2020学年高中物理第1章功和功率第3节功率学案鲁科版

1、文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持13第3节功率学习目标核心提炼1 .知道功率的物理意义、定义式、单位。2 .理解功率的导出式P=Fv的物理意义，并会利用功率的两个公式来解释现象和进行计算。3 .理解平均功率和瞬时功率，了解平均功率、瞬时功率、额定功率、实际功率的区别与联系。5个概念一一功率、额定功率、实际功率、平均功率、瞬时功率W2个表六一一P=-P=Fv2种机车启动方式一一恒定功率启动，恒定加速度启动课前自主情理一、功率的含义阅读教材第1213页“功率的含义”部分，知道功率的概念、公式及单位。1 .定义：物体所做的功W与完成这些功所用时间t的比值。，、一、，、，W

2、2 .公式：7E义式为P=。3 .物理意义：功率是表示做功快慢的物理量,功率大表示物体做功快，即单位时间里做功多。4 .单位：功率在国际单位制中用瓦特表不，简称瓦，符号为W1W=1J/s。思维拓展如图1所示，马车的运输能力远小于货车的运输能力，用什么方法比较它们的做功快慢？图1答案可认为马车与货车运输相等质量的物体，完成相同的任务(即做功相等)，比较完成任务所用的时间，就可比较出做功的快慢。二、功率与力、速度的关系阅读教材第1314页“功率与速度”部分，知道功率与速度的关系式。了解四种功率。1 .关系式：当力的方向与物体的运动方向相同时，2Fvo2 .公式P=Fv中各物理量间的关系(1)功率P

3、一定时，物体白运动速度v与牵引力F成反比。(2)物体的运动速度v一定时，功率P与牵引力F成正比。(3)牵引力F一定时，功率P与物体的运动速度v成正比。3.四种功率名称表述平均功率物体在一段时间内做功的功率的平均值，通常用p=w苜述瞬时功率物体在某一时刻或杲一位直的功率,瞬时功率通常用P=Fv描述额定功率机械长时间工作的最大允许功率实际功率机械实际工作时的功率，实际功率小于或等于额定功率,但不能大于额定功率思考判断(1)平均功率不可能等于瞬时功率。()(2)额定功率就是实际功率。()(3)公式P=Fv只能用来计算瞬时功率。()答案(1)x(2)x(3)x年堂互动探知合作探究核心突破要点n功率的理

4、解与计算要点D3纳1 .功率(1)功率是描述力对物体做功快慢的物理量，定义为功与完成这些功所用时间的比值。(2)功率的大小只与其比值有直接联系，与做功多少和时间长短无直接联系。(3)比较功率的大小，就要比较这个比值：比值越大，功率就越大，做功就越快；比值越小,功率就越小，做功就越慢。2 .公式P=当口P=Fv的比较cWP=tP=Fv适用条件(1)功率的定义式，适用于任何情况下功率的计算，一般用来求平均功率(2)当时间t0时，可由定义式确定瞬时功率(1)功率的计算式，仅适用于F与v同向的情况，一般用来求瞬时功率(2)当v为平均速度时，所求功率为平均功率联系(1)公式P=Fv是P=孑勺推论(2)功

5、率P的大小与Wt无关3.公式P=Fv中三个量的制约关系定值各量间的关系应用P-MF与v成反比汽车上坡时，要增大牵引力，应换低速挡减小速度v-TEF与P成正比汽车上坡时，要使速度不笠，应加大油口，增大输出功率，获得较大牵引力F-tev与P成正比汽车在高速路上，加大油门增大输出功率，可以提高速度精典示例例1质量m3kg的物体，在水平力F=6N的作用下，在光滑水平面上从静止开始运动，运动时间t=3s,求：(1)力F在t=3s内对物体所做功的平均功率；(2)在3s末力F对物体做功的瞬时功率。解析(1)物体的加速度a=m/s2=2m/s2m3t=3s内物体的位移s=；at2=2x2x32m=9m3 s内

6、力F所做的功W=Fs=6X9J=54J力F做功的平均功率P=WW=54W=18Wt3(2)3s末物体的速度v=at=2x3m/s=6m/s此时力F做功的瞬时功率P=Fv=6X6W=36W答案(1)18W(2)36W方法总结I求解功率问题的思路(1)要明确所求功率是某物体各力的功率，还是合力的功率。如汽车发动机的功率是指汽车牵引力的功率，起重机的功率是指起重机钢丝绳拉力的功率。(2)要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率。一,一一一rW,若求平均功率，还需明确是哪段时间内的平均功率，应用公式P=1或P=Fv进行求解。若求瞬时功率，需明确对应状态的速度v,应用公式P=Fv求解。如果F、v不同向，则将

