粤教版（2019）物理必修第二册 4.2 功率 课件(48张ppt）

第四章　机械能及其守恒定律
第二节　功率
知识导图
预习导学 | 新知领悟
1．功率的概念
(1)定义：物体所做的功W与做功所用时间t______.

(2)定义式：________.
(3)单位：在国际单位制中，功率的单位是________，简称瓦，用W表示．
(4)物理意义：功率是标量，它是表示物体__________的物理量．
功率
之比
瓦特
做功快慢
Fv
Fs
vt
Fv
3．额定功率与实际功率
按机械的工作状态分为额定功率与实际功率，其对比如下：
项目
定义
特点
联系
额定
功率
发动机正常条件下长时间工作的____________
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实≤P额
实际
功率
发动机________时的输出功率
同一机械实际功率随工作情况而变
最大输出功率
实际工作
【答案】不会．
由于P＝Fv，那么随着汽车速度增大，功率也会无限增大吗？
如图所示，越野汽车在上坡时为什么必须使用低速挡？



【答案】汽车的额定功率是一定的，根据P＝Fv，采用低速挡可以获得更大的牵引力．
多维课堂 | 素养初培
如图所示，滑雪运动员(可看作质点)在光滑斜坡上滑下，运动员质量为m，斜坡高为h，倾角为α.探究以下问题：
(1)怎样计算运动员从坡顶滑到坡底过程中重力做功的平均功率？
(2)怎样计算运动员到达坡底时重力的瞬时功率？
功率的理解和计算
2.公式P＝Fv的应用
(1)由于W＝Fs的表示形式适用于力(F)与位移(s)同方向的情况，故P＝Fv适用于力F和速度v同方向的情况．
(2)当力F和速度v不在同一直线上时，也可以将力F分解为沿v方向的分力F1和垂直于v方向的分力F2，F2不做功，其功率为零，分力F1的功率即力F的功率；或者分解速度，用力F乘沿F方向上的分速度，故其一般表达式为P＝Fvcos α.
精练1　如图所示，质量m＝2 kg的木块在倾角θ＝37°的足够长斜面上由静止开始下滑，木块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5.已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2，求：
(1)前2 s内重力做的功．
(2)前2 s内重力的平均功率．
(3)2 s末重力的瞬时功率．
【答案】(1)48 J　(2)24 W　(3)48 W
变式1　关于功率，下列说法正确的是 (　　)
A．力越大，则该力的功率就越大
B．功率小说明物体做功少
C．机器做的功越多，说明其功率越大
D．单位时间内机器做功越多，其功率越大
【答案】D
　计算功率应该注意的问题
1．首先应该明确所求的功率是平均功率还是瞬时功率，计算平均功率与瞬时功率选择的公式不同．
2．求平均功率时，应明确是哪一段时间内的平均功率；求瞬时功率时，应明确是哪一时刻的瞬时功率．
3．应该明确是哪一个力对物体做功的功率，是动力还是阻力，是恒力还是变力等．不同情况应选择不同的公式．
如图所示，一辆机车质量为m，发动机额定功率为P，水平路面的阻力Ff设为恒力，机车从静止开始启动．探究以下问题．
机车启动问题
(1)机车以恒定的功率启动：机车以恒定功率启动后，随着速度的增大，机车牵引力如何变化？机车的加速度如何变化？当速度最大时机车加速度为多少？此时牵引力与阻力大小关系如何？此后机车将做什么运动？
(2)机车以恒定的加速度启动：加速度不变，机车速度和功率如何变化？当机车功率刚达到额定功率时牵引力和阻力的大小关系如何？此时机车的速度能达到最大值吗？此后要想增大速度则牵引力该如何变化？
所以机车达最大速度时，a＝0，F＝Ff，P＝Fvmax＝Ffvmax，这一启动过程的v-t图像如图甲所示．
[特别提醒]　(1)机车以恒定功率启动的运动过程是加速度逐渐减小的变加速运动．
(2)机车以恒定加速度启动的运动过程可按两个阶段处理，即先匀加速启动达到额定功率，再以恒定功率运动达到最大速度．
【答案】(1)10 m/s　(2)13.3 s　(3)3.3 m/s
变式2　某探究性学习小组对一辆自制遥控车的性能进行研究．他们让这辆小车在水平地面上由静止开始运动，并将小车运动的全过程记录下来，通过数据处理得到如图所示的v-t图像，已知小车在0～t1时间内做匀加速直线运动，t1～10 s时间内小车牵引力的功率保持不变，7 s末达到最大速度，在10 s末停止遥控让小车自由滑行，小车质量m＝0.5 kg，整个过程中小车受到的阻力f大小不变．则以下说法正确的是 (　　)

