课件56张PPT。知识点一知识点二知识点三学业分层测评功 率单位时间瓦特J/s1000快慢功 率 与 力、 速 度 的 关 系Fv平均功率平均速度瞬时速度最大功率不变实际运行能 源 的 分 类、 危 机 与 开 发天然气加工转换可再生不可再生转化氢能200年40年60年第二位短缺温室效应城市热岛效应生态平衡的破坏海平面升高生存太阳能
学业分层测评(十八)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列关于能源开发和利用的说法中正确的是( )
A．能源利用的过程是内能转化成机械能的过程
B．要合理开发和节约使用核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等常规能源
C．能源利用的过程是一种形式的能向其他形式的能转化的过程
D．无论是节约能源还是开发能源，我国都需要外国支援
【解析】 能源的利用过程实际上是一种形式的能向其他形式的能转化的过程，并不一定是单一的向机械能转化的过程，所以C正确，A错误；B中的核能、风能、地热能、海洋能等属于新能源，而不是常规能源，故B错误；节约能源和开发能源方面，我国主要依靠自己，故D错误．
【答案】 C
2．关于功率，下列说法中正确的是( )
A．根据P＝可知，机械做功越多，其功率就越大
B．根据P＝Fv可知，汽车的牵引力一定与其速度成反比
C．根据P＝可知，只要知道时间t内所做的功，就可知任意时刻的功率
D．根据P＝Fv可知，发动机的功率一定时，交通工具的牵引力与运动速度成反比
【解析】 由P＝可知，在时间t一定的情况下，机械做功越多，其功率就越大，选项A错误；根据P＝Fv可知，在发动机的输出功率P一定的情况下，汽车的牵引力与其速度成反比，选项B错误，D正确；功W与一段运动过程相对应，故利用P＝计算出的是时间t内力对物体做功的平均功率，选项C错误．
【答案】 D
3．质量为m的物体从静止开始做加速度为a的匀加速直线运动．在运动时间为t的过程中，合外力对它做功的平均功率为( )
A．ma2t B.ma2t
C．2ma2t D.ma2t
【解析】 W＝F·s＝ma·at2＝ma2t2，P＝＝ma2t，故选项B正确．
【答案】 B
4．一质量为m的木块静止在光滑的水平面上，从t＝0开始，将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上，在t＝T时刻F的功率是( )
A. B.
C. D.
【解析】 木块加速度a＝，t＝T时速度v＝aT＝，瞬时功率P＝Fv＝.
【答案】 B
5．一小球以初速度v0水平抛出，不计空气阻力，小球在空中运动的过程中重力做功的功率P随时间t变化的图象是( )
【解析】 设经过时间t速度大小为v，其方向与竖直方向(或重力方向)成θ角，由功率公式P＝Fvcos θ知，此时重力的功率P＝mgvcos θ＝mgvy＝mg·gt＝mg2t，所以A正确．
【答案】 A
6．同一恒力按同样的方式施于物体上，使它分别沿着粗糙水平地面和光滑水平地面移动相同一段距离时，恒力做的功和平均功率分别为W1、P1和W2、P2，则二者的关系是( )
A．W1＞W2、P1＞P2 B．W1＝W2、P1＜P2
C．W1＝W2、P1＞P2 D．W1＜W2、P1＜P2
【解析】 恒力做的功仅由力、位移及二者夹角决定，由题意，很显然W1＝W2；沿粗糙面运动时，加速度小，通过相同位移所用时间长，即t1＞t2，根据P＝，则有P1＜P2，故选项B正确．
【答案】 B
7．一个质量为m的小球做自由落体运动，那么，在前t秒内重力对它做功的平均功率P及在t秒末重力做功的瞬时功率P分别为(t秒末小球未着地)( )
A．P＝mg2t2，P＝mg2t2
B．P＝mg2t2，P＝mg2t2
C．P＝mg2t，P＝mg2t
D．P＝mg2t，P＝2mg2t
【解析】 前t秒内重力做功的平均功率
P＝＝＝mg2t
t秒末重力做功的瞬时功率
P＝Fv＝mg·gt＝mg2t.
故C正确．
【答案】 C
8．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．而动车组就是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，如图4-7-12所示．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( )
图4-7-12
A．320 km/h B．240 km/h
C．120 km/h D．480 km/h
【解析】 动车组达到最大速度时，必有F＝f阻．若1节动车加3节拖车编成动车组，则有P额＝4kmg·vm，则＝4vm＝480 km/h；若6节动车加3节拖车编成动车组，达到最大速度时，则有6P额＝9kmg·vm′，故vm′＝320 km/h.选项A正确，其他选项均错．
【答案】 A
9．质量为m＝5×103 kg的汽车在水平公路上行驶，阻力是车重的0.1倍．让汽车保持额定功率为60 kW，从静止开始行驶.
