8.1 功 功率 课件(共46张PPT) -2022-2023学年高二物理人教版2019必修二

(共46张PPT)
功 功率
人教版2019必修第二册
学习目标
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。
3、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。
4、初步理解化变力为恒力、处理变力做功的思想方法。
5、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。
6、关注生产生活中常见机械做功、功率大小及其意义。
7、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。
复习回顾
初中所学：什么是功？
如果一个力作用在物体上，并且物体在这个力的方向上移动了一段距离，物理学中就说这个力对物体做了功。
问题1：为什么要建立“功”的概念？
力做功，引起能量变化，功是能量转化的量度
情境引入
情境1：人用力推车，但未推动
问题：人的推力是否对车做功？
F≠0
L=0
情境2：人提着包在水平方向运动
问题：包受到什么力？该力是否对包做功？
F≠0
L≠0
F⊥L
不做功
不做功
情境3：如果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。
问题：求雪橇受到各个力对雪橇做的功
WFN=0
WF压=0
WG=0
Wf = fl
WF=
实际情境
模型化情景分析
FN
G
l
F
F压
f
α
一、功
1、定义：力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角余弦这三者的乘积
W = F l cosα
2、单位: J
注意
a、l是物体对地的位移，α是F的方向与l的方向间的夹角
b、功一定要指明是哪个力对物体做的功
c、力必须是恒力
4、功是标量，只有大小，没有方向，但有正负，满足代数运算。
5、力对物体做功是和一定的运动过程有关的，功是一个过程量。
一、功
6、物理意义：描述物体的运动过程的物理量 ,是力在空间上的积累效果。
7、公式W = F l cosα只适用于计算恒力的功；l是物体的相对地面的位移，不是路程。
问题2：功的正负表示做功效果，不表示方向,也不代表大小，即正负功的物理意义？
正功的意义是：力对物体做正功，表明此力的效果是促进物体的运动，是动力，使物体的能量增加。
负功的意义是：力对物体做负功，表明此力的效果是阻碍了物体运动，是阻力，使物体的能量减小。
动力
阻力
一、功
问题3：对负功的进一步理解
一个力对物体做负功，也可说成物体克服这个力做了功（取绝对值）
注：功不是矢量，正负不反映方向，反映做功力的效果 （或力与位移的方向相反）。
例如：一个力对物体做了－6 J 的功，可以说成物体克服这个力做了 6 J 的功。
一、功
1.把一个物体竖直向上抛出去，该物体上升的最大高度是h，若物体的质量为m，所受的空气阻力恒为f ，则在物体从被抛出到落回地面的全过程中（ ）
A. 重力所做的功为零　　
B. 重力所做的功为 2mgh
C. 空气阻力做的功为零 　
D. 空气阻力做的功为 2fh
【课堂反馈1】
AD
例题：一个质量m=150kg的雪橇，受到与水平方向成θ＝ 37°角斜向上方的拉力F =500N，在水平地面上向右移动的距离l=5m。雪橇与地面间的滑动摩擦力F阻=100N，（cos37°=0.8 ）求：各个力对雪橇所做的总功。
【课堂反馈2】
F
F阻
FN
370
G
解法一：拉力F对物体所做的功为
W1= Flcos37°=2000J
摩擦力F阻对物体所做的功为
W2= F阻lcos180°= -500J
重力和支持力对物体做功W3 , W4 均为0
各力做功的代数和为
W=W1＋W2+W3+W4=1500J
例题：一个质量m=150kg的雪橇，受到与水平方向成θ＝ 37°角斜向上方的拉力F =500N，在水平地面上向右移动的距离l=5m。雪橇与地面间的滑动摩擦力F阻=100N，（cos37°=0.8 ）求：各个力对雪橇所做的总功。
【课堂反馈2】
F
F阻
FN
370
G
解法二：物体所受的合力
F合＝Fcos37°－ F阻＝300N
合力对物体所做的功为
W= F合l=1500J
问题3：合力做功的求法
①求出各个力所做的功，则总功等于各个力所做功的代数和。
W总=W1 +W2 + W3+….Wn
（注意：W1、W2、W3本身包含正、负号）
②求出各个力的合力，则总功等于合力所做的功。
（为合力与位移方向的夹角）
【课堂反馈3】
在倾角 α = 37°的斜面上，质 量 m = 10 kg 的物体在平行斜面向上的拉力 F = 120 N 作用下，沿斜面上滑 l = 2 m，已知物体与斜面间动摩擦因数 μ = 0.5。计算各力对物体做的功及总功。
F
G
FN
f
问题4：恒力做功可以用公式求解，那么变力做功呢？
1. 微元法(分段法)：把物体的运动过程分为若干个小段先求每小段上的功，再全部相加。
例1.用拉力拉着滑块沿半径为 1 m 的水平圆轨道运动一周， 已知物块的质量为 10 kg，动摩擦因数为 0.5，求此过程中摩擦力做了多少功。
将圆轨道分成许多小段，每一小段上弧可以看成直线，摩擦力可以看做恒力。
