2019-2020年高中物理 4.7功率 学案 粤教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 4.7功率 学案 粤教版必修2【学习目标】一、知识与技能:1、知道功率是表示做功快慢的物理量。2、理解功率的概念,能运用功率的公式P=W /t 进行有关计算。3、正确理解公式P=FVcos的意义,知道什么是瞬时功率,什么是平均功率。二、过程与方法:1、学会求解各种不同的功率。2、会运用功率不同的表达式分析和解决动力机械问题。三、情感态度与价值观: 1、养成具体问题具体分析和严谨的思维习惯。2、提高理论联系实际,分析解决问题的能力。【学习重点】1、理解功率的概念是本节的重点。2、瞬时功率和平均功率计算是本节的难点。3、机车起动问题是本节课对学生的一个能力培养点。 【知识要点】1、功率是描述做功快慢的物理量,它在数值上等于单位时间内完成的功。2、平均功率:功与完成这些功所用时间的比值,即: 3、瞬时功率: 上式中V是物体的瞬时速度大小,是力F和V的夹角。如果F和V同方向,则: 4、功率的单位:在国际单位制中,功率的单位是瓦特(W): 1瓦特 1焦耳/秒 、千瓦(KW),马力也是功率常用的单位:1千瓦1000瓦特。1马力735瓦特。例题:做自由落体运动的物体下落t秒时的瞬时功率为Pmgvmggtmg2t,而t秒内重力做功的平均功率为: 5、额定功率和实际功率:机械(如发动机)在正常工作时的最大功率叫额定功率。机械在实际工作时的功率即实际功率,它应小于或等于额定功率。注意:各种动力装置(如汽车、轮船等)的功率是指牵引力做功的功率,而不是合外力做功的功率。额定功率与动力、速率的关系: (1) 由pF V可知:发动机的功率一定时,动力F与速度V成反比。故汽车在Pe下行驶时,要增大牵引力(如上坡),则要减小行驶速度。 (2) 当牵引力一定时,水平匀速行驶的汽车要增大行驶速度,就要增大发动机的输出功率(加大油门),当增大到PPe时,VVmax 即: Pef Vmax(因此时为匀速,所以 Ff0,)假定V还要增加, Pe一定,且PeFV, F只能减小,这时有Ff0 ,导致a0,反而使V减小,故V是不可能再能增加的 ,所以,当PPe 时,Ff 且VVmax加速度: 汽车作加速度越来越小的加速直线运动,当a0时,汽车作匀速直线运动,此时 (3) 汽车启动时,功率P由0增加到Pe,此过程下,F、V都可能增大。汽车也有可能做匀加速运动。例题:一载重汽车,车货共重10吨,额定功率为100马力,在平直公路上行驶时,所受最大阻力为车重的005倍,则该车所能达到的最大速度将为15米秒54千米小时【典型例题】例:汽车发动机的额定牵引功率为60KW,汽车质量为5t,汽车在水平路面上行驶时,阻力是汽车的0.1倍,试问:汽车保持以额定功率从静止起动后,能达到的最大速度是多少?若汽车从静止开始,保持以0.5m/s2的加速度作匀加速直线运动,这一过程能维持多长时间?解析:汽车受力分析,当a=0,即F=f时,v达最大值Vm ,机车以恒定的功率起动:P一定,v变大,F变小,a变小,当a=0时,v不变,机车匀速运动,这时F= f阻,而vm=P额/ f阻为机车行驶的最大速度。速度vF= a= 0保持Vm匀速汽车达到最大速度时a= 0 此时 F=f=mg ,而 P=FVmVm=P/mg=6.0105/0.1510310m/s=12 m/s讨论分析交通工具上坡增大牵引力的方法。A减小速度(发动机的功率不变,油门不变)B加大油门,增大P(保持v不变)分析汽车的受力和运动情况,讨论、总结 机车以加速度a匀加速起动工情况:a一定,F也一定,P随v增大而增大。当P达P额后,F、a不能维持,开始减小,但速度还要增大。