8.1 功与功率 课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册(共40张PPT)

(共40张PPT)
8.1
功与功率
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日－1889年10月11日），英国物理学家，出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，由于他在热学、热力学和电方面的贡献，皇家学会授予他最高荣誉的科普利奖章。后人为了纪念他，把能量或功的单位命名为“焦耳”，简称“焦”；并用焦耳姓氏的第一个字母“J”来标记。
重力势能增大
动能增大
弹性势能增大
如果物体在力的作用下能量发生了变化，则这个力一定对物体做了功。
思考：只要有力作用在物体上,这个力就会对物体做功吗
纹丝不动!!
搬不起來超重的金砖
匀速前进
思考：有力,物体也发生了位移，力会对物体做功吗？
参赛者拉着庞大的飞机缓慢前进
归纳:做功的两个必要条件 缺一不可 ！
W=F·l
如何计算功？
W=Flcosθ
F1
F2
∵
W1= F1 l = F cosθ l
W2 = 0
W = W1 + W2
∴
一、功
1、概念：物体在力的作用下沿力的方向发生一段位移，则该
力对物体做功。
2、做功条件：①力；②力的方向上的位移
4、单位：
N·m
国际单位：焦耳（J）
1J＝1N·m
1J等于1N的力使物体在力的方向上发生1m的位移时所做的功。
5、注意：
（1）公式只适用于恒力做功。即力的大小和方
向恒定且受力物体沿着确定直线运动。
（2）功是标量，只有大小，没有方向，但是有正负。
3、公式：
1. 0 ≤ <90 cos >0 做正功
2. 90 < ≤180 cos <0 做负功
F
F
l