此种方法适合大小不变的摩擦力或空气阻力做功
2.平均力法：当力的方向不变，大小与位移成线性关系时，先求出整个过程力的平均值，再利用 求变力F做的功。
问题4：恒力做功可以用公式求解，那么变力做功呢？
3. 图象法：变力做功中，可用 F－l 图象所包围的面积表示力对物体做的功。
4. 化变为恒法(等效替换法)：变力做功经过适当变换有可能转换成恒力做功。
情景引入
一台耕地机一天能耕地约20亩田地
一头牛一天能耕地5亩田地
谁做功更快？
为了表示做功的快慢，我们引入了功率的概念
二、功率
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：
比值定义法
注：适用于任意情况下的功率计算
3、单位：瓦(W) (1W=1J/s) 1kW=1000W
4、物理意义：描述物体做功快慢的物理量。 （P越大——做功越快）
5、功率是标量，表示做功过程中能量转化的快慢。
6、通过定义式求出来的P,描述了力在一段时间内做功的平均快慢程度，即平均功率。
【课堂反馈4】
起重机用4 s的时间将2×104 N的重物匀速提升10 m,在此过程中起重机的输出功率为(　　)　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
A.2×105 W B.5×105 W
C.5×104 W D.8×104 W
[解析]重物匀速上升,则起重机的牵引力F=G,起重机对重物做功W=Fh,起重机的输出功率P==5×104 W.
[解析]重物匀速上升,则起重机的牵引力F=G,起重机对重物做功W=Fh,起重机的输出功率P==5×104 W.
[解析]重物匀速上升,则起重机的牵引力F=G,起重机对重物做功W=Fh,起重机的输出功率P==5×104 W.
[解析]重物匀速上升,则起重机的牵引力F=G,起重机对重物做功W=Fh,起重机的输出功率P==5×104 W.
C
问题5：功率和速度有没有关系呢？如有，具体关系是什么？
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
平均功率和瞬时功率
1.平均功率：描述在一段时间内或在某一过程做功的快慢
（此时v是平均速度）
2.瞬时功率：表示在某一时刻或某一位置做功的快慢
（此时v是瞬时速度）
要点总结
功率是通过比值法定义的,因此不能笼统地说完成的功越多,功率就一定越大.
在F=6 N的水平力作用下,质量m=3 kg的物体在光滑水平面上由静止开始运动,运动时间t=3 s.求:
(1)力F在3 s内对物体做的功;
【课堂反馈5】
在F=6 N的水平力作用下,质量m=3 kg的物体在光滑水平面上由静止开始运动,运动时间t=3 s.求:
(2)力F在3 s内对物体做功的平均功率；
【课堂反馈5】
在F=6 N的水平力作用下,质量m=3 kg的物体在光滑水平面上由静止开始运动,运动时间t=3 s.求:
(3)在3 s末力F对物体做功的瞬时功率;
【课堂反馈5】
解：3 s末力F做功的瞬时功率 P=Fv=6×6 W=36 W
问题6：平常说的额定功率和实际功率指的是什么？
1.额定功率:机械或用电器正常工作状态下能输出的最大功率叫额定功率
2.实际功率:机器工作时实际输出的功率
注意：实际功率应小于或等于额定功率, 不能长时间
大于额定功率,否则会损坏机器,应尽量避免
说明：
①机车发动机的输出功率是机车牵引力的功率：P=F牵v
②起重机吊起货物的输出功率是钢绳拉力的功率：P=F拉v
思考与讨论: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？
解：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。
问题7：常见的机车启动方式有哪些，所学知识解答？
汽车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。
P＝F v
发动机的实际功率
机车的瞬时速度
发动机的牵引力
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。
问题7：常见的机车启动方式有哪些，所学知识解答？
汽车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。
当F= f 时，a＝0
v 达到最大。
保持 vm匀速
v
F ＝
v
Pm
a＝
m
F－ f
↑
↓
↑
↓
↓
vm＝
f
Pm
f
F
f
F
vm
v-t 图象：
v0=0
vm
v
t
0
类型一：以恒定功率Pm启动
a 减小的变加速运动
匀速运动
类型一：以恒定功率Pm启动
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；
总结说明
2.达到最大速度的本质条件是：a=0
3.达到最大速度时，有 P额=F阻vm
机车以恒定功率 P 启动的两种运动状态
1、没有达到最大速度时，有瞬时加速度。
2、达到最大速度时，a=0 F牵=f
发动机的功率是指牵引力的功率而不是指合外力或阻力的功率。
例题:汽车的质量m=2×103kg,额定功率为8.0×103W, 汽车保持该功率恒定不变从静止开始行驶,设汽车所受阻力恒为f=4×103N.求
(1)汽车行驶能达到的最大速度.
