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間t的比值叫功率，功率的符號為P.(2)公式：P＝eq\f(W,t).(3)功率的單位：在國際單位制中，功率的單位是瓦，符號為＝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，沒有方向．2．額定功率(1)額定功率：機(jī)器長時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，但不允許長時間超過額定功率．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時間工作．(√)eq\x([后思考])泰山挑夫把貨物從山下送到山頂，也可以用纜車把相同的貨物從同地點(diǎn)送到山頂，那么用人挑和用纜車運(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，但纜車做同樣的功所用時間短，功率大，即纜車做功快．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，所用的時間是2s，這臺抽水機(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)來表示，但功率與功、時間無關(guān)．(2)物理意義：表示在一段時間內(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)動機(jī)正常條件下長時間工作時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)動機(jī)實(shí)際工作時的輸出功率同一機(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(jī)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(jī)械在單位時間內(nèi)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．在一次舉重比賽中，一名運(yùn)動員將質(zhì)量為kg的杠鈴舉起歷時約2s，該運(yùn)動員在舉起杠鈴運(yùn)動中的平均功率約為()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：22852098】圖4-2-3A．P甲＞P乙 B．P甲＜P乙C．P甲＝P乙 D．無法判定【解析】根據(jù)功率的定義式P＝eq\f(W,t)可知，在功與所用時間的關(guān)系圖像中，直線的斜率表示時刻的功率．因此，由圖線斜率可知P甲＜P乙，選項B正確．【答案】B對功率的理解1．功率表示做功的快慢，與做功的多少沒關(guān)系．2．求功率時要明確是求哪個力的功率，汽車的功率是指汽車牽引力的功率，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，即一個力對物體做功的功率，等于這個力與物體沿受力方向上運(yùn)動速度的乘積．2．平均功率：當(dāng)v為平均速度時，P為平均功率．3．瞬時功率：當(dāng)v為某一時刻的瞬時速度時，P為該時刻的瞬時功率．eq\x([再判斷])1．當(dāng)汽車的功率一定時，發(fā)動機(jī)的牽引力越大，汽車的行駛速度越大．(×)2．起重機(jī)吊起某一重物勻速上升時，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，速度和牽引力成反比．(√)eq\x([后思考])如圖4-2-4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4-2-4【提示】汽車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])汽車以不同方式啟動，一次以恒定功率啟動，一次勻加速啟動．圖4-2-5探討1：用公式P＝Fv研究汽車啟動問題時，力F是什么力？【提示】F是汽車的牽引力．探討2：以恒定功率啟動時，汽車的加速度變化嗎？做什么運(yùn)動？【提示】汽車以恒定功率啟動，根據(jù)P＝Fv，v增大，F(xiàn)減小，加速度減小，故加速度變化，汽車做變加速運(yùn)動．eq\x([核心點(diǎn)擊])1．P＝Fv中三個量的制約關(guān)系定值各量間的關(guān)系應(yīng)用P一定F與v成反比汽車上坡時，要增大牽引力，應(yīng)換擋減小速度v一定F與P成正比汽車上坡時，要使速度不變，應(yīng)加大油門，增大輸出功率，獲得較大牽引力F一定P與v成正比汽車在高速路上，加大油門增大輸出功率，可以提高速度2．機(jī)車的兩種啟動方式兩種方式以恒定功率啟動以恒定加速度啟動P-t圖和v-t圖OA段過程分析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)動性質(zhì)加速度減小的加速直線運(yùn)動勻加速直線運(yùn)動、維持時間t0＝eq\f(v1,a)AB段過程分析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)動性質(zhì)以vm做勻速直線運(yùn)動加速度減小的加速運(yùn)動BC段F＝F阻?a＝0?F阻＝eq\f(P額,vm)，以vm做勻速直線運(yùn)動4．質(zhì)量為m的汽車行駛在平直公路上，在運(yùn)動中所受阻力不變，當(dāng)汽車的加速度為a，速度為v時，發(fā)動機(jī)功率為P1；當(dāng)功率為P2時，汽車行駛的最大速度為()\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，汽車行駛的最大速度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)系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的大問題．為緩解能源緊張壓力、減少環(huán)境污染，汽車制造商紛紛推出小排量經(jīng)濟(jì)實(shí)用型轎車．某公司研制開發(fā)了某型號小汽車，發(fā)動機(jī)的額定功率為24kW，汽車連同駕乘人員總質(zhì)量為m＝2000kg，在水平路面上行駛時受到恒定的阻力是800N，求：(1)汽車在額定功率下勻速行駛的速度；(2)汽車在額定功率下行駛，速度為20m/s時的加速度．【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)車起動問題的解題方法(1)比較額定功率與實(shí)際功率的關(guān)系：該類問題多以機(jī)車做勻速運(yùn)動為題設(shè)條件，解決這類問題的主要依據(jù)是勻速運(yùn)動