2021-2022学年高中人教版（2019）必修第二册 8.1 功与功率 教学课件（36张PPT）
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年高中人教版（2019）必修第二册 8.1 功与功率 教学课件（36张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 7.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-12-22 08:08:48 | ||
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文档简介
(共36张PPT)
功与功率
任何人类活动都离不开能量
现代化的生活离不开电厂供应的电能
现代交通离不开燃料燃烧释放的化学能
核电站要利用原子核裂变时释放的核能
植物的生长依赖太阳能
不同形式的能量可以互相转化,并且能量的转化与功的概念紧密相连
问题导入
G
F拉
v
力对物体做的功：为力的大小与重物移动距离的乘积。
F拉
v
物体运动的方向与力的方向不一致，这时应当怎样计算 功呢？
W=FL
温故知新
功的定义：如果一个物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过一段位移 ，我们就说这个力对物体做了功。
F
l
F
（1）作用在物体上的力
（2）物体在力的方向上通过的位移
做功的两个条件：
温故知新
1.当力F和位移 l 同向时：
F
l
F
W=F l
2.当力F和位移 l 垂直时：
W=F·0
F
l
F
一、功
l
F
F
α
F
α
F
α
W2 = 0
F2
F1
当力F和位移 l 成α时：
WF1=F1·l
WF2=F2·0
另辟蹊径：
除了分解力以外还可以分解位移
F
l
l1
l2
α
l1=lcosα
l2=lsinα
W2= 0
W= F lcosα
在力方向发生的位移
W1= Fl 1= Flcos α
一、功
1.公式：W = F lcosα 力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦这三者的乘积。
2.国际单位:
焦耳（简称：焦 ——符号：J）
１Ｊ＝１Ｎ×１m=1N·m
3.功是标量，没有方向，但有正负。
４.说明
（1） 功是过程量，对应一段时间或位移是力对空间的积累效果；故计算功时一定要指明是哪个力在哪个过程对物体做的功。
（2）公式W = Fl cosα只适用于计算恒力的功，l是物体的位移，不是路程。
Ｆ
m
M
l
W=Flcosα的理解
①F是恒力
②l是位移
F
l
③F和l必须同时存在
例如运动员用50N的力将蓝球水平扔出，蓝球在空飞了2m被截住，则运动员对蓝球做的功是100J。对吗？
G
F推
v
不做功
做功
G
v
不做功
F不做功
出手瞬间对球做功
④a是位移与力的夹角
α
起点相同时的夹角
【典例1 】如图表示物体在力F的作用下在水平面上发生了一段位移l，分别计算这三种情形下力F对物体做的功。设这三种情形下力F和位移l的大小都是一样的：F=10N，l=2m。角θ的大小如图所示。
F
l
l
l
二、正功和负功
W=Flcosα
①当α=π/2时，cosα=0，W=0。这表示力F的方向跟位移L的方向垂直，即力F不做功。
l
F1
②当0＜α＜π/2时， cosα＞0，W＞0，这表示力F1对物体做正功；
F2
③当π/2＜α≤π时，cosα＜0，W＜0。这表示力F2对物体做负功。
④当α=0时，cosα=1，即W=Fl。
1. 正负不表示方向，也不表示大小。
负功的物理意义:
正功的物理意义:
表示该力是动力；
表示该力是阻力。
2.某力做多少负功，也可说成“物体克服该力做多少功”（取绝对值）。
v
f=5N
l=2m
A
B
F1
A
F2
B
如：－8J > 5J
正功和负功
思考：怎么比较功的大小？
比较绝对值
【典例2】一个质量m＝150kg的雪橇，受到与水平方向成37°角的
斜向上方的拉力F=500N，在水平地面上移动的距离为5m，物体与
地面间的滑动摩擦力f＝100N，cos 37°＝ 0.8。求
（1）各个力对物体所做的功
（2）各个力对物体做功的代数和
（3）物体所受的合力
（4）合力对物体做的功
三、总功的计算
三、总功的计算
1.分别求出每个力所做的功，然后求出所有功的代数和。即：
2.先求出物体所受的合力，然后再求出合力的功，即：
求总功的两种方法：
W总=F合Lcosα
【典例3】下列选项中，物体所受力F的大小相等，位移方向向右、大小相同。其中F做功最少的是（ ）
典例分析
【正确答案】D
典例分析
【典例4】如图所示，小明用与水平方向成角θ的轻绳拉木箱，绳中张力为F，沿水平地面向右移动了一段距离L，已知木箱与地面间的动摩擦因数为μ，木箱质量为m，木箱受到的（ ）
A．支持力做功为
B．重力做功为mgL
C．拉力做功为FL
D．滑动摩擦力做功为
【正确答案】D
情境引入
做同样的功
谁更快
【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。
3.单位：在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W。
1W＝1J/s，技术上常用千瓦（kW），1kW＝1000W，1马力=735W
1.定义：力对物体做的功W，跟完成这些功所用时间t的比值叫功率.
