新人教高中物理必修二功率精品教案.docx

新人教高中物理必修二功率精品教案.docx

《新人教高中物理必修二功率精品教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新人教高中物理必修二功率精品教案.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

新人教高中物理必修二功率精品教案

73功率

[精讲精析]

[知识精讲]

知识点1.功率

（1）定义:

功W跟完成这些功所用的时间t的比值叫做功率.

（2）公式P=W/t

说明:

此公式是功率的定义式,使用于任何情况下的功率计算

（3）单位:

在国际单位制中,功率的单位是瓦特,简称瓦,符号是W.

（4）物理意义:

功率是表示物体做功快慢的物理量,它由物体做的功与做这些功所需的时间决定,并不单纯由做功的多少决定.只是在做功时间相同的情况下,才能认为做功多则功率大

注意

（1）功（W）与完成这些工所用时间（t）之比值（W/t）,实际上是平均功率的的概念,当做功快慢不发生变化时,比值为一定值.若要表示t时刻的瞬时功率,则在t时刻附近，选很小一段时间Δt,与用这段时间所完成的功

ΔW与Δt之比值就是t时刻的瞬时功率。

（2）功率的另一表达式

P=W/t=Fscosα/t=FVcosα

上式中F表示某一力;v表示速度，α表示F与v方向的夹角.

上式的应用有以下几种情况:

a.若F为某一恒力,速度v大小和方向不变时,平均功率和瞬时功率相同

b.若F为某一恒力,速度方向不变而大小变化，某一段时间内平均速度为v,则P=FVcosα求得这一段时间内的平均功率

c.若F为某一恒力,某一时刻速度为v,则P=Fvcosα求得这一时刻的瞬时功率

d.若某一时刻力为F,速度为v,两者夹角为α,则P=Fvcosα求得这一时刻的瞬时功率

e.若F与v夹角α=0时,公式变为P=Fv

（3）额定功率和实际功率

额定功率是发动机正常工作时的最大功率，通常都在铭牌上标明.机器工作时,必须受额定功率的限制。

发动机的输出功率（即实际功率）,可以小于额定功率，有时实际功率也会略大于额定功率，但不允许长时间超过额定功率.

例1.如图所示,倾角为30º,长度为10cm的光滑斜面。

一质量为1.2kg的物体从斜面顶端由静止开始下滑,

求物体滑到斜面低端时重力做功的瞬时功率是多少？

整个过程中重力做功的平均功率是多少?

（g取10m/s2）

[思路分析]先受力分析，由牛顿第二定律求出物体

运动的加速度，从而求出物体到达低端时速度的大

小和方向，由公式P=Fvcosα求得.

物体下滑时做匀加速直线运动，受力情况如图所示.

由牛顿第二定律F=ma得物体的加速度a=Gsinα/m=gsin30º=10×1/2m/s2=5m/s2

下滑到低端时的速度

v=

此时重力的瞬时功率P=Gvcosα=mgvcos60º=1.2×10×10×1/2J=60J

物体下滑时间

t=v/a=10/5s=2s

重力做功的平均功率

P=W/t=60/2W=30W

[答案]60W30W

[总结]对功率的计算，瞬时功率只能用P=Fvcosα计算，平均功率P=W/t计算,当恒力做功时也可用P=Fv计算.

[变式训练]固定光滑斜面的倾角α=30º,质量为m的物体由静止开始下滑,滑行距离为x时,重力的瞬时功率为（）

A.

[答案]B

知识点2.机车起动的两种过程

（1）一恒定的功率起动

机车以恒定的功率起动后，若运动过程所受阻力f不变,由于牵引力F=P/v随v增大,F减小.根据牛顿第二定律a=（F-f）/m=P/mv-f/m,当速度v增大时,加速度a减小，其运动情况是做加速度减小的加速运动。

