山東省專用2018_2019學(xué)年高中物理第七章機(jī)械能守恒定律第3節(jié)功率講義含解析新人教版.docx

第3節(jié)功率1功與完成這些功所用時(shí)間的比值叫做功率，即P，表示做功的快慢。2公式P一般用來(lái)計(jì)算平均功率，瞬時(shí)功率用公式PFv進(jìn)行計(jì)算，若v取平均速度，則PFv為平均功率。3汽車上坡時(shí)，司機(jī)要“換擋”來(lái)減小速度，這樣在發(fā)動(dòng)機(jī)功率相同的情況下可以獲得較大的牽引力；汽車在平直公路上，所受阻力較小，可以使用高轉(zhuǎn)速比的擋位獲得較大的速度。4注意額定功率與實(shí)際功率、瞬時(shí)功率與平均功率的區(qū)別。一、功率1定義：功W與完成這些功所用時(shí)間t的比值。2定義式：P。3單位：國(guó)際單位制中，功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，符號(hào)是W。1 W1 J/s,1 kW103 W。4物理意義：功率是表示做功快慢的物理量。5額定功率與實(shí)際功率(1)額定功率電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下可以長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)輸出的功率。(2)實(shí)際功率動(dòng)力機(jī)械工作時(shí)實(shí)際消耗的功率。二、 功率與速度1功率與速度的關(guān)系式PFv(F與v方向相同)。2推導(dǎo)PFv3應(yīng)用由功率速度關(guān)系式知，汽車、火車等交通工具和各種起重機(jī)械，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P一定時(shí)，牽引力F與速度v成反比，要增大牽引力，就要減小速度。1自主思考判一判(1)各種機(jī)械銘牌上所標(biāo)功率一般是指額定功率。()(2)某機(jī)械工作時(shí)的實(shí)際功率一定比額定功率小。()(3)物體的速度為v，則重力的功率一定是mgv。()(4)汽車的速度越大，牽引力的功率也越大。()(5)汽車以恒定功率啟動(dòng)時(shí)，加速度減小。()2.合作探究議一議(1)去過(guò)泰山的同學(xué)會(huì)遇到挑山工，假設(shè)挑山工和纜車將相同的貨物運(yùn)至山頂，兩者對(duì)貨物做的功相同嗎？做功的功率相同嗎？提示：兩者對(duì)貨物做的功都等于克服重力做的功，由于將相同的貨物運(yùn)往相同高度的山頂，因此兩者做相同的功，而用纜車運(yùn)送貨物所用時(shí)間遠(yuǎn)小于挑山工的用時(shí)，根據(jù)功率定義知纜車的做功功率遠(yuǎn)大于挑山工的做功功率。(2)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PFv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，進(jìn)而增大牽引力。功率的定義式和計(jì)算式定義式P計(jì)算式PFv適用條件適用于任何情況下功率的計(jì)算適用于F與v同向的情況應(yīng)用求某個(gè)過(guò)程中的平均功率。當(dāng)時(shí)間t0時(shí)，可由定義式求瞬時(shí)功率若v表示物體在時(shí)間t內(nèi)的平均速度，則功率P表示力F在時(shí)間t內(nèi)的平均功率；若v表示物體在某一時(shí)刻的瞬時(shí)速度，則功率P表示力F在該時(shí)刻的瞬時(shí)功率公式理解功率可以用P來(lái)表示，但功率并不由W、t決定P一定時(shí)，F(xiàn)與v成反比；v一定時(shí)，F(xiàn)與P成正比；F一定時(shí)，v與P成正比典例(多選)質(zhì)量為m的物體靜止在光滑水平面上，從t0時(shí)刻開(kāi)始受到水平力的作用。力F的大小與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示，力的方向保持不變，則()A3t0時(shí)刻的瞬時(shí)功率為B3t0時(shí)刻的瞬時(shí)功率為C在t0到3t0這段時(shí)間內(nèi)，水平力的平均功率為D在t0到3t0這段時(shí)間內(nèi)，水平力的平均功率為解析02t0時(shí)間內(nèi)，物體的加速度a1，2t0時(shí)刻的速度v1a12t0，位移x1，2t03t0時(shí)間內(nèi)，加速度a2，3t0時(shí)刻的速度v2v1a2t0，2t03t0時(shí)間內(nèi)的位移x2；所以3t0時(shí)刻的瞬時(shí)功率P3F0v2，B對(duì)，A錯(cuò)；3t0內(nèi)的平均功率，D對(duì)，C錯(cuò)。