4.物理意义：反映力对物体做功的快慢。
比值定义法
5.说明：功率是标量，计算功率时，一般不带正负号。
四、功率
2.定义式：
同时这个公式变形后给我们提供了一种求功的方法，即 W=pt．
即使是同一个力做功，做功的功率也可能是变化的，在一段时间内力对物体做功的功率，实际上是这段时间内力对物体做功的平均功率。
平均功率：描述在一段时间内做功的平均快慢
瞬时功率：表示在某一时刻做功的快慢
当 t 很短很短时，此式表示瞬时功率
当 t 表示一段时间时，此式表示平均功率
平均功率和瞬时功率
W＝Flcosα
P＝
t
W
P＝Fvcosα
P＝
t
Flcosα
v
F
α
v1
v2
F
α
v
F2
F1
P＝vFcosα
P＝Fvcosα
v＝
t
l
功率的另一种表达式
若v表示平均速度，则P表示平均功率
若v表示瞬时速度，则P表示瞬时功率
1.额定功率：是指机器正常工作时的最大输出功率，也就是机器铭
牌上的标称值。
2.实际功率：是指机器在工作中实际输出的功率。
额定功率和实际功率
（1）机器正常工作时实际功率总小于或等于额定功率，机器只能在短暂时间内实际功率略大于额定功率，但不允许长时间超过额定功率。
（2）在日常生活中，某台机器的功率，或某物体做功的功率，实际上是指某个力对物体做功的功率。例如：汽车的功率就是汽车牵引力的功率，起重机吊起货物的功率就是钢绳拉力的功率。
1.功率是描述物体做功快慢程度的物理量
2.机械效率是描述机械做功时有效利用率的物理量
功率和机械效率区别
或
【典例4】如图所示为我国自行研制的新一代大型客机C919。假定其质量为m，起飞时在水平跑道上以加速度a做匀加速直线运动，受到的阻力大小为 ，当飞机速度为v时，则发动机输出的实际功率为（ ）
典例分析
【正确答案】B
A． B．
C． D．
【典例5】质量为m=10kg的物体放在粗糙的水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为 =0.25，现在大小为F=45N的水平拉力作用下从静止开始运动，通过一段s=4m的位移（g=10m/s2）求：
(1)该过程中拉力做的功；
(2)该过程拉力的平均功率和末状态的瞬时功率。
典例分析
【答案】(1)180J；(2)90W,180W；
【典例6】质量m=3kg的物体，在水平力F=6N的作用下，在光滑的水平面上从静止开始运动，运动时间t=3s，求：
（1）力F在t=3s内对物体做的功；
（2）力F在t=3s内对物体做功的平均功率;
（3）力F在3s末对物体做功的瞬时功率。
典例分析
【解析】a=F/m=2m/s2 ;l=v0t+1/2at2=9m,vt=v0+at=6m/s
(1)W=Fl=54J (2)P=W/t=18W (3)P1=FVt=36W
汽车启动
机车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。
P=F v
课堂引入
v
瞬时速度
功率
牵引力
机车的启动方式有两种：
1.以恒定功率P额启动;
2.在恒定的牵引力F作用下匀加速启动。
当F=F阻时，
a＝0 ，v达到最大
保持 vm
匀速
v
F ＝
v
P
a＝
m
F－F阻
↑
→
↓
↑
→
→
↓
↓
vm＝
F阻
P
类型一：以恒定功率P额启动
F阻
F牵
F阻
F牵
vm
v—t 图象
加速阶段
的图象
匀速阶段
的图象
a减小的变加速运动
匀速运动
v0=0，P恒=P额
vm
v
t
0
1.F为变力时，发动机做的功只能用
W=Pt 计算，不能用W =Fl 计算。
总结：
2.达到最大速度的本质条件是：a=0
vm
v
t
0
说明：
3.达到最大速度时，有 P额=F阻vm
类型一：以恒定功率P额启动