直至F=F'时,a减小至零,此后速度不再增大，速度达到最大值而做匀速运动，做匀速直线运动的速度是

vm=P/f,下面是这个动态过程的简单方框图

速度v当a=0时

a=（F-f）/m即F=f时保持vm匀速

F=P/vv达到最大vm

变加速直线运动匀速直线运动

这一过程的v-t关系如图所示

（2）车以恒定的加速度起动

由a=（F-f）/m知,当加速度a不变时,发动机牵引力F恒定,再由P=F·v知,F一定,发动机实际输出功P随v的增大而增大,但当增大到额定功率以后不再增大,此后,发动机保持额定功率不变,继续增大,牵引力减小,直至F=f时,a=0,车速达到最大值vm=P额/f,此后匀速运动

在P增至P额之前,车匀加速运动,其持续时间为

t0=v0/a=P额/F·a=P额/（ma+F’）a

（这个v0必定小于vm,它是车的功率增至P额之时的瞬时速度）计算时,先计算出F,F-F’=ma,再求出v=P额/F,最后根据v=at求t

在P增至P额之后,为加速度减小的加速运动,直至达到vm.下面是这个动态过程的方框图.

匀加速直线运动变加速直线运动

匀速直线运动v

这一过程的关系可由右图所示vm

注意:

中的仅是机车的牵引力,而非车辆所受的合力,这v0

一点在计算题目中极易出错.

实际上,飞机’轮船’火车等交通工具的最大行驶速度受到自身发动机额定功率P和运动阻力f两个因素的共同制约,其中运动阻力既包括摩擦阻力,也包括空气阻力,而且阻力会随着运动速度的增大而增大.因此,要提高各种交通工具的最大行驶速度,除想办法提高发动机的额定功率外,还要想办法减小运动阻力,汽车等交通工具外型的流线型设计不仅为了美观,更是出于减小运动阻力的考虑.

[例2]一汽车的额定功率为P0=100KW,质量为m=10×103,设阻力恒为车重的0..1倍,取

1.若汽车以额定功率起①所达到的最大速度vm②当速度v=1m/s时,汽车加速度为少?

③加速度a=5m/s2时,汽车速度为多少?

g=10m/s2

2.若汽车以的加速度a=0.5m/s2起动,求其匀加速运动的最长时间?

[思路分析]1.①汽车以额定功率起动,达到最大速度时,阻力与牵引力相等,依题,所以vm=P0/F=P0/f=P0/0.1mg=10m/s

②汽车速度v1=1m/s时,汽车牵引力为F1

F1=P0/v1==1×105N

汽车加速度为a1

a1=（F1-0.1mg）/m=90m/s2

③汽车加速度a2=5m/s2时,汽车牵引力为F2

F2-0.1mg=ma2F2=6×104N

汽车速度v2=P0/F2=1.67m/s

3.汽车匀加速起动时的牵引力为:

4.F=ma+f=ma+0.1mg=（10×103×0.5+10×103×10）N=1.5×104N

达到额定功率时的速度为:

vt=P额/F=6.7m/s

vt即为匀加速运动的末速度,故做匀加速运动的最长时间为:

t=vt/a=6.7/0.5=13.3s

[答案]1①vm=10m/s②a1=90m/s2③v2=1.67m/s

2.t=13.3s

[总结]⑴机车起动过程中,发动机的功率指牵引力的功率,发动机的额定功率指的是该机器正常工作时的最大输出功率,实际输出功率可在零和额定值之间取值.所以,汽车做匀加速运动的时间是受额定功率限制的.

⑵飞机、轮船、汽车等交通工具匀速行驶的最大速度受额定功率的限制,所以要提高最大速度,必须提高发动机的额定功率,这就是高速火车和汽车需要大功率发动机的原因.此外,要尽可能减小阻力.

⑶本题涉及两个最大速度:

一个是以恒定功率起动的最大速度v1,另一个是匀加速运动的最大速度v2,事实上,汽车以匀加速起动的过程中,在匀加速运动后还可以做加速度减小的运动,由此可知,v2>v1

[变式训练2]汽车发动机的额定功率为60kw,汽车质量为5t,运动中所受阻力的大小恒为车重的0.1倍.

（1）若汽车以恒定功率启动，汽车所能达到的最大速度是多少?

当汽车以5m/s时的加速度多大?

（2）若汽车以恒定加速度0.5m/s2启动，则这一过程能维持多长时间?

这一过程中发动机的牵引力做功多少?

