高中物理魯科版第一章功和功率3功率 2023版第1章第3節(jié)功率

第3節(jié)功率學習目標知識脈絡1.理解功率的概念．(重點)2．理解功率的導出公式P＝Fv的物理意義，并能利用導出公式解釋有關現象，分析解決簡單的機車起動問題．(重點、難點)3．了解平均功率和瞬時功率的區(qū)別和聯(lián)系．(重點)功率的含義eq\o([先填空])1．定義：物體所做的功W與完成這些功所用時間t的比值．2．公式：定義式為P＝eq\f(W,t).3．物理意義：功率是表示做功快慢的物理量，功率大表示做功快，即單位時間內做功多．4．單位：功率在國際單位制中用瓦特表示，簡稱瓦，符號為W，1W＝1J/s.eq\o([再判斷])1．功率大表示做功快，做的功一定多．(×)2．功率小的機器做功慢．(√)3．速度大的運動物體功率一定大．(×)eq\o([后思考])泰山挑夫把貨物從山下送到山頂，也可以用纜車把相同的貨物從同地點送到山頂，那么用人挑和用纜車運送貨物做的功相同嗎？做功的功率相同嗎？【提示】做功一樣多，但纜車做同樣的功所用時間短，功率大，即纜車做功快．eq\o([合作探討])探討1：如圖1-3-1所示，某起重機能在1min內把1t的貨物提高到預定的高度，另一臺起重機只用30s就可以做相同的功，你認為功和功率相同嗎？各自物理意義是什么？圖1-3-1【提示】功相同，功率不同．功是能量轉化的量度；功率表示做功的快慢．探討2：抽水機把30kg水抽到10m高的水塔上，所用的時間是2s，這臺抽水機的輸出功率是多大？【提示】P＝eq\f(W,t)＝eq\f(mgh,t)＝1500W.eq\o([核心點擊])1．功是能量轉化的量度，而功率表示做功的快慢，所以從能量轉化的角度看，功率也是反映能量轉化快慢的物理量．2．功率是標量，雖然功率也有正負之分，但功率的正負只是用來表示是動力做功的功率還是阻力做功的功率，在應用中一般不強調功率的正負．3．功率的計算公式P＝eq\f(W,t)適用于任何情況下的功率計算，求得的功率是這段時間t內的平均功率，但在這段時間內功率可能是變化的．1．下列關于功率的說法，正確的是( )A．力對物體做的功越多，功率就越大B．做功時間短的機械功率大C．完成相同的功，用的時間越長，功率越大D．功率大的機械在單位時間內做的功會更多【解析】功率與做功多少沒有必然的聯(lián)系，選項A、B錯誤；完成相同的功，用時越長，功率越小，選項C錯誤；故選D.【答案】D2．當兩臺機器正常工作時，相同時間內，功率大的機器一定比功率小的機器()【導學號：45732023】A．做功多 B．做功少C．效率高 D．以上都不對【解析】功率反映了機器做功的快慢．在數值上等于單位時間內機器所做的功，功率與功之間滿足關系式W＝Pt，若時間t相同，則功率P大的機器做功多，選項A正確，其他選項均錯．【答案】A3．某同學進行體能訓練，用100s跑上了20m高的高樓，試估測他登樓時的平均功率最接近的數值是( )A．10WB．100WC．1kWD．10kW【解析】本題是一道實際生活中求平均功率的估算題，要求對該同學的質量大小要有比較切合實際的估計，設人的質量m＝50kg，則有eq\x\to(P)＝eq\f(mgh,t)＝eq\f(50×10×20,100)W＝100W．故正確答案為B.【答案】B功率的理解1．功率表示做功的快慢，與做功的多少沒有關系．2．應用公式P＝eq\f(W,t)求得的功率一般是平均功率．3．如果Δt時間內做的功是ΔW，那么當Δt很短很短時，P＝eq\f(ΔW,Δt)表示瞬時功率．功率與力、速度的關系eq\o([先填空])1．關系式當力的方向與物體的運動方向相同時，P＝Fv.2．公式P＝Fv中各物理量間的關系(1)功率P一定時，物體的運動速度v與牽引力F成反比．(2)物體的運動速度v一定時，功率P與牽引力F成正比．(3)牽引力F一定時，功率P與物體的運動速度v成正比．3．