人教版(2019版)高一物理必修二第八章第一节功和功率PPT(共50页)

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名称 人教版(2019版)高一物理必修二第八章第一节功和功率PPT(共50页)
格式 zip
文件大小 3.3MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2020-04-21 18:16:18

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文档简介

(共50张PPT)



第1节
功与功率

第八章 机械能守恒定律
学习目标定位

1、理解功的概念会用功的公式W=Fxcosα进行计算.
2、理解正、负功的概念,知道什么情况下力做正功或负功.
3、会求几个力对物体做的总功.
4、能区分平均功率和瞬时功率
5、掌握机车启动的两种方式
本课知识点
一、功
二、正功和负功
三、功率
四、机车启动
举重运动员举起杠铃的过程中,什么力对杠铃做功?能量怎样变化?
问题设计

答案 推力对杠铃做功.
运动员消耗自身的体能,转化为杠铃的能量
高中物理

复习回顾(初中)
1.功的两个要素:___和沿力的方向发生的____.
要点提炼


2.功是一个_____量.
位移
过程
3.做功的过程就是____的过程.
能量变化
高中物理
一、功
高中物理
(1)如果力的方向与物体的运动方向一致,这个力所做的功是多少?
l
一、功
W=Fl



F支
F支













l
F不做功
即 W=0
(2)如果力的方向与物体的运动方向垂直,这个力所做的功是多少?
初中
高中



W=?

问题设计

一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,这个力就对物体做了功.如图所示,当恒力F的方向与物体位移x的方向成某一夹角α时,如何计算力F对物体做的功?
一、功
l

WF1=F1·l
WF2=F2·0
又 F1=F cos α
即W=Fcosα· l
分析:把计算F做功的问题转化为分别求F1和F2做功的问题







F
F2
F1
α
l




l1
l2
一、功
高中物理
1、定义:
W = F l cosα
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
3、单位
国际单位:焦耳(焦)
单位符号:J
1J=1N×1m=1N·m
2、公式
W表示力对物体所做的功;
F表示物体所受到得力;
L是物体所发生的位移;
α是力F和位移L之间的夹角;
求功时一定明确要求的是哪一个力在哪一段位移上做的功。

功的计算时,各量要求统一采用国际单位制

条件:适用于恒力做功
一、功
高中物理
4、功是标量
5、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。
练习1:辨认力的方向与位移方向的夹角





α
F
S

答案:α



α
F
S


答案:π- α




α
F
S


答案: α



α
F
S


答案: π- α
高中物理
二、正功和负功


问题设计

1.某物体在水平面上向右运动了x,当物体受到与水平方向夹角为30°的恒力F作用时,如图甲所示,力对物体做的功为多少?当物体受到与水平面夹角为150°的恒力F作用时(如图乙所示),力对物体做的功为多少?
答案 
2.功的正、负的含义是什么?
答案 正功表示动力对物体做功;负功表示阻力对物体做功.





高中物理
如:1、摩擦力对某物体做了-20J的功,
也可说物体克服摩擦力做了20J的功。
2、竖直上抛物体的上升过程:
重力对物体做负功,或物体克服重力做了功
某力对物体做负功,往往说成“物体克服某力做功”(取绝对值),两种说法的意义是等同的。
高中物理
要点提炼

2.功的正、负并不表示方向,也不表示功的大
小,只表示是动力做功还是阻力做功.


克服
(1)当0≤α< 时,W 0,力对物体做 功;
(2)当 <α≤π 时,W 0,力对物体做 功,或称物体 这个力做功;
(3)当α= 时,W=0,力对物体不做功.
1.由       可知:
>
<
3.F⊥l
1.F=0
2.l =0
不做功3种的情况
有力无距离
有距离无力
有距离有力,BUT互相垂直
方法2:求各个力所做功的代数和
方法1:求几个力的合力所做的功
先求出合外力F,再由 计算。
先分别求出各个力所做的功:






再对各个力做的功求代数和.
问题设计

若物体受到多个力的作用,如何计算外力对物体做的总功?

