功與功率（教學(xué)課件）高一物理（人教版2019）

8.1功與功率、、第八章機(jī)械能守恒定律人教版（2019）主講老師：0102正功與負(fù)功功目錄03功率04機(jī)車啟動(dòng)兩類問(wèn)題

起重機(jī)豎直提升重物時(shí)，重物運(yùn)動(dòng)的方向與力的方向一致，則力對(duì)物體做的功為力的大小與重物移動(dòng)距離的乘積。更普遍的情形是物體運(yùn)動(dòng)的方向與力的方向不一致，例如馬拉雪橇?xí)r拉力方向和雪橇運(yùn)動(dòng)方向間有一個(gè)角度。這時(shí)應(yīng)當(dāng)怎樣計(jì)算功呢？思考與討論1.足球運(yùn)動(dòng)員把足球踢出去后的過(guò)程,足球運(yùn)動(dòng)了一段距離,踢出后運(yùn)動(dòng)員對(duì)足球是否做功?2.舉重運(yùn)動(dòng)員舉著杠鈴不動(dòng)的過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員對(duì)杠鈴做功嗎？思考與討論第一部分

功1.概念：如果一個(gè)力作用在物體上，并且物體在力的方向上通過(guò)一段位移，物理學(xué)中就說(shuō)這個(gè)力對(duì)物體做了功。2.力對(duì)物體做功的條件：（1）有力作用在物體上（2）物體在力的方向上發(fā)生位移一、功的概念及做功條件如圖所示：力F對(duì)物體做功是多少？二、功的表達(dá)式推導(dǎo)WF1=F1·lWF2=F2·0第一種推導(dǎo)方式：FαF2F1第二種推導(dǎo)方式：Fll1l2αl1=lcosαl2=lsinαW2=0W=F

lcosαW1=Fl

1=Flcosα二、功的表達(dá)式推導(dǎo)1.公式：W=Flcosα

力對(duì)物體做的功，等于力的大小、位移的大小、力于位移夾角的余弦這三者的乘積。2.對(duì)公式的理解：①力F：為恒力；②位移l：為對(duì)地位移；③夾角α：為力與位移的夾角，0-180°范圍變化。三、功的計(jì)算3.功的單位：焦耳符號(hào)：J1J=1N×1m=1N·m；1N的力使物體產(chǎn)生1m的位移，做功為1J。4.功是過(guò)程量：對(duì)應(yīng)一段時(shí)間或位移是力對(duì)空間的積累效果；

計(jì)算功時(shí)一定要指明是哪個(gè)力在哪個(gè)過(guò)程對(duì)物體做的功。三、功的計(jì)算5.力與位移的夾角αFS甲答案：ααFS乙答案：π-ααFS丙答案：

ααFS丁答案：

π-α

尋找“夾角α”方法：將力、位移矢量的箭尾移到同一個(gè)作用點(diǎn)上，可以將力的方向向位移方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)力的方向與位移方向相同時(shí)，力的方向所轉(zhuǎn)過(guò)的較小的角度就是力與位移方向的夾角。三、功的計(jì)算第二部分

正功與負(fù)功αcosαW的數(shù)值功的正負(fù)

GFNαvαFvvFαW=0W>0W<0cosα=0cosα>0cosα<0不做功正功負(fù)功1.根據(jù)W=Flcosα判斷功的正負(fù)(1)功的正負(fù)既不表示方向，也不表示大小，只表示動(dòng)力做功還是阻力做功，功是一個(gè)有正負(fù)的標(biāo)量。正功的物理意義:表示該力是動(dòng)力負(fù)功的物理意義:表示該力是阻力2.功正負(fù)的物理意義(2)某力對(duì)物體做負(fù)功,往往說(shuō)成“物體克服某力做功”（取絕對(duì)值）2.功正負(fù)的物理意義例1：一個(gè)質(zhì)量m＝150kg的雪撬，受到與水平方向成θ＝37°角斜向上方的拉力F＝500N，在水平地面上移動(dòng)的距離L＝5m。物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力F阻＝100N。求力對(duì)物體所做的總功。vFθFNGF阻W拉＝Flcosθ＝FLcos37°阻力F阻做的功：W阻＝F阻Lcos180°＝－F阻L代入數(shù)據(jù)，得：