直到a=0 ,v达最大vm=P额/ f阻。a定 速度v P=F定v,即P随v增大而增大,当P=Pm时,a定 ,v还要增大F,a 当a=0时,v达最大vm ,此后匀速 匀加速运动的加速度a=(F-mg)/m F=m(a+g)=5103(0.5+0.110)=7.5103(N)设保持匀加速运动的时间为t ,达到的速度为V1,则V1=at此时P=FV1=F at讨论两种起动的V-t图象 功率功率的物理意义:功率是描述力对物体做功快慢的物理量平均功率:描述力在一段时间内做功的快慢,用P=W/t 计算,若用P=Fvcos,V为t时间内的平均速度瞬时功率:描述力在某一时刻做功的快慢,只能用P=Fvcos,V为某时刻的瞬时速度。额定功率和实际功率【规律总结】 【当堂反馈】1、从空中以40m/s的初速平抛一个重为10N的物体,物体在空中运动3s落地,不计空气阻力,取g10m/s2,求物体落地过程中重力的平均功率和物体落地时重力的瞬时功率。2、在高处的同一点将三个质量相同的小球以大小相等的初速度v0分别上抛、平抛、下抛,并落到同一水平地面上,则( )A三个小球落地时,重力的瞬时功率相同B从抛出到落地的过程中,重力对它们做功的平均功率相同C从抛出到落地的过程中,重力对它们做的功相同D三个小球落地时的动量相同3、一跳绳运动员质量m= 50 kg , 1 rnin 跳 N =180次,假设每次跳跃中,脚与地面接触时间占跳跃一次所需时间的1/3,试估算该运动员跳绳时在上升阶段克服重力做功的平均功率(g取10m/s2 )4、一根质量为M的直木棒,悬挂在O点,有一质量为m的猴子,抓着木棒,剪断悬挂木棒的细绳,木棒开始沿竖直方向下落,若猴子对地高度不变。忽略空气阻力,则下面的四个图像(图525)中能定性反映在这段时间内猴子做功的功率随时间变化关系的是( )5、下图为汽车在平地上运动的速度图象,则由图可知汽车牵引力的功率随时间变化的图像可能是下图中的( )例56、一辆能沿倾角为的斜坡向上行驶的速率为v的汽车,又能以不变功率向下行驶,其速率为3v,则汽车在水平面上以不变功率行驶的速率为多少? 7、一列火车总质量 M = 500 t ,机车发动机的额定功率 P = 6105 W ,在轨道上行驶时,轨道对列车的阻力 f 是车重的0.01 倍,求: (1)火车在水平轨道上行驶的最大速度; (2)在水平轨道上,发动机以额定功率P工作,当行驶速度为v1 = lm/s 和v2= 10m/s时,列车的瞬时加速度 a1、 a2 各是多少; (3)在水平轨道上以 36 km/h 速度匀速行驶时,发动机的实际功率 P ; (4)若火车从静止开始,保持0.5m/s2 的加速度做匀加速运动,这一过程维持的最长时间 8、铁路提速要解决许多技术问题,通常列车阻力与速度平方成正比,即f = k v2,列车要跑得快,必须用大功率的机车来牵引。(1)试计算列车分别以120km/h和40km/h的速度匀速行驶时,机车功率大小的比值。(2)除上题涉及的问题外,还有其他许多技术需要解决,例如:为了减少列车在高速行驶中的振动,要把原先的接缝轨道变为无缝轨道,请你再举一例,并简要说明。 9、一杂技运动员骑摩托车沿一竖直圆轨道如图所示做特技表演,若车的速率恒为20m/s,人与车质量之和为200kg,轮胎与轨道间的动摩擦因素为=0.1,车通过最低点A时,发动机功率为12kW,求车通过最高点时发动机的功率(g取10m/s2)【参考答案】1、150W,300W2、 C 3、 277.8W4、B 5、 B 6、 7、(1)12m/s (2)a1=1.1m/s2、 a2=0.02m/s2 (3)5105 W (4)4s8、(1)27:1 (2)进一步改善其自身的减振装置9、 4kW【达标训练】1关于摩擦力对物体做功,以下说法中正确的是( )A滑动摩擦力总是做负功 B滑动摩擦力可能做负功,也可能做正功PQOFC静摩擦力对物体一定做负功D静摩擦力对物体总是做正功2.