人教版（2019）物理必修第二册8.1.2功与功率 课件(共32张PPT)

(共32张PPT)
8.1.2功与功率
1.能理解功率的概念.
2.知道功率的定义和定义式P＝，能够用公式P＝ / 解答有关的问题．
3.知道公式P＝Fv的物理意义，能够用公式P＝Fv解答有关的问题．
4.区别理解额定功率、实际功率.
5.了解机车启动的两种方式
学习重点：理解功率的概念
学习难点：理解功率与力、速度的关系，瞬时功率和平均功率的计算．
思考：人工割麦子和收割机收割麦子，做同样的功谁更快？
为了表示做功的快慢，我们引入了功率的概念。
一、功率
1.功率物理意义
功率是描述力对物体做功快慢的物理量。
2.功率的定义
在物理学中，一个力所做的功W跟完成这些功所用时间t的比值 ，叫做功率。
3.定义式
表示单位时间做功的多少。
4. 单位:瓦特（W）
1J/s=1w 1kw=103w
5. 功率是标量，且无负值。
思考：力、位移、时间都与功率相联系，你能利用这些联系推导出功率与速度的关系式吗？
6.功率与速度的关系
例：一个物体在水平恒力 F 的作用下，以速度 v 匀速直线运动了一段时间t，在这段时间t 内恒力F 做功的功率多大
F
t
L
w ＝ F L
L=vt
P=Fv
（1）功率与速度的关系式：P ＝ Fv
一个沿着物体位移方向的力对物体做功的功率，等于这个力与物体速度的乘积。
（2）适用条件:适用于F与v同向的情况
若v表示物体在时间t内的平均速度，则功率P表示力F在时间t内的平均功率；若v表示物体在某一时刻的瞬时速度，则功率P表示力F在该时刻的瞬时功率。
思考：当力F 和位移L之间有一夹角α时，如何表示功率？
w ＝ F Lcosα
L=vt
P=Fvcosα
F
t
L
α
总结：
(1)平均功率：描述在一段时间内做功的平均快慢
P=Fvcosα
（v平均速度）
(2)瞬时功率：表示在某一时刻做功的快慢
P=Fvcosα
（v为瞬时速度）
当F 和 v 方向相同时，公式 P = F v
思考讨论：从 P ＝ Fv 可以看出，汽车、火车等交通工具和各种起重机械，当发动机的输出功率 P 一定时，牵引力 F 与速度v成反比。你认为应该怎样增大它们的牵引力呢？
参考答案：功率 P 一定时，由 P ＝ Fv知牵引力 F 与速度 v 成反比，汽车上坡时司机要使用换成低速档的办法来减小速度，从而得到较大的牵引力。
汽车上坡时必须使用低速档
思考：高速火车、汽车和大型舰船为什么需要大功率发动机呢？
这是因为提高速度和增大牵引力由P=Fv可知，必须提高发动机的额定功率，这就是高速火车、汽车和大型舰船需要大功率发动机的原因。
7.额定功率与实际功率
（1）额定功率：指机械在长时间正常工作时的最大输出功率。
机械发动机铭牌上的标称值是额定功率。
（2）实际功率：机械在运行过程中的功率是实际功率。
说明：实际功率应小于或等于额定功率，机器只能在短暂时间内略大于额定功率，但不允许长时间超过额定功率，否则会损坏机械。
例1.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 60 kW，在水平路面上行驶时受到的阻力是 1 800 N，求发动机在额定功率下汽车匀速行驶的速度。假定汽车行驶速度为 54 km/h 时受到的阻力不变，此时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: 汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力
F ＝ F阻＝1 800 N
由于 P ＝ Fv，所以额定功率下的速度
当汽车以速度 v ＝ 54 km/h ＝ 15 m/s 行驶时，有
P ＝ Fv ＝ 1 800×15 W ＝ 27 kW
汽车以额定功率匀速行驶时的速度为 120 km/h。汽车以 54 km/h 的速度行驶时，发动机输出的实际功率为 27 kW。
变式训练：如图所示，质量m＝2kg的物体静止于水平地面的A处，A、B间距L＝20m。用大小为30N，沿水平方向的外力拉此物体，经t＝2s拉至B处，求外力在2s时间内对物体做功的平均功率。
技法点拨：
根据平均功率的概念p
二、机车的两种启动模型
1、模型综述