W合＝1500JW合＝W拉＋W阻＝FLcos37°－F阻L力做的總功：拉力F做的功：解：重力和支持力與運(yùn)動(dòng)方向垂直，對(duì)物體不做功典例解析例1：一個(gè)質(zhì)量m＝150kg的雪撬，受到與水平方向成θ＝37°角斜向上方的拉力F＝500N，在水平地面上移動(dòng)的距離L＝5m。物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力F阻＝100N。求力對(duì)物體所做的總功。解：vFθFNGF阻F1＝Fcosθ代入數(shù)據(jù)，得W合＝1500JW合＝F合Lcos0°＝（Fcosθ－F阻）L力對(duì)雪橇做的總功F1F2F2＝FsinθF合＝F1－F阻＝Fcosθ－F阻典例解析(1)求F合，再求W合：W總=F合Lcosα(2)先求每個(gè)力的功，再求和：W=F1Lcosα1+F2Lcosα2+……3.求總功的方法第三部分

功率收割麥子時(shí)，如果人和收割機(jī)做功一樣多，誰(shuí)更快？

思考與討論不同的起重機(jī)將重物吊起，它們的工作情況如下記錄：起重機(jī)被吊重物重力勻速上升速度上升高度所用時(shí)間A1×105N0.2m/s20m100sB1×105N0.4m/s20m50sC2×105N0.4m/s20m50s思考與討論：如何比較哪臺(tái)起重機(jī)做功多？哪臺(tái)起重機(jī)做功快？思考與討論1.定義：功跟完成這些功所用時(shí)間的比值，叫做功率。

2.公式：3.單位：瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，符號(hào)是W，1W＝1J/s，1kW＝1000W。4.物理意義：反映力對(duì)物體做功的快慢。5.功率是標(biāo)量一、功率的定義及意義1.額定功率：是指機(jī)器正常工作時(shí)的最大輸出功率，也就是機(jī)器銘牌上的標(biāo)稱值。2.實(shí)際功率：是指機(jī)器在工作中實(shí)際輸出的功率。注意：機(jī)器不一定在額定功率下工作，機(jī)器正常工作時(shí)實(shí)際功率總是小于或等于額定功率，機(jī)器只能在短暫時(shí)間內(nèi)實(shí)際功率略大于額定功率，但不允許長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定功率。二、幾種常見(jiàn)的功率3.平均功率：描述在一段時(shí)間內(nèi)做功的平均快慢4.瞬時(shí)功率：表示在某一時(shí)刻做功的快慢當(dāng)t表示一段時(shí)間時(shí)，此式表示平均功率當(dāng)t很短很短時(shí)，此式表示瞬時(shí)功率二、幾種常見(jiàn)的功率W＝FlcosαP＝tWP＝FvcosαP＝tFlcosαv＝tl若v表示平均速度，則P表示平均功率若v表示瞬時(shí)速度，則P表示瞬時(shí)功率三、功率另一表達(dá)形式(2)若當(dāng)F與v同方向時(shí)（α＝0），P＝Fv對(duì)于公式P=Fvcosα的幾點(diǎn)說(shuō)明：(1)式中Ｆ為對(duì)物體做功的力，若為發(fā)動(dòng)機(jī)，則F指牽引力。①當(dāng)P

一定時(shí)，F(xiàn)和v

有反比關(guān)系；②當(dāng)F

一定時(shí)，P

和v

有正比關(guān)系；③當(dāng)v

一定時(shí)，F(xiàn)和P

有正比關(guān)系。三、功率另一表達(dá)形式為什么汽車上坡時(shí)速度要比在平地上行駛的速度小得多呢？當(dāng)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的功率一定時(shí)，牽引力與速度成反比，所以可以通過(guò)減小速度來(lái)增大牽引力。思考與討論例2：發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率是汽車長(zhǎng)時(shí)間行駛時(shí)所能輸出的最大功率。某型號(hào)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率是60kW，在水平路面上的行駛時(shí)所受的阻力為1800N，求發(fā)動(dòng)機(jī)在額定功率下汽車勻速行駛的速度。假定汽車行駛速度為54Km/h，時(shí)受到的阻力不變，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的實(shí)際功率是多少？解：勻速行使時(shí),汽車的牽引力：F=F阻=1800N由P=Fv

