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《8.1
功率》学案
【学习目标】
1.初步认识做功和能量变化的关系。
2.理解功的概念和做功的两个要素。
3.
明确功是标量,知道W=Flcosα的适用范围,会用功的公式进行计算。
4
.理解正功、负功的概念,会根据公式计算多个力的总功。
【课堂合作探究】
“你挑着担,我牵着马,迎来日出,送走晚霞……”《西游记》中,沙和尚挑担千里,在竖直方向上却没有对行李做功,而猪八戒扶师父上马却做了功,不必为沙和尚鸣不平,物理学中的做功是有严格定义的.
对功的理解
思考:在什么条件下说力对物体做功呢?
1.观察图、,分析图中的哪个人对物体做了功?
一、功
1.功的定义
2.做功的两个不可缺少的因素
3.功的计算公式
(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?
(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?
(3)力F方向与运动方向成某一角度a(a≠90°)时,力F对物体所做的功与角度a有关吗?该怎么计算呢?
单位:
标量:遵从代数运算法则。
讨论正功和负功
当α=π/2时,cosα=0,W=0。这表示力F的方向
跟位移的方向垂直时,力F
。
例如,物体在水平桌面上运动,重力G和支持力FN都跟位移方向垂直,这两个力都不做功。
(2)
当α<π/2时,cosα>0,W>0。这表示力F对物体做
。
例如,人用力拉车前进时,人的拉力F对车做正功。
(3)
当π≥α>π/2时,cosα<0,W<0。这表示力对物体做
。
例如,推着小车跑动的人,到达目的地减速时,人向后拉车的力F对车做负功。
正功的物理意义
:
从动力学角度考虑:
从能量角度考虑:
7.总功的计算
解法一:先根据力学知识求出合外力F合,再由功的定义式来计算。
解法二:先分别求出各个力所做的功,再对各个力做的功求代数和。
例题:一个质量m=150kg的物体,受到水平方向的拉力F=500N,在水平地面上由静止开始移动了l=5m。物体与地面间的滑动摩擦力F阻=100N。求:
(1)各个力对物体所做的功
(2)各个力对物体做功的代数和
(3)物体所受的合力
(4)合力对物体做的功
功率
思考1:拖拉机与牛在犁地,谁做的功多?谁的功率大?
思考2:拖拉机是否在任意时刻的功率均比牛大?
思考3:怎样才能更加精确地描述做功的快慢?你能得到相应的表达式吗?
1.功率的概念
(1)物理意义:
(2)定义:
(3)公式:
(4)功率是标量。功率表示做功过程中能量转化的快慢。
(6)功率的单位:
2.功率的计算公式
平均功率与瞬时功率
即使是同一个力做功,做功的功率也可能是变化的,在一段时间内力对物体做功的功率,实际上是这段时间内力对物体做功的平均功率。
平均功率:描述在一段时间内做功的平均快慢
瞬时功率:表示在某一时刻做功的快慢
额定功率和实际功率
(1)额定功率:是指机器正常工作时的最大输出功率,也就是机器铭牌上的标称值。
(2)实际功率:是指机器在工作中实际输出的功率。
说明:
①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。
②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:汽车的功率就是汽车牵引力的功率,起重机吊起货物的功率就是钢绳拉力的功率。
【课堂检测】
1.如图甲为一女士站立在台阶式自动扶梯上正在匀速上楼,如图乙为一男士站立在履带式自动扶梯上正在匀速上楼。下列关于两人受到的力做功判断正确的是( )
A.甲图中支持力对人做正功
B.乙图中支持力对人做正功
C.甲图中摩擦力对人做负功
D.乙图中摩擦力对人做负功
2.下列选项中,物体所受力F的大小相等,位移方向向右、大小相同.其中F做功最少的是( )
3.(多选)质量为m的物体,静止在倾角为θ的斜面上,斜面沿水平方向向右匀速移动了距离l,如图3所示.物体始终相对斜面静止,则下列说法正确的是(
)
A.重力对物体做正功
B.合力对物体做功为零
C.摩擦力对物体做负功
D.支持力对物体做正功
4.一个质量m=2
kg的物体,受到与水平方向成37°角斜向上方的力F=10
N作用,在水平地面上移动的距离l=2
m,物体与地面间的滑动摩擦力Ff=4.2
N,求外力对物体所做的总功.(cos
37°=0.8,sin
37°=0.6)
【达标训练】
一、单选题
关于功和功率的概念,下列说法正确的是
A.
