为2m/s2•B．4s末F的功率大小为42W•C．F的大小为21N•D．4s内F做功的平均功率为42WB解析：由速度－时间图像可得加速度a＝0.5m/s2，由牛顿第二定律：2F－mg＝maF＝mg＋ma2＝10.5N，P＝F·2v＝10.5×2×2W＝42W，P＝Wt＝Fst＝10.5×2×44W＝21W。探究二机车的两种启动方式•汽车以不同的方式启动，一次保持发动机的功率不变，一次保持加速度不变，请思考：•(1)发动机的功率不变时，汽车的加速度能否保持不变？•(2)汽车的加速度不变时，发动机的功率能否保持不变？2•提示：(1)根据P＝Fv，功率不变，速度增大时，牵引力必定减小，由牛顿第二定律可知，汽车的加速度减小；(2)加速度不变，则牵引力不变，由P＝Fv可知，随着速度的增大，发动机的功率不断增大。•1．以恒定功率启动：•(1)运动过程分析•(2)这一过程的P－t图像和v－t图像如图所示：•2．以恒定加速度启动：•(1)运动过程分析•(2)这一过程的P－t图像和v－t图像如图所示：3．机车启动问题中几个物理量的求法：(1)机车的最大速度vm的求法：机车达到匀速前进时速度最大，此时牵引力F等于阻力Ff，故vm＝PF＝PFf。(2)匀加速启动持续时间的求法：牵引力F＝ma＋Ff，匀加速的最后速度v′m＝P额ma＋Ff，时间t＝v′ma。(3)瞬时加速度的求法：据F＝Pv求出牵引力，则加速度a＝F－Ffm。•特别提醒：(1)机车以恒定加速度启动时，匀加速结束时的速度，并未达到整个过程的最大速度vm。•(2)P＝Fv中因为P为机车牵引力的功率，所以对应的F是牵引力并非合力，这一点在计算时极易出错。•两轮平衡车(如图所示)广受年轻人的喜爱，它的动力系统由电池驱动，能够输出的最大功率为P0，小明驾驶平衡车在水平路面上沿直线运动，受到的阻力恒为Ff。已知小明和平衡车的总质量为m，从启动到达到最大速度的整个过程中，小明和平衡车可视为质点，不计小明典例2对平衡车做的功。•设平衡车启动后的一段时间内是由静止开始做加速度为a的匀加速直线运动，则()A．平衡车做匀加速直线运动过程中能达到的最大速度为v＝P0Ff＋maB．平衡车运动过程中所需的最小牵引力为F＝maC．平衡车达到最大速度所用的时间t0＝P0Ff＋maaD．平衡车能达到的最大行驶速度vm＝P0Ff＋maA解题指导：(1)汽车匀加速结束时的最大速度v＝P0F，整个过程的最大速度vm＝P0Ff，v＜vm(2)匀加速运动的时间t＝va，达到最大速度的时间tm＞t。解析：平衡车做匀加速直线运动过程中，由牛顿第二定律得F－Ff＝ma，则根据P0＝Fv可得匀加速时能达到的最大速度为v＝P0F＝P0Ff＋ma，选项A正确；当平衡车的加速度为零时，牵引力最小，此时F＝Ff，选项B错误；平衡车做匀加速直线运动所用的时间t＝va＝P0Ff＋maa，匀加速直线运动结束后，平衡车加速度减小，继续加速，最后当牵引力等于阻力时达到最大速度，此时vm＝P0Ff＞v，可知平衡车达到最大速度所用的时间t0＞P0Ff＋maa，选项C、D错误。•〔对点训练2〕(多选)一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5s内做匀加速直线运动，5s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其v－t图像如图所示。已知汽车的质量为m＝2×103kg，汽车受到地面的阻力为车重的0.1倍(取g＝10m/s2)则()•A．汽车在前5s内的牵引力为4×103N•B．汽车在前5s内的牵引力为6×103N•C．汽车的额定功率为60kW•D．汽车的最大速度为30m/sBCD解析：f＝kmg＝2×103N，前5s内a＝Δvt＝2m/s2由F－f＝ma得F＝f＋ma＝6×103N，故A错B对；P额＝Fv＝6×103×10W＝60kW，C对；vmax＝P额f＝30m/s，D对。核心素养提升应用功率公式P＝Fv的解题技巧对公式“P＝Fv”的使用，有着一定的技巧和要点：1．应用公式“P＝Fv”解题时首先应明确它的适用范围：F与v方向相同。2．当F与v方向不同时：若F的方向与v的方向的夹角为θ，由W＝Flcosθ、P＝Wt得功率应为P＝Fvcosθ。可见计算功率时必须考虑作用力F与物体运动方向v的夹角。3．对于其中的v也有两种情况：若“v”是平均速度，用P＝Fv求得的就是平均功率；若“v”是瞬时速度，用P＝Fv求得的就是瞬时功率。•(多选)宇航员在地面进行素质训练时，抓住秋千杆由水平状态开始下摆，如图所示，在到达竖直状态的过程中，下面说法正确的是()AD案例A．宇航员受到的向心力在逐渐变大B．重力对宇航员做功的平均功率为零C．重力对宇航员做功的瞬时功率逐渐增大D．由于杆的拉力方向始终与宇航员的速度方向垂直，所以拉力对宇航员做的功为零解析：宇航员下落时，速度越来越大，由F向＝mv2r，可知向心力逐渐增大，A对；重力做功不为零，所以重力做功的平均功率不为零，B错；开始时，小球速度为零，所以重力的瞬时功率为零，最低点时，重力与速度方向垂直，所以重力的瞬时功率为零，所以，重力的瞬时功率先增大后减小，C错；由W＝Flcosα可知，D对。