得：FP

v=180060000=

m/s=33.3m/s=120km/h當(dāng)v=54km/h=15m/s時(shí)，有

P=Fv=1800×15W=27kW典例解析第四部分

機(jī)車啟動(dòng)兩類問(wèn)題思考與討論(1)當(dāng)機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)后，機(jī)車所受的牽引力如何變化？(2)當(dāng)機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)后，機(jī)車的加速度如何變化？(3)當(dāng)機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)后，機(jī)車做何種運(yùn)動(dòng)？(4)根據(jù)以上分析，你是否可以求得機(jī)車最終的最大速度？此時(shí)應(yīng)滿足的條件是什么？(5)根據(jù)以上分析，你是否可以繪制出與機(jī)車運(yùn)動(dòng)過(guò)程相對(duì)應(yīng)的P-t圖像和v-t圖像呢？保持vm勻速v加速度逐漸減小的變加速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)F=F阻時(shí)，a＝0，v達(dá)到最大，1.運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析一、恒定功率啟動(dòng)vmvt0一、恒定功率啟動(dòng)2.機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)的圖象思考與討論(1)當(dāng)機(jī)車以恒定加速度啟動(dòng)后，機(jī)車的功率開(kāi)始如何變化？(2)當(dāng)機(jī)車的功率達(dá)到額定功率后，機(jī)車的加速度如何變化？(3)當(dāng)機(jī)車的功率達(dá)到額定功率后，機(jī)車做何種運(yùn)動(dòng)？(4)根據(jù)以上分析，你是否可以求得機(jī)車最終的最大速度？此時(shí)應(yīng)滿足的條件是什么？(5)根據(jù)以上分析，你是否可以繪制出與機(jī)車運(yùn)動(dòng)過(guò)程相對(duì)應(yīng)的P-t圖像和v-t圖像呢？當(dāng)F=F阻時(shí)，a＝0

，v達(dá)到最大保持vm勻速F＝vP額a＝mF－F阻vvm＝F阻P額加速度逐漸減小的變加速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)a＝mF－F阻vP＝Fv當(dāng)P=P額時(shí)，保持P額繼續(xù)加速勻加速直線運(yùn)動(dòng)(1)運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析二、以恒定加速度啟動(dòng)(2)機(jī)車以恒定加速度啟動(dòng)的圖象vt0vm二、以恒定加速度啟動(dòng)機(jī)車啟動(dòng)幾個(gè)物理量的求法總結(jié)(1)要抓住兩個(gè)核心方程：①牛頓第二定律方程：F－Ff＝ma，聯(lián)系著力和加速度；②P＝Fv，聯(lián)系著力和速度。(2)機(jī)車的最大速度vm的求法，機(jī)車最終勻速前進(jìn)時(shí)速度最大，此時(shí)牽引力F等于阻力Ff，故機(jī)車啟動(dòng)幾個(gè)物理量的求法總結(jié)(3)勻加速啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間的求法。牽引力F＝ma＋Ff，勻加速的最后速度：

，時(shí)間：(4)瞬時(shí)加速度的求法。據(jù)

求出牽引力，則加速度課堂小結(jié)1．一個(gè)物體僅受兩個(gè)相互垂直的力作用，某一過(guò)程中，若兩個(gè)力分別對(duì)物體做功3J和4J，則合力對(duì)物體做的功為（）A．5J B．1J C．7J D．無(wú)法求出課堂練習(xí)C2．如圖所示，質(zhì)量為m的物體P放在光滑的傾角為θ的直角劈上，同時(shí)用力F向右推劈，使P與劈保持相對(duì)靜止，在前進(jìn)的水平位移為s的過(guò)程中，劈對(duì)P做的功為（）課堂練習(xí)D3．如圖所示，在光滑水平面上放著一個(gè)質(zhì)量為10kg的木箱，拉力F與水平方向成600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（）A．0.2W B．0.4W C．0.8W D．1.6W課堂練習(xí)B4．扔皮球是兒童經(jīng)常玩的游戲。若把皮球視為質(zhì)點(diǎn)，皮球兩次投中同一點(diǎn)M的過(guò)程可以簡(jiǎn)化為如圖所示的兩個(gè)過(guò)程，一次從P點(diǎn)水平拋出，另一次從P點(diǎn)正下方地面上的Q點(diǎn)斜向上拋出，其軌跡的最高點(diǎn)和P點(diǎn)等高，不計(jì)空氣阻力，下列說(shuō)法正確的是（）A．皮球兩次運(yùn)動(dòng)的位移的大小相等B．皮球兩次運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等C．皮球兩次運(yùn)動(dòng)落地前瞬間重力的功率相等D．皮球兩次運(yùn)動(dòng)落地前瞬間的速率相等課堂練習(xí)C5．質(zhì)量為400kg的賽車在平直賽道上以恒定功率加速，受到的阻力不變，其加速度a和速度的倒數(shù)1/v的關(guān)系如圖所示，則賽車（）A．速度隨時(shí)間均勻增大

B．加速度隨時(shí)間增大C．輸出功率為600kW D．所受阻力大小為1600N課堂練