《2018秋滬科版高中物理必修2課件：3.2　研究功與功率》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018秋滬科版高中物理必修2課件：3.2　研究功與功率（39頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、3 .2研究功與功率 自主閱讀 自我檢測(cè) 一、怎樣計(jì)算力跟位移成夾角時(shí)的功1.功的公式:W=Fscos ,即力對(duì)物體所做的功,等于力F的大小、物體位移s的大小及力F和位移s二者方向間夾角的余弦這三者的乘積。 2.功的單位:在國(guó)際單位制中,功的單位是焦耳,簡(jiǎn)稱焦,符號(hào):J。3.矢量性:功是標(biāo)量,只有大小,沒(méi)有方向,其運(yùn)算法則遵循代數(shù)運(yùn)算。4.下圖中挎著包向左走路的人對(duì)包有沒(méi)有做功?向右拉箱子的人對(duì)箱子有沒(méi)有做功? 提示:向左走的人對(duì)包沒(méi)有做功;向右走的人對(duì)箱子做了功。 自主閱讀 自我檢測(cè)二、正功、負(fù)功的含義 自主閱讀 自我檢測(cè)三、研究功率1.功率(1)定義:功W 跟完成這些功所用時(shí)間t的比值。(

2、3)單位:在國(guó)際單位制中,功率的單位是瓦特,簡(jiǎn)稱瓦,符號(hào)是W ,且1 W=1 J/s。(4)矢量性:功率是標(biāo)量,只有大小,無(wú)方向,運(yùn)算法則遵循代數(shù)運(yùn)算。(5)物理意義:表示力對(duì)物體做功快慢的物理量。 自主閱讀 自我檢測(cè)2.研究力、速度跟功率之間的關(guān)系3.在越野比賽中汽車爬坡時(shí),常常換用低速擋,這是為什么?提示:由P=Fv可知,汽車在上坡時(shí)需要更大的牽引力,而發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率是一定的,換用低速擋的目的是減小速度從而增大牽引力。 自主閱讀 自我檢測(cè)1.正誤辨析(1)功有大小也有正負(fù),因而功是矢量。 ()(2)摩擦力總是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),因而總是做負(fù)功。 ()(3)功率越大表示做的功越多。

3、 ()(4)一個(gè)力對(duì)物體做功的功率,等于這個(gè)力與受力物體運(yùn)動(dòng)速度的乘積。 ()(5)汽車在高速公路上行駛,功率的大小與速度的大小無(wú)關(guān)。 ()答案:(1)(2)(3)(4)(5) 自主閱讀 自我檢測(cè)2.右圖是甲、乙兩物體做功與所用時(shí)間的關(guān)系圖像,那么甲物體的功率P甲與乙物體的功率P乙相比()A.P 甲P乙B.P甲P乙C.P甲=P乙D.無(wú)法判定解析:根據(jù)功率的定義式P= 可知,在功與所用時(shí)間的關(guān)系圖像中,直線的斜率表示時(shí)刻的功率。因此,由圖線斜率可知P甲P乙,選項(xiàng)B正確。答案:B 自主閱讀 自我檢測(cè)3.某型號(hào)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為60 kW,在水平路面上行駛時(shí)受到的阻力是1 800 N,求在額定功

4、率下,汽車行駛的速度為15 m/s時(shí),汽車受到的牽引力大小和汽車行駛的最大速度。答案:4 000 N120 km/h 問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三功的理解和計(jì)算某同學(xué)用手平托一本書豎直向上移動(dòng)一段距離,又平托書水平移動(dòng)一段距離,在這兩個(gè)過(guò)程中手對(duì)書的支持力是否對(duì)書做功?提示:平托一本書豎直向上移動(dòng)時(shí),手對(duì)書的支持力對(duì)書做功,而平托書水平移動(dòng)一段距離時(shí),手對(duì)書的支持力不做功。 問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三1.功的決定因素做功具有兩個(gè)必不可少的決定因素:(1)作用在物體上的外力。(2)物體在力的方向上的位移。力對(duì)物體是否做了功,只與這兩個(gè)因素有關(guān),并

5、且功的大小等于力與物體在力的方向上的位移的乘積,而與其他因素(如物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)速度、物體的質(zhì)量等)均無(wú)關(guān)系。 問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三2.恒力做功的計(jì)算式可作以下三種理解 問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三3.功的正負(fù)的判斷方法(1)恒力做功的判斷:若物體做直線運(yùn)動(dòng),依據(jù)力與位移的夾角來(lái)判斷。(2)曲線運(yùn)動(dòng)中功的判斷:若物體做曲線運(yùn)動(dòng),依據(jù)F與v的方向夾角來(lái)判斷。當(dāng)090,力對(duì)物體做正功;900WN=FNlcos(90+)0故選項(xiàng)B正確。答案:B 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)三對(duì)公式P= 和P=Fv的理解用一臺(tái)升降機(jī)將50

