高中物理魯科版第一章功和功率3功率 2023版第1章第3節(jié)功率

第3節(jié)功率學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.理解功率的概念．(重點(diǎn))2．理解功率的導(dǎo)出公式P＝Fv的物理意義，并能利用導(dǎo)出公式解釋有關(guān)現(xiàn)象，分析解決簡(jiǎn)單的機(jī)車(chē)起動(dòng)問(wèn)題．(重點(diǎn)、難點(diǎn))3．了解平均功率和瞬時(shí)功率的區(qū)別和聯(lián)系．(重點(diǎn))功率的含義eq\o([先填空])1．定義：物體所做的功W與完成這些功所用時(shí)間t的比值．2．公式：定義式為P＝eq\f(W,t).3．物理意義：功率是表示做功快慢的物理量，功率大表示做功快，即單位時(shí)間內(nèi)做功多．4．單位：功率在國(guó)際單位制中用瓦特表示，簡(jiǎn)稱(chēng)瓦，符號(hào)為W，1W＝1J/s.eq\o([再判斷])1．功率大表示做功快，做的功一定多．(×)2．功率小的機(jī)器做功慢．(√)3．速度大的運(yùn)動(dòng)物體功率一定大．(×)eq\o([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\o([合作探討])探討1：如圖1-3-1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？各自物理意義是什么？圖1-3-1【提示】功相同，功率不同．功是能量轉(zhuǎn)化的量度；功率表示做功的快慢．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\o([核心點(diǎn)擊])1．功是能量轉(zhuǎn)化的量度，而功率表示做功的快慢，所以從能量轉(zhuǎn)化的角度看，功率也是反映能量轉(zhuǎn)化快慢的物理量．2．功率是標(biāo)量，雖然功率也有正負(fù)之分，但功率的正負(fù)只是用來(lái)表示是動(dòng)力做功的功率還是阻力做功的功率，在應(yīng)用中一般不強(qiáng)調(diào)功率的正負(fù)．3．功率的計(jì)算公式P＝eq\f(W,t)適用于任何情況下的功率計(jì)算，求得的功率是這段時(shí)間t內(nèi)的平均功率，但在這段時(shí)間內(nèi)功率可能是變化的．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．當(dāng)兩臺(tái)機(jī)器正常工作時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)，功率大的機(jī)器一定比功率小的機(jī)器()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：45732023】A．做功多 B．做功少C．效率高 D．以上都不對(duì)【解析】功率反映了機(jī)器做功的快慢．在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)機(jī)器所做的功，功率與功之間滿足關(guān)系式W＝Pt，若時(shí)間t相同，則功率P大的機(jī)器做功多，選項(xiàng)A正確，其他選項(xiàng)均錯(cuò)．【答案】A3．某同學(xué)進(jìn)行體能訓(xùn)練，用100s跑上了20m高的高樓，試估測(cè)他登樓時(shí)的平均功率最接近的數(shù)值是( )A．10WB．100WC．1kWD．10kW【解析】本題是一道實(shí)際生活中求平均功率的估算題，要求對(duì)該同學(xué)的質(zhì)量大小要有比較切合實(shí)際的估計(jì)，設(shè)人的質(zhì)量m＝50kg，則有eq\x\to(P)＝eq\f(mgh,t)＝eq\f(50×10×20,100)W＝100W．故正確答案為B.【答案】B功率的理解1．功率表示做功的快慢，與做功的多少?zèng)]有關(guān)系．2．應(yīng)用公式P＝eq\f(W,t)求得的功率一般是平均功率．3．如果Δt時(shí)間內(nèi)做的功是ΔW，那么當(dāng)Δt很短很短時(shí)，P＝eq\f(ΔW,Δt)表示瞬時(shí)功率．功率與力、速度的關(guān)系eq\o([先填空])1．關(guān)系式當(dāng)力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，P＝Fv.2．公式P＝Fv中各物理量間的關(guān)系(1)功率P一定時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)速度v與牽引力F成反比．(2)物體的運(yùn)動(dòng)速度v一定時(shí)，功率P與牽引力F成正比．(3)牽引力F一定時(shí)，功率P與物體的運(yùn)動(dòng)速度v成正比．3．四種功率平均功率P＝eq\f(W,t)求的是t時(shí)間內(nèi)的平均功率；P＝Fvcosα中，若v為平均速度，則P就是平均功率瞬時(shí)功率P＝Fvcosα中，若v為瞬時(shí)速度，則P為瞬時(shí)功率額定功率機(jī)械長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)的最大允許功率實(shí)際功率機(jī)械實(shí)際工作時(shí)消耗的功率，實(shí)際功率可小于或等于額定功率，但不能大于額定功率eq\o([再判斷])1．汽車(chē)的速度越大，功率一定越大．(×)2．機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上的功率指實(shí)際功率．