一、正、负功的判断
典例精析
例1 如图表示物体在力F的作用下在水平面上发生了一段位移x,这四种情形下力F和位移x的大小都是一样的,则力对物体做正功的是(  )

C

正功

负功
F与v的夹角为锐角
F与v的夹角为钝角

锐角
锐角
钝角
钝角
A
解析

例2 质量为m的小物块在倾角为α的斜面上处于静止状态,如图所示.若斜面体和小物块一起以速度v沿水平方向向右做匀速直线运动,通过一段位移x.斜面体对物块的摩擦力和支持力的做功情况是(  )
A.摩擦力做正功,支持力做正功
B.摩擦力做正功,支持力做负功
C.摩擦力做负功,支持力做正功
D.摩擦力做负功,支持力做负功
典例精析
B
一、正、负功的判断

取决于力与位移的方向关系

f与x成锐角

正功

负功
N与x成钝角

解析

二、功的计算
例3 如图所示,一个人用与水平方向成60°角的力F=40 N 拉一个木箱,在水平地面上沿直线匀速前进了8 m,求:
(1)拉力F对木箱所做的功;
(2)摩擦力对木箱所做的功;
(3)外力对木箱所做的总功.
典例精析
(1)拉力对木箱所做的功
W1=Fxcos 60°=40×8×0.5 J=160 J
W=Fxcos α

(2)摩擦力对木箱做负功
f=Fcos 60°
(3)外力对木箱所做的总功:
W=W1+W2=0
W2=﹣fx=﹣Fxcos 60°=﹣160J
解析
二、功的计算
针对训练 如图所示,两个互相垂直的力F1与F2作用在同一物体上,使物体通过一段位移的过程中,力F1对物体做功4 J,力F2对物体做功3 J,则力F1与F2的合力对物体做功为(  )
A.7 J B.1 J
C.5 J D.3.5 J
典例精析
A
W=W1+W2=7J
功为标量,合力做功等于F1与F2做功的代数和
解析
课堂要点小结


做功的过程就是能量变化的过程.
功的计算方法:W=Fxcosα
正功、负功的意义
总功的计算——两种方法


正功:力是动力,力把能量传递给物体
负功:力是阻力,受力物体把能量传递给其他物体
高中物理
二、功率
对比:收割玉米的快慢

2.功率的单位:
瓦特(W)
1.物理意义:表示力对物体做功快慢的物理量。
(单位时间做功的多少)
一、功率:
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
定义式:
是标量
1kW=1000W
4.功率的另一表达式
①v可以是瞬时速度,也可以是平均速度大小
②α是F与v方向的夹角,当ɑ=00时P=Fv
3.P=W/t求出来的是力在一段时间内做功的平均快慢程度,即平均功率。
1.平均功率:描述在一段时间内做功的平均快慢
2.瞬时功率:表示在某一时刻做功的快慢
二、平均功率和瞬时功率
求平均功率:
求瞬时功率:

(v是平均速度)
(v是瞬时速度)


3.(功率的计算)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 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. =mg2t2,P= mg2t2
B. =mg2t2,P=mg2t2
C. ,P=mg2t
D. =mg2t,P=2mg2t
C




解析
典例精析
三、平均功率与瞬时功率的区别
高中物理

针对训练 如图所示,从空中以40 m/s的初速度平抛一重为10 N的物体,物体在空中运动3 s落地,不计空气阻力,取g=10 m/s2,则物体落地前瞬间,重力的瞬时功率为(  )
A.300 W
B.400 W
C.500 W
D.700 W

力×力的方向的速度
A

竖直方向自由落体
解析
三、平均功率与瞬时功率的区别
例、质量m=3kg的物体,在水平力F=6N的作用下,在光滑的水平面上从静止开始运动,运动时间t=3s,求:
(1)力F在t=3s内对物体做的功;
(2)力F在t=3s内对物体做功的平均功率;
(3)力F在3s末对物体做功的瞬时功率。
解:已知m=3kg,F=6N,v0=0,t=3s
a=F/m=2m/s2 ;l=v0t+1/2at2=9m,
vt=v0+at=6m/s
(1)W=Fl=54J (2)P=W/t=18W (3)P1=FVt=36W
三.额定功率vs实际功率
1.额定功率:
2.实际功率:
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。
机械或用电器正常工作状态下所能输出的最大功率叫额定功率
机器工作时实际输出的功率
也就是机器铭牌上的标称值。
高中物理
说 明:
1.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。
例如:
①汽车发动机的功率就是汽车牵引力的功率
②起重机吊起货物的功率就是钢绳拉力的功率
高中物理
2.功率vs机械效率区别
①功率是描述物体做功快慢程度的物理量
②机械效率是描述机械做功时有效利用率的物理量




高中物理










































v
汽车的功率
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
汽车功率
汽车的牵引力
汽车的瞬时速度
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。
高中物理
类型1:机车以恒定功率 P 启动
机车启动问题

