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文檔簡介
1、4.7 功率【學習目標】一、知識與技能:1、知道功率是表示做功快慢的物理量。2、理解功率的概念,能運用功率的公式P=W /t 進行有關計算。3、正確理解公式P=FVcos的意義,知道什么是瞬時功率,什么是平均功率。二、過程與方法:1、學會求解各種不同的功率。2、會運用功率不同的表達式分析和解決動力機械問題。三、情感態(tài)度與價值觀: 1、養(yǎng)成具體問題具體分析和嚴謹?shù)乃季S習慣。2、提高理論聯(lián)系實際,分析解決問題的能力?!緦W習重點】1、理解功率的概念是本節(jié)的重點。2、瞬時功率和平均功率計算是本節(jié)的難點。3、機車起動問題是本節(jié)課對學生的一個能力培養(yǎng)點。 【知識要點】1、功率是描述做功快慢的物理量,它在數(shù)
2、值上等于單位時間內完成的功。2、平均功率:功與完成這些功所用時間的比值,即: 3、瞬時功率: 上式中V是物體的瞬時速度大小,是力F和V的夾角。如果F和V同方向,則: 4、功率的單位:在國際單位制中,功率的單位是瓦特(W): 1瓦特 1焦耳/秒 、千瓦(KW),馬力也是功率常用的單位:1千瓦1000瓦特。1馬力735瓦特。例題:做自由落體運動的物體下落t秒時的瞬時功率為Pmgvmggtmg2t,而t秒內重力做功的平均功率為: 5、額定功率和實際功率:機械(如發(fā)動機)在正常工作時的最大功率叫額定功率。機械在實際工作時的功率即實際功率,它應小于或等于額定功率。注意:各種動力裝置(如汽車、輪船等)的功
3、率是指牽引力做功的功率,而不是合外力做功的功率。額定功率與動力、速率的關系: (1) 由pF V可知:發(fā)動機的功率一定時,動力F與速度V成反比。故汽車在Pe下行駛時,要增大牽引力(如上坡),則要減小行駛速度。 (2) 當牽引力一定時,水平勻速行駛的汽車要增大行駛速度,就要增大發(fā)動機的輸出功率(加大油門),當增大到PPe時,VVmax 即: Pef Vmax(因此時為勻速,所以 Ff0,)假定V還要增加, Pe一定,且PeFV, F只能減小,這時有Ff0 ,導致a0,反而使V減小,故V是不可能再能增加的 ,所以,當PPe 時,F(xiàn)f 且VVmax加速度: 汽車作加速度越來越小的加速直線運動,當a0
4、時,汽車作勻速直線運動,此時 (3) 汽車啟動時,功率P由0增加到Pe,此過程下,F(xiàn)、V都可能增大。汽車也有可能做勻加速運動。例題:一載重汽車,車貨共重10噸,額定功率為100馬力,在平直公路上行駛時,所受最大阻力為車重的005倍,則該車所能達到的最大速度將為15米秒54千米小時【典型例題】例:汽車發(fā)動機的額定牽引功率為60KW,汽車質量為5t,汽車在水平路面上行駛時,阻力是汽車的0.1倍,試問:汽車保持以額定功率從靜止起動后,能達到的最大速度是多少?若汽車從靜止開始,保持以0.5m/s2的加速度作勻加速直線運動,這一過程能維持多長時間?解析:汽車受力分析,當a=0,即F=f時,v達最大值Vm
5、 ,機車以恒定的功率起動:P一定,v變大,F(xiàn)變小,a變小,當a=0時,v不變,機車勻速運動,這時F= f阻,而vm=P額/ f阻為機車行駛的最大速度。速度vF= a= 0保持Vm勻速汽車達到最大速度時a= 0 此時 F=f=mg ,而 P=FVmVm=P/mg=6.0105/0.1510310m/s=12 m/s討論分析交通工具上坡增大牽引力的方法。A減小速度(發(fā)動機的功率不變,油門不變)B加大油門,增大P(保持v不變)分析汽車的受力和運動情況,討論、總結 機車以加速度a勻加速起動工情況:a一定,F(xiàn)也一定,P隨v增大而增大。當P達P額后,F(xiàn)、a不能維持,開始減小,但速度還要增大。直到a=0 ,