功有正、负之分,说明功有方向
B.
由可知,功率一定时,牵引力与速度成反比
C.
由可知,机器做功越多,其功率就越大
D.
由可知,只要知道时间t内机器做的功,可以求这段时间内任意时刻机器做功的功率
如图所示,力F大小相等,物体运动的位移l也相同,下列哪种情况F做功最少
A.
B.
C.
D.
一个重量为10N的物体,在15N的水平拉力作用下,第一次在光滑水平面上移动2m,第二次在动摩擦因数为的粗糙水平面上移动2m,则以下说法正确的是
A.
第一次地面支持力做功20J
B.
第二次水平拉力做功为30J
C.
第一次重力和拉力的合力做功为10J
D.
第二次各力对物体做的总功为0
如下图所示,木块A、B叠放在光滑水平面上,A、B之间不光滑,用水平力F拉B,使A、B一起沿光滑水平面加速运动,设A、B间的摩擦力为f,则以下说法正确的是
A.
F对B做正功,对A不做功
B.
f对B做负功,对A不做功
C.
f对B不做功,对A做负功
D.
F对A和B组成的系统做功为零
关于功和功率的概念,下列说法正确的是
A.
功有正、负之分,说明功有方向
B.
由可知,功率一定时,牵引力与速度成反比
C.
由可知,机器做功越多,其功率就越大
D.
由可知,只要知道时间t内机器做的功,可以求这段时间内任意时刻机器做功的功率
在光滑水平面上,质量为2kg的物体以的速度向东运动,当对它施加一向南的的水平恒力作用下经过,则下列说法正确的是
A.
外力对物体做的功480J
B.
外力对物体做的功400J
C.
第4秒时外力做功的瞬时功率为220W
D.
前4秒外力做功的平均功率为120W
如图所示,倾角为、长度为10m的光滑斜面,一质量为的物体从斜面顶端由静止开始下滑,g取,则?
A.
整个过程中重力做功80J
B.
整个过程中合外力做功80J
C.
整个过程中重力做功的平均功率是20W
D.
物体滑到斜面底端时重力做功的瞬时功率是20W
二、计算题
如图所示,在光滑的水平面上,质量的物体,在水平拉力的作用下,从静止开始运动,经过3s运动了9m。求:
力F在3s内对物体所做的功。
力F在3s内对物体做功的平均功率。
在3s末,力F对物体做功的瞬时功率。
质量的物体,在水平方向力的作用下,物体与平面间的动摩擦因数。物体从静止开始运动,运动时间。求:
力F在4s内对物体所做的功
力F在4s内对物体所做功的平均功率
在4s末力F对物体做功的瞬时功率
如下图所示,一质量的物体,由高、倾角的固定斜面的顶端滑到底端.物体与斜面间的动摩擦因数g取,求:
物体所受各个力所做的功;
合外力所做的功.
如图所示,质量的物体,在斜向下与水平方向的夹角、大小为10N的力的作用下,从静止开始运动,通过的路程,已知物体与水平面间的动摩擦因数问:
力F对物体做多少功?
摩擦力对物体做多少功?
合力对物体做多少功?
12.如图所示,倾角的斜面固定在水平面上.质量的小物块受到沿斜面向上的的拉力作用,小物块由静止沿斜面向上运动.小物块与斜面间的动摩擦因数,小物块沿斜面向上运动。取,求:
物体的加速度多大;
物体所受的四个力分别做了多少功;
四个力的总功的大小;
参考答案
课堂检测
A
D
BCD
解法一:先求各力做的功,再求总功,拉力F对物体所做的功为
W1=Flcos
37°=10×2×0.8
J=16
J
摩擦力Ff对物体所做的功为:
W2=Fflcos
180°=-4.2×2
J=-8.4
J
由于重力、支持力对物体不做功,故外力对物体所做的总功W等于W1和W2的代数和
所以:W=W1+W2=7.6
J.