(1)若以额定功率启动，求汽车达到的最大速度vm及汽车车速v1＝2 m/s时的加速度．
(2)若汽车以v2＝6 m/s的速度匀速行驶，求汽车的实际功率．(g取10 m/s2)
【解析】 (1)由P＝Fv＝fvm得
vm＝＝＝ m/s＝12 m/s.
由P＝Fv得F＝，当v1＝2 m/s时
F1＝＝ N＝3×104 N
由牛顿第二定律得F1－f＝ma，所以
a＝＝ m/s2＝5 m/s2.
(2)P＝fv2＝μmgv2＝0.1×5×103×10×6 W
＝3×104 W＝30 kW.
【答案】 (1)12 m/s 5 m/s2 (2)30 kW
[能力提升]
10．飞行员进行素质训练时，抓住秋千杆由水平状态开始下摆，到达竖直状态的过程中(如图4-7-13所示)，飞行员所受重力的瞬时功率的变化情况是( )
图4-7-13
A．一直增大 B．一直减小
C．先增大后减小 D．先减小后增大
【解析】 对飞行员受力及运动分析如图所示，在A位置，飞行员受重力但速度为零，所以P＝mgv＝0；在B位置，飞行员受重力mg，速度为v，α＝90°，所以P＝Fvcos α＝0；在A、B之间的任意位置C,0°<α<90°.由P＝Fvcos α知P为一个大于零的数值，所以运动员所受重力的瞬时功率的变化情况是先增大后减小．
【答案】 C
11．(多选)如图4-7-14所示为汽车在水平路面上启动过程中的速度图象，Oa为过原点的倾斜直线，ab段表示以额定功率行驶时的加速阶段，bc段是与ab段相切的水平直线，则下述说法正确的是( )
图4-7-14
A．0～t1时间内汽车做匀加速运动且功率恒定
B．t1～t2时间内汽车牵引力逐渐减小
C．t1～t2时间内的平均速度为(v1＋v2)
D．在全过程中t1时刻的牵引力及其功率都是最大值，t2～t3时间内牵引力最小
【解析】 由题图可知，0～t1时间内汽车做匀加速直线运动，牵引力恒定，由P＝F·v可知，汽车的功率均匀增大，A错误；t1～t2时间内汽车以额定功率行驶，速度逐渐增大，牵引力逐渐减小，B正确；因t1～t2时间内，ab图线与t轴所围面积大于ab直线与t轴所围面积，故该过程中的平均速度大于(v1＋v2)，C错误；0～t1时间内，牵引力恒定，功率均匀增大，t1时刻以后牵引力逐渐减小，到t2时刻牵引力等于阻力，达到最小，而t1时刻达到额定功率后，功率保持不变，D正确．
【答案】 BD
12．如图4-7-15所示，质量为2 kg的物体在大小为24 N、沿斜面向上的力F作用下，由静止开始沿光滑斜面体向上运动，斜面的倾角为30°，斜面足够长(g取10 m/s2)．求：
图4-7-15
(1)5 s内拉力对物体做功的功率；
(2)5 s末拉力对物体做功的功率；
(3)5 s末物体克服重力做功的功率．
【解析】 物体在斜面上运动的加速度大小
a＝＝m/s2＝7 m/s2
5 s内发生的位移s＝at2＝×7×52 m
＝87.5 m
5 s末物体的速度v1＝at＝35 m/s
5 s内拉力做的功
W＝F·s＝24×87.5 J＝2 100 J.
5 s内拉力做功的功率P＝＝420 W.
5 s末拉力做功的功率P5＝F·v1＝24×35 W＝840 W.
5 s末物体克服重力做功的功率P′＝mgv1sin 30°＝20×35× W＝350 W.
【答案】 (1)420 W (2)840 W (3)350 W
13.一辆汽车质量为2×103 kg，最大功率为3×104 W，在水平路面由静止开始做直线运动，最大速度为v2，运动中汽车所受阻力恒定．发动机的最大牵引力为6×103 N，其行驶过程中牵引力F与车速的倒数的关系如图4-7-16所示．试求：
图4-7-16
(1)根据图线ABC判断汽车做什么运动？
(2)v2的大小；
(3)整个运动中的最大加速度；
(4)当汽车的速度为10 m/s时发动机的功率为多大？
【解析】 (1)图线AB表示牵引力F不变，阻力f不变，汽车做匀加速直线运动，图线BC的斜率表示汽车的功率P，P不变，则汽车做加速度减小的加速运动，直至达到最大速度v2，此后汽车做匀速直线运动．
(2)汽车速度为v2时，牵引力为F1＝2×103 N，所以v2＝＝ m/s＝15 m/s.