答案BD計(jì)算功率應(yīng)該注意的問(wèn)題(1)首先應(yīng)該明確所求的功率是平均功率還是瞬時(shí)功率，計(jì)算平均功率與瞬時(shí)功率選擇的公式不同。(2)求平均功率時(shí)，應(yīng)明確是哪一段時(shí)間內(nèi)的平均功率；求瞬時(shí)功率時(shí)，應(yīng)明確是哪一時(shí)刻的瞬時(shí)功率。(3)應(yīng)該明確是哪一個(gè)力對(duì)物體做功的功率，是動(dòng)力還是阻力，是恒力還是變力等。不同情況應(yīng)選擇不同的公式。1下列關(guān)于功率的說(shuō)法中正確的是()A根據(jù)P可知，力做功越多，其功率越大B根據(jù)PFv可知，汽車的牽引力一定與速率成反比C由P可知，只要知道時(shí)間t內(nèi)力所做的功，就可以求得這段時(shí)間內(nèi)任一時(shí)刻的功率D由PFv可知，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率一定時(shí)，交通工具的牽引力與運(yùn)動(dòng)速率成反比解析：選D做功多功率不一定大，還要看做功時(shí)間，故A錯(cuò)誤。功率一定時(shí)，汽車的牽引力才與速率成反比，故B錯(cuò)誤、D正確。只有時(shí)間t極短時(shí)才能用P求得瞬時(shí)功率，故C錯(cuò)誤。2一質(zhì)量為m的木塊靜止在光滑的水平地面上，大小為F、方向與水平面成角的恒力作用在該木塊上，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，力F的瞬時(shí)功率為()A.B.C. D.解析：選A對(duì)木塊受力分析可知，木塊受重力、支持力和力F的作用，由牛頓第二定律可得，F(xiàn)cos ma，所以a，t時(shí)刻木塊的速度為v1at，所以瞬時(shí)功率PFv1cos ，A正確。3如圖所示，一質(zhì)量為m的物體，沿傾角為的光滑固定斜面由靜止下滑，當(dāng)它在豎直方向下落了h高度時(shí)，求重力的瞬時(shí)功率和整個(gè)過(guò)程中重力的平均功率。解析：由題意知，物體在重力和支持力作用下沿斜面下滑，其下滑加速度agsin ，下滑的位移l。由v202al，得速度v，方向?yàn)檠匦泵嫦蛳?，故重力的瞬時(shí)功率PGmgvsin mgsin mgsin ；重力的平均功率Gmgsin mgsin mgsin 。答案：mgsin mgsin 機(jī)車啟動(dòng)問(wèn)題1兩種啟動(dòng)方式的過(guò)程分析以恒定功率啟動(dòng)以恒定牽引力啟動(dòng)Pt圖和vt圖OA段過(guò)程分析vFaa不變F不變PFv直到P額Fv1運(yùn)動(dòng)性質(zhì)加速度減小的加速直線運(yùn)動(dòng)勻加速直線運(yùn)動(dòng)，維持時(shí)間t0AB段過(guò)程分析FF阻a0F阻vFa運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以vm做勻速直線運(yùn)動(dòng)加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)BC段FF阻a0F阻，以vm做勻速直線運(yùn)動(dòng)2機(jī)車啟動(dòng)問(wèn)題中幾個(gè)物理量的求法(1)機(jī)車的最大速度vm的求法，機(jī)車達(dá)到勻速前進(jìn)時(shí)速度最大，此時(shí)牽引力F等于阻力Ff，故vm。(2)勻加速啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間的求法，牽引力FmaFf，勻加速的最后速度vm，時(shí)間t。(3)瞬時(shí)加速度的求法，據(jù)F求出牽引力，則加速度a。典例在平直路面上運(yùn)動(dòng)的汽車的額定功率為60 kW，若其總質(zhì)量為5 t，在水平路面上所受的阻力為5103 N。(1)求汽車所能達(dá)到的最大速度。(2)若汽車以0.5 m/s2的加速度由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，則這一過(guò)程能維持多長(zhǎng)時(shí)間？(3)若汽車以額定功率啟動(dòng)，則汽車車速v2 m/s時(shí)其加速度為多大？審題指導(dǎo)(1)汽車速度達(dá)到最大的條件是a0，即FFf。