高中物理教科版第四章机械能和能源功率 2023版第4章功率

2.功率学习目标知识脉络1.理解功率的概念，能运用功率的公式进行有关计算．(重点)2．了解额定功率和实际功率的概念，理解平均功率和瞬时功率的含义．(重点)3．根据功率的定义导出公式P＝Fv，能用于分析、计算和解释现象．(重点、难点)功率的含义eq\x([先填空])1．功率(1)定义：功W跟完成这些功所用时间t的比值叫功率，功率的符号为P.(2)公式：P＝eq\f(W,t).(3)功率的单位：在国际单位制中，功率的单位是瓦，符号为＝1J/s.技术上常用千瓦(kW)作为功率的单位，1kW＝1000W.(4)功率的物理意义：功率是表示物体做功快慢的物理量．(5)功率是标量，只有大小，没有方向．2．额定功率(1)额定功率：机器长时间正常工作允许的功率．(2)机器实际运行的功率可以小于或等于额定功率，但不允许长时间超过额定功率．eq\x([再判断])1．由公式P＝eq\f(W,t)可知，做功越多，功率越大．(×)2．某机械工作时的实际功率一定比额定功率小．(×)3．机械可以在实际功率等于额定功率的情况下长时间工作．(√)eq\x([后思考])泰山挑夫把货物从山下送到山顶，也可以用缆车把相同的货物从同地点送到山顶，那么用人挑和用缆车运送货物做的功相同吗？做功的功率相同吗？【提示】做功一样多，但缆车做同样的功所用时间短，功率大，即缆车做功快．eq\x([合作探讨])探讨1：如图4­2­1所示，某起重机能在1min内把1t的货物提高到预定的高度，另一台起重机只用30s就可以做相同的功，你认为功和功率相同吗？图4­2­1【提示】功相同，功率不同．探讨2：抽水机把30kg水抽到10m高的水塔上，所用的时间是2s，这台抽水机的输出功率是多大？【提示】P＝eq\f(W,t)＝eq\f(mgh,t)＝1500W.eq\x([核心点击])1．定义式及其物理意义(1)定义式：功率是功跟完成这些功所用时间的比值，即P＝eq\f(W,t)，功率是用比值定义法定义的物理量，功率的大小用eq\f(W,t)来表示，但功率与功、时间无关．(2)物理意义：表示在一段时间内力做功的平均快慢．2．额定功率与实际功率的比较定义特点联系额定功率发动机正常条件下长时间工作时的最大输出功率不同机械的额定功率可能不同，同一机械的额定功率不变为了机械的安全P实≤P额实际功率发动机实际工作时的输出功率同一机械的实际功率随工作情况而变1．下列关于功率的说法，正确的是()A．力对物体做的功越多，功率就越大B．做功时间短的机械功率大C．完成相同的功，用的时间越长，功率越大D．功率大的机械在单位时间内做的功会更多【解析】功率与做功多少没有必然的联系，选项A、B错误；完成相同的功，用时越长，功率越小，选项C错误；故选D.【答案】D2．在一次举重比赛中，一名运动员将质量为kg的杠铃举起历时约2s，该运动员在举起杠铃运动中的平均功率约为()图4­2­2A．几十瓦左右 B．一千瓦左右C．几十千瓦左右 D．几百千瓦左右【解析】设举重运动员将杠铃举高m，则P＝eq\f(W,t)＝eq\f(mgh,t)＝1W.【答案】B3．如图4­2­3所示是甲、乙两物体做功与所用时间的关系图像，那么甲物体的功率P甲与乙物体的功率P乙相比()【导学号：22852098】图4­2­3A．P甲＞P乙 B．P甲＜P乙C．P甲＝P乙 D．无法判定【解析】根据功率的定义式P＝eq\f(W,t)可知，在功与所用时间的关系图像中，直线的斜率表示时刻的功率．因此，由图线斜率可知P甲＜P乙，选项B正确．【答案】B对功率的理解1．功率表示做功的快慢，与做功的多少没关系．2．求功率时要明确是求哪个力的功率，汽车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．功率、力和速度之间的关系eq\x([先填空])1．功率与速度的关系式为P＝Fv，即一个力对物体做功的功率，等于这个力与物体沿受力方向上运动速度的乘积．2．平均功率：当v为平均速度时，P为平均功率．3．瞬时功率：当v为某一时刻的瞬时速度时，P为该时刻的瞬时功率．eq\x([再判断])1．当汽车的功率一定时，发动机的牵引力越大，汽车的行驶速度越大．(×)2．起重机吊起某一重物匀速上升时，物体上升的速度越大，起重机的功率就越大．(√)3．当输出功率一定时，速度和牵引力成反比．(√)eq\x([后思考])如图4­2­4所示，越野车比赛时，汽车爬坡要使用低速挡．汽车使用低速挡的目的是什么？图4­2­4【提示】汽车爬坡需要的牵引力变大，根据P＝Fv，在功率一定的情况下要减小速度．eq\x([合作探讨])汽车以不同方式启动，一次以恒定功率启动，一次匀加速启动．图4­2­5探讨1：用公式P＝Fv研究汽车启动问题时，力F是什么力？【提示】F是汽车的牵引力．探讨2：以恒定功率启动时，汽车的加速度变化吗？做什么运动？【提示】汽车以恒定功率启动，根据P＝Fv，v增大，F减小，加速度减小，故加速度变化，汽车做变加速运动．eq\x([核心点击])1．P＝Fv中三个量的制约关系定值各量间的关系应用P一定F与v成反比汽车上坡时，要增大牵引力，应换挡减小速度v一定F与P成正比汽车上坡时，要使速度不变，应加大油门，增大输出功率，获得较大牵引力F一定P与v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2．机车的两种启动方式两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动P­t图和v­t图OA段过程分析v↑⇒F＝eq\f(P不变,v)↓⇒a＝eq\f(F－F阻,m)↓a＝eq\f(F－F阻,m)不变⇒F不变eq\o(⇒,\s\up6(v↑))P＝Fv↑直到P额＝Fv1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t0＝eq\f(v1,a)AB段过程分析F＝F阻⇒a＝0⇒F阻＝eq\f(P,vm)v↑⇒F＝eq\f(P额,v)↓⇒a＝eq\f(F－F阻,m)↓运动性质以vm做匀速直线运动加速度减小的加速运动BC段F＝F阻⇒a＝0⇒F阻＝eq\f(P额,vm)，以vm做匀速直线运动4．质量为m的汽车行驶在平直公路上，在运动中所受阻力不变，当汽车的加速度为a，速度为v时，发动机功率为P1；当功率为P2时，汽车行驶的最大速度为()\f(P2v,P1) \f(P2v,P1－mav)\f(P1v,P2) \f(P1v,P2－mav)【解析】由题意知F－f＝ma，P1＝Fv，由以上两式得f＝eq\f(P1－mav,v).当功率为P2时，汽车行驶的最大速度vm＝eq\f(P2,f)＝eq\f(P2v,P1－mav)，B正确．【答案】B5．能源短缺和环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题．为缓解能源紧张压力、减少环境污染，汽车制造商纷纷推出小排量经济实用型轿车．某公司研制开发了某型号小汽车，发动机的额定功率为24kW，汽车连同驾乘人员总质量为m＝2000kg，在水平路面上行驶时受到恒定的阻力是800N，求：(1)汽车在额定功率下匀速行驶的速度；(2)汽车在额定功率下行驶，速度为20m/s时的加速度．【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关于机车起动问题的解题方法(1)比较额定功率与实际功率的关系：该类问题多以机车做匀速运动为题设条件，解决这类问题的主要依据是匀速运动