(×)3．機(jī)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率是指牽引力的功率．(√)eq\o([后思考])如圖1-3-2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1-3-2【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\o([合作探討])如圖1-3-3所示，高速列車(chē)在水平軌道上起動(dòng)．圖1-3-3探討1：列車(chē)的總質(zhì)量為m，牽引力為F，列車(chē)從靜止起動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t瞬時(shí)功率是多少？(不計(jì)軌道阻力)【提示】根據(jù)a＝eq\f(F,m)，v＝at，P＝Fv，P＝eq\f(F2,m)t.探討2：同一列車(chē)在相同環(huán)境中分別以恒定功率和恒定加速度兩種方式起動(dòng)，最終所能達(dá)到的最大速度相同嗎？【提示】不一定．以恒定加速度起動(dòng)的列車(chē)所能達(dá)到的最大速度為vm＝eq\f(P額,f)；以恒定功率起動(dòng)時(shí)功率P若小于機(jī)車(chē)的額定功率P額，則最大速度為vm＝eq\f(P,f)＜eq\f(P額,f)，只有當(dāng)機(jī)車(chē)以額定功率起動(dòng)時(shí)，兩種起動(dòng)方式達(dá)到的最大速度才相等．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．關(guān)系式P＝Fv中各物理量間的關(guān)系(1)同體關(guān)系．關(guān)系式P＝Fv中的P、F、v是對(duì)應(yīng)于同一個(gè)物體的三個(gè)物理量，對(duì)于不在同一物體上的情況沒(méi)有意義．(2)同時(shí)關(guān)系．P、F、v三個(gè)量中任意一個(gè)物理量都是可以變化的，應(yīng)用關(guān)系式P＝Fv進(jìn)行分析時(shí)，這三個(gè)物理量一定要對(duì)應(yīng)于運(yùn)動(dòng)物體的同一時(shí)刻．(3)同向關(guān)系．F、v是兩個(gè)矢量，必須具有相同的方向，若二者方向不同，成一定夾角α?xí)r，該關(guān)系式變形為P＝Fvcosα.2．機(jī)車(chē)啟動(dòng)的兩種方式(1)機(jī)車(chē)以恒定功率起動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程這一起動(dòng)過(guò)程的v-t關(guān)系圖象如圖1-3-4所示．圖1-3-4①只有當(dāng)機(jī)車(chē)的牽引力與所受阻力大小相等時(shí)，機(jī)車(chē)才能達(dá)到最大速度，即vmax＝eq\f(P,F)＝eq\f(P,f).②在加速過(guò)程中，加速度是逐漸減小的，如果知道某時(shí)刻的速度，就可求得此時(shí)刻的加速度．(2)機(jī)車(chē)以恒定加速度起動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程這一起動(dòng)過(guò)程的v-t關(guān)系圖象如圖1-3-5所示．圖1-3-5①由牛頓第二定律得F－f＝ma，所以牽引力F＝f＋ma定，當(dāng)P＝P額時(shí)，勻加速運(yùn)動(dòng)的最大速度vmax′＝eq\f(P額,F)＝eq\f(P額,f＋ma定).②由vmax′＝a定t′得，勻加速運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間t′＝eq\f(vmax′,a定)＝eq\f(P額,f＋ma定a定).4．如圖1-3-6所示，在光滑的水平面上放著一個(gè)質(zhì)量為10kg的木箱，拉力F與水平方向成60°角，F(xiàn)＝2N．木箱從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，4s末拉力的瞬時(shí)功率為()圖1-3-6A．W B．WC．W D．W【解析】木箱的加速度a＝eq\f(Fcosα,m)＝m/s2,4s末的速度v＝at＝m/s，則瞬時(shí)功率P＝Fvcosα＝W，B正確．【答案】B5．假定額定功率為80kW的汽車(chē)，在平直的公路上行駛的最大速度為20m/s，汽車(chē)質(zhì)量為2×103kg，如果汽車(chē)從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為2m/s2，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻力不變，求：【導(dǎo)學(xué)號(hào)：45732023】(1)汽車(chē)所受的恒定阻力大小；(2)汽車(chē)勻加速運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間．【解析】(1)依題意：當(dāng)汽車(chē)達(dá)到最大速度時(shí)，F(xiàn)牽＝f則：P額＝fvm得：f＝eq\f(P額,vm)＝4×103N.(2)在勻加速階段：據(jù)牛頓第二定律有：F牽－f＝ma得：F牽＝f＋ma＝8×103N當(dāng)汽車(chē)達(dá)到額定功率時(shí)：P額＝F牽v得：v＝eq\f(P額,F牽)＝10m/s勻加速時(shí)間：t＝eq\f(v,a)＝5s.【答案】(1)4×103N(2)5s機(jī)車(chē)起動(dòng)的幾個(gè)問(wèn)題1．機(jī)車(chē)的最大速度vmax的