2020版新教材高中物理 1.2 功率课件 鲁教版必修2

第2节功率一、功率的含义1.含义:物体所做的功W与完成这些功所用时间t的_____。2.公式:定义式为P=____。比值Wt3.物理意义:功率是表示做功_____的物理量,功率大表示物体做功快,即单位时间里_______。4.单位:功率在国际单位制中用_____表示,简称___,符号为__,1W=______,1kW=1000W。快慢做功多瓦特瓦W1J/s二、常见机械的功率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、功率与力、速度的关系1.关系式:当力的方向与物体的运动方向相同时,P=___。2.公式P=Fv中各物理量间的关系:(1)功率P一定时,物体的运动速度v与牵引力F成_____。(2)物体的运动速度v一定时,功率P与牵引力F成_____。(3)牵引力F一定时,功率P与物体的运动速度v成_____。Fv反比正比正比3.平均功率、瞬时功率:(1)平均功率:物体在一段时间内做功的功率的_______,通常用P=描述。(2)瞬时功率:物体在某一_____或某一_____的功率,瞬时功率通常用P=___描述。平均值时刻位置FvWt4.下列关于功率的说法正确的是_____。①汽车的速度越大,功率一定越大。②当发动机的功率一定时,速度越大,汽车的牵引力越大。③当输出功率一定时,速度和牵引力成反比。④公式P=Fv可以用来计算瞬时功率也可以计算平均功率。③④一功率的含义1.功率的决定因素:功率的大小只与其比值有直接联系,与做功多少和时间长短无直接联系。2.功率大小的意义:比较功率的大小,就要比较功与时间的比值,比值越大,功率就越大,做功就越快;比值越小,功率就越小,做功就越慢。3.功率与速度的关系:(1)公式P=Fv中F、v的方向相同,若F、v间夹角为α,则P=Fvcosα。(2)公式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,应换低速挡减小速度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v与P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【思考·讨论】情境:建筑工地上有三台起重机将重物吊起,表中是它们的工作情况记录:起重机编号被吊物体重量匀速上升速度上升的高度所用时间做功A2.0×103N4m/s16m4sB4.0×103N3m/s6m2sC1.6×103N2m/s20m10s讨论:三台起重机哪台做功最多?哪台做功最快?怎样比较它们做功的快慢呢?(物理观念)提示:三台起重机分别做功3.2×104J、2.4×104J、3.2×104J,所以A、C做功最多。B做功最快,可以用功与所用时间的比值表示做功的快慢。【典例示范】关于功率,下列说法正确的是世纪金榜导学号()A.功率是描述力对物体做功多少的物理量B.力做功时间越长,力的功率一定越小C.力对物体做功越快,力的功率一定越大D.力F越大,速度v越大,功率就越大【解析】选C。功率是描述力对物体做功快慢的物理量,做功越快,功率越大,A错误,C正确;力对物体做功时间长,未必做功慢,B错误;功率与力、速度及它们的夹角三个因素有关,力F越大,速度v越大,功率不一定越大,D错误。【素养训练】1.关于功率,以下说法中正确的是()A.据P=可知,机器做功越多,其功率就越大B.据P=Fv可知,汽车牵引力一定与速度成反比C.据P=可知,只要知道时间t内机器所做的功,就可以求得这段时间内任一时刻机器做功的功率WtWtD.根据P=Fv可知,发动机功率一定时,交通工具的牵引力与运动速度成反比【解析】选D。P=表明,功率不仅与物体做功的多少有关,同时还与做功所用的时间有关,A错误;由P=Fv知,只有在功率P一定的情况下,汽车的牵引力才与速度成反比,B错误;由P=求出来的是这段时间内的平均功率,C错误;在P=Fv中,当功率一定时,在一定阶段汽车的牵引力与速度成反比,但当牵引力等于阻力时,速度不变,牵引力也不再变化,D正确。