新教材同步系列2024春高中物理第四章機(jī)械能及其守恒定律第二節(jié)功率課件粵教版必修第二冊(cè)

第四章機(jī)械能及其守恒定律第二節(jié)功率學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)1．理解功率的概念，能區(qū)分平均功率和瞬時(shí)功率2．能根據(jù)不同情況計(jì)算平均功率和瞬時(shí)功率3．學(xué)會(huì)分析汽車的啟動(dòng)問(wèn)題1．理解功率的物理意義，能運(yùn)用功率的定義式P＝

進(jìn)行有關(guān)計(jì)算2．知道平均功率和瞬時(shí)功率的含義，能根據(jù)Fv分析汽車的運(yùn)行問(wèn)題知識(shí)導(dǎo)圖課前·自主預(yù)習(xí)1．功率的概念(1)定義：物體所做的功W與做功所用時(shí)間t______．(2)定義式：______________．(3)單位：在國(guó)際單位制中，功率的單位是________，簡(jiǎn)稱瓦，用W表示．(4)物理意義：功率是標(biāo)量，它是表示物體__________的物理量．做功快慢的描述之比瓦特做功快慢2．功率與力、速度(1)功率與速度關(guān)系式：P＝________(F與v方向相同)．(2)推導(dǎo)：(3)在P＝Fv中，若v是平均速度，則P是平均功率；若v是瞬時(shí)速度，則P是瞬時(shí)功率．FvFsvtFv3．額定功率與實(shí)際功率按機(jī)械的工作狀態(tài)分為額定功率與實(shí)際功率，其對(duì)比如下：項(xiàng)目定義特點(diǎn)聯(lián)系額定功率發(fā)動(dòng)機(jī)正常條件下長(zhǎng)時(shí)間工作的________________不同機(jī)械的額定功率可能不同，但同一機(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)_________時(shí)的輸出功率同一機(jī)械實(shí)際功率隨工作情況而變最大輸實(shí)際工作出功率由于P＝Fv，那么隨著汽車速度增大，功率也會(huì)無(wú)限增大嗎？【答案】不會(huì)．如圖所示，越野汽車在上坡時(shí)為什么必須使用低速擋？【答案】汽車的額定功率是一定的，根據(jù)P＝Fv，采用低速擋可以獲得更大的牽引力．課堂·重難探究1．功率的定義式和推導(dǎo)式功率的理解和計(jì)算2．公式P＝Fv的應(yīng)用(1)由于W＝Fs的表示形式適用于力(F)與位移(s)同方向的情況，故P＝Fv適用于力F和速度v同方向的情況．(2)當(dāng)力F和速度v不在同一直線上時(shí)，也可以將力F分解為沿v方向的分力F1和垂直于v方向的分力F2，F(xiàn)2不做功，其功率為零，分力F1的功率即力F的功率；或者分解速度，用力F乘沿F方向上的分速度，故其一般表達(dá)式為P＝Fvcosα．例1

如圖所示，質(zhì)量m＝2kg的木塊在傾角θ＝37°的足夠長(zhǎng)斜面上由靜止開始下滑，木塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5．已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2，求：(1)前2s內(nèi)重力做的功．(2)前2s內(nèi)重力的平均功率．(3)2s末重力的瞬時(shí)功率．【答案】(1)48J

(2)24W

(3)48W(2)重力在前2s內(nèi)的平均功率(3)木塊在2s末的速度v＝at＝2×2m/s＝4m/s，2s末重力的瞬時(shí)功率P＝mgsinθ·v＝2×10×0.6×4W＝48W．變式1

(2023年江門一中月考)如圖所示為古代的水車，該水車周邊均勻分布著n個(gè)盛水的容器．在流水的沖力作用下，水車邊緣以速率v做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)裝滿水的容器到達(dá)最高處時(shí)將水全部倒入水槽中．設(shè)每個(gè)盛水容器裝入水的質(zhì)量均為m，忽略容器裝水的過(guò)程和水車浸入水的深度．已知重力加速度為g，則水車運(yùn)水的平均功率為

(

)【答案】C

1．機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程機(jī)械功率的應(yīng)用所以機(jī)車達(dá)最大速度時(shí)，a＝0，F(xiàn)＝Ff，P＝Fvmax＝Ffvmax，這一啟動(dòng)過(guò)程的v-t圖像如圖甲所示．2．機(jī)車以恒定加速度啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程這一啟動(dòng)過(guò)程的v-t圖像如圖乙所示．1．機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是加速度逐漸減小的變加速運(yùn)動(dòng)．2．機(jī)車以恒定加速度啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可按兩個(gè)階段處理，即先勻加速啟動(dòng)達(dá)到額定功率，再以恒定功率運(yùn)動(dòng)達(dá)到最大速度．(1)汽車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所能達(dá)到的最大速度為多大？(2)若汽車以0.5m/s2的加速度從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，這一過(guò)程能維持多長(zhǎng)時(shí)間？(3)若汽車以額定功率從靜止啟動(dòng)后，當(dāng)汽車的加速度為2m/s2時(shí)，速度多大？【答案】(1)10m/s