7、它们先投影到同一方向上再进行计算。针对训练1关于功率，以下说法中正确的是（）,W,-,，一A.据P=£可知，机器做功越多，其功率就越大B.据P=Fv可知，汽车牵引力一定与速度成反比WC.据P=f可知，只要知道时间t内机器所做的功，就可以求得这段时间内任一时刻机器做功的功率D.根据P=Fv可知，发动机功率一定时，交通工具的牵引力与运动速度成反比W解析P=£表明，功率不仅与物体做功的多少有关，同时还与做功所用的时间有关，A错误；由P=Fv知，只有在功率P一定的情况下，汽车的牵引力才与速度成反比，B错误；由P=W求出来的是平均功率，C错误；在P=Fv中，当功率一定时，在一定阶段汽

8、车的牵引力与速度成反比，但当牵引力等于阻力时，速度不变牵引力也不再变化，D正确。答案D要点机车启动的两种方式1.两种启动方式的过程分析两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动Pt图和vt图1产-:0r4ABKp鼻c歹z?J（Hn一“LrOA过程分析vT?F-fmLP（不变）”F-J?va=a-m小艾？F小变>P=FvT=Fvi,直到P实=P额运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动，维持时间t七AB段过程分析PF=f?a=0?f=vmvf?F=J?a=Jvm运动性质以vm做匀速直线运动加速度减小的加速运动(1)机车的最大速度vm的求法：机车达到匀速前进时速度最大，此时牵引力F等于阻力

9、f,4 PP故Vm=F=foP额一(2)匀加速启动持续时间的求法：牵引力F=m升f,匀加速的最后速度vi=i丁7,时间tmatfvi=一。aP,F-f瞬时加速度的求法：据F=一求出牵引力，则加速度a=。vm精典示例例2(2018金昌高一检测)额定功率为80kW的汽车在水平平直公路上行驶时最大速率可达20m/s,汽车质量为2000kg,如果汽车从静止开始做匀加速运动，设运动过程中阻力不变，加速度大小为2m/s2,求：(1)汽车所受阻力多大；(2)汽车做匀加速运动的过程可以维持多长时间。解析(1)当牵引力与阻力相等时汽车的速度最大，由P=F牵vm得f=F牵=-N=4000Nvm20(2)由牛顿第二

10、定律得：F牵一f=maF牵=maf=2000X2N+4000N=8000N由P=F牵v得80000=8000v,解得v=10m/s由v=at解得t=5s答案(1)4000N(2)5s误区警示|处理机车启动问题应注意三点公式P=Fv中的F指的是机车的牵引力，而不是合外力。(2)只有机车匀速运动时，牵引力F才等于它受到的阻力f大小。(3)机车以恒定加速度启动时，匀加速结束时的速度并没有达到最终匀速运动的速度丫松针对训练2（2018盘锦高一检测）（多选）如图2所示为汽车在水平路面上启动过程中的速度图象，Oa为过原点的倾斜直线，ab段表示以额定功率行驶时的加速阶段，bc段是与ab段相切的水平直线，则下

11、述说法正确的是（）A.011时间内汽车做匀加速运动且功率恒定B.t1t2时间内汽车牵引力逐渐减小一，一、,1C.tlt2时间内汽车的平均速度为2（V1+V2）D.在全过程中t1时刻的牵引力及其功率都是最大值，t2t3时间内牵引力最小解析由题图可知，。11时间内汽车做匀加速直线运动，牵引力恒定，由P=Fv可知，汽车的功率均匀增大，A错误；t1t2时间内汽车以额定功率行驶，速度逐渐增大，牵引力逐渐减小，B正确；因，12时间内，ab图线与t轴所围面积大于ab直线与t轴所围面积，1故该过程中的平均速度大于2（V1+V2）,C错误；0t1时间内，牵引力恒定，功率均匀增大，t1时刻以后牵引力逐渐减小，到t

12、2时刻牵引力等于阻力，达到最小，而t1时刻达到额定功率后，功率保持不变，D正确。答案BD课时达标训练I涅;E陆反馈检测1 .（对功率白理解）关于功率，下列说法正确的是（）A.功率是说明力做功多少的物理量B.功率是说明力做功快慢的物理量C.做功时间越长，功率一定越小D.力做功越多，功率一定越大解析功率的物理意义是描述做功的快慢，功率大则做功快，功率小则做功慢，功率的大小在数值上等于单位时间内做功的多少，故B正确。答案B2 .（瞬时功率的计算）（2018昆明高一检测）一质量为m的物体，从倾角为0的光滑固定斜面顶端由静止下滑，下滑时离地面的高度为h,如图3所示，当物体滑到斜面底端时，重力的瞬时功率为