WtWt2.平流层飞艇在通信、导航、大气监测、商业旅游等活动中具有潜在的应用前景。若飞艇在平流层水平匀速飞行时,所受空气阻力与飞行速度成正比,当匀速飞行速度为v时,动力系统的输出功率为P;当匀速飞行速度为2v时,动力系统的输出功率为()A.B.C.2PD.4PP4P2【解析】选D。设当飞艇以速度v匀速飞行时,所受空气阻力为f,则P=fv。由题意,当匀速飞行速度为2v时,所受空气阻力为2f,所以此时动力系统输出的功率P1=2f·2v=4P,D正确。【补偿训练】一架自动扶梯以恒定的速度v1运送乘客上同一层楼,乘客第一次站在扶梯上不动,第二次以相对于扶梯的速度v2匀速向上走,两次扶梯牵引力做的功分别为W1和W2,牵引力的功率分别为P1和P2,则()A.W1W2,P1P2B.W1W2,P1=P2C.W1=W2,P1P2D.W1W2,P1=P2【解析】选D。两种情况下人对扶梯的压力都等于人的重力,即两种情况下扶梯的牵引力大小相等。第二种情况下人匀速走了一段位移,故扶梯的位移就比第一次小,故有s1s2,W1W2。因为两种情况下牵引力一样大,且牵引力作用下扶梯的运动速度v1也保持不变,由P=Fv,可知P1=P2。故D正确,A、B、C错误。二公式P=和P=Fv的比较P=P=Fv适用条件(1)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(2)当时间t→0时,可由定义式确定瞬时功率(1)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(2)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=的推论(2)功率P的大小与W、t无关WtWtWt【典例示范】质量m=3kg的物体,在水平力F=6N的作用下,在光滑水平面上从静止开始运动,运动时间t=3s,求:(1)力F在3s内对物体所做功的平均功率。(2)在3s末力F对物体做功的瞬时功率。【解析】(1)物体的加速度a=m/s2=2m/s23s内物体的位移s=at2=×2×32m=9m3s内力F所做的功W=Fs=6×9J=54J力F做功的平均功率P=W=18W(2)3s末物体的速度v=at=2×3m/s=6m/s此时力F做功的瞬时功率P=Fv=6×6W=36W答案:(1)18W(2)36WF6m3＝1212W54t3＝【误区警示】功率大小分析的两点注意事项(1)“某秒末”或“到某位置时”的功率是指瞬时功率,只能用P=Fv求解。(2)“某段时间内”或“某个过程中”等词语,则是求平均功率,此时可用P=求解,也可以用P=Fv求解。Wt【素养训练】1.(多选)质量为3kg的物体,从高45m处自由落下(g取10m/s2),那么在下落的过程中()A.前2s内重力做功的功率为300WB.前2s内重力做功的功率为675WC.第2s末重力做功的功率为600WD.第2s末重力做功的功率为900W【解析】选A、C。前2s物体下落h=gt2=20m,重力做功的功率P1=W=300W,A正确,B错误;2s末物体的速度v=gt=20m/s,此时重力做功的功率P2=mgv=600W,C正确,D错误。12mgh31020t2＝2.一台起重机将静止在地面上、质量为m=1.0×103kg的货物匀加速竖直吊起,在2s末货物的速度v=4m/s。(g取10m/s2,不计额外功)求:世纪金榜导学号(1)起重机在这2s内的平均功率。(2)起重机在2s末的瞬时功率。【解析】(1)设货物所受的拉力为F,加速度为a,则由a=得,a=2m/s2由牛顿第二定律知,F-mg=ma则F=mg+ma=1.0×103×10N+1.0×103×2N=1.2×104N2s内货物上升的高度h=at2=4m起重机在这2s内对货物所做的功vt12W=F·h=1.2×104×4J=4.8×104J起重机在这2s内的平均功率W=2.4×104W(2)起重机在2s末的瞬时功率P=Fv=1.2×104×4W=4.8×104W。