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1、第八章 機械能守恒定律功 與 功 率第八章 機械能守恒定律功 與 功 率1新人教版高中物理必修二功與功率教學ppt課件教師版2一、功1.公式:W=Flcos。力與位移相對地面(1)是_方向之間的夾角,l為物體_的位移。恒力(2)該公式適用于_做功。標量(3)功是_(選填“標量”或“矢量”)。一、功3(4)功是一個_(過程 選填“過程”或“狀態(tài)”)量。焦耳(焦)(5)單位:_。符號是J。(4)功是一個_(過程 選填“過程”或“狀態(tài)”)量。42.正功和負功:用線將相應知識連接起來。2.正功和負功:用線將相應知識連接起來。5二、功率【思考】起重機甲在60 s內把1噸的貨物勻速提高了5 m,另一臺起重

2、機乙在30 s內把1噸的貨物勻速提高了5 m。哪一臺起重機做功快?如何比較它們做功的快慢?二、功率6提示:起重機乙做功快,做的功相同,用時少的做功快。提示:起重機乙做功快,做的功相同,用時少的做功快。71.定義:功W與完成這些功所用時間t的_比值叫作功率。2.定義式:P=。瓦特W3.單位:_(瓦),符號是_。標4.功率是_量?？炻?.物理意義:是表示做功_的物理量。1.定義:功W與完成這些功所用時間t的_比值叫作功率86.額定功率與實際功率:最大(1)額定功率:發(fā)動機正常工作時輸出的_功率。實際功率:發(fā)動機實際工作時輸出的功率。P實P額(2)為了保證機械的安全,工作時盡量使_。6.額定功率與實

3、際功率:9三、功率與速度【思考】汽車上坡時,司機為什么要換低擋來減小速度?提示:根據公式P=Fv可知,汽車上坡時,功率不變,為獲得較大的牽引力,需換低擋來減小速度。三、功率與速度101.關系:當一個力與運動方向在同一直線上時,這個力速度對物體做功的功率等于這個力與_的乘積。2.關系式:P=Fv。(1)若v是物體的平均速度,則P=Fv為對應時間t內的平均功率_。瞬時功率(2)若v是瞬時速度,則P表示該時刻的_。1.關系:當一個力與運動方向在同一直線上時,這個力113.應用:從P=Fv可以看出,汽車、火車等交通工具,當發(fā)反比動機的功率P一定時,牽引力F與速度成_,要增大牽引力,就要減小速度。3.應

4、用:從P=Fv可以看出,汽車、火車等交通工具,當發(fā)124.平均功率與瞬時功率:(1)平均功率。大小:某一段時間t內功率的平均值。一段時間意義:表示_內做功的平均快慢程度,對應的是一段時間(或過程)。4.平均功率與瞬時功率:13(2)瞬時功率。大小:某一時刻功率的瞬時值,能精確地描述做功的快慢。某一瞬時意義:表示_做功的快慢程度,對應的是某一時刻(或某一位置)。(2)瞬時功率。14一 功的含義和正負判斷1.做功的兩個條件:做功的力和物體在力的方向上發(fā)生的位移,兩個條件缺一不可。2.決定功大小的因素:由功的公式W=Flcos可得,功的大小決定于做功的力的大小及受力物體在力的方向上發(fā)生的位移大小,與

5、物體的質量大小、物體所處環(huán)境、物體的運動狀態(tài)等因素無關,即力做功具有獨立性。一 功的含義和正負判斷1.做功的兩個條件:做功的力和物體在15【思考討論】下面三種情境中,人是否對物體做功?(物理觀念)【思考討論】(物理觀念)16(1)舉重運動員舉著杠鈴不動。(2)一人在水平地面上勻速搬運一盆花。(3)小孩拉箱子沿水平地面向右運動一段位移。(1)舉重運動員舉著杠鈴不動。17提示:(1)杠鈴沒有發(fā)生位移,舉杠鈴的力對杠鈴不做功。(2)搬花盆的力與花盆的位移垂直,人對花盆不做功。(3)箱子在拉力的方向上發(fā)生了一段位移,拉力對箱子做了功。提示:(1)杠鈴沒有發(fā)生位移,舉杠鈴的力對杠鈴不做功18【典例示范】