解法二:先求合力,再求总功
物体受到的合力为
F合=Fcos
37°-Ff=10×0.8
N-4.2
N=3.8
N
所以W=F合l=3.8×2
J=7.6
J.
【达标训练】
1.B【解析】A.功是标量,没有方向,正负表示动力还是阻力做功,故A错误;
B.由可知,功率一定时,牵引力与速度成反比;故B正确;
C.功率是反映做功快慢的物理量,力做功越多,功率不一定越大,还要看用了多长时间,故C错误;
D.由功率的定义式求出的是平均功率而不是瞬时功率;故D错误;
故选B。
2D【解析】A选项中,拉力做功为:
B选项中,拉力做功为:
C选项中,拉力做功为:
D选项中,拉力做功为:
故D图中拉力F做功最少;
故选:D
3.B【解析】A.地面的支持力与位移方向相互垂直,故支持力不做功,故A错误;
B.第二次水平拉力的功,故B正确;
C.第一次时重力不做功,拉力做功,故重力和拉力的合力做功为30J,故C错误;
D.第二次物体受到的合力,,故D错误。
故选:B。
4.A【解析】A.力F作用在木块B上,没有作用在木块A上,且A、B向右做加速运动,在力F的方向上发生了位移,由可知,F对B做正功,对A不做功,故A正确;
对A、B分别受力分析可知,B对A的摩擦力向右,A对B的摩擦力向左,而位移水平向右,由可知,f对B做负功,对A做正功,故B、C错误;
D.由功的定义可知,F对A和B组成的系统做正功,故D错误。
故选A。
5.B【解析】A.功是标量,没有方向,正负表示动力还是阻力做功,故A错误;
B.由可知,功率一定时,牵引力与速度成反比;故B正确;
C.功率是反映做功快慢的物理量,力做功越多,功率不一定越大,还要看用了多长时间,故C错误;
D.由功率的定义式求出的是平均功率而不是瞬时功率;故D错误;
故选B。
6.B【解析】在恒力作用下,根据牛顿第二定律可知,解得,在拉力方向上通过的位移为,外力做功,故A错误,B正确;
C.4s末的沿拉力方向的分速度为,故瞬时功率,故C错误;
D.前4秒外力做功的平均功率为,故D错误;
故选B。
7.C【解析】
A.重力做功为,故A错误;
B.整个过程中只有重力做功,故合外力做功为,故B错误;
C.下滑过程中加速度为,所需时间,重力平均功率为,故C正确;
D.下滑到斜面底端时的速度为,故,故D错误。
故选C。
8.【答案】解:
。
力F在3s内对物体做功的平均功率。
末的瞬时速度设为,根据,,则3s末的瞬时功率。
答:
力F在3s内对物体所做的功为54J。
力F在3s内对物体做功的平均功率为18W。
在3s末,力F对物体做功的瞬时功率36W。
9.【答案】解:物体做匀加速直线运动,由牛顿第二定律可得:,?
4s物体运动的位移是:,?
力F在4s内对物体所做的功为:?
力F在4s内对物体所做的功的平均功率为:?
?
末物体的速度为:?
所以4s末力F对物体所做的功的瞬时功率为:?
。
答:力F在4s内对物体所做的功是96J;??
力F在4s内对物体所做功的平均功率是24W;?
在4s末力F对物体所做功的瞬时功率是48W。
10.【答案】解:物体受到重力、摩擦力、支持力三个力的作用,
重力做功,
摩擦力做功,
支持力总是与物体速度方向垂直,不做功,即;
合外力做功等于重力做功与摩擦力做功之和,为。
11.【答案】解:力F对物体做功为:,正功;
摩擦力的大小为:
摩擦力对物体做功为:,负功;
合力为:
合力对物体做功为:,正功。
答:力F对物体做功为16J,正功;
摩擦力对物体做功为,负功;
合力对物体做功为,正功。
12.【答案】解:对物体进行受力分析:
对力进行正交分解,根据垂直斜面方向力平衡得出:,
滑动摩擦力.
设加速度为,根据牛顿第二定律有????
解得:
拉力的功
由于支持力的方向与位移方向垂直,支持力的功为
摩擦力的功
重力的功
四个力的总功:。
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