A．小车做匀加速直线运动时牵引力大小为3 N
B．小车做匀加速直线运动的时间t1＝2 s
C．小车所受阻力f的大小为2 N
D．t1～10 s内小车牵引力的功率P＝6 W
【答案】D

汽车以恒定功率启动，速度增大，牵引力减小，做加速度逐渐减小的加速运动，直到牵引力等于阻力为止；汽车以恒定加速度启动，牵引力和阻力恒定，随着速度增加，它的实际功率逐渐增大，直到Fv等于额定功率为止．
在变力做功的过程中，当有重力势能、弹性势能以及其他形式的能量参与转化时，可以考虑用功能关系求解．因为做功的过程就是能量转化的过程，并且转化过程中能量守恒．
核心素养微专题
科学思维——物理模型的建立
分析问题时，我们不能只停留在原有问题上，而应将原问题转换成我们所熟悉的问题来解决，即通过认真读题后，把实际问题加工改造成相关的物理模型来处理．心脏挤压输送血液，这种情境下功和功率的计算与以往力学中功和功率的计算很不一样，力和位移都不像常规题那么清晰．弄清题意后，要寻找一个合适的物理模型，然后才能运用物理规律求解．
专练　人的心脏每跳一次大约输送8×10－5m3的血液，正常人的血压(可看作心脏压送血液的压强)的平均值约为1.5×104 Pa，心跳每分钟70次，据此估算心脏工作的平均功率为多少？
【答案】1.4 W
课堂小练 | 素养达成
1．运输物资的汽车以额定功率上坡时，为增大汽车的牵引力，司机应使汽车的速度 (　　)
A．减小 B．增大
C．保持不变 D．先增大后保持不变
【答案】A
【解析】由功率公式P＝Fv可知，在功率一定的情况下，当速度减小时，汽车的牵引力就会增大，此时更容易上坡，故A正确．
2．一质量5 kg的物体做自由落体运动，在下落过程中第2 s内，重力对该物体做的功为W，在第3 s末重力的功率为P，g取10 m/s2.下列说法正确的是 (　　)
A．W＝750 J, P＝1 500 W
B．W＝1 000 J，P＝750 W
C．W＝1 000 J，P＝1 500 W
D．W＝750 J，P＝750 W

【答案】A
3．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，g取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
【答案】A
【解析】物体落地瞬间vy＝gt＝30 m/s，所以PG＝Gvy＝300 W，故A正确．
4．一辆汽车在平直公路上运动，受到的阻力恒定为f，运动的最大速度为vm.下列说法正确的是 (　　)
A．汽车以恒定额定功率行驶时，牵引力F与速度v成正比
B．在汽车匀加速运动过程中，当发动机的实际功率等于额定功率时，速度就达到vm
C．汽车运动的最大速度vm与额定功率Pm满足Pm＝fvm
D．当汽车以恒定速度行驶时，发动机的实际功率一定等于额定功率
【答案】C
【解析】汽车以恒定额定功率行驶时，由P＝Fv可知牵引力与速度成反比，故A错误；汽车匀加速运动时，阻力恒定，根据牛顿第二定律可知牵引力恒定，由P＝Fv可知发动机的实际功率不断增大，当发动机的实际功率等于额定功率时，开始做加速度逐渐减小的加速运动，功率不变，速度变大，故B错误；当汽车匀速运动时，牵引力等于阻力，即F＝f，当速度达到最大时，满足Pm＝Fvm＝fvm，故C正确；当汽车以恒定速度行驶时，如果速度没有达到最大速度，发动机的实际功率将小于额定功率，故D错误．