6、水平路面上有一輛汽車向左運動,車廂內有一個固定斜面,一個人坐在斜面上,車與人始終相對靜止。下列說法正確的是 ()【典例示范】說法正確的是 ()19A.汽車勻速行駛時,斜面對人的支持力不做功B.汽車減速行駛時,斜面對人的支持力做負功C.汽車減速行駛時,斜面對人的摩擦力一定做負功D.汽車加速行駛時,斜面對人的摩擦力一定做正功A.汽車勻速行駛時,斜面對人的支持力不做功B.汽車減速行駛20【解析】選C。人受重力、垂直斜面向上的支持力、摩擦力三個力的作用,無論車做加速、勻速、減速運動,支持力與速度方向的夾角均小于90,即支持力均做正功,故A、B錯誤;當車勻速運動時,人受到的合外力等于0,即人受的支持力與

7、摩擦力的合力與人的重力等大反向,則當車向左做減速運動時,支持力與摩擦力的合力向右上方,才可使人的合力水平向右,則可知摩擦力在【解析】選C。人受重力、垂直斜面向上的支持力、摩擦力三個力的21水平方向的分力一定大于支持力在水平方向的分力,故摩擦力與速度的夾角一定大于90,即摩擦力做負功,故C正確;同理,當車向左做加速運動時,支持力與摩擦力的合力向左上方,才可使人的合力水平向左,則可知摩擦力有三種情況,第1種情況摩擦力沿斜面向上在水平方向的分力一定小于支持力在水平方向的分力,摩擦力做負功,第2種情況摩擦力為零,摩擦力不做功,第3種擦力做正功 D錯誤。水平方向的分力一定大于支持力在水平方向的分力,故摩

8、擦力與速度22【規(guī)律方法】判斷力做正、負功的方法(1)根據力F和物體位移l方向的夾角判斷常用于恒力做功的情形。(2)根據力與物體瞬時速度方向的夾角判斷常用于曲線運動的情形?！疽?guī)律方法】判斷力做正、負功的方法23如圖所示:若夾角是銳角,力做正功。若夾角是鈍角,力做負功。若夾角是直角,力不做功。如圖所示:24【母題追問】1.(多選)在【典例示范】情境中,若車廂內的斜面改為水平面,人坐在水平面上,車與人始終相對靜止。則下列說法正確的是()A.汽車勻速行駛時,水平面對人的支持力不做功B.汽車減速行駛時,水平面對人的支持力做負功C.汽車減速行駛時,水平面對人的摩擦力一定做負功D.汽車加速行駛時,水平面對

9、人的摩擦力一定做正功【母題追問】確的是()A.汽車勻速行駛時,水平面對人的支25【解析】選A、C、D。當車勻速行駛時,人受重力、垂直水平面向上的支持力兩個力的作用,無論車做加速、勻速、減速運動,支持力與速度方向的夾角均等于90,即支持力均不做功,A正確,B錯誤;當車減速行駛時,人受重力、垂直水平面向上的支持力和水平向右的摩擦力三個力的作用,即人受的摩擦力的方向與速度方向【解析】選A、C、D。當車勻速行駛時,人受重力、垂26相反,摩擦力做負功,C正確;當車加速行駛時,人受到水平面的摩擦力水平向左,與速度方向相同,摩擦力做正功,D正確。相反,摩擦力做負功,C正確;當車加速行駛時,人受到水平面的摩2

10、72.(多選)【典例示范】中的人下車后進入電梯上樓,已知從1樓到20樓的過程中經歷了先加速、后勻速、再減速的運動過程,則電梯對人的支持力的做功情況是()A.加速時做正功,勻速時不做功,減速時做負功B.加速時做正功,勻速和減速時做負功C.加速和勻速時做正功,減速時做負功2.(多選)【典例示范】中的人下車后進入電梯上樓,已知從1樓28【解析】選D。在加速、勻速、減速的過程中,支持力與人的位移方向始終相同,所以支持力始終對人做正功,故D正確?！窘馕觥窟xD。在加速、勻速、減速的過程中,支持力與人的位移方29【補償訓練】1.如圖所示,拖著舊橡膠輪胎跑是身體耐力訓練的一種有效方法。如果某受訓者拖著輪胎在水

11、平直道上跑了100 m,那么下列說法正確的是()【補償訓練】100 m,那么下列說法正確的是()30A.輪胎受到地面的摩擦力對輪胎做了負功B.輪胎受到的重力對輪胎做了正功C.輪胎受到的拉力對輪胎不做功D.輪胎受到的地面的支持力對輪胎做了正功A.輪胎受到地面的摩擦力對輪胎做了負功31【解析】選A。由題知,輪胎受到地面的摩擦力方向水平向左,而位移水平向右,兩者夾角為180,則輪胎受到地面的摩擦力做了負功,A正確;輪胎受到的重力豎直向下,而輪胎的位移水平向右,則輪胎在豎直方向上沒有發(fā)生位移,重力不做功,B錯誤;設拉力與水平方向的夾角為,由于是銳角,所以輪胎受到的拉力做正【解析】選A。由題知,輪胎受到