F
l

F
二、功的正负
功的公式：W=Flcosα
α COSα W 物理意义
α=π/2
0≤α＜π/2
π/2＜α≤π
COSα= 0
COSα＞0
COSα＜0
W = 0
W ＞ 0
W＜0
表示力F对物体不做功
表示力F对物体做正功
表示力F对物体做负功
正负功的物理意义：
动力学角度 能量角度
正功 力的效果是促进物 体的运动，是动力 功是描述力在空间位移
上积累效果的物理量，
是过程量。功的正负既
不描述方向也不描述大
小。做功的过程就是能
量转化的过程。
负功 力的效果是阻碍物 体的运动，是阻力
(1)、分别求出每个力所做的功，然后求出所有功的代数和。
即：W总=W1+W2+……+Wn
(2)、先求出物体所受的合力，然后再求出合力的功，
即：W总=F合Lcosα
求力对物体所做的总功有两种方法：
三、总功
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，在水平地面上移动的距离L=5m。物体与地面间的滑动摩擦力F阻=100N。求外力对物体所做的总功。
mg
法1：解：对物体受力分析如图所示，建立沿位移方向的坐标系，把力F分解，因此，合外力的总功为
W＝(Fcosθ-f )L
=(500×0.8-100)×5J
=1500J
θ
F
f
mg
FN
解析：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。
外力对物体所做的总功
W=W1＋W2=1500J。
四、功率
1.定义：一个力所做的功与完成这些功所用时间的比值。
2.公式：
3.物理意义：功率是表示物体做功快慢的物理量。
4.单位：
J/s
瓦特（w）
1w=1J/s=1N·m/s
常用单位——千瓦（kw） 1kw=103w
1马力=735w
5.标矢性：功率是标量。
长时间运动时人的功率为数十瓦，优秀运动员可达1kW
长时间运动马的功率为数百瓦
鱼游动时功率可达350kW
小汽车的功率为数十千瓦至两百千瓦
高速列车的功率可达数万kW
万吨豪华游轮的功率可达数万kW
生活中的功率：
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F做功的功率多大
S
例：如图所示，位于水平面上的物体A，在斜向上的恒定拉力作用下，正以v＝2m/s的速度向右做匀速直线运动。已知F的大小为100N，方向与速度v的夹角为37°，求：
⑴物体向右运动10s的过程中，拉力F对它做多少功？
⑵10s的过程中，拉力F对物体做功的功率是多大？
【答案】W=1600J P= 160W
功率一般表达式：
P = F v cosα
平均功率与瞬时功率
1.平均功率：描述一段时间内物体做功的平均快慢。
2.瞬时功率：表示在某一时刻物体做功的快慢。
讨论：
表示的是平均功率还是瞬时功率？
t表示一段时间时，用公式　　　求平均功率。　
当很短很短时， 表示瞬时功率。
讨论：
表示的是平均功率还是瞬时功率？
瞬时功率： （v是瞬时速度）
平均功率： （v是平均速度）
3、求平均功率
比较常用
（v是平均速度）
求瞬时功率
（v是瞬时速度）
额定功率与实际功率
1.额定功率：是指机器正常工作时的最大输出功率。
2.实际功率：是指机器在工作中实际输出的功率。
机器不一定在额定功率下工作，机器正常工作时实际功率总是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。
在日常生活中，我们经常说某台机器的功率(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。
思考：
汽车的功率指哪个力做功功率？
汽车牵引力的功率。
起重机吊起货物的功率呢？
钢绳拉力的功率。
五、机车启动问题
当F= f 时，
a＝0 ，v达到
最大
保持
vm
匀速
v
F ＝
v
P
a ＝
m
F － f
↑
→
↓
↑
→
→
↓
↓
vm＝
f
P
(１)、受力分析：
1.方式一：以恒定功率启动
(２)、起动过程分析：（启动过程中阻力不变）
a减小的加速运动
（3）、起动过程描述：
文字描述：
图象描述：
汽车先做加速度逐渐减小的变加速直线运动，
最终以速度 做匀速直线运动。
注意：发动机的功率指牵引力的功率而不是指合外力或阻力的功率。
c、汽车启动过程中加速度与瞬时速度间的对应关系：
（4）、起动过程中的常见问题：
a、汽车启动过程结束即达到最大速度的条件：
b、汽车启动后所能获得的最大速度：　　
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。汽车保持额定功率不变从静止启动后:
①汽车所能达到的最大速度是多大？
②当汽车的加速度为2m/s2时速度多大？
③当汽车的速度为6m/s时加速度多大？
例题1：
12m/s
4m/s
1m/s2
2.方式二：以恒定牵引力起动
（１）、受力分析：
（２）、起动过程分析：（启动过程中阻力不变）
v
↑
P ＝F v
↑
↑
→
F= f 时,a＝0 ,v达到最大
保持 vm匀速运动
F ＝
v
P额
a ＝
m
F－ f
v
↑
↓
↑
→
↓
→
→
↓
vm＝
f
P额
继续加速，匀加速运动过程结束
当P= P额时， P不再改变
→
→
（3）、起动过程描述：
文字描述：
图象描述：
v
t
0
vm
汽车先做匀加速直线运动，再做加速度逐渐减小的变加速直线运动，最终以速度 做匀速直线运动。
v
3、两种起动方式的比较：
（1）不同点：
以恒定功率起动只有一个变加速阶段，起动过程短，但容易损坏发动机；
以恒定牵引力起动有两个加速阶段，起动过程长，但起动平稳有利于保护发动机。
（2）相同点：
汽车所能达到的最大速度的条件相同，都是当a=0的时候。　　　　　　
1、静摩擦力是不是一定不做功？如果可以做功，一定做负功吗？举例说明以上问题：
F
A
B
静摩擦力可以做正功、做负功，也可以不做功。
静摩擦力对A做负功：Ｗ＝-f·S
静摩擦力对B做正功：Ｗ＝f·S
一对静摩擦力做功之和必定为零。
A和B相对静止,一起加速运动。
2、滑动摩擦力是不是一定做功？可以做正功？负功？
v0
滑动摩擦力对滑块做负功
滑动摩擦力对桌子不做功
v0
m
M
SM
Sm
M
v0
m
滑动摩擦力f对物块做负功：
滑动摩擦力f对小车做正功：
一对滑动摩擦力的总功：
滑动摩擦力即可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。一对滑动摩擦力对物体作功之和必定为负功。
3、作用力和反作用力做功一定是大小相等,正负相反吗
S
N
S
N
作用力和反作用力，可以做正功，可以做负功，也可以一个力做功另一个力不做功。
S
N
S
N
S
N
质量为5t的汽车，额定功率为P = 90kW，设汽车运动时阻力恒为车重的 0.05 倍。( g = 10 m/s2 )
(1) 求汽车沿水平道路行驶的最大速度；
(2) 设汽车由静止起沿水平道路做匀加速直线运动，加速度 a = 0.4 m/s2，求汽车维持这一加速度行驶的最长时间。
例题2：
解：(1) m = 5000 kg
P = 9.0×104 W
f = kmg = 0.05×5000×10
= 2.5×103 N
P = f vm
vm = P/ f = 9.0×104 / (2.5×103 ) m/s = 36 m/s
v
t
v1
a
t2
vm
t1
O
(2) 汽车做匀加速直线运动完毕时，功率达到最大输出功率，有:
F = f + ma = 4.5×103 N
v = P/F = 9.0×104 /(4.5×103 ) m/s = 20 m/s
t = v/a = 50 s
4、两种起动方式的图像：
（1）以恒定功率启动：
t
0
P
0
t
F
0
t
a
t
v
0
（2）以恒定牵引力启动：
P
t
0
F
t
0
a
t
0
v
t
0
一列火车总质量m＝500 t，发动机的额定功率P＝6×105W，在水平轨道上行驶时，轨道对火车的阻力f是车重的0.01倍，g取10 m/s2。(1)求火车在水平轨道上行驶的最大速度vm；(2)在水平轨道上，发动机以额定功率P工作，当行驶速度为v1＝1 m/s时，求火车的瞬时加速度a1；(3)在水平轨道上以36 km/h的速度匀速行驶时，求发动机的实际功率P′；
【答案】：(1)12 m/s(2)1.1 m/s2(3)5×105 W　
质量为m的汽车，启动后沿平直路面行驶，如果发动机的功率恒为P，且行驶过程中受到的摩擦阻力大小一定，汽车速度能够达到的最大值为v，那么当汽车的车速为v/4时，汽车的瞬时加速度的大小为(　　) A.P/mv B.2p/mv C.3P/mv D.4P/mv
C
把动力装置分散安装在每节车厢上，使其既具有牵引动力，又可以载客，这样的客车车辆叫做动车．几节自带动力的车辆(动车)加几节不带动力的车辆(也叫拖车)编成一组，就是动车组，假设动车组运行过程中受到的阻力与其所受重力成正比，每节动车与拖车的质量都相等，每节动车的额定功率都相等．若1节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为120 km/h；则6节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为(　　)． A．120 km/h　 B．240 km/h C．320 km/h　 D．480 km/h
C
如图甲所示，在水平路段AB上有一质量为2×103 kg的汽车，正以10m/s的速度向右匀速运动，汽车前方的水平路段BC较粗糙，汽车通过整个ABC路段的v－t图象如图乙所示(在t＝15 s处水平虚线与曲线相切)，运动过程中汽车发动机的输出功率保持20kW不变，假设汽车在两个路段上受到的阻力(含地面摩擦力和空气阻力等)各自有恒定的大小．
(1)求汽车在AB路段上运动时所受的阻力Ff1；(2)求汽车刚好到达B点时的加速度a；
2 000 N
－1 m/s2