四種功率平均功率P＝eq\f(W,t)求的是t時間內的平均功率；P＝Fvcosα中，若v為平均速度，則P就是平均功率瞬時功率P＝Fvcosα中，若v為瞬時速度，則P為瞬時功率額定功率機械長時間工作時的最大允許功率實際功率機械實際工作時消耗的功率，實際功率可小于或等于額定功率，但不能大于額定功率eq\o([再判斷])1．汽車的速度越大，功率一定越大．(×)2．機械發(fā)動機銘牌上的功率指實際功率．(×)3．機車發(fā)動機的功率是指牽引力的功率．(√)eq\o([后思考])如圖1-3-2所示，越野車比賽時，汽車爬坡要使用低速擋．汽車使用低速擋的目的是什么？圖1-3-2【提示】汽車爬坡需要的牽引力變大，根據P＝Fv，在功率一定的情況下要減小速度．eq\o([合作探討])如圖1-3-3所示，高速列車在水平軌道上起動．圖1-3-3探討1：列車的總質量為m，牽引力為F，列車從靜止起動，經過時間t瞬時功率是多少？(不計軌道阻力)【提示】根據a＝eq\f(F,m)，v＝at，P＝Fv，P＝eq\f(F2,m)t.探討2：同一列車在相同環(huán)境中分別以恒定功率和恒定加速度兩種方式起動，最終所能達到的最大速度相同嗎？【提示】不一定．以恒定加速度起動的列車所能達到的最大速度為vm＝eq\f(P額,f)；以恒定功率起動時功率P若小于機車的額定功率P額，則最大速度為vm＝eq\f(P,f)＜eq\f(P額,f)，只有當機車以額定功率起動時，兩種起動方式達到的最大速度才相等．eq\o([核心點擊])1．關系式P＝Fv中各物理量間的關系(1)同體關系．關系式P＝Fv中的P、F、v是對應于同一個物體的三個物理量，對于不在同一物體上的情況沒有意義．(2)同時關系．P、F、v三個量中任意一個物理量都是可以變化的，應用關系式P＝Fv進行分析時，這三個物理量一定要對應于運動物體的同一時刻．(3)同向關系．F、v是兩個矢量，必須具有相同的方向，若二者方向不同，成一定夾角α時，該關系式變形為P＝Fvcosα.2．機車啟動的兩種方式(1)機車以恒定功率起動的運動過程這一起動過程的v-t關系圖象如圖1-3-4所示．圖1-3-4①只有當機車的牽引力與所受阻力大小相等時，機車才能達到最大速度，即vmax＝eq\f(P,F)＝eq\f(P,f).②在加速過程中，加速度是逐漸減小的，如果知道某時刻的速度，就可求得此時刻的加速度．(2)機車以恒定加速度起動的運動過程這一起動過程的v-t關系圖象如圖1-3-5所示．圖1-3-5①由牛頓第二定律得F－f＝ma，所以牽引力F＝f＋ma定，當P＝P額時，勻加速運動的最大速度vmax′＝eq\f(P額,F)＝eq\f(P額,f＋ma定).②由vmax′＝a定t′得，勻加速運動持續(xù)的時間t′＝eq\f(vmax′,a定)＝eq\f(P額,f＋ma定a定).4．如圖1-3-6所示，在光滑的水平面上放著一個質量為10kg的木箱，拉力F與水平方向成60°角，F＝2N．木箱從靜止開始運動，4s末拉力的瞬時功率為()圖1-3-6A．W B．WC．W D．W【解析】木箱的加速度a＝eq\f(Fcosα,m)＝m/s2,4s末的速度v＝at＝m/s，則瞬時功率P＝Fvcosα＝W，B正確．【答案】B5．假定額定功率為80kW的汽車，在平直的公路上行駛的最大速度為20m/s，汽車質量為2×103kg，如果汽車從靜止開始做勻加速直線運動，加速度為2m/s2，運動過程中阻力不變，求：【導學號：45732023】(1)汽車所受的恒定阻力大??；(2)汽車勻加速運動的最長時間．【解析】(1)依題意：當汽車達到最大速度時，F牽＝f則：P額＝fvm得：f＝eq\f(P額,vm)＝4×103N.(2)在勻加速階段：據牛頓第二定律有：F牽－f＝ma得：F牽＝f＋ma＝8×103N當汽車達到額定功率時：P額＝F牽v得：v＝eq\f(P額,F牽)＝10m/s勻加速時間：t＝eq\f(v,a)＝5s.【答案】(1)4×103N(2)5s機車起動的幾個問題1．機車的最大速度vmax的