6、v達最大vm=P額/ f阻。a定 速度v P=F定v,即P隨v增大而增大,當P=Pm時,a定 ,v還要增大F,a 當a=0時,v達最大vm ,此后勻速 勻加速運動的加速度a=(F-mg)/m F=m(a+g)=5103(0.5+0.110)=7.5103(N)設保持勻加速運動的時間為t ,達到的速度為V1,則V1=at此時P=FV1=F at討論兩種起動的V-t圖象 功率功率的物理意義:功率是描述力對物體做功快慢的物理量平均功率:描述力在一段時間內做功的快慢,用P=W/t 計算,若用P=Fvcos,V為t時間內的平均速度瞬時功率:描述力在某一時刻做功的快慢,只能用P=Fvcos,V為某時刻的瞬
7、時速度。額定功率和實際功率【規(guī)律總結】 【當堂反饋】1、從空中以40m/s的初速平拋一個重為10N的物體,物體在空中運動3s落地,不計空氣阻力,取g10m/s2,求物體落地過程中重力的平均功率和物體落地時重力的瞬時功率。2、在高處的同一點將三個質量相同的小球以大小相等的初速度v0分別上拋、平拋、下拋,并落到同一水平地面上,則( )A三個小球落地時,重力的瞬時功率相同B從拋出到落地的過程中,重力對它們做功的平均功率相同C從拋出到落地的過程中,重力對它們做的功相同D三個小球落地時的動量相同3、一跳繩運動員質量m= 50 kg , 1 rnin 跳 N =180次,假設每次跳躍中,腳與地面接觸時間占
8、跳躍一次所需時間的1/3,試估算該運動員跳繩時在上升階段克服重力做功的平均功率(g取10m/s2 )4、一根質量為M的直木棒,懸掛在O點,有一質量為m的猴子,抓著木棒,剪斷懸掛木棒的細繩,木棒開始沿豎直方向下落,若猴子對地高度不變。忽略空氣阻力,則下面的四個圖像(圖525)中能定性反映在這段時間內猴子做功的功率隨時間變化關系的是( )5、下圖為汽車在平地上運動的速度圖象,則由圖可知汽車牽引力的功率隨時間變化的圖像可能是下圖中的( )例56、一輛能沿傾角為的斜坡向上行駛的速率為v的汽車,又能以不變功率向下行駛,其速率為3v,則汽車在水平面上以不變功率行駛的速率為多少? 7、一列火車總質量 M =
9、 500 t ,機車發(fā)動機的額定功率 P = 6105 W ,在軌道上行駛時,軌道對列車的阻力 f 是車重的0.01 倍,求: (1)火車在水平軌道上行駛的最大速度; (2)在水平軌道上,發(fā)動機以額定功率P工作,當行駛速度為v1 = lm/s 和v2= 10m/s時,列車的瞬時加速度 a1、 a2 各是多少; (3)在水平軌道上以 36 km/h 速度勻速行駛時,發(fā)動機的實際功率 P ; (4)若火車從靜止開始,保持0.5m/s2 的加速度做勻加速運動,這一過程維持的最長時間 8、鐵路提速要解決許多技術問題,通常列車阻力與速度平方成正比,即f = k v2,列車要跑得快,必須用大功率的機車來牽
10、引。(1)試計算列車分別以120km/h和40km/h的速度勻速行駛時,機車功率大小的比值。(2)除上題涉及的問題外,還有其他許多技術需要解決,例如:為了減少列車在高速行駛中的振動,要把原先的接縫軌道變?yōu)闊o縫軌道,請你再舉一例,并簡要說明。 9、一雜技運動員騎摩托車沿一豎直圓軌道如圖所示做特技表演,若車的速率恒為20m/s,人與車質量之和為200kg,輪胎與軌道間的動摩擦因素為=0.1,車通過最低點A時,發(fā)動機功率為12kW,求車通過最高點時發(fā)動機的功率(g取10m/s2)【參考答案】1、150W,300W2、 C 3、 277.8W4、B 5、 B 6、 7、(1)12m/s (2)a1=1