当F= F阻时，
a＝0 ，v达到最大
保持
vm
匀速
F＝
v
P额
a＝
m
F－F阻
↑
→
↓
v
↑
↓
→
→
↓
vm＝
F阻
P额
加速度逐渐减小的变加速直线运动
匀速直线运动
a＝
m
F－F阻
→
→
→
→
F
→
v
↑
P ＝F v
↑
↑
→
当P= P额时，保持P额继续加速
匀加速直线运动
类型二：以恒定加速度启动
当F= F阻时，
a＝0 ，v达到最大
保持
vm
匀速
F＝
v
P额
a＝
m
F－F阻
↑
→
↓
v
↑
↓
→
→
↓
vm＝
F阻
P额
加速度逐渐减小的变加速直线运动
匀速直线运动
a＝
m
F－F阻
→
→
→
→
F
→
v
↑
P ＝F v
↑
↑
→
当P= P额时，保持P额继续加速
匀加速直线运动
类型二：以恒定加速度启动
机车做匀加速运动只能维持一段时间,当功率增大到额定功率时,匀加速运动结束，匀加速时间为：
t1=
P额
(ma+f阻)a
说明：
2.匀加速结束的条件是：P实=Pmax=P额
3.当匀加速结束时速度为v1，P额=Fv1=f阻Vm (其中F=ma+f阻)
t1
v1
v
t
0
vm
1.达到最大速度的本质条件:a=0
类型二：以恒定加速度启动
【典例1】（多选）按额定功率行驶的汽车，所受地面的阻力保持不变，则（ ）
A．汽车加速行驶时，牵引力不变，速度增大
B．汽车可以做匀加速运动
C．汽车加速行驶时，加速度逐渐减小，速度逐渐增大
D．汽车达到最大速度时，所受合力为零
典例分析
【正确答案】CD
【典例2】(多选)火车从车站开出做匀加速运动，若阻力与速度成正比，则( )
A．火车发动机的功率一定越来越大，牵引力越来越大
B．火车发动机的功率恒定不变，牵引力越来越小
C．当火车达到某一速率时，若要保持此速率做匀速运动，则发动机的功率这时应减小
D．当火车达到某一速率时，若要保持此速率做匀速运动，则发动机的功率一定跟此时速率的二次方成正比
【正确答案】ACD
典例分析
典例分析
【典例3】汽车的额定功率为60 kW，总质量为2×103 kg，运动中所受阻力恒为2 000 N．若汽车在额定功率下启动，求：
(1)当汽车的加速度是1 m/s2时的速度大小；
(2)汽车行驶的最大速度．
【答案】 (1)15 m/s (2)30 m/s
典例分析
【典例4】质量为m＝4 t的机车，发动机的最大输出功率P＝80 kW，运动阻力恒为Ff＝2×103 N．
(1)若机车由静止开始以a＝0.5 m/s2的加速度沿水平轨道做匀加速直线运动的过程中，求机车能达到的最大速度；
(2)若机车保持最大功率不变沿水平轨道行驶，求机车能达到的最大速度以及速度为10 m/s时机车的加速度．
【答案】 (1)20 m/s (2)40 m/s 1.5 m/s2
功与功率
任何人类活动都离不开能量
现代化的生活离不开电厂供应的电能
现代交通离不开燃料燃烧释放的化学能
核电站要利用原子核裂变时释放的核能
植物的生长依赖太阳能
不同形式的能量可以互相转化,并且能量的转化与功的概念紧密相连
问题导入
G
F拉
v
力对物体做的功：为力的大小与重物移动距离的乘积。
F拉
v
物体运动的方向与力的方向不一致，这时应当怎样计算 功呢？
W=FL
温故知新
功的定义：如果一个物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过一段位移 ，我们就说这个力对物体做了功。
F
l
F
（1）作用在物体上的力
（2）物体在力的方向上通过的位移
做功的两个条件：
温故知新
1.当力F和位移 l 同向时：
F
l
F
W=F l
2.当力F和位移 l 垂直时：
W=F·0
F
l
F
一、功
l
F
F
α
F
α
F
α
W2 = 0
F2
F1
