物理人教版（2019）必修第二册8.1 功与功率（共32张ppt）

(共32张PPT)
第1节 功与功率
第八章 机械能守恒定律
学习目标
1、知道功的概念，掌握功的计算公式。
2、知道正功、负功的物理意义。
3、知道计算多个力所做总功的方法。
4、知道功率的概念，知道功率的计算公式及其单位。
5、能在实际情境中区分平均功率与瞬时速率、实际功率与额定功率。
温故而知新
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。
F
l
温故而知新
功的定义：
如果物体受到力的作用，并且在这个方向上移动一段距离 ，我们就说这个力对物体做了功。
F
l
F
l
F
思考与讨论
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？
F
思考与讨论
l
F
F
α
W2 = 0
当力F和位移 l 成α时：
F
α
F1
F2
思考与讨论
W2 = 0
l
α
分解位移
奇思妙想：
F
l2
l1
一、功
1.表达式：
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.做功的两个因素：
（1）作用在物体上的力
（2）物体在力的方向上发生了位移
一、功
3.适用条件：
4.国际单位：
焦耳，简称焦，符号是J
1 J 等于 1 N 的力使物体在力的方向上发生 1 m 位移的过程中所做的功。
适用恒力做功
5.标矢性：
功是标量，没有方向，但有正负。
二、正功和负功
夹角：α
夹角：π-α
夹角：α
夹角：π-α
F
l
α
α
α
F
F
α
l
F
l
l
辨认力与位移的夹角
这表示力F的方向与位移l 的方向垂直时，力F不做功。
二、正功和负功
1.
例如，物体在水平桌面上运动，重力G和支持力FN都与位移方向垂直，这两个力都不做功。
这表示力F对物体做正功。
二、正功和负功
2.
例如，人用力拉车前进时，人的拉力F 对车做正功。
表示该力是动力。
这表示力F对物体做负功。
二、正功和负功
3.
例如，要使运动的小车减速，人向后拉车的力F对车做负功。
表示该力是阻力。
某力做多少负功，也可以说成“物体克服该力做多少功”（取绝对值）。
巩固训练
如图所示，一质量为m的物体在与水平方向成α角斜向上的拉力F作用下，沿动摩擦因数为μ的水平地面向右移动位移l，则：
(1)物体受到的各个力做的功是多少？各个力对物体所做功的代数和是多少？
(2)物体所受的合力是多少？合力所做的功是多少？
巩固训练
(1)因重力、支持力与位移夹角为90°，故WG＝0，WN＝0，
拉力F所做的功：WF＝Flcos α
滑动摩擦力的大小：f＝μFN
FN＋Fsin α＝mg
故滑动摩擦力所做的功：
W2＝μFNlcos 180°＝μ(Fsin α－mg)l
各个力对物体所做功的代数和：
W＝W1＋W2＝(Fcos α＋μFsin α－μmg)l
解析：
巩固训练
(2) 根据正交分解法求得物体所受的合力
F合＝Fcos α－f
则F合＝Fcos α＋μFsin α－μmg
合力方向向右，与位移同向。
合力所做的功：W＝F合l＝(Fcos α＋μFsin α－μmg)l
各个力对物体所做功的代数和与物体所受合力做的功是相等的。
解析：
二、正功和负功
4.计算总功的两种方法
（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：
巩固训练
一个质量为150 kg 的雪橇，受到与水平方向成 37°角斜向上方的拉力，大小为500 N，在水平地面上移动的距离为 5 m。地面对雪橇的阻力为 100 N， cos 37°＝ 0.8。求各力对雪橇做的总功。
例题1：
巩固训练
解析：
拉力在水平方向的分力为 Fx ＝ Fcos 37°，它所做的功为
W1＝ Fxl ＝ Fl cos 37°＝ 500× 5× 0.8 J ＝ 2 000 J
阻力与运动方向相反，两者夹角为 180°，它所做的功为
W2＝ F 阻 l cos 180°＝－ 100× 5 J ＝－ 500 J
力对物体所做的总功为二者的代数和，即
W ＝ W1 ＋ W2 ＝ 2 000 J － 500 J ＝ 1 500 J
力对雪橇所做的总功是 1 500 J。
三、功率
1.物理意义：
2.定义：
表示力对物体做功的快慢。
功W与完成这些功所用时间t之比叫作功率。
3.定义式：
比值定义法
4.单位：
在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W。
技术上常用千瓦（kW）作功率的单位， 1kW=1000W
三、功率
5.功率与速度的关系：
如果物体沿位移方向受的力是F ，从计时开始到时刻 t 这段时间内，发生的位移是l，则力在这段时间内所做的功
因此，有
三、功率
5.功率与速度的关系：
由于位移 l 是从开始计时到时刻 t 这段时间内发生的， 所以 是物体在这段时间内的平均速度v，于是上式可以写成
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。
三、功率
5.功率与速度的关系：
F
α
v
F2
F1
三、功率
5.功率与速度的关系：
（1）速度 v 是物体在恒力 F 作用下的平均速度，所以这里的功率 P 是指从计时开始到时刻 t 的平均功率。
（2）如果时间间隔非常小，上述平均速度就可以看作瞬时速度，这个关系式也就可以反映瞬时速度与瞬时功率的关系。
思考与讨论
发动机输出的功率不能无限制地增大，所以汽车上坡时司机要用“换挡”的办法减小速度，来得到较大的牵引力。不过，在发动机输出功率一定时，通过减小速度提高牵引力或通过减小牵引力而提高速度，效果都是有限的。所以，要提高速度和增大牵引力，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。
三、功率
6.额定功率与实际功率
（1）额定功率：是指用电器正常工作（额定电压）时的最大输出功率。
（2）实际功率：是指用电器在工作中实际输出的功率。
三、功率
6.额定功率与实际功率
（4）在日常生活中，我们经常说某台用电器的功率，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。
（3）用电器不一定在额定功率下工作，用电器正常工作时实际功率总是小于或等于额定功率，用电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。
巩固训练
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 1800 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？
例题2：
巩固训练
解析：
汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力
F ＝ F 阻＝ 1800 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 ＝ 1800× 15 W ＝ 27 kW
课堂小结
一、功
1.表达式：
2.做功的两个因素：
（1）作用在物体上的力
（2）物体在力的方向上发生了位移
3.适用条件：
4.国际单位：
焦耳，简称焦，符号是J
适用恒力做功
5.标矢性：
功是标量，没有方向，但有正负。
课堂小结
二、正功和负功
1.
2.
表示该力是动力。
3.
表示该力是阻力。
4.计算总功的两种方法
课堂小结
三、功率
1.物理意义：
2.定义：
表示力对物体做功的快慢。
功W与完成这些功所用时间t之比叫作功率。
3.定义式：
4.单位：
在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W。
5.功率与速度的关系：
6.额定功率与实际功率