(2)汽車以恒定加速度a勻加速運(yùn)動(dòng)的“收尾”條件是：PP額，此時(shí)的速度為勻加速運(yùn)動(dòng)的最大速度。(3)汽車速度為v時(shí)牽引力F。解析(1)當(dāng)汽車速度達(dá)到最大時(shí)，牽引力FFf，則由PFv得汽車所能達(dá)到的最大速度vmax m/s12 m/s。(2)汽車以恒定的加速度a做勻加速運(yùn)動(dòng)，能夠達(dá)到的最大速度為v，則有Ffma得v m/s8 m/s由vat得這一過(guò)程維持的時(shí)間t s16 s。(3)當(dāng)汽車以額定功率啟動(dòng)達(dá)到2 m/s的速度時(shí)，牽引力F N3104 N，由牛頓第二定律得汽車的加速度a m/s25 m/s2。答案(1)12 m/s(2)16 s(3)5 m/s2只有在剛開(kāi)始以恒定牽引力啟動(dòng)的一段時(shí)間內(nèi)，機(jī)車才做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)實(shí)際功率增加到額定功率，速度繼續(xù)增加，但加速度開(kāi)始減小，即此時(shí)機(jī)車的運(yùn)動(dòng)不再是勻加速直線運(yùn)動(dòng)；而以恒定功率啟動(dòng)時(shí)，機(jī)車一開(kāi)始就不是勻加速直線運(yùn)動(dòng)?？傊畽C(jī)車啟動(dòng)問(wèn)題不能生搬硬套勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式。1一輛汽車在水平公路上行駛，設(shè)汽車在行駛過(guò)程中所受阻力不變，汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)始終以額定功率輸出。關(guān)于牽引力和汽車速度，下列說(shuō)法中正確的是()A汽車加速行駛時(shí)，牽引力不變，速度增大B汽車加速行駛時(shí)，牽引力增大，速度增大C汽車加速行駛時(shí)，牽引力減小，速度增大D當(dāng)牽引力等于零時(shí)，速度達(dá)到最大值解析：選C汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率恒定，即P一定，則由公式PFv可得出v增大，此時(shí)F減小，但由于合外力方向與汽車運(yùn)動(dòng)方向一致，因此汽車速度仍在增大；當(dāng)汽車受到的牽引力和阻力相等時(shí)，汽車速度達(dá)到最大值，而后做勻速直線運(yùn)動(dòng)。故C正確。2質(zhì)量為m的汽車啟動(dòng)后沿平直路面行駛，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的功率恒為P，且行駛過(guò)程中受到的摩擦阻力大小一定，汽車速度能夠達(dá)到的最大值為v，那么當(dāng)汽車的車速為時(shí)，汽車的瞬時(shí)加速度的大小為()A.B.C. D.解析：選C在勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，fF，當(dāng)速度為時(shí)，F(xiàn)1，由F1fma得a，故C正確。3(多選)我國(guó)高鐵技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。和諧號(hào)動(dòng)車組是由動(dòng)車和拖車編組而成，提供動(dòng)力的車廂叫動(dòng)車，不提供動(dòng)力的車廂叫拖車。假設(shè)動(dòng)車組各車廂質(zhì)量均相等，動(dòng)車的額定功率都相同，動(dòng)車組在水平直軌道上運(yùn)行過(guò)程中阻力與車重成正比。某列車組由8節(jié)車廂組成，其中第1、5節(jié)車廂為動(dòng)車，其余為拖車，則該動(dòng)車組()A啟動(dòng)時(shí)乘客受到車廂作用力的方向與車運(yùn)動(dòng)的方向相反B做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，第5、6節(jié)與第6、7節(jié)車廂間的作用力之比為32C進(jìn)站時(shí)從關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)到停下來(lái)滑行的距離與關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的速度成正比D與改為4節(jié)動(dòng)車帶4節(jié)拖車的動(dòng)車組最