11、.1m/s2、 a2=0.02m/s2 (3)5105 W (4)4s8、(1)27:1 (2)進一步改善其自身的減振裝置9、 4kW【達標訓練】1關于摩擦力對物體做功,以下說法中正確的是( )A滑動摩擦力總是做負功 B滑動摩擦力可能做負功,也可能做正功PQOFC靜摩擦力對物體一定做負功D靜摩擦力對物體總是做正功2.如圖所示,繩的上端固定在O點,下端系小球PP與斜面Q的接觸面粗糙用水平力向右推Q,使它沿光滑水平面勻速運動從圖中實線位置到虛線位置過程中,下列說法中正確的是( ) A.摩擦力對小球P做負功 B.斜面Q對小球的彈力垂直于斜面因此對小球不做功C.繩的拉力對小球P做正功 D.推力F對斜面
12、做的功和小球P對斜面做的功的絕對值相等tvOv00.5v0tvOv00.5v0tvOv00.5v0tvOv00.5v03.汽車在平直公路上以速度v0勻速行駛,發(fā)動機功率為P快進入鬧市區(qū)時,司機減小了油門,使汽車的功率立即減小一半并保持該功率繼續(xù)行駛圖四個圖象中,哪個圖象正確表示了從司機減小油門開始,汽車的速度與時間的關系( ) A. B. C. D. 4.圖為表演雜技“飛車走壁”的示意圖演員騎摩托車在一個圓桶形結構的內壁上飛馳,做勻速圓周運動圖中a、b兩個虛線圓表示同一位演員騎同一輛摩托,在離地面不同高度處進行表演的運動軌跡設摩托車受到的阻力大小恒定,不考慮摩托車的側滑趨勢,下列說法中正確的是
13、 ( ) abA.在a軌道上運動時角速度較大B.在a軌道上運動時摩托車對側壁的壓力較大C.在a軌道上運動時摩托車的實際功率較大較大D.在a軌道上運動時摩托車所受向心力較大 5.如圖所示,粗糙的斜面與光滑的水平面相連接,滑塊沿水平面以速度v0運動,設滑塊運動到A點的時刻為t=0,距A點的水平距離x,水平速度為vx.由于v0不同,從A點到B點的幾種可能的運動圖象如下列選項所示,其中表示摩擦力做功最大的是( )6.如圖所示,繃緊的傳送帶始終保持著大小為 v4m/s的速度水平勻速運動。一質量m=1kg的小物塊無初速地放到皮帶A處,物塊與皮帶間的滑動動摩擦因數(shù)=0.2,A、B之間距離s=6m。求物塊從A
14、運動到B的過程中摩擦力對物塊做了多少功?7.質量為2t的農用汽車,發(fā)動機額定功率為30kW,汽車在水平路面行駛時能達到的最大時速為54km/h若汽車以額定功率從靜止開始加速,當其速度達到v=36km/h時刻,汽車的瞬時加速度是多大? 8.人的心臟每跳一次大約輸送810-5m3的血液正常人的血壓(可看作心臟壓送血液的壓強)平均值大約為1.5104Pa,心跳約每分鐘70次根據(jù)以上數(shù)據(jù)估測心臟工作的平均功率約為多少?5 10 15 20 25 3084F/Ns/mF1F2O9.如圖所示,表示作用在做直線運動的物體上的合外力F隨物體位移s而變的對應關系已知物體的質量為m=25kg ,開始處于靜止狀態(tài),則在30m末該物體的速度大小是_m/s10.如圖所示,一位雜技演員騎摩托車沿豎直面內的一個固定圓軌道做特技表演,他控制車的速率始終保持在20m/s,人與車的總質量為100kg,軌道對車的阻力大小是軌道對車壓力的0.1倍已知車通過最低點A時發(fā)動機的即時功率為9kW,求車通過最高點B時發(fā)動機的瞬時功率 BA11.一水平放置的水管,距地面高hl.8m,管內橫截面積S2.0cm
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