(2)汽车速度为10m/s时的加速度.
(3)汽车加速度为1.0m/s2的速度.
(1)vm= 20m/s
(2)a=2.0m/s2
(3)v= 40/3m/s
a,v同向→v↑
F一定
P↑=Fv
P=P额
v↑→v1m
P一定
F↓=P/v↑
a↓=(F-f )/m
F=f
a=0
v↑→vm
v=vm
匀速运动
类型二：以恒定牵引力/恒定加速度启动
v0=0，F恒定
f
F
F=f，vm=Pm / f
f
F
vm
v↑，P=Pm
v-t 图象：
匀加速阶段
匀速阶段
匀加速运动
匀速运动
a减小的变加速运动
变加速阶段
类型二：以恒定牵引力/恒定加速度启动
v
t
v1
a
t2
vm
t1
O
t1时刻达到额定功率,
t2时刻达到最大速度
1. 达到最大速度的本质条件: a=0
总结说明
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)
类型二：以恒定牵引力/恒定加速度启动
4.匀加速时间为：
t1=
P额
(ma+f阻)a
例2、汽车发动机的额定功率为60KW，汽车的质量为5t，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，g=10m/s2。
①若汽车从静止开始，保持以0.5m/s2的加速度做匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？
②汽车所能达到的最大速度是多大？
t=16s
12m/s
课堂总结
功和功率
功
1.做功的条件
作用在物体上的力
物体在力的方向上移动的位移
2.功的计算：
W = F l cosα
3.功是标量，但有正负。正负只表示做功的力的效果,
4.总功等于各个力对物体所做功的代数和。
2.定义式：
3.计算式：P = F v cosα
4.单位：国际单位—— 瓦特 （W）
功率
1.物理意义：表示做功快慢的物理量
5.机车启动
随堂练习
1.对于功的概念，下列说法正确的是(　 　)
A．物体受力越大，位移越大，力对物体做功越关多
B．合力做的功等于各分力做功的矢量和
C．摩擦力可以对物体做正功
D．功有正负，但正负不表示方向，而表示大小
C
随堂练习
2.起重机以a=2m/s2的加速度将质量为m=5 102kg的重物由静止开始匀加速向上提升,不计空气的阻力,g=10m/s2.求
(1)2s内起重机对重物做功平均功率.
(2)2s末起重机对重物做功瞬时功率.
1.2 104W
2.4 104W
随堂练习
3.(多选)同一辆货车两次匀速驶上同一坡路,空载时,上坡的速度为v1,牵引力为F1;满载时,上坡的速度为v2,牵引力为F2.已知两次上坡过程该货车的输出功率相同,则(　　)
A.v1>v2 B.v1F2 D.F1解：空载时的牵引力F1小于满载时的牵引力F2,选项D正确;由P=F1v1=F2v2可知v1>v2,选项A正确.
AD
随堂练习
4.质量为1.5×103 kg的汽车以某一恒定功率启动后沿平直路面行驶,且行驶过程中受到的阻力恒定,汽车能够达到的最大速度为30 m/s.若汽车的速度大小为10 m/s时的加速度大小为4 m/s2,则该恒定功率为(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.90 kW B.75 kW
C.60 kW D.4 kW
A
随堂练习
5.(功率P与v的关系)汽车上坡的时候,司机必须换挡,其目的是(　　)
A.减小速度,得到较小的牵引力
B.增大速度,得到较小的牵引力
C.减小速度,得到较大的牵引力
D.增大速度,得到较大的牵引力
C
谢谢大家