【新人教版】高中物理 必修二 8.1 功与功率 课件 （28张PPT)

(共28张PPT)
8.1功与功率
第
新人教版 必修二
1.理解功的概念，掌握功的计算式。
2.知道功是标量，理解正功、负功的含义，知道几个力对物体所做的总功，是各个力分别对物体做功的代数和。
3.理解功率的概念，会运用极限思想得到瞬时功率表达式P=Fv，关注生产生活中常见机械做功、功率大小及其意义。
4.能分析汽车发动机功率一定时，牵引力与速度之间的关系，并能分析、解释实际生活中的现象。
学习目标
引入
起重机竖直提升重物时，重物运动的方向与力的方向一致，则力对物体做的功为力的大小与重物移动距离的乘积。
更普遍的情形是物体运动的方向与力的方向不一致，例如马拉雪橇时拉力方向和雪橇运动方向间有一个角度。这时应当怎样计算功呢？
公式:
一、功
F
结论：
l
F
F⊥
F∥
F
其中 为力的方向与位移的方向之间的夹角
方案1：分解力
方案2：分解位移
结论：
F
l
l⊥
l ∥
F
其中 为力的方向与位移的方向之间的夹角
一、功
1、定义：
力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移的夹角余弦这三者的乘积.
3、单位：
国际单位：焦耳（J）
1 J=1 N×1 m=1N·m
2、公式：
（适用于恒力做功）
4、标量：遵从代数运算法则。
①力必须是恒力
②功一定要指明是哪个力对物体做的功
注意：功的一般表达式运用要注意两点
一、功
二、正功和负功
1、如何判断力的方向与位移的方向之间的夹角？
（1）将力矢量的箭尾移到位移的起点上。
（2）将力向位移方向旋转，当力与位移重合时，力所转过的较小的角度就是力与位移方向的夹角。
l
F
夹角： π- α
（3）当 时,W < 0，力对物体做负功,或说成物体克服这个力做功.
（1）当 时,W > 0，力对物体做正功；
（2）当 时,W = 0，力对物体不做功；
2、正功和负功
（2）先求出各个力所做的功，再求其代数和．
（1）先求出这几个力的合力 F 的大小和方向，再求合力 F 所做的功，即为总功．
3、求总功的方法
二、正功和负功
例 一个质量150kg的雪橇，受到与水平方向成37°角的斜向上方的拉力，大小为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100N，cos 37°＝ 0.8。求：力对雪橇所做的总功。
雪橇在水平地面上移动，受力情况如图所示
重力与支持力沿竖直方向，不做功
拉力F对物体做功为W1= Flcos37°= 2000J
摩擦力F阻对物体做功为负功W2= -F阻l= -500J
力对物体所做的总功为二者的代数和，得
W=W1＋W2= Flcos37°—F阻l = 1500J
即：力对雪橇做的总功为1500J
解法一：
雪橇在水平地面上移动，受力情况如图所示
此时的合力为水平方向，即
　 F合= Fcos37°— F阻= 300N
物体所受的合力F合对它做的功为
W= F合l = 1500J
即：力对雪橇做的总功为1500J
解法二：
例 一个质量150kg的雪橇，受到与水平方向成37°角的斜向上方的拉力，大小为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100N，cos 37°＝ 0.8。求：力对雪橇所做的总功。
三、功率
4.单位:
瓦特（W）
3.物理意义：表示力对物体做功快慢的物理量。
(单位时间做功的多少)
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
2.定义式：
5.功率是标量，且无负值。
功率与速度的关系
P＝Fvcosα
（1）平均功率：描述在一段时间内做功的平均快慢
(2)瞬时功率：表示在某一时刻做功的快慢
平均功率和瞬时功率
P＝Fvcosα
当F 和 v 方向相同时，公式 P = F v
（平均速度）
（瞬时速度）
三、功率
汽车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。
汽车功率
汽车的牵引力
汽车的瞬时速度
汽车加速运动的情况有两种：
1、以额定功率P额启动;
2、在恒定的牵引力F作用下匀加速启动。
汽车的启动
三、功率
瞬时速度 V↑
牵引力 F↓
加速度 a ↓
结论：在额定功率下，当汽车做匀速运动时，速度最大。
以额定功率P额启动
汽车的启动：
三、功率
加速度a一定
速度v
v=at
牵引力不变
达到最大速度vm
功率P
PV F
a
保持P额继续加速
达到P额时
F>f
以恒定的牵引力F启动
2、当 F=f 时速度最大
1、先匀加速再变加速最后匀速
变加速直线运动
匀速直线运动
汽车的启动：
三、功率
0～t1阶段，机车匀加速
v 增大
P 增大
t1时刻，机车达额定功率
t1 ～t2阶段，机车以额定功率继续加速，同情况1
v 增大，F减小，一直到a = 0
汽车的启动：
三、功率