当力F和位移 l 成α时：
WF1=F1·l
WF2=F2·0
另辟蹊径：
除了分解力以外还可以分解位移
F
l
l1
l2
α
l1=lcosα
l2=lsinα
W2= 0
W= F lcosα
在力方向发生的位移
W1= Fl 1= Flcos α
一、功
1.公式：W = F lcosα 力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦这三者的乘积。
2.国际单位:
焦耳（简称：焦 ——符号：J）
１Ｊ＝１Ｎ×１m=1N·m
3.功是标量，没有方向，但有正负。
４.说明
（1） 功是过程量，对应一段时间或位移是力对空间的积累效果；故计算功时一定要指明是哪个力在哪个过程对物体做的功。
（2）公式W = Fl cosα只适用于计算恒力的功，l是物体的位移，不是路程。
Ｆ
m
M
l
W=Flcosα的理解
①F是恒力
②l是位移
F
l
③F和l必须同时存在
例如运动员用50N的力将蓝球水平扔出，蓝球在空飞了2m被截住，则运动员对蓝球做的功是100J。对吗？
G
F推
v
不做功
做功
G
v
不做功
F不做功
出手瞬间对球做功
④a是位移与力的夹角
α
起点相同时的夹角
【典例1 】如图表示物体在力F的作用下在水平面上发生了一段位移l，分别计算这三种情形下力F对物体做的功。设这三种情形下力F和位移l的大小都是一样的：F=10N，l=2m。角θ的大小如图所示。
F
l
l
l
二、正功和负功
W=Flcosα
①当α=π/2时，cosα=0，W=0。这表示力F的方向跟位移L的方向垂直，即力F不做功。
l
F1
②当0＜α＜π/2时， cosα＞0，W＞0，这表示力F1对物体做正功；
F2
③当π/2＜α≤π时，cosα＜0，W＜0。这表示力F2对物体做负功。
④当α=0时，cosα=1，即W=Fl。
1. 正负不表示方向，也不表示大小。
负功的物理意义:
正功的物理意义:
表示该力是动力；
表示该力是阻力。
2.某力做多少负功，也可说成“物体克服该力做多少功”（取绝对值）。
v
f=5N
l=2m
A
B
F1
A
F2
B
如：－8J > 5J
正功和负功
思考：怎么比较功的大小？
比较绝对值
【典例2】一个质量m＝150kg的雪橇，受到与水平方向成37°角的
斜向上方的拉力F=500N，在水平地面上移动的距离为5m，物体与
地面间的滑动摩擦力f＝100N，cos 37°＝ 0.8。求
（1）各个力对物体所做的功
（2）各个力对物体做功的代数和
（3）物体所受的合力
（4）合力对物体做的功
三、总功的计算
三、总功的计算
1.分别求出每个力所做的功，然后求出所有功的代数和。即：
2.先求出物体所受的合力，然后再求出合力的功，即：
求总功的两种方法：
W总=F合Lcosα
【典例3】下列选项中，物体所受力F的大小相等，位移方向向右、大小相同。其中F做功最少的是（ ）
典例分析
【正确答案】D
典例分析
【典例4】如图所示，小明用与水平方向成角θ的轻绳拉木箱，绳中张力为F，沿水平地面向右移动了一段距离L，已知木箱与地面间的动摩擦因数为μ，木箱质量为m，木箱受到的（ ）
A．支持力做功为
B．重力做功为mgL
C．拉力做功为FL
D．滑动摩擦力做功为
【正确答案】D
情境引入
做同样的功
谁更快
【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。
3.单位：在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W。
1W＝1J/s，技术上常用千瓦（kW），1kW＝1000W，1马力=735W
1.定义：力对物体做的功W，跟完成这些功所用时间t的比值叫功率.
