新教材同步系列2024春高中物理第四章机械能及其守恒定律第二节功率课件粤教版必修第二册

第四章机械能及其守恒定律第二节功率学习目标学法指导1．理解功率的概念，能区分平均功率和瞬时功率2．能根据不同情况计算平均功率和瞬时功率3．学会分析汽车的启动问题1．理解功率的物理意义，能运用功率的定义式P＝

进行有关计算2．知道平均功率和瞬时功率的含义，能根据Fv分析汽车的运行问题知识导图课前·自主预习1．功率的概念(1)定义：物体所做的功W与做功所用时间t______．(2)定义式：______________．(3)单位：在国际单位制中，功率的单位是________，简称瓦，用W表示．(4)物理意义：功率是标量，它是表示物体__________的物理量．做功快慢的描述之比瓦特做功快慢2．功率与力、速度(1)功率与速度关系式：P＝________(F与v方向相同)．(2)推导：(3)在P＝Fv中，若v是平均速度，则P是平均功率；若v是瞬时速度，则P是瞬时功率．FvFsvtFv3．额定功率与实际功率按机械的工作状态分为额定功率与实际功率，其对比如下：项目定义特点联系额定功率发动机正常条件下长时间工作的________________不同机械的额定功率可能不同，但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_________时的输出功率同一机械实际功率随工作情况而变最大输实际工作出功率由于P＝Fv，那么随着汽车速度增大，功率也会无限增大吗？【答案】不会．如图所示，越野汽车在上坡时为什么必须使用低速挡？【答案】汽车的额定功率是一定的，根据P＝Fv，采用低速挡可以获得更大的牵引力．课堂·重难探究1．功率的定义式和推导式功率的理解和计算2．公式P＝Fv的应用(1)由于W＝Fs的表示形式适用于力(F)与位移(s)同方向的情况，故P＝Fv适用于力F和速度v同方向的情况．(2)当力F和速度v不在同一直线上时，也可以将力F分解为沿v方向的分力F1和垂直于v方向的分力F2，F2不做功，其功率为零，分力F1的功率即力F的功率；或者分解速度，用力F乘沿F方向上的分速度，故其一般表达式为P＝Fvcosα．例1

如图所示，质量m＝2kg的木块在倾角θ＝37°的足够长斜面上由静止开始下滑，木块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5．已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2，求：(1)前2s内重力做的功．(2)前2s内重力的平均功率．(3)2s末重力的瞬时功率．【答案】(1)48J

(2)24W

(3)48W(2)重力在前2s内的平均功率(3)木块在2s末的速度v＝at＝2×2m/s＝4m/s，2s末重力的瞬时功率P＝mgsinθ·v＝2×10×0.6×4W＝48W．变式1

(2023年江门一中月考)如图所示为古代的水车，该水车周边均匀分布着n个盛水的容器．在流水的冲力作用下，水车边缘以速率v做匀速转动，当装满水的容器到达最高处时将水全部倒入水槽中．设每个盛水容器装入水的质量均为m，忽略容器装水的过程和水车浸入水的深度．已知重力加速度为g，则水车运水的平均功率为

(

)【答案】C

1．机车以恒定功率启动的运动过程机械功率的应用所以机车达最大速度时，a＝0，F＝Ff，P＝Fvmax＝Ffvmax，这一启动过程的v-t图像如图甲所示．2．机车以恒定加速度启动的运动过程这一启动过程的v-t图像如图乙所示．1．机车以恒定功率启动的运动过程是加速度逐渐减小的变加速运动．2．机车以恒定加速度启动的运动过程可按两个阶段处理，即先匀加速启动达到额定功率，再以恒定功率运动达到最大速度．(1)汽车在运动过程中所能达到的最大速度为多大？(2)若汽车以0.5m/s2的加速度从静止开始做匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？(3)若汽车以额定功率从静止启动后，当汽车的加速度为2m/s2时，速度多大？【答案】(1)10m/s

