资源简介

(共27张PPT)
2 功率
第1章 功和机械能
学习目标
1.理解功率的概念,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P=Fv分析汽车运行问题。
一、功率
1.定义:力所做的功W与完成这些功所用的时间t之比,称为功率。
2.单位:瓦特,简称瓦,符号是W。
3.标矢性:功率是标量。
4.物理意义:表示做功快慢的物理量。
知识梳理
二、常见机械的功率
1.额定功率:每一种动力机械都有一个长时间工作的最大允许功率,这个功率称为机械的额定功率。
2.实际功率:动力机械实际工作时的输出功率。
3.为了保证机械的安全,工作时尽量使P实≤P额。
P==Fv。
(1)平均功率与平均速度的关系:=F。
(2)瞬时功率P与瞬时速度v的关系:当时间t非常小时,瞬时速度v=,瞬时功率P=,即P=Fv。
三、功率与力、速度的关系
1.推导:如果物体沿位移方向受的力是F,从计时开始到时刻t这段时间内,发生的位移是s,则力在这段时间内所做的功W=Fs,功率
2.结论:一个沿着物体位移方向的力对物体做功的功率,等于这个力与物体速度的乘积。
3.应用:由功率速度关系式知,汽车、火车等交通工具和各种起重机械,当发动机的功率P一定时,牵引力F与速度v成反比,要增大牵引力,就要减小速度;要增大速度,就要减小牵引力。
当v一定时,牵引力F与功率P成正比。
(1)功率大,做功一定多。(　　)
解析:功率与做功多少没有必然联系,功率大,做功不一定多,但做功一定快。
答案:×
(2)由公式P=Fv可知,功率P一定与速率v成正比。(　　)
解析:公式中的三个量,只有在其中一个量不变的情况下,才能判断其他两个量的关系。
答案:×
牛刀小试
(3)发动机不能在实际功率等于额定功率的情况下长时间工作。(　　)
解析:发动机可以在实际功率小于或等于额定功率情况下长时间工作,为避免发动机受到损害,应避免它在实际功率大于额定功率状态下长时间工作。
答案:×
(4)汽车爬坡时,常常换用低速挡,以增大牵引力。(　　)
解析:汽车在上坡时需要更大的牵引力,而发动机的额定功率是一定的,由P=Fv可知,换用低速挡的目的是减小速度,从而增大牵引力。
答案:√
1.
2.关于功率公式P=和P=Fv说法中,正确的是(　　)
A.由P=知,只要知道W和t,就求出任意时刻的瞬时功率
B.由P=Fv只能求某一时刻的瞬时功率
C.由P=Fv可知,汽车的功率与它的速度成正比
D.功率是表示做功快慢的物理量,而不是表示做功多少的物理量
解析:由P= 知,只要知道W和t就可求出时间t内的平均功率,故A错误；P=Fv可以计算平均功率也可以是瞬时功率,取决于速度是平均速度还是瞬时速度,故B错误;从P=Fv知,当F不变的时候,汽车的功率和它的速度是成正比的,当F变化时P与v关系不确定,故C错误;由功率的物理意义可知,功率是表示机械做功快慢的物理量,而不是表示做功多少的物理量,故D正确。
答案:D
对公式P= 和P=Fv的理解
情境导引
一辆汽车载重时和空车时,在公路上以相同的速度行驶。
(1)两种情况下汽车的输出功率、牵引力是否相同
(2)你认为输出功率可能与哪些因素有关
要点提示:(1)汽车载重时输出功率较大、牵引力较大。
(2)输出功率可能与牵引力、速度有关。
课堂探究
1.公式P= 和P=Fv的比较
要点剖析
项目 P= P=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; (2)一般用来求平均功率 (1)功率的计算式,仅适用于F与v同向的情况;
(2)既可以求瞬时功率,又可以求平均功率
联系 (1)公式P=Fv是P=的推论; (2)当时间t→0时,可由定义式确定瞬时功率; (3)当v为平均速度时,P=Fv所求功率为平均功率
2.公式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,应换低速挡减小速度
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 v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
画龙点睛 P=Fv可以理解为“某力的功率等于力与在力方向上速度的乘积”,也可以理解为“某力的功率等于速度与在速度方向上此力的分力之积”。
例1 如图所示,质量为m=2 kg的木块在倾角θ=37°的斜面上由静止开始下滑,木块与斜面间的动摩擦因数为μ=0.5,
已知:sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。(g取10 m/s2)求:
(1)前2 s内重力做的功。
(2)前2 s内重力的平均功率。