13、（）A.mg/2ghB.mg/2ghsin0C.mgy2ghcos0D.mgghsin2o解析下滑过程中加速度a=gsin0,设到底端时速度大小为v,2_h贝Uv=2a1-=2gh,sin00物体滑到底端重力功率为P=mgvsin0,解得P=mgJ2ghsin0。答案B3 .（对平均功率和瞬日功率的计算）（多选）质量为3kg的物体，从高45m处自由落下（g取10m/s2）,那么在下落的过程中（）A.前2s内重力做功的功率为300WB.前2s内重力做功的功率为675WC.第2s末重力做功的功率为600WD.第2s末重力做功的功率为900W12mgh30X20解析前2s物体下落h=2gt2=20m

14、,重力做功的功率P1=-p=2W=300W,A正确，B错误；2s末物体的速度v=gt=20m/s,此时重力的功率P2=mgv=600W,C正确，D错误。答案AC4.（机车启动问题）（2018宁波高一检测）（多选）一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5s内做匀加速直线运动，5s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其v-1图象如图4所示，已知汽车的质量为m=2X103kg,汽车受到地面的阻力为车重的0.1倍，g取10m/s：则（）图4A.汽车在前5s内的牵引力为4X103NB.汽车在前5s内的牵引力为6X103NC.汽车的额定功率为60kWD.汽车的最大速度为30m/sPVmax=77：二0.

15、1 mg解析由vt图象知，前5s的加速度2=并=2m/s2,前5s由牛顿第二定律知Fkmg=ma彳FF=(0.1X2X103X10+2X103X2)N=6X103N,故B正确，A错误；又5s末达到额定功率P=FV5=6X103X10W6X104W=60kW故C正确；最大速度6X104,“0.1X2X103X10m/s=30m/s,故D正确。答案BCD5.(与图象结合的功率问题)如图5甲所示，质量为1.0kg的物体置于固定斜面上，对物体施以平行于斜面向上的拉力F,1.0s末将拉力撤去，物体运动的vt图象如图乙，试求:(取g=10m/s2)拉力F的大小；(2)拉力F在第1s内的平均功率。2解析(1

16、)由vt图象知，当撤去拉力F后，物体做匀减速直线运动，加速度大小a=6m/s。由牛顿第二定律得f+mgsina=ma=6N,当物体受拉力F的作用时，由牛顿第二定律得F-fmgina=m,a,其中由题图知加速度a'=12m/s2,所以F=18N。（2）物体在拉力F作用下第1s内的位移s=；a，12=6m所以拉力F在第1s内的平均功率Fs18X61W= 108 Wo答案(1)18N(2)108WI课堂小结I课后巩固提升门口知筐庄-基础过关1.（多选）关于功率公式P=Fv,下列说法正确的是（）A.当F是恒力，v是平均速度时，对应的P是平均功率B.当v是瞬时速度时，对应的P是瞬时功率C.只适用

17、于物体做匀速直线运动的情况D.只适用于F与v同方向的情况答案ABD2.飞行员进行素质训练时，抓住秋千杆由水平状态开始下摆，到达竖直状态的过程如图1所示，飞行员受重力的瞬时功率变化情况是（）图1A.一直增大B.一直减小C.先增大后减小D.先减小后增大解析由瞬时功率计算式P=Fvcos”可知，初状态P=0,最低点P2=0,中间状态P>0。所以瞬时功率变化情况是先增大后减小，故C正确。答案C3.（2018铜陵高一检测）在平直公路上以一定速率（约为5m/s）行驶的自行车所受阻力为车和人总重力的0.02倍，如图2所示，则骑车人的功率最接近于（车和人的总质量约为100kg)()图2A.0.1 kWC

18、.1 kW38.1 X10kWD.10kW解析因为车速v=5m/s,骑车时的牵引力F=f=0.02X100X10N=20N,所以功率P=Fv=20X5W=100W,即0.1kW,故A正确。答案A4 .（2018恩施高一检测）质量为5t的汽车，在水平路面上以加速度a=2m/s2启动，所受阻力为1.0X103N,汽车启动后第1s末的瞬时功率是（）A.2kWB.22kWD.20 kWC.1.1kW解析根据牛顿第二定律得Ff=ma则F=f+ma=1000N+5000X2N=11000N。汽车第1s末的速度v=at=2X1m/s=2m/s,所以P=Fv=11000X2W=22000W=22kW,故B正确