[答案]

（1）12m/s,1.4m/s2

（2）16s,4.8×105J

[难点精析]

[例3]农田灌溉需用水泵抽水，每分钟用水380kg,所用水需从14m深的井里抽取,则水泵的额定功率至少是多少?

（保留整数）

[思路分析]机器抽水是连续的,我们可以取一段时间（如1分钟）分析，在此时间内把380kg的水升高14m.

解：

在1分钟内，水泵克服水的重力做功为：

W=mgh=380×9.8×14J=52136J

故水泵功率P=W/t=52136/60W=868.93W≈869W

[答案]869W

[方法总结]本题创新之处在于出题的立意新，对于抽水这样一个实际问题要进行合理的抽象，建立一个简单、合理的模型，即连续的水流可等效为质点处理。

[变式训练3]进行灌溉可以使用“水枪”。

一块半径为12m的农田，每分钟消耗灌溉用水80kg，水枪安装在地面上，所用的水是从4m深的井里抽取出来的。

则：

计算把水从井里抽取上来所需的功率？

[答案]P=52.3W

[例4]人的心脏每跳一次大约输送8×10-5m3的血液，正常人血压（可看作心脏压送血液的压强）的平均值为1.5×104Pa，心跳约每分钟70次，据此沽测心脏的平均功率约为W。

[思路分析]这类问题主要是物理模型的建立，把每一次输送的血液简化成一个正方体模型或圆柱体模型即可。

若建立输送是血液为正方体的模型，则输送血液时，位移为该正方体的边长L，则P=W/Δt=FL/Δt=PL2L/Δt=PV/Δt=1.5×104×8×105×70W/60=1.4W

[答案]1.4

[方法总结]在实际情况中，心脏积压内部的血液，对血液的压力各个方向的都有，对应的位移也是各个方向的，不易处理，上面的解答对此作了简化处理。

用物理知识联系实际问题，对研究对象或研究过程建立一个合理的模型，把实际问题转化成物理问题，往往是解题的关键。

[变式训练4]跳绳是一种健身运动，设某运动员的质量是50kg,他一分钟跳180次,假定在每次跳跃中,脚与地面的接触时间占跳跃依次所需时间的2/5,则该运动员跳绳是克服重力做功的平均功率是多少?

（g=10m/s2）

[答案]p=75W

[综合拓展]功率是描述物体做功快慢的物理量,公式P=W/t或P=Fvcosα.物理规律是从众多物理现象概括总结出来的,高考中理论联系实际,题型联系实际,多样化且灵活性大,体现高考创新意识.

[例5]在电视节目中,我们常常能看到一种精彩的水上运动-滑水板,如图所示,运动员在快艇的水平牵引力下,脚踏板倾斜滑板在水上匀速滑行.设滑板是光滑的,滑板的触水面积为S,滑板与水平方向的夹角θ（滑板前端抬起的角度）,水的密度为D.理论研究表明:

水对滑板的作用力大小为FN=DSv2sin2θ,式中的v为快艇的牵引速度.若人的质量为m,写出快艇在上述条件下对运动的牵引力功率p的表达式.

[思路分析]由图分析可知FNcosθ=mg

DSv2sinθcosθ=mg

v=1/sinθ·（mg/DScosθ）1/2①

牵引力功率为P=FTv=mgtanθ·v②

解①、②得P=mg/cosθ（mg/DScosθ）1/2

t

[答案]P=mg/cosθ（mg/DScosθ）1/2

[方法总结]本题涉及的问题情景是“快艇滑水”,解题时应注意利用题中提供已知信息:

“水对板的作用力大小为FN=DSv2sin2θ”,方向垂直与板面,并恰当地选取研究对象正确受力分析图即能求出P的表达式.

[活学活练]

[基础达标]

1.关于功率,下列说法正确的是（）

A.由P=W/t可知,只要知道W和t的值就可以计算出任意时刻的功率

B.由P=Fv可知,汽车的功率一定与他的速度成正比

C.由P=Fv可知,牵引力一定与速度成反比

D.当汽车P一定时,牵引力一定与速度成反比

2．关于功率，下列说法总正确的是（）

A．功率大说明物体做功多

B．功率小说明物体做功慢

C．由P=W/t可知机车做功越多，其