(3)汽车做匀加速直线运动时的加速度最大，
阻力f＝＝ N＝2 000 N
a＝＝ m/s2＝2 m/s2.
(4)与B点对应的速度为
v1＝＝ m/s＝5 m/s
当汽车的速度为10 m/s时处于图线BC段，故此时的功率为最大功率
Pm＝3×104 W.
【答案】 (1)见解析 (2)15 m/s
(3)2 m/s2 (4)3×104 W
第七节 功率
第八节 能源的利用与开发
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.理解功率的概念，能运用功率的定义式P＝进行有关计算．(重点)
2．理解公式P＝Fv的意义，能用于分析、计算和解释有关机动车的运动问题．(重点、难点)
3．知道能源及其分类，了解能源危机和环境污染.
功 率
1．定义：单位时间内做功的多少，用符号P表示．
2．定义式：P＝.
3．单位：国际单位制中功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W,1 W＝1 J/s.
常用单位：千瓦(kW) 1 kW＝1_000 W.
4．意义
功率是标量，它是表示物体做功快慢的物理量．
1．力越大，做功越快．(×)
2．功率越大表示做的功越多．(×)
3．功率表示做功的快慢．(√)
去过泰山的同学会遇到挑山工，假设挑山工和缆车将相同的货物运至山顶，两者对货物做的功相同吗？做功的功率相同吗？
图4-7-1
【提示】 两者对货物做的功都等于克服重力做的功，由于将相同的货物运往相同高度的山顶，两者做相同的功，而用缆车运送货物所用时间远小于挑山工的用时，根据功率定义知缆车的做功功率远大于挑山工的做功功率．
如图4-7-2是解放军正用吊车将一台坦克车从码头上吊起装上舰船．
图4-7-2
探讨1：将质量为m的坦克车匀速吊起，坦克车在t时间内匀速上升h高度．怎样计算吊车的功率？
【提示】 吊车对坦克车做的功
W＝mgh.功率P＝＝.
探讨2：若坦克车在相同的时间内匀加速上升h的高度，吊车的功率是变大还是变小？
【提示】 变大．匀加速吊起，拉力增大，吊车做的功增多，时间相同，功率变大．
1．功是能量转化的量度，而功率表示做功的快慢，所以从能量转化的角度看，功率也是反映能量转化快慢的物理量．
2．功率是标量，虽然功率也有正负之分，但功率的正负只是用来表示是动力做功的功率还是阻力做功的功率，在应用中一般不强调功率的正负．
3．功率的计算公式P＝适用于任何情况下的功率计算，求得的功率是这段时间t内的平均功率，但在这段时间内功率可能是变化的．
1．在一次举重比赛中，一名运动员将质量为127.5 kg的杠铃举起历时约2 s，该运动员在举起杠铃运动中的平均功率约为( )
图4-7-3
A．几十瓦左右 B．一千瓦左右
C．几十千瓦左右 D．几百千瓦左右
【解析】 设举重运动员将杠铃举高1.7 m，则P＝＝＝1 083.75 W.
【答案】 B
2．如图4-7-4所示是甲、乙两物体做功与所用时间的关系图像，那么甲物体的功率P甲与乙物体的功率P乙相比( )
图4-7-4
A．P甲＞P乙 B．P甲＜P乙
C．P甲＝P乙 D．无法判定
【解析】 根据功率的定义式P＝可知，在功与所用时间的关系图像中，直线的斜率表示时刻的功率．因此，由图线斜率可知P甲＜P乙，选项B正确．
【答案】 B
3．人的心脏每跳一次大约输送8×10－5 m3的血液，正常人血压(可看做心脏输送血液的压强)平均值约为1.5×104 Pa，心跳约每分钟70次，据此估测心脏工作的平均功率约为多少．
【解析】 设血压为p，作用于横截面积为S的一个直血管内的流体上，在时间t内流体因压力的作用而移动了一定的距离l，如图所示，则压力做功为W＝pSl＝pΔV，ΔV指流体的体积．因此，心脏在每分钟所
做的功应为W＝npΔV＝70×1.5×104×8×10－5 J＝84 J
故心脏工作的平均功率为P＝＝ W＝1.4 W.