如图所示,绳的上端固定在O点,下端系小球PP与斜面Q的接触面粗糙用水平力向右推Q,使它沿光滑水平面匀速运动从图中实线位置到虚线位置过程中,下列说法中正确的是( ) A.摩擦力对小球P做负功 B.斜面Q对小球的弹力垂直于斜面因此对小球不做功C.绳的拉力对小球P做正功 D.推力F对斜面做的功和小球P对斜面做的功的绝对值相等tvOv00.5v0tvOv00.5v0tvOv00.5v0tvOv00.5v03.汽车在平直公路上以速度v0匀速行驶,发动机功率为P快进入闹市区时,司机减小了油门,使汽车的功率立即减小一半并保持该功率继续行驶图四个图象中,哪个图象正确表示了从司机减小油门开始,汽车的速度与时间的关系( ) A. B. C. D. 4.图为表演杂技“飞车走壁”的示意图演员骑摩托车在一个圆桶形结构的内壁上飞驰,做匀速圆周运动图中a、b两个虚线圆表示同一位演员骑同一辆摩托,在离地面不同高度处进行表演的运动轨迹设摩托车受到的阻力大小恒定,不考虑摩托车的侧滑趋势,下列说法中正确的是 ( ) abA.在a轨道上运动时角速度较大B.在a轨道上运动时摩托车对侧壁的压力较大C.在a轨道上运动时摩托车的实际功率较大较大D.在a轨道上运动时摩托车所受向心力较大 5.如图所示,粗糙的斜面与光滑的水平面相连接,滑块沿水平面以速度v0运动,设滑块运动到A点的时刻为t=0,距A点的水平距离x,水平速度为vx.由于v0不同,从A点到B点的几种可能的运动图象如下列选项所示,其中表示摩擦力做功最大的是( )6.如图所示,绷紧的传送带始终保持着大小为 v4m/s的速度水平匀速运动。一质量m=1kg的小物块无初速地放到皮带A处,物块与皮带间的滑动动摩擦因数=0.2,A、B之间距离s=6m。求物块从A运动到B的过程中摩擦力对物块做了多少功?7.质量为2t的农用汽车,发动机额定功率为30kW,汽车在水平路面行驶时能达到的最大时速为54km/h若汽车以额定功率从静止开始加速,当其速度达到v=36km/h时刻,汽车的瞬时加速度是多大? 8.人的心脏每跳一次大约输送810-5m3的血液正常人的血压(可看作心脏压送血液的压强)平均值大约为1.5104Pa,心跳约每分钟70次根据以上数据估测心脏工作的平均功率约为多少?5 10 15 20 25 3084F/Ns/mF1F2O9.如图所示,表示作用在做直线运动的物体上的合外力F随物体位移s而变的对应关系已知物体的质量为m=25kg ,开始处于静止状态,则在30m末该物体的速度大小是_m/s10.如图所示,一位杂技演员骑摩托车沿竖直面内的一个固定圆轨道做特技表演,他控制车的速率始终保持在20m/s,人与车的总质量为100kg,轨道对车的阻力大小是轨道对车压力的0.1倍已知车通过最低点A时发动机的即时功率为9kW,求车通过最高点B时发动机的瞬时功率 BA11.一水平放置的水管,距地面高hl.8m,管内横截面积S2.0cm2。有水从管口处以不变的速度v2.0m/s源源不断地沿水平方向射出,设出口处横截面上各处水的速度都相同,并假设水流在空中不散开。取重力加速度g10ms2,不计空气阻力。求:水流稳定后在空中有多少立方米的水。设水是用抽水机从地面下3.2m深处的井中抽出来的,那么抽水机的输出功率是多大?【达标训练参考答案】1.B.2.D 3.C 4.C 5D 6.8J 7. 0.5m/s2 8. 1.4W 9. 4 10. 5kW 11-.2.410-4m3 20.8W【反思】收获疑问- 配套讲稿:
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