高中物理教科版第四章機(jī)械能和能源功率 2023版第4章功率

2.功率學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.理解功率的概念，能運(yùn)用功率的公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．(重點(diǎn))2．了解額定功率和實(shí)際功率的概念，理解平均功率和瞬時(shí)功率的含義．(重點(diǎn))3．根據(jù)功率的定義導(dǎo)出公式P＝Fv，能用于分析、計(jì)算和解釋現(xiàn)象．(重點(diǎn)、難點(diǎn))功率的含義eq\x([先填空])1．功率(1)定義：功W跟完成這些功所用時(shí)間t的比值叫功率，功率的符號(hào)為P.(2)公式：P＝eq\f(W,t).(3)功率的單位：在國(guó)際單位制中，功率的單位是瓦，符號(hào)為＝1J/s.技術(shù)上常用千瓦(kW)作為功率的單位，1kW＝1000W.(4)功率的物理意義：功率是表示物體做功快慢的物理量．(5)功率是標(biāo)量，只有大小，沒(méi)有方向．2．額定功率(1)額定功率：機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間正常工作允許的功率．(2)機(jī)器實(shí)際運(yùn)行的功率可以小于或等于額定功率，但不允許長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定功率．eq\x([再判斷])1．由公式P＝eq\f(W,t)可知，做功越多，功率越大．(×)2．某機(jī)械工作時(shí)的實(shí)際功率一定比額定功率?。?×)3．機(jī)械可以在實(shí)際功率等于額定功率的情況下長(zhǎng)時(shí)間工作．(√)eq\x([后思考])泰山挑夫把貨物從山下送到山頂，也可以用纜車(chē)把相同的貨物從同地點(diǎn)送到山頂，那么用人挑和用纜車(chē)運(yùn)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(chē)做同樣的功所用時(shí)間短，功率大，即纜車(chē)做功快．eq\x([合作探討])探討1：如圖4-2-1所示，某起重機(jī)能在1min內(nèi)把1t的貨物提高到預(yù)定的高度，另一臺(tái)起重機(jī)只用30s就可以做相同的功，你認(rèn)為功和功率相同嗎？圖4-2-1【提示】功相同，功率不同．探討2：抽水機(jī)把30kg水抽到10m高的水塔上，所用的時(shí)間是2s，這臺(tái)抽水機(jī)的輸出功率是多大？【提示】P＝eq\f(W,t)＝eq\f(mgh,t)＝1500W.eq\x([核心點(diǎn)擊])1．定義式及其物理意義(1)定義式：功率是功跟完成這些功所用時(shí)間的比值，即P＝eq\f(W,t)，功率是用比值定義法定義的物理量，功率的大小用eq\f(W,t)來(lái)表示，但功率與功、時(shí)間無(wú)關(guān)．(2)物理意義：表示在一段時(shí)間內(nèi)力做功的平均快慢．2．額定功率與實(shí)際功率的比較定義特點(diǎn)聯(lián)系額定功率發(fā)動(dòng)機(jī)正常條件下長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)的最大輸出功率不同機(jī)械的額定功率可能不同，同一機(jī)械的額定功率不變?yōu)榱藱C(jī)械的安全P實(shí)≤P額實(shí)際功率發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作時(shí)的輸出功率同一機(jī)械的實(shí)際功率隨工作情況而變1．下列關(guān)于功率的說(shuō)法，正確的是()A．力對(duì)物體做的功越多，功率就越大B．做功時(shí)間短的機(jī)械功率大C．完成相同的功，用的時(shí)間越長(zhǎng)，功率越大D．功率大的機(jī)械在單位時(shí)間內(nèi)做的功會(huì)更多【解析】功率與做功多少?zèng)]有必然的聯(lián)系，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；完成相同的功，用時(shí)越長(zhǎng)，功率越小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；故選D.【答案】D2．在一次舉重比賽中，一名運(yùn)動(dòng)員將質(zhì)量為kg的杠鈴舉起歷時(shí)約2s，該運(yùn)動(dòng)員在舉起杠鈴運(yùn)動(dòng)中的平均功率約為()圖4-2-2A．幾十瓦左右 B．一千瓦左右C．幾十千瓦左右 D．幾百千瓦左右【解析】設(shè)舉重運(yùn)動(dòng)員將杠鈴舉高m，則P＝eq\f(W,t)＝eq\f(mgh,t)＝1W.【答案】B3．如圖4-2-3所示是甲、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()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：22852098】圖4-2-3A．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＝eq\f(W,t)可知，在功與所用時(shí)間的關(guān)系圖像中，直線(xiàn)的斜率表示時(shí)刻的功率．因此，由圖線(xiàn)斜率可知P甲＜P乙，選項(xiàng)B正確．【答案】B對(duì)功率的理解1．功率表示做功的快慢，與做功的多少?zèng)]關(guān)系．2．求功率時(shí)要明確是求哪個(gè)力的功率，汽車(chē)的功率是指汽車(chē)牽引力的功率，起重機(jī)的功率是指起重機(jī)鋼絲繩拉力的功率．