6、0 kg的建筑材料勻速提升至20 m的樓頂,升降機(jī)上升的速度為0.5 m/s,那么:(1)整個(gè)過(guò)程中,升降機(jī)對(duì)材料做功的功率是什么功率?(2)升降機(jī)對(duì)材料做功的瞬時(shí)功率怎么求?(3)升降機(jī)對(duì)材料做功的平均功率與瞬時(shí)功率是否相等? 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)三要點(diǎn)提示:(1)材料被勻速提升,F=mg,故P=Fv=mgv=500100.5 W=2.5 kW。(2)根據(jù)P=Fv,其中v為材料運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。(3)相等。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)三2.公式P=Fv是功率的一種計(jì)算方法,v可以是平均速度,也可以是瞬時(shí)速度,因此P=Fv既可以計(jì)算平均功率,也可

7、以計(jì)算瞬時(shí)功率。3.P=Fv中三個(gè)量的制約關(guān)系: 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)三【例2】如圖所示,質(zhì)量為m=2 kg的木塊在傾角=37的斜面上由靜止開(kāi)始下滑,木塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.5,已知sin 37=0.6,cos 37=0.8,g取10 m/s2,求:(1)前2 s內(nèi)重力做的功;(2)前2 s內(nèi)重力的平均功率;(3)2 s末重力的瞬時(shí)功率。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)三解析:(1)木塊所受的合外力F合=mgsin -mgcos =mg(sin -cos )=4 N(3)木塊在2 s末的速度v=at=4 m/s。2 s末重力的瞬時(shí)功率P=m

8、gvsin =48 W。答案:(1)48 J(2)24 W(3)48 W 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)三規(guī)律方法求解功率時(shí)應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題(1)首先要明確所求功率是平均功率還是瞬時(shí)功率;(2)平均功率與一段時(shí)間(或過(guò)程)相對(duì)應(yīng),計(jì)算時(shí)應(yīng)明確是哪個(gè)力在哪段時(shí)間(或過(guò)程)內(nèi)做功的平均功率;(3)瞬時(shí)功率計(jì)算時(shí)應(yīng)明確是哪個(gè)力在哪個(gè)時(shí)刻(或狀態(tài))的功率。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)三變式訓(xùn)練2在一次舉重比賽中,一名運(yùn)動(dòng)員將質(zhì)量為127.5 kg的杠鈴舉起歷時(shí)約2 s,該運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴運(yùn)動(dòng)中的平均功率約為()A.幾十瓦左右B.一千瓦左右C.幾十千瓦左右D.幾百

9、千瓦左右解析:設(shè)舉重運(yùn)動(dòng)員將杠鈴舉高1.7 m, 答案:B 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析知識(shí)點(diǎn)三機(jī)車啟動(dòng)過(guò)程分析汽車以不同方式啟動(dòng),一次以恒定功率啟動(dòng),一次勻加速啟動(dòng)。(1)用公式P=Fv研究汽車啟動(dòng)問(wèn)題時(shí),力F是什么力?(2)以恒定功率啟動(dòng)時(shí),汽車的加速度變化嗎?做什么運(yùn)動(dòng)?要點(diǎn)提示:(1)F是汽車的牽引力。(2)汽車以恒定功率啟動(dòng),根據(jù)P=Fv,v增大,F減小,加速度減小,故加速度變化,汽車做變加速運(yùn)動(dòng)。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析對(duì)機(jī)車等交通工具類問(wèn)題,應(yīng)明確P=Fv中,P為發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率,機(jī)車正常行駛中實(shí)際功率小于或等于其額定功率,F為發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)

10、生的牽引力,v為機(jī)車的瞬時(shí)速度。1.以恒定的功率啟動(dòng)機(jī)車自靜止開(kāi)始,保持牽引力的功率不變,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻力f也不變;隨速度v的增加,牽引力F會(huì)減小,加速度減小;當(dāng)F=f時(shí),a=0,此時(shí)速度最大,且vmax= ,以后以vmax的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng),其過(guò)程可由下面的框圖表示。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析這一過(guò)程的v-t圖像如圖所示。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析2.以恒定的加速度啟動(dòng)由a= 知,保持a不變,則牽引力F也不變,而由P=Fv知,隨著速度v的增大,機(jī)車的功率增加,但任何機(jī)械的額定功率都是有限的,故機(jī)車達(dá)到額定功率后將保持不變,以后速度雖繼