当汽车发动机的功率一定时，根据P=Fv知，牵引力与速度成反比，所以通过减小速度来增大牵引力，使汽车能顺利上坡。
1、汽车上坡时，司机一般要“换挡”减小车速，使汽车以较小的速度爬坡，为什么呢？请用今天所学的知识加以解释。
2、汽车上坡时，若不减小车速，司机应采取什么措施？为什么？
加大油门，增大输出功率，来获得较大的牵引力。
联系实际 学以致用
例 发动机的额定功率是汽车长时间行驶时所能输出的最大功率。某型号汽车发动机的额定功率为60kW,在水平路面上行使时受到的阻力是1800N,求发动机在额定功率下汽车匀速行使的速度.在同样的阻力下,如果以54km/h的速度匀速行驶,则发动机输出的实际功率是多少
分析： 实际功率不一定总等于额定功率，大多数情况下输出的实际功率都比额定
功率小，但在需要时，短时间也可以输出更大的功率。题目中说“受到的阻力不变”，表明本题对于较低速度行驶时发动机的输出功率只要求估算。
解：
由P =Fv 得
匀速行使时, 汽车的牵引力F =F阻= 1800N
例 发动机的额定功率是汽车长时间行驶时所能输出的最大功率。某型号汽车发动机的额定功率为60kW,在水平路面上行使时受到的阻力是1800N,求发动机在额定功率下汽车匀速行使的速度.在同样的阻力下,如果以54km/h的速度匀速行驶,则发动机输出的实际功率是多少
F
P
v =
1800
60000
= m/s=33.3m/s=120km/h
v′=54km/h=15m/s
以较低的速度行使时,
∴ P′=Fv′ =1800×15W=27kW
注意：汽车的功率就是汽车牵引力的功率
本课小结
1、定义式：
P＝
t
W
二、功率
2、计算式：P = F v cosα
该式一般用于求平均功率
3、单位：在国际单位制中 瓦特 W
该式用于求瞬时功率、平均功率
1、公式：
（适用于恒力做功）
（3）当 时,W < 0，力对物体做
负功,或说成物体克服这个力做功.
（1）当 时,W > 0，力对物体做正功；
（2）当 时,W = 0，力对物体不做功；
2、正功和负功
（2）先求出各个力所做的功，再求其代数和．
3、求总功的方法
（1）先求出这几个力的合力 F 的大小和方向，再求合力 F 所做的功，即为总功．
一、功
当堂检测
1.［多选］下列说法中正确的是（　　）
A.功是矢量，正、负表示方向
B.功是标量，正、负表示外力对物体做功还是物体克服外力做功
C.功和能的单位都是焦耳，功和能可以相互转化
D.力做功总是在某过程中完成的，所以功是一个过程量
　
【解析】A错，B对：功有正、负之分，但功是标量，功的正、负表示动力做功还是阻力做功；
C错：通过做功可以使一种形式的能转化为另一种形式的能，但不能说功转化为能或能转化为功；
D对：力做功过程与时间或位移对应，所以功是一个过程量。
BD
D
【解析】A对：根据功的公式W=Flcos α，轮胎受的摩擦力与位移方向的夹角为180°，摩擦力做负功。
B、D错：轮胎受到的重力和地面的支持力与位移垂直，均不做功。
C错：轮胎受到的拉力与位移夹角小于90°，做正功。
　A
3.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100 m，那么下列说法正确的是（　　）
A.轮胎受到地面的摩擦力做了负功
B.轮胎受到的重力做了正功
C.轮胎受到的拉力不做功
D.轮胎受到地面的支持力做了正功
4.一物块放在水平地面上，受到水平推力F的作用，力F与时间t关系如图甲所示，物块的运动速度v与时间t的关系如图乙所示。10 s后的v-t图像没有画出，重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是（　　）
A.物块滑动时受到的摩擦力大小为6 N
B.物块的质量为1 kg
C.物块在0~10 s内克服摩擦力做功为50 J
D.拉力在10 s内做的功为175 J
D
甲　　　　　　　　　乙
解析：A错：由题图乙可知，在5~10 s内摩擦力与水平推力大小相等，则f=F′=4 N。
B错：在0~5 s内物块的加速度a==1 m/s2，据F-f=ma得m=2 kg。
C错：0~5 s内的位移x1=12.5 m，5~10 s内的位移x2=25 m，总位移为x=37.5 m，故克服摩擦力做功为Wf=fx=4×37.5 J=150 J。
D对：拉力在0~5 s内做的功W1=75 J，在5~10 s内做的功W2=100 J，总功为175 J。
5. 如图所示，细线的一端固定于O点，另一端系一小球。在水平拉力作用下，小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点。在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是（　　）
A.逐渐增大 B.逐渐减小
C.先增大，后减小 D.先减小，后增大
解析：设F与速度v的夹角为θ，则P=Fvcos θ，对力进行分解，在切线方向上（速度方向上）合力为0，即mgsin θ=Fcos θ，所以P=mgvsin θ，随θ增大，P增大。
A