(3)2 s末重力的瞬时功率。
典例精析
解析:(1)木块所受的合外力
F合=mgsin θ-μmgcos θ=mg(sin θ-μcos θ) =2×10×(0.6-0.5×0.8) N=4 N
(3)木块在2 s末的速度v=at=2×2 m/s=4 m/s
2 s末重力的瞬时功率P=mgvsin θ=2×10×4×0.6 W=48 W。
答案:(1)48 J　(2)24 W　(3)48 W
求解功率时应该注意的问题
(1)首先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。
(3)若求瞬时功率,需明确是哪一时刻或哪一位置的功率,应用公式P=Fv,如果F、v不同向,则投影到相同方向再计算。
归纳总结
机车启动的两种方式
情境导引
汽车以不同的方式启动,一次保持发动机的功率不变,一次保持加速度不变,请思考:
(1)发动机的功率不变时,汽车的加速度能否保持不变
(2)汽车的加速度不变时,发动机的功率能否保持不变
要点提示:(1)根据P=Fv,功率不变,速度增大时,牵引力必定减小,由牛顿第二定律可知,汽车的加速度减小。
(2)加速度不变,则牵引力不变,由P=Fv可知,随着速度的增大,发动机的功率不断增大。
课堂探究
1.机车以恒定功率启动
(1)运动过程分析:
要点剖析
(2)运动过程的v-t关系图像如图所示:
(3)特点:①当机车的牵引力与所受阻力的大小相等时,即F=f,a=0,机车达到最大速度,此时vmax=;②在加速过程中,加速度是逐渐减小的,如果知道某时刻的速度,就可求得此时刻的加速度a=,a=。
2.机车以恒定加速度启动
(1)运动过程分析:
(2)运动过程的v-t关系图像如图所示:
(3)特点:①当实际功率小于额定功率时做匀加速直线运动;
②当达到额定功率后做加速度减小的变加速运动,当加速度为零时达到最大速度。
3.机车启动过程中几个物理量的求法
(1)机车的最大速度vmax的求法:达到最大速度时,a=0,即牵引力F等于阻力f,故vmax=。
(2)匀加速启动最长时间的求法:牵引力F=ma+f,匀加速的最后速度vmax'=,时间t=。
(3)瞬时加速度的求法:据F=求出对应瞬时速度v的牵引力,则加速度a=。
画龙点睛
1.在P=Fv中因为P为机车牵引力的功率,所以对应的F是牵引力,并非合力。
2.只有最终匀速运动时有F=f,vmax=。
例2在水平路面上运动的汽车的额定功率为100 kW,质量为10 t,设阻力恒定,且为车重的 。(g取10 m/s2)
(1)求汽车在运动过程中所能达到的最大速度。
(2)若汽车以0.5 m/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)若汽车以不变的额定功率从静止启动后,当汽车的加速度为2 m/s2时,速度多大
典例精析
答案:(1)10 m/s　(2)13.3 s　(3)3.3 m/s
解析:(1)当汽车速度最大时,a1=0,F1=f,P=P额,
故vmax= m/s=10 m/s。
(2)汽车从静止开始做匀加速直线运动的过程中,a2不变,v变大,P也变大,当P=P额时,此过程结束。
F2=f+ma2=(0.1×104×10+104×0.5) N=1.5×104 N
v2= m/s= m/s,则t= s=13.3 s。
(3)F3=f+ma3=(0.1×104×10+104×2) N=3×104 N,
v3= m/s=3.3 m/s。
用公式P=Fv处理机车启动问题时应注意的问题
(1)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vmax。
归纳总结
1.一质量为m的木块静止在光滑的水平面上,从t=0开始,将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上,在t=T时刻F的功率是(　　)
答案:B
课堂达标
解析:木块加速度a=,t=T时速度v=aT=,瞬时功率P=Fv=。
解析:两个质量相同的小球下降的高度相同,根据W=mgh知,重力做功相同,竖直下抛的物体有初速度,所以到达地面所用时间短、速度大,故平均功率、瞬时功率较大,选项B、C正确。
答案:BC
3.假设汽车在行驶中受到的阻力与其速度成正比。当汽车保持功率P匀速行驶时,车速为v;则要使汽车以2v的速度匀速行驶,则应该保持的功率为(　　)
A.P B.2P C.4P D.8P
解析:匀速行驶时,牵引力等于阻力,即F=f,又f=kv,P=Fv,所以P=kv2,即发动机的输出功率与速度的平方成正比,所以当匀速行驶的速度为原来的2倍时,功率是原来的4倍,故选项C正确。
答案:C
T
谢谢观看
HANK YOU!

展开更多......

收起↑