(2)13.3s

(3)3.3m/s变式2

(2023年佛山实验中学段考)质量m＝180kg的小型电动汽车在平直的公路上由静止启动，如图甲所示为汽车运动的速度与时间的关系，图乙为汽车牵引力的功率与时间的关系．设汽车在运动过程中所受阻力不变，在18s末汽车的速度恰好达到最大．重力加速度g取10m/s2，则下列说法正确的是(

)

A．汽车受到的阻力为200NB．汽车的最大牵引力为700NC．汽车在做变加速运动过程中持续的时间为10sD．8～18s内汽车牵引力做的功为3.6×103J【答案】C

1．汽车以恒定功率启动，速度增大，牵引力减小，做加速度逐渐减小的加速运动，直到牵引力等于阻力为止；汽车以恒定加速度启动，牵引力和阻力恒定，随着速度增加，它的实际功率逐渐增大，直到Fv等于额定功率为止．2．在变力做功的过程中，当有重力势能、弹性势能以及其他形式的能量参与转化时，可以考虑用功能关系求解．因为做功的过程就是能量转化的过程，并且转化过程中能量守恒．核心素养应用科学思维——物理模型的建立分析问题时，我们不能只停留在原有问题上，而应将原问题转换成我们所熟悉的问题来解决，即通过认真读题后，把实际问题加工改造成相关的物理模型来处理．心脏挤压输送血液，这种情境下功和功率的计算与以往力学中功和功率的计算很不一样，力和位移都不像常规题那么清晰．弄清题意后，要寻找一个合适的物理模型，然后才能运用物理规律求解．例3人的心脏每跳一次大约输送8×10-5m3的血液，正常人的血压(可看作心脏压送血液的压强)的平均值约为1.5×104Pa，心跳每分钟70次，据此估算心脏工作的平均功率为多少？【答案】1.4W

【解析】设想心脏跳动压送血液类似于圆柱形汽缸中气体等压膨胀推动活塞对外做功的模型，如图所示，且血管横截面积为S，平均血压为p，则平均压力F＝pS，心脏每压送一次，血液的位移为L，对于一次跳动，由功率定义小练·随堂巩固1．运输物资的汽车以额定功率上坡时，为增大汽车的牵引力，司机应使汽车的速度

(

)A．减小

B．增大C．保持不变

D．先增大后保持不变【答案】A

【解析】由功率公式P＝Fv可知，在功率一定的情况下，当速度减小时，汽车的牵引力就会增大，此时更容易上坡，故A正确．2．一质量5kg的物体做自由落体运动，在下落过程中第2s内，重力对该物体做的功为W，在第3s末重力的瞬时功率为P，g取10m/s2．下列说法正确的是

(

)A．W＝750J,P＝1500WB．W＝1000J，P＝750WC．W＝1000J，P＝1500WD．W＝750J，P＝750W【答案】A

3．一辆汽车在平直公路上运动，受到的阻力恒定为f，运动的最大速度为vm．下列说法正确的是

(

)A．汽车以恒定额定功率行驶时，牵引力F与速度v成正比B．在汽车匀加速运动过程中，当发动机的实际功率等于额定功率时，速度就达到vmC．汽车运动的最大速度vm与额定功率Pm满足Pm＝fvmD．当汽车以恒定速度行驶时，发动机的实际功率一定等于额定功率【答案】C

【解析】汽车以恒定额定功率行驶时，由P＝Fv可知牵引力与速度成反比，故A错误；汽车匀加速运动时，阻力恒定，根据牛顿第二定律可知牵引力恒定，由P＝Fv可知发动机的实际功率不断增大，当发动机的实际功率等于额定功率时，开始做加速度逐渐减小的加速运动，功率不变，速度变大，故B错误；当汽车匀速运动时，牵引力等于阻力，即F＝f，当速度达到最大时，满足Pm＝Fvm＝fvm，故C正确；当汽车以恒定速度行驶时，如果速度没有达到最大速度，发动机的实际功率将小于额定功率，故D错误．4．(2023年广州番禺区期末)汽车在水平直线公路上行驶，额定功率为P额＝80kW，汽车在行驶过程中所受阻力恒为Ff＝2.5×103N，汽车的质量M＝2.0×103kg．若汽车从静止开始做