4.物理意义：反映力对物体做功的快慢。
比值定义法
5.说明：功率是标量，计算功率时，一般不带正负号。
四、功率
2.定义式：
同时这个公式变形后给我们提供了一种求功的方法，即 W=pt．
即使是同一个力做功，做功的功率也可能是变化的，在一段时间内力对物体做功的功率，实际上是这段时间内力对物体做功的平均功率。
平均功率：描述在一段时间内做功的平均快慢
瞬时功率：表示在某一时刻做功的快慢
当 t 很短很短时，此式表示瞬时功率
当 t 表示一段时间时，此式表示平均功率
平均功率和瞬时功率
W＝Flcosα
P＝
t
W
P＝Fvcosα
P＝
t
Flcosα
v
F
α
v1
v2
F
α
v
F2
F1
P＝vFcosα
P＝Fvcosα
v＝
t
l
功率的另一种表达式
若v表示平均速度，则P表示平均功率
若v表示瞬时速度，则P表示瞬时功率
1.额定功率：是指机器正常工作时的最大输出功率，也就是机器铭
牌上的标称值。
2.实际功率：是指机器在工作中实际输出的功率。
额定功率和实际功率
（1）机器正常工作时实际功率总小于或等于额定功率，机器只能在短暂时间内实际功率略大于额定功率，但不允许长时间超过额定功率。
（2）在日常生活中，某台机器的功率，或某物体做功的功率，实际上是指某个力对物体做功的功率。例如：汽车的功率就是汽车牵引力的功率，起重机吊起货物的功率就是钢绳拉力的功率。
1.功率是描述物体做功快慢程度的物理量
2.机械效率是描述机械做功时有效利用率的物理量
功率和机械效率区别
或
【典例4】如图所示为我国自行研制的新一代大型客机C919。假定其质量为m，起飞时在水平跑道上以加速度a做匀加速直线运动，受到的阻力大小为 ，当飞机速度为v时，则发动机输出的实际功率为（ ）
典例分析
【正确答案】B
A． B．
C． D．
【典例5】质量为m=10kg的物体放在粗糙的水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为 =0.25，现在大小为F=45N的水平拉力作用下从静止开始运动，通过一段s=4m的位移（g=10m/s2）求：
(1)该过程中拉力做的功；
(2)该过程拉力的平均功率和末状态的瞬时功率。
典例分析
【答案】(1)180J；(2)90W,180W；
【典例6】质量m=3kg的物体，在水平力F=6N的作用下，在光滑的水平面上从静止开始运动，运动时间t=3s，求：
（1）力F在t=3s内对物体做的功；
（2）力F在t=3s内对物体做功的平均功率;
（3）力F在3s末对物体做功的瞬时功率。
典例分析
【解析】a=F/m=2m/s2 ;l=v0t+1/2at2=9m,vt=v0+at=6m/s
(1)W=Fl=54J (2)P=W/t=18W (3)P1=FVt=36W
汽车启动
机车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。
P=F v
课堂引入
v
瞬时速度
功率
牵引力
机车的启动方式有两种：
1.以恒定功率P额启动;
2.在恒定的牵引力F作用下匀加速启动。
当F=F阻时，
a＝0 ，v达到最大
保持 vm
匀速
v
F ＝
v
P
a＝
m
F－F阻
↑
→
↓
↑
→
→
↓
↓