19、，A、CD错误。答案B5 .一小球以初速度V。水平抛出，不计空气阻力，小球在空中运动的过程中重力做功的功率P随时间t变化的图象是（）Ot ot ot orCn解析设经过时间t速度大小为V,其方向与竖直方向（或重力方向）成0角，由功率公式P=Fvcos0知，此时重力的功率P=mgxcos0=mgv=mggt=mgt,所以A正确。答案A6 .一台起重机从静止起匀加速地将质量F1.0X103kg的货物竖直吊起，在2s末货物的速度v=4.0m/s。求起重机在这2s内的平均输出功率及2s末的瞬时功率。（g=10m/sj解析货物运动时的加速度a=tv=4m/s2=2m/s2根据牛顿第二定律得起重机的拉力F

20、mg=maF=m（g+a）=1.0x103x（10+2）N=1.2X104N货物上升的位移l=2at2=4m拉力做的功WFl=1.2X104X4J=4.8X104JW4P=1=2.4X104W2s末的瞬时功率Fv=1.2X104X4.0W=4.8X104W答案2.4X104W4.8X104W能力提升7 .（2018漳州高一检测）（多选）如图3所示是健身用的“跑步机”示意图，质量为m的运动员踩在与水平面成a角的静止皮带上，运动员用力向后蹬皮带，皮带运动过程中，受到的阻力恒定为f,使皮带以速度V匀速运动，则在运动过程中，下列说法正确的是（）图3A.人脚对皮带的摩擦力是皮带运动的动力8 .人对皮带不

21、做功C.人对皮带做功的功率为mgvD.人对皮带做功的功率为fv解析脚蹬皮带时，脚和皮带之间产生了摩擦力，皮带受到的摩擦力是皮带运动的动力，故选项A正确；皮带在人的作用下移动了距离，人对皮带做功，故选项B错误；皮带运动过程中受到的阻力恒定为f,使皮带以速度v匀速运动，人对皮带做功的功率，等于阻力的功率，即人对皮带做功的功率为fv,故选项C错误，选项D正确。答案AD8 .（2018定西高一检测）列车提速的一个关键技术问题是提高机车发动机的功率。已知匀速运动时，列车所受阻力与速度的平方成正比，即f=kv2。设提速前速度为80km/h,提速后4B.9速度为120km/h,则提速前与提速后机车发动机的功

22、率之比为（）2A.3C.27c16D.81解析当火车的速度为80km/h时，80km/h=22.2m/s,此时由于火车是匀速运动，牵引力和阻力相等，即F=f=kv2,由P=Fv可得，此时功率Pi=fivi=kv3,同理，当火车的速3度为120km/h时，120km/h=33.3m/s,由P=Fv可得，此时的功率P2=f2v2=kv2,所以PV1.1Vi38提速前与提速后机车发动机的功率之比P=v3=v）=27,所以选项c正确。答案C9 .（多选）一辆轿车在平直公路上运行，启动阶段轿车牵引力保持不变，而后以额定功率继续行驶，经过时间t0,其速度由零增大到最大值Vrw若所受阻力f为恒力，关于轿车的

23、速度V、牵引力F、功率P随时间t变化的情况正确的是（）P= Fv知，轿解析汽车以恒定的牵引力F启动，由a=-m得，物体先做匀加速运动，由车输出功率增加，当功率达到额定功率时，牵引力减小，加速度减小，物体做加速度逐渐减小的加速运动，当F=f时，速度达到最大，之后物体做匀速运动，选项B、C、D正确。答案BCD10 .（多选）我国科学家正在研制航母舰载机使用的电磁弹射器。舰载机总质量为3.0X104kg,设起飞过程中发动机的推力恒为1.0x105N;弹射器有效彳用长度为100m,推力恒定；要求舰载机在水平弹射结束时速度大小达到80m/s。弹射过程中舰载机所受总推力为弹射器和发动机推力之和，假设所受阻

24、力为总推力的20%则（）A.弹射器的推力大小为1.1X106NB.弹射器对舰载机所做的功为1.1x108JC.弹射器对舰载机做功的平均功率为8.8X107WD.舰载机在弹射过程中的加速度大小为32m/s2解析由题意可知，舰载机弹射过程的加速度为a=7=080nnm/s2=32m/s2,D项正确；2s2X100根据牛顿第二定律，0.8X（F发+F弹）=ma求得弹射器白推力大小F弹=1.1X106N,A项正确；弹射器对舰载机做的功为W=1.1X106X100J=1.1X108J,B项正确；弹射过程的时间t=v=80s=2.5s,弹射器做功的平均功率P=WW=4.4X107WC项错误。a32t答案ABD11.质量m为5.0X106kg的列车以恒定不变的功率由静止沿平直轨道加速行驶，当速度增大到