新人教高中物理必修二功率精品教案.docx

1、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

2、t时刻附近，选很小一段时间t,与用这段时间所完成的功 W与t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=Fscos/t=FVcos 上式中F表示某一力;v表示速度，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=FVcos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=Fvcos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,则P=Fvcos求得这一时刻的瞬时功率e. 若F与v夹角=

3、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30,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=Fvcos求得.物体下滑时做匀加速直线

4、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=Gsin/m=gsin30=101/2m/s2=5 m/s2下滑到低端时的速度v=此时重力的瞬时功率P=Gvcos=mgvcos60=1.210101/2 J=60J物体下滑时间t=v/a=10/5 s=2s重力做功的平均功率P=W/t=60/2 W=30W答案60W 30W 总结对功率的计算，瞬时功率只能用P=Fvcos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=30,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)

5、 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/v v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

6、力F恒定,再由P=Fv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/Fa = 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

7、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=10103,设阻力恒为车重的0.1倍,取1. 若汽车以额定功率起所达到的最大速度vm当

8、速度v=1m/s时,汽车加速度为少?加速度a=5m/s2时,汽车速度为多少?g=10m/s22. 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.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 汽车速度v1=1m/s时,汽车牵引力为F1 F1=P0/v1=1105N 汽车加速度为 a1 a1=(F1-0.1mg)/m=90m/s2 汽车加速度a2=5m/s2时,汽车牵引力为F2 F2-0.1mg=ma2 F2=6104N 汽车速度v2=P0/F2=1.67m/s3. 汽车匀加速起动时的牵引力

9、为:4. F=ma+f=ma+0.1mg =(101030.5+1010310)N=1.5104N达到额定功率时的速度为:vt=P额/F=6.7m/svt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1 vm=10m/s a1=90m/s2 v2=1.67m/s2. t=13.3s总结 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. 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

10、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. 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,v2v1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/

11、s , 1.4m/s2 (2) 16s , 4.8105J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=3809.814J=52136J故水泵功率P=W/t=52136/60W=868.93W869W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

12、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810-5m3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1.5104Pa，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/t=FL/t =PL2L/t =PV/t=1.5104810570W/60=1.

13、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=Fvcos .物理规律是从众多物理现象概括总结出来的,高

14、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(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=DSv2sin2,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FNcos=mg DSv2sincos=mg v=1/sin(mg/DScos)1/2 牵引力功率为P=FTv=mgtanv 解、得 P

15、=mg/cos(mg/DScos)1/2 t答案 P=mg/cos(mg/DScos)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=DSv2sin2”,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