(2)13.3s

(3)3.3m/s變式2

(2023年佛山實(shí)驗(yàn)中學(xué)段考)質(zhì)量m＝180kg的小型電動(dòng)汽車在平直的公路上由靜止啟動(dòng)，如圖甲所示為汽車運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系，圖乙為汽車牽引力的功率與時(shí)間的關(guān)系．設(shè)汽車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受阻力不變，在18s末汽車的速度恰好達(dá)到最大．重力加速度g取10m/s2，則下列說(shuō)法正確的是(

)

A．汽車受到的阻力為200NB．汽車的最大牽引力為700NC．汽車在做變加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中持續(xù)的時(shí)間為10sD．8～18s內(nèi)汽車牽引力做的功為3.6×103J【答案】C

1．汽車以恒定功率啟動(dòng)，速度增大，牽引力減小，做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，直到牽引力等于阻力為止；汽車以恒定加速度啟動(dòng)，牽引力和阻力恒定，隨著速度增加，它的實(shí)際功率逐漸增大，直到Fv等于額定功率為止．2．在變力做功的過(guò)程中，當(dāng)有重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能以及其他形式的能量參與轉(zhuǎn)化時(shí)，可以考慮用功能關(guān)系求解．因?yàn)樽龉Φ倪^(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，并且轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量守恒．核心素養(yǎng)應(yīng)用科學(xué)思維——物理模型的建立分析問(wèn)題時(shí)，我們不能只停留在原有問(wèn)題上，而應(yīng)將原問(wèn)題轉(zhuǎn)換成我們所熟悉的問(wèn)題來(lái)解決，即通過(guò)認(rèn)真讀題后，把實(shí)際問(wèn)題加工改造成相關(guān)的物理模型來(lái)處理．心臟擠壓輸送血液，這種情境下功和功率的計(jì)算與以往力學(xué)中功和功率的計(jì)算很不一樣，力和位移都不像常規(guī)題那么清晰．弄清題意后，要尋找一個(gè)合適的物理模型，然后才能運(yùn)用物理規(guī)律求解．例3人的心臟每跳一次大約輸送8×10-5m3的血液，正常人的血壓(可看作心臟壓送血液的壓強(qiáng))的平均值約為1.5×104Pa，心跳每分鐘70次，據(jù)此估算心臟工作的平均功率為多少？【答案】1.4W

【解析】設(shè)想心臟跳動(dòng)壓送血液類似于圓柱形汽缸中氣體等壓膨脹推動(dòng)活塞對(duì)外做功的模型，如圖所示，且血管橫截面積為S，平均血壓為p，則平均壓力F＝pS，心臟每壓送一次，血液的位移為L(zhǎng)，對(duì)于一次跳動(dòng)，由功率定義小練·隨堂鞏固1．運(yùn)輸物資的汽車以額定功率上坡時(shí)，為增大汽車的牽引力，司機(jī)應(yīng)使汽車的速度

(

)A．減小

B．增大C．保持不變

D．先增大后保持不變【答案】A

【解析】由功率公式P＝Fv可知，在功率一定的情況下，當(dāng)速度減小時(shí)，汽車的牽引力就會(huì)增大，此時(shí)更容易上坡，故A正確．2．一質(zhì)量5kg的物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，在下落過(guò)程中第2s內(nèi)，重力對(duì)該物體做的功為W，在第3s末重力的瞬時(shí)功率為P，g取10m/s2．下列說(shuō)法正確的是

(

)A．W＝750J,P＝1500WB．W＝1000J，P＝750WC．W＝1000J，P＝1500WD．W＝750J，P＝750W【答案】A

3．一輛汽車在平直公路上運(yùn)動(dòng)，受到的阻力恒定為f，運(yùn)動(dòng)的最大速度為vm．下列說(shuō)法正確的是

(

)A．汽車以恒定額定功率行駛時(shí)，牽引力F與速度v成正比B．在汽車勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率等于額定功率時(shí)，速度就達(dá)到vmC．汽車運(yùn)動(dòng)的最大速度vm與額定功率Pm滿足Pm＝fvmD．當(dāng)汽車以恒定速度行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率一定等于額定功率【答案】C

【解析】汽車以恒定額定功率行駛時(shí)，由P＝Fv可知牽引力與速度成反比，故A錯(cuò)誤；汽車勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻力恒定，根據(jù)牛頓第二定律可知牽引力恒定，由P＝Fv可知發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率不斷增大，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率等于額定功率時(shí)，開始做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，功率不變，速度變大，故B錯(cuò)誤；當(dāng)汽車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，牽引力等于阻力，即F＝f，當(dāng)速度達(dá)到最大時(shí)，滿足Pm＝Fvm＝fvm，故C正確；當(dāng)汽車以恒定速度行駛時(shí)，如果速度沒(méi)有達(dá)到最大速度，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率將小于額定功率，故D錯(cuò)誤．4．(2023年廣州番禺區(qū)期末)汽車在水平直線公路上行駛，額定功率為P額＝80kW，汽車在行駛過(guò)程中所受阻力恒為Ff＝2.5×103N，汽車的質(zhì)量M＝2.0×103kg．若汽車從靜止開始做