【答案】 1.4 W
求解功率时应该注意的问题
1．首先要明确是求哪个力的功率，是某个力的功率，还是物体所受合力的功率，汽车的功率是指汽车牵引力的功率，起重机的功率是指起重机钢丝绳拉力的功率．
2．利用公式P＝求出的一般是平均功率，而在t→0时，可认为P是瞬时功率．
功 率 与 力、 速 度 的 关 系
1．力F的功率：当力F的方向与位移s的方向相同时，P＝Fv.
2．平均功率：P＝求的是t时间内的平均功率；P＝Fvcos α中，若v为平均速度，则P就是平均功率．
瞬时功率：P＝Fvcos α中，若v为瞬时速度，则P为瞬时功率．
3．额定功率与实际功率
定义
特点
联系
额定功率
机械正常工作时，允许达到的最大功率
不同机械额定功率可能不同，但同一机械额定功率不变
为了机械的安全P额≥P实
实际功率
机械实际运行的功率
同一机械实际功率随工作情况而变
1．机械可以在实际功率等于额定功率的情况下长时间工作．(√)
2．当发动机的功率一定时，速度越大，汽车的牵引力越大．(×)
3．当输出功率一定时，速度和牵引力成反比．(√)
如图4-7-5所示，越野车比赛时，汽车爬坡要使用低速挡．汽车使用低速挡的目的是什么？
图4-7-5
【提示】 汽车爬坡需要的牵引力变大，根据P＝Fv，在功率一定的情况下要减小速度．
汽车以不同方式启动，一次以恒定功率启动，一次匀加速启动．
图4-7-6
探讨1：用公式P＝Fv研究汽车启动问题时，力F是什么力？
【提示】 F是汽车的牵引力．
探讨2：以恒定功率启动时，汽车的加速度变化吗？做什么运动？
【提示】 汽车以恒定功率启动，根据P＝Fv，v增大，F减小，加速度减小，故加速度变化，汽车做变加速运动．
1．关系式P＝Fv中各物理量间的关系
(1)同体关系．关系式P＝Fv中的P、F、v是对应于同一个物体的三个物理量，对于不在同一物体上的情况没有意义．
(2)同时关系．P、F、v三个量中任意一个物理量都是可以变化的，应用关系式P＝Fv进行分析时，这三个物理量一定要对应于运动物体的同一时刻．
(3)同向关系．F、v是两个矢量，必须具有相同的方向，若二者方向不同，成一定夹角α时，该关系式变形为P＝Fvcos α.
2．机车启动的两种方式
(1)机车以恒定功率启动的运动过程
这一启动过程的v-t关系图象如图4-7-7所示．
图4-7-7
①只有当机车的牵引力与所受阻力大小相等时，机车才能达到最大速度，即vmax＝＝.
②在加速过程中，加速度是逐渐减小的，如果知道某时刻的速度，就可求得此时刻的加速度．
(2)机车以恒定加速度启动的运动过程
这一启动过程的v-t关系图象如图4-7-8所示．
图4-7-8
①由牛顿第二定律得F－f＝ma，所以牵引力F＝f＋ma定，当P＝P额时，匀加速运动的最大速度vmax′＝＝.
②由vmax′＝a定t′得，匀加速运动持续的时间t′＝＝.
4．如图4-7-9所示，在光滑的水平面上放着一个质量为10 kg的木箱，拉力F与水平方向成60°角，F＝2 N．木箱从静止开始运动，4 s末拉力的瞬时功率为( )
图4-7-9
A．0.2 W B．0.4 W
C．0.8 W D．1.6 W
【解析】 木箱的加速度a＝＝0.1 m/s2,4 s末的速度v＝at＝0.4 m/s，则瞬时功率P＝Fvcos α＝0.4 W，B正确．
【答案】 B
5．质量为m的汽车行驶在平直公路上，在运动中所受阻力不变，当汽车的加速度为a，速度为v时，发动机功率为P1；当功率为P2时，汽车行驶的最大速度为( )
A. B.
C. D.
【解析】 由题意知F－f＝ma，P1＝Fv，由以上两式得f＝.当功率为P2时，汽车行驶的最大速度vm＝＝，B正确．
【答案】 B
6．假定额定功率为80 kW的汽车，在平直的公路上行驶的最大速度为20 m/s，汽车质量为2×103 kg，如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度为2 m/s2，运动过程中阻力不变，求：
(1)汽车所受的恒定阻力大小；
(2)汽车匀加速运动的最长时间．
【解析】 (1)依题意：当汽车达到最大速度时，F牵＝f
则：P额＝fvm
得：f＝＝4×103 N.