功率、力和速度之間的關(guān)系eq\x([先填空])1．功率與速度的關(guān)系式為P＝Fv，即一個(gè)力對(duì)物體做功的功率，等于這個(gè)力與物體沿受力方向上運(yùn)動(dòng)速度的乘積．2．平均功率：當(dāng)v為平均速度時(shí)，P為平均功率．3．瞬時(shí)功率：當(dāng)v為某一時(shí)刻的瞬時(shí)速度時(shí)，P為該時(shí)刻的瞬時(shí)功率．eq\x([再判斷])1．當(dāng)汽車(chē)的功率一定時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力越大，汽車(chē)的行駛速度越大．(×)2．起重機(jī)吊起某一重物勻速上升時(shí)，物體上升的速度越大，起重機(jī)的功率就越大．(√)3．當(dāng)輸出功率一定時(shí)，速度和牽引力成反比．(√)eq\x([后思考])如圖4-2-4所示，越野車(chē)比賽時(shí)，汽車(chē)爬坡要使用低速擋．汽車(chē)使用低速擋的目的是什么？圖4-2-4【提示】汽車(chē)爬坡需要的牽引力變大，根據(jù)P＝Fv，在功率一定的情況下要減小速度．eq\x([合作探討])汽車(chē)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)．圖4-2-5探討1：用公式P＝Fv研究汽車(chē)啟動(dòng)問(wèn)題時(shí)，力F是什么力？【提示】F是汽車(chē)的牽引力．探討2：以恒定功率啟動(dòng)時(shí)，汽車(chē)的加速度變化嗎？做什么運(yùn)動(dòng)？【提示】汽車(chē)以恒定功率啟動(dòng)，根據(jù)P＝Fv，v增大，F(xiàn)減小，加速度減小，故加速度變化，汽車(chē)做變加速運(yùn)動(dòng)．eq\x([核心點(diǎn)擊])1．P＝Fv中三個(gè)量的制約關(guān)系定值各量間的關(guān)系應(yīng)用P一定F與v成反比汽車(chē)上坡時(shí)，要增大牽引力，應(yīng)換擋減小速度v一定F與P成正比汽車(chē)上坡時(shí)，要使速度不變，應(yīng)加大油門(mén)，增大輸出功率，獲得較大牽引力F一定P與v成正比汽車(chē)在高速路上，加大油門(mén)增大輸出功率，可以提高速度2．機(jī)車(chē)的兩種啟動(dòng)方式兩種方式以恒定功率啟動(dòng)以恒定加速度啟動(dòng)P-t圖和v-t圖OA段過(guò)程分析v↑?F＝eq\f(P不變,v)↓?a＝eq\f(F－F阻,m)↓a＝eq\f(F－F阻,m)不變?F不變eq\o(?,\s\up6(v↑))P＝Fv↑直到P額＝Fv1運(yùn)動(dòng)性質(zhì)加速度減小的加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、維持時(shí)間t0＝eq\f(v1,a)AB段過(guò)程分析F＝F阻?a＝0?F阻＝eq\f(P,vm)v↑?F＝eq\f(P額,v)↓?a＝eq\f(F－F阻,m)↓運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以vm做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)BC段F＝F阻?a＝0?F阻＝eq\f(P額,vm)，以vm做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)4．質(zhì)量為m的汽車(chē)行駛在平直公路上，在運(yùn)動(dòng)中所受阻力不變，當(dāng)汽車(chē)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(chē)行駛的最大速度為()\f(P2v,P1) \f(P2v,P1－mav)\f(P1v,P2) \f(P1v,P2－mav)【解析】由題意知F－f＝ma，P1＝Fv，由以上兩式得f＝eq\f(P1－mav,v).當(dāng)功率為P2時(shí)，汽車(chē)行駛的最大速度vm＝eq\f(P2,f)＝eq\f(P2v,P1－mav)，B正確．【答案】B5．能源短缺和環(huán)境惡化已經(jīng)成為關(guān)系到人類(lèi)社會(huì)能否持續(xù)發(fā)展的大問(wèn)題．為緩解能源緊張壓力、減少環(huán)境污染，汽車(chē)制造商紛紛推出小排量經(jīng)濟(jì)實(shí)用型轎車(chē)．某公司研制開(kāi)發(fā)了某型號(hào)小汽車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為24kW，汽車(chē)連同駕乘人員總質(zhì)量為m＝2000kg，在水平路面上行駛時(shí)受到恒定的阻力是800N，求：(1)汽車(chē)在額定功率下勻速行駛的速度；(2)汽車(chē)在額定功率下行駛，速度為20m/s時(shí)的加速度．【解析】(1)由P＝Fv得v＝eq\f(P,F)＝eq\f(24000,800)m/s＝30m/s.(2)F1＝eq\f(P,v1)＝eq\f(24000,20)N＝1200Na＝eq\f(F1－f,m)＝eq\f(1200－800,2000)m/s2＝m/s2.【答案】(1)30m/s(2)m/s2關(guān)于機(jī)車(chē)起動(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(lèi)問(wèn)題多以機(jī)車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)為題設(shè)條件，解決這類(lèi)問(wèn)題的主要依據(jù)是勻速運(yùn)動(dòng)