11、續(xù)增加,但并非做勻加速運(yùn)動(dòng),因?yàn)镕會(huì)變小,當(dāng)F=f時(shí),機(jī)車就以vmax= 做勻速直線運(yùn)動(dòng)。由以上分析可知,車能保持加速度恒定運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間,以后加速度將減小直至為零。其過(guò)程可由下面的框圖表示。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析這一過(guò)程的v-t圖像如圖所示。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析【例3】 在水平路面上運(yùn)動(dòng)的汽車的額定功率為100 kW,質(zhì)量為10 t,設(shè)阻力恒定,且為車重的0.1。(1)汽車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所能達(dá)到的最大速度;(2)若汽車以0.5 m/s2的加速度從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),這一過(guò)

12、程能維持多長(zhǎng)時(shí)間?(3)若汽車以額定功率不變從靜止啟動(dòng)后,當(dāng)汽車的加速度為2 m/s 2時(shí),速度是多大? 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析解析:(1)當(dāng)汽車速度最大時(shí),F=f,P=P額,故 (2)汽車從靜止開(kāi)始勻速啟動(dòng)過(guò)程中,a不變,v變大,P也變大,當(dāng)P=P額時(shí),此過(guò)程結(jié)束,則F=f+ma=1.5104 N 答案:(1)10 m/s(2)13.4 s(3)3.3 m/s 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析規(guī)律方法機(jī)車啟動(dòng)問(wèn)題的解題方法(1)比較額定功率與實(shí)際功率的關(guān)系:該類問(wèn)題多以機(jī)車做勻速運(yùn)動(dòng)為題設(shè)條件,解決這類問(wèn)題的主要依據(jù)是勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)牽引力F與阻力

13、f相等。(2)對(duì)于機(jī)車勻加速啟動(dòng)問(wèn)題:主要綜合應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律解題,解題過(guò)程注意分析各物理量如a、F、f、P、v之間的關(guān)系及它們的變化規(guī)律,關(guān)鍵要抓住不變的物理量。 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 知識(shí)點(diǎn)三問(wèn)題導(dǎo)引知識(shí)歸納典例剖析變式訓(xùn)練3質(zhì)量為m的汽車行駛在平直公路上,在運(yùn)動(dòng)中所受阻力不變。當(dāng)汽車的加速度為a,速度為v時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)功率為P1;當(dāng)功率為P2時(shí),汽車行駛的最大速度為()故B正確。 答案:B 1 2 3 41.下列關(guān)于功的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.力和位移是做功的二要素,只要有力、有位移,就一定有功B.功等于力、位移、力與位移夾角的余弦三者的乘積C.功等于力和力方向上的位移的乘積D

14、.功等于位移和位移方向上的力的乘積解析:根據(jù)功的計(jì)算公式W=Fscos 知,A錯(cuò)誤,B、C、D正確。答案:A 1 2 3 4B.由P=Fv知,只能求某一時(shí)刻的瞬時(shí)功率C.由P=Fv知,汽車的功率與它的速度成正比D.由P=Fv知,當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí),牽引力與速度成反比解析:公式P= 所計(jì)算的應(yīng)是時(shí)間t內(nèi)的平均功率,A錯(cuò)誤;公式P=Fv涉及三個(gè)物理量之間的關(guān)系,必須在一個(gè)量確定不變時(shí),才能判斷另外兩個(gè)物理量之間的關(guān)系,B、C錯(cuò)誤,D正確。答案:D 1 2 3 43.汽車在水平路面上行駛時(shí)受到的阻力相同,當(dāng)汽車分別勻速、勻加速、勻減速地駛過(guò)同樣的路程s時(shí),汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功的大小關(guān)系為()A.勻

15、速行駛時(shí)做的功最多B.勻加速行駛時(shí)做的功最多C.勻減速行駛時(shí)做的功最多D.三種情況做的功相同解析:汽車勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的牽引力F=f+ma最大,行駛相同的路程,汽車發(fā)動(dòng)機(jī)做的功一定最多;勻減速時(shí)牽引力F=f-ma,做的功最少。答案:B 1 2 3 44.額定功率為80 kW的汽車在平直公路上行駛時(shí),其最大速度可達(dá)20 m/s,汽車的質(zhì)量為2 t。如果汽車從靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng),設(shè)運(yùn)動(dòng)中阻力不變,加速度為2 m/s2,求:(1)汽車所受的阻力;(2)第3 s末汽車的瞬時(shí)功率。解析:(1)當(dāng)F=f時(shí),a=0,v=v max,則P=Fv=fvmax, 1 2 3 4(2)設(shè)汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的牽引力為F,由牛頓第二定律得F-f=ma,故F=ma+f=8103 N,汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)能達(dá)到的最大速度故第3 s末汽車的功率P 3=Fv3=Fat3=48 kW。答案:(1)4103 N(2)48 kW