P=F v
发动机的实际功率
发动机的牵引力
机车的瞬时速度
当F=F阻时,
a=0 ,v达到最大

保持
vm
匀速
v




F=

v
P

a=

m
F-F阻









vm=

F阻
P




加速度逐渐减小的变加速直线运动



匀速直线运动
高中物理


vm

机车以恒定功率启动的v- t 图
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。
vm=

F阻
P
v

t

0

高中物理
练习、静止的列车在平直轨道上以恒定的功率起动,在开始的一小段时间内,列车的运动状态是( )
A、列车做匀加速直线运动
B、列车的速度和加速度均不断增加
C、列车的速度增大,加速度减小
D、列车做匀速运动

高中物理
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
注意: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。
汽车的两种运动状态
高中物理
例1、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当汽车的速度为5m/s时加速度多大?
③当汽车的加速度为2m/s2时速度多大?
12m/s
4m/s
1.4m/s2
高中物理
类型2:机车以恒定加速度 a 启动

机车启动问题

当F= F阻时,
a=0 ,v达到最大

保持
vm
匀速



F=

v
P额

a=

m
F-F阻




v





vm=

F阻
P额




加速度逐渐减小的变加速直线运动



匀速直线运动
a=

m
F-F阻






F


v



P=F v



当P= P额时,保持P额继续加速





匀加速直线运动
高中物理
机车以恒定加速度启动的v- t 图
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

t

0
vm=

F阻
P额





vm


高中物理
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?
F=7500N
v=8m/s
t=16s
12m/s
高中物理
当汽车发动机的功率一定时,根据P=Fv知,牵引力与速度成反比,所以通过减小速度来增大牵引力,使汽车能顺利上坡。
1、汽车上坡时,司机一般要“换挡”减小车速,使汽车以较小的速度爬坡,为什么呢?请用今天所学的知识加以解释。
2、汽车上坡时,若不减小车速,司机应采取什么措施?为什么?
加大油门,增大输出功率,来获得较大的牵引力。
联系实际 学以致用
课堂要点小结
功率

定义:P=W/t
功率与速度
机车的启动问题


公式:P=Fv
平均功率和瞬时功率

以恒定功率启动
以恒定加速度启动
自我检测
高中物理

1.(对功的理解)关于功的概念,以下说法正确的是(  )
A.力是矢量,位移是矢量,所
以功也是矢量
B.功有正、负之分,若某个力
对物体做负功,表明这个力
对该物体的运动起阻碍作用
C.若某一个力对物体不做功,
说明该物体一定没有位移
D.合力的功等于各分力做的功
的矢量和
1
2
3
B
功为标量,只有大小没有方向



F、v做正功

F为动力

F、v做负功

F为阻力

F、v不做功

位移不为0
解析
高中物理

2.(对正、负功的判断)如图所示,一端可绕O点自由转动的长木板上方放一个物块,手持木板的另一端,使木板从水平位置沿顺时针方向缓慢旋转,则在物块相对于木板滑动前的过程中(  )
A.重力做正功
B.摩擦力做负功
C.摩擦力不做功
D.支持力不做功
1
2
3
重力与速度方向成锐角

摩擦力与速度方向始终垂直

支持力与速度方向相反

解析
高中物理

1
2
3
3.(功的计算)如图所示,在光滑水平面上,物体受两个相互垂直的大小分别为F1=3 N和F2=4 N的恒力,其合力在水平方向上,从静止开始运动10 m,求:
(1)F1和F2分别对物体做的功是多少?代数和为多大?
(2)F1和F2合力为多大?合力做功是多少?
(1)根据功的公式
W=W1+W2=18 J+32 J=50 J

标量
解析
高中物理


1
2
3
3.(功的计算)如图所示,在光滑水平面上,物体受两个相互垂直的大小分别为F1=3 N和F2=4 N的恒力,其合力在水平方向上,从静止开始运动10 m,求:
(1)F1和F2分别对物体做的功是多少?代数和为多大?
(2)F1和F2合力为多大?合力做功是多少?
(2)由勾股定理

标量
合力F做的功W′=Fx=5×10 J=50 J
解析
4.(机车启动问题分析)一辆轿车质量为m,在平直公路上运行,启动阶段轿车牵引力保持不变,而后以额定功率继续行驶,经过一定时间,其速度由零增大到最大值vm,若所受阻力恒为f.则关于轿车的速度v、加速度a、牵引力F、功率P的图像正确的是(   )
1
2
3
4
ACD



解析