答案:(1)2.4×104W(2)4.8×104W4W4.810Pt2＝【补偿训练】物体A、B质量相同,A放在光滑的水平面上,B放在粗糙的水平面上,在相同的力F作用下,由静止开始都通过了相同的位移s,下列说法正确的是()A.力F对A做功较多,做功的平均功率也较大B.力F对B做功较多,做功的平均功率也较大C.力F对A、B做的功和做功的平均功率都相同D.力F对A、B做功相等,但对A做功的平均功率较大【解析】选D。由W=Fs知F对A和B做功一样多,B在粗糙水平面上由于受到阻力的作用,B的加速度小,由s=at2知,通过相同的位移,B用的时间长,由P=知力对A做功的平均功率大,D正确。12Wt三力与功率功率的计算方法(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。【典例示范】将一物体用轻质细线拴住,一端固定于O点,将细线拉直并使细线处于水平状态,如图所示,将物体无初速度释放,物体下摆到悬点正下方过程中,重力的瞬时功率变化情况是()世纪金榜导学号A.一直增大B.一直减小C.先增大后减小D.先减小后增大【解析】选C。在刚释放时,物体的速度为零,故重力的瞬时功率为零。到达最低点时,物体的速度最大,但速度方向与重力的方向垂直,故重力的瞬时功率也为零。但下落过程中重力的瞬时功率并不为零,故重力的瞬时功率先增大后减小,则C正确,A、B、D错误。【素养训练】1.如图,请估算此人在做引体向上运动的过程中克服重力做功的平均功率最接近的数值是(已知,此人单次上拉的时间约2秒)()A.10WB.102WC.103WD.104W【解析】选B。此人体重大约60kg,引体向上时向上运动的位移大约0.4m,则克服重力做功的平均功率为:P=W=120W,最接近的是B选项。故B正确,A、C、D错误。mgh60100.4t22.(多选)质量为m的物体静止在光滑水平面上,从t=0时刻开始受到水平力的作用。力的大小F与时间t的关系如图所示,力的方向保持不变,则()A.3t0时刻的瞬时功率为B.3t0时刻的瞬时功率为C.在t=0到3t0这段时间内,水平力的平均功率为D.在t=0到3t0这段时间内,水平力的平均功率为2005Ftm20015Ftm20023Ft4m20025Ft6m【解析】选B、D。3t0时刻的速度大小为v3=v2+a2t0=·2t0+·t0=,3t0时刻力F=3F0,所以瞬时功率P=3F0·v3=,A错误,B正确;0～3t0时间段,水平力对物体做功W=F0x1+3F0x2=F0×·(2t0)2+3F0·t0=,平均功率=,C错误,D正确。0Fm03Fm005Ftm20015Ftm120Fm23vv2220025Ft2mWPt＝20025Ft6m【补偿训练】1.(多选)质量为m的物体静止在粗糙的水平地面上,从t=0时刻开始物体受到方向恒定的水平拉力F作用,拉力F与时间t的关系如图甲所示。物体在t0时刻开始运动,其运动的v-t图像如图乙所示,若最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则()12A.物体与地面间的动摩擦因数为B.物体在t0时刻的加速度大小为C.物体所受合外力在t0时刻的功率为2F0v0D.水平力F在t0～2t0时间内的平均功率为F0(2v0+)0Fmg002vt00Ftm【解析】选A、D。物体在时刻开始运动,故f=F0,动摩擦因数μ=,故A正确;在t0～t0时间内,假设物体做匀加速运动,则v0=a·t0,解得a=,实际上物体的加速度从0开始增大,故在t0时刻加速度大于,故B错误;在t0时刻,物体受到的合外力F合=2F0-f=F0,0Fmg0t21212002vt002vt功率P=F0v0,故C错误;在2t0时刻速度v=v0+t0,在t0～2t0时间内物体的平均速度,故平均功率,故D正确。0Fmg0000F2vtvvmv22＝＝00000F