物体在牵引力（受功率和速度制约）作用下，从静止开始克服一定的阻力，加速度不变或变化，最终加速度等于零，速度达到最大值。
思考：你知道机车启动的过程中分别以额定功率P额启动和在恒定的牵引力F作用下启动时机车的速度和加速度如何变化的吗？
2. 模型特征
（1）以恒定功率启动的方式动态过程（水平地面）：
机车速度最大时：
P 不变,V↑
F ↓
F=P/V
a=(F-f)/m
a ↓
当F=f时
a=0
V达到最大Vm
保持Vm=p/f匀速
以恒定功率启动这一过程的速度—时间图象：
加速度逐渐减小的变加速直线运动
匀速直线运动
t1
0-t1机车做加速度逐渐减小的加速运动，t1以后做匀速运动。
2.在恒定的牵引力F作用下启动
即：先匀加速再变加速,最后a=0时，F牵=f阻，此时速度最大 ，以后机车将做匀速运动。
F不变
a不变
P↑
当P=P额时,P不能再增大,此时a≠0,v仍增大
F ↓
a ↓
当F=f时
a=0
v达到最大vm
保持vm=p/f匀速
a=(F-f)/m
a=(F-f)/m
F=P/v
以恒定的牵引力F作用下启动这一过程的速度—时间图象：
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;v 增大，F减小，一直到a = 0
3.特别提醒
①匀加速启动不能达到最大速度，要想达到最大速度，还必须再经过恒定功率启动。
②机车以恒定牵引力启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，速度不是最大。
③无论哪种启动方式，机车最终的最大速度都应满足 。
④在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。
例1.汽车以恒定的功率在平直公路上行驶，所受到的摩擦阻力恒等于车重的0.1倍，汽车能达到的最大速度为vm，则当汽车速度为 时，汽车的加速度为（重力加速度为g）（ ）
A．0.1 g B．0.2 g C．0.3 g D．0.4g
A
变式训练： 汽车发动机的额定功率为60 kW，汽车质量为5 t，汽车在运动中所受阻力的大小恒为车重的0.1倍。,若汽车以额定功率启动，则汽车所能达到的最大速度是_______ m/s,当汽车速度达到5 m/s时，其加速度是_______m/s2(g取10 m/s2)
12
1.4
技法点拨：
汽车在运动过程中受到牵引力和摩擦阻力，因为当牵引力等于阻力时，加速度为零，速度最大。
功和功率
物理意义：表示做功快慢的物理量
国际单位：瓦特 （W）
定义式:
计算式：P = Fvcosα
一般用于求平均功率
一般用于求瞬时功率
功率
机车启动的两种形式
额定功率P额启动
在恒定的牵引力F牵作用下启动
1. 关于功率的概念，下列说法中正确的是（　　）
A．功率是描述力对物体做功多少的物理量
B．力做功时间越短，力的功率一定越大
C．力做功越多，力的功率一定越大
D．力对物体做功越快，力的功率一定越大
D
2. （多选） 质量为2 kg的小铁球从某一高度由静止释放，经3 s到达地面，不计空气阻力，g取10 m/s2。则( )
A.2 s末重力的瞬时功率为200 W
B.2 s末重力的瞬时功率为400 W
C.2 s内重力的平均功率为200 W
D.2 s内重力的平均功率为400 W
BC
3. 关于功和功率，下列说法正确的是（　　）
A．根据 可知，力做功越多，其功率越大
B．根据 可知，汽车的牵引力一定与速率成反比
C．滑动摩擦力总是对物体做负功
D．静摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功
D
4. (多选) 从距地面相同高度处，水平抛出两个质量相同的球A和B，抛出A球的初速为v0，抛出B球的初速为2v0，则两球从抛出到落地的过程中（ ）
A.重力的平均功率相同
B.落地时重力的瞬时功率相同
C.重力的平均功率不同
D.落地时重力的瞬时功率不同
AB
5. 如图所示，位于固定光滑斜面上的小物块P受到一沿斜面向上的拉力F作用沿斜面匀速上滑。现把力F的方向变为竖直向上，若使物块P仍沿斜面保持原来的速度匀速运动，则（ ）
力F一定变小
B. 力F一定不变
C. 力F的功率将不变
D. 力F的功率将增大
C
再见