(2)在匀加速阶段：据牛顿第二定律有：
F牵－f＝ma
得：F牵＝f＋ma＝8×103 N
当汽车达到额定功率时：P额＝F牵v
得：v＝＝10 m/s
匀加速时间：t＝＝5 s.
【答案】 (1)4×103 N (2)5 s
机车启动的几个问题
(1)机车的最大速度vmax的求法，机车达到匀速前进时速度最大，此时牵引力F等于阻力f，故vmax＝＝.
(2)匀加速启动最长时间的求法，牵引力F＝ma＋f，匀加速的最后速度vmax′＝，时间t＝.
(3)瞬时加速度的求法，据F＝求出牵引力，则加速度a＝.
能 源 的 分 类、 危 机 与 开 发
1．能源分类
(1)化石能源：煤、石油、天然气．
(2)一次能源与二次能源：
①一次能源：直接取之于自然界，未经人类加工转换的能源．按是否能够再生，可分为可再生能源和不可再生能源．
②二次能源是指从一次能源直接或间接转化而来的能源．如电能、氢能、焦炭等．
2．能源危机
目前世界上消耗的能源主要是煤、石油、天然气等矿物质，它们分别还可以开采200年、40年和60年左右．我国能源消费总量已位居世界第二位，随着经济的迅速增长和大众文化生活水平的提高，能源消费总量将急剧增加，能源短缺的现象更为严重．
3．环境污染
能源的大量使用给人类的生存环境带来灾难．酸雨、温室效应、臭氧层破坏、城市热岛效应、土壤酸性化、生态平衡的破坏对人类已不再陌生，海平面升高、暴雨和干旱增多，严重威胁着人类及各种生物的生存．
4．能源的开发
核能、风能、太阳能、水能、地热能、生物质能、海洋能、氢能等是人类未来大力开发的新能源．
1．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源．(×)
2．能量永远不会增加或减少，只能转化或转移．(√)
3．由于能源危机，所以要不断开发新能源．(√)
如图4-7-10所示是我国能源结构的统计图，
请根据此图数据完成下面两个问题：
图4-7-10
(1)总结出我国能源结构或能源现状的规律．
(2)试着提出解决这种现状的合理化建议．
【提示】 (1)我国的能源结构主要以煤为主；我国的能源消耗中不可再生能源占据的比例过大，结构不合理；我国能源消耗中可再生能源的比例过小．
(2)建议：节能降耗；开发新能源；开发可再生能源(如太阳能、风能等)．
图4-7-11
探讨1：既然能量是守恒的，为什么当今社会会出现能源危机？
【提示】 能源利用的过程中，能量在总的数量上并没有减少，但在可以利用的品质上降低了，所以会出现能源危机．
探讨2：解决能源危机的途径是什么？
【提示】 一是节约能源，二是开发新能源．
1．人类与能源的关系
(1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能源消耗的多少已经成为一个国家和地区经济发展水平的重要标志．
(2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸雨等，对人类造成很大的危害．
2．常规能源和新能源的转化途径
7．煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是( )
A．都为可再生能源，取之不尺，用之不竭
B．都为不可再生能源，用一点，少一点
C．都为来自太阳辐射的能量
D．都为污染环境的能源
【解析】 煤、石油、天然气是不可再生能源，对环境污染严重，生物质能是可再生能源，对环境无污染或污染少，但它们都来自太阳辐射．因此，选项C正确，其他选项均错．
【答案】 C
8．关于能源的利用，下列说法中不正确的是( )
A．由于我国煤和石油的储量无限，所以太阳能和核能的开发在我国根本没有必要
B．能源的利用过程，实质是能的转化和转移过程
C．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D．煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能
【解析】 石油、煤等为非再生的能源，储量有限，能源的利用中虽然总量不变，但品质降低，可再利用能源越来越少，所以新能源的开发和利用是当今世界各国面临的课题，A错，B、C、D对．
【答案】 A
9．能源短缺和环境恶化指的是( )
①煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这叫能源短缺．
②煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续，这叫能源短缺．
③煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污染空气，使环境恶化．
④大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境恶化．
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
【解析】 煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之不竭的，这是所讲的能源短缺，②正确；能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的环境恶化，④正确．故D正确．
【答案】 D
?1?能源的开发和利用要以人为本，要以可持续发展为前提.,?2?应优先使用新能源，新能源的共同特点：可再生、取之不尽、绿色无污染.