vm＝
F阻
P
类型一：以恒定功率P额启动
F阻
F牵
F阻
F牵
vm
v—t 图象
加速阶段
的图象
匀速阶段
的图象
a减小的变加速运动
匀速运动
v0=0，P恒=P额
vm
v
t
0
1.F为变力时，发动机做的功只能用
W=Pt 计算，不能用W =Fl 计算。
总结：
2.达到最大速度的本质条件是：a=0
vm
v
t
0
说明：
3.达到最大速度时，有 P额=F阻vm
类型一：以恒定功率P额启动
当F= F阻时，
a＝0 ，v达到最大
保持
vm
匀速
F＝
v
P额
a＝
m
F－F阻
↑
→
↓
v
↑
↓
→
→
↓
vm＝
F阻
P额
加速度逐渐减小的变加速直线运动
匀速直线运动
a＝
m
F－F阻
→
→
→
→
F
→
v
↑
P ＝F v
↑
↑
→
当P= P额时，保持P额继续加速
匀加速直线运动
类型二：以恒定加速度启动
当F= F阻时，
a＝0 ，v达到最大
保持
vm
匀速
F＝
v
P额
a＝
m
F－F阻
↑
→
↓
v
↑
↓
→
→
↓
vm＝
F阻
P额
加速度逐渐减小的变加速直线运动
匀速直线运动
a＝
m
F－F阻
→
→
→
→
F
→
v
↑
P ＝F v
↑
↑
→
当P= P额时，保持P额继续加速
匀加速直线运动
类型二：以恒定加速度启动
机车做匀加速运动只能维持一段时间,当功率增大到额定功率时,匀加速运动结束，匀加速时间为：
t1=
P额
(ma+f阻)a
说明：
2.匀加速结束的条件是：P实=Pmax=P额
3.当匀加速结束时速度为v1，P额=Fv1=f阻Vm (其中F=ma+f阻)
t1
v1
v
t
0
vm
1.达到最大速度的本质条件:a=0
类型二：以恒定加速度启动
【典例1】（多选）按额定功率行驶的汽车，所受地面的阻力保持不变，则（ ）
A．汽车加速行驶时，牵引力不变，速度增大
B．汽车可以做匀加速运动
C．汽车加速行驶时，加速度逐渐减小，速度逐渐增大
D．汽车达到最大速度时，所受合力为零
典例分析
【正确答案】CD
【典例2】(多选)火车从车站开出做匀加速运动，若阻力与速度成正比，则( )
A．火车发动机的功率一定越来越大，牵引力越来越大
B．火车发动机的功率恒定不变，牵引力越来越小
C．当火车达到某一速率时，若要保持此速率做匀速运动，则发动机的功率这时应减小
D．当火车达到某一速率时，若要保持此速率做匀速运动，则发动机的功率一定跟此时速率的二次方成正比
【正确答案】ACD
典例分析
典例分析
【典例3】汽车的额定功率为60 kW，总质量为2×103 kg，运动中所受阻力恒为2 000 N．若汽车在额定功率下启动，求：
(1)当汽车的加速度是1 m/s2时的速度大小；
(2)汽车行驶的最大速度．
【答案】 (1)15 m/s (2)30 m/s
典例分析
【典例4】质量为m＝4 t的机车，发动机的最大输出功率P＝80 kW，运动阻力恒为Ff＝2×103 N．
(1)若机车由静止开始以a＝0.5 m/s2的加速度沿水平轨道做匀加速直线运动的过程中，求机车能达到的最大速度；
(2)若机车保持最大功率不变沿水平轨道行驶，求机车能达到的最大速度以及速度为10 m/s时机车的加速度．
【答案】 (1)20 m/s (2)40 m/s 1.5 m/s2