12、地面的摩擦力方向水平向左,而位32功,C錯誤;輪胎受到地面的支持力豎直向上,而輪胎的位移水平向右,則輪胎在豎直方向上沒有發(fā)生位移,支持力不做功,D錯誤。功,C錯誤;輪胎受到地面的支持力豎直向上,而輪胎的位移水平向332.(多選)如圖所示,光滑斜面放在水平面上,斜面上用固定的豎直擋板擋住一個光滑的重球。在整個裝置沿水平面向左勻速運動的過程中,下列說法正確的是()A.重力不做功B.斜面對球的彈力不做功C.斜面對球的彈力做正功2.(多選)如圖所示,光滑斜面放在水平面上,斜面上用固定的豎34【解析】選A、C、D。根據功的公式可知,重力與運動方向相互垂直,故重力不做功,故A正確;斜面對球的彈力與運動方向

13、夾角為銳角,故斜面對球的彈力FN做正功,故B錯誤,C正確;擋板對球的彈力向右,與運動方向相反,擋板對球的彈力做負功,故D正確?！窘馕觥窟xA、C、D。根據功的公式可知,重力與運動方向相互垂35二 功率含義和計算1.公式P=和P=Fv的比較:二 功率含義和計算1.公式P=和P=Fv的比較:362.功率的計算:(1)平均功率的計算:利用P=。利用P=F cos,其中 為物體運動的平均速度。2.功率的計算:利用P=。利用P=F cos 37(2)瞬時功率的計算:利用公式P=Fvcos,其中v為瞬時速度。利用公式P=FvF,其中vF為物體的速度在力F方向上的分速度。利用公式P=Fvv,其中Fv為物體受的

14、外力在速度v方向上的分力。(2)瞬時功率的計算:38【思考討論】情境:小田同學在一個斜坡底端騎自行車由靜止開始加速向上運動,假定他的運動是勻加速運動,經過一段時間騎到坡頂?！舅伎加懻摗?9討論:(1)如何計算小田在爬坡過程中的功率?該功率是平均功率還是瞬時功率?(物理觀念)(2)如何計算小田爬到坡頂時的功率?該功率是平均功率還是瞬時功率?(物理觀念)討論:功率還是瞬時功率?(物理觀念)(2)如何計算小田40提示:(1)利用公式P=該功率是平均功率。(2)利用公式P=Fv,該功率是瞬時功率。提示:(1)利用公式P=該功率是平均功率。(2)利用公式P41【典例示范】如圖甲所示,光滑水平地面上放著一

15、質量為m的物體,在02t0時間內,物體受到與水平方向成=37角斜向右上方的拉力作用,由靜止開始沿地面運動;在2t03t0的時間內物體受到水平拉力作用,拉力F的大小與時間的關系如圖乙所示。已知sin37=0.6,cos37=0.8,下列說法正確的是 ()【典例示范】如圖甲所示,光滑水平地面上放著一質量為m的物42新人教版高中物理必修二功與功率教學ppt課件教師版43A.在02t0時間內,物體的位移大小為B.在t0時,拉力的功率為C.在2t03t0時間內,拉力所做的功為D.在03t0時間內,拉力的平均功率為A.在02t0時間內,物體的位移大小為B.在t0時,拉力的44【解析】選D。開始時物體的加速

16、度:在02t0時間內,物體的位移大小為:x1=故A錯誤;在t0時物體的速度:v1=a1t0=拉力的功率:P1=5F0v1cos37=故B錯誤;在2t03t0時間內,物體的加速度:a2=【解析】選D。開始時物體的加速度:拉力的功率:P1=5F045在2t0末物體的速度:v2=a12t0=在2t03t0時間內,物體的位移:x2=v2t0+所以在2t03t0時間內,拉力做的功:W2=9F0 x2=故C錯誤;在03t0時間內拉力F對物體做的功:W=5F0cos37x1+W2=在2t0末物體的速度:v2=a12t0=在2t03t046所以在03t0時間內,拉力的平均功率為:故D正確。所以在03t0時間內

17、,拉力的平均功率為:故D正確。47【素養(yǎng)訓練】1.設一個學生在平直公路上以一般速度騎自行車,所受阻力約為車、人總重的0.03倍,則學生的功率最接近于()A.1 000 WB.1 WC.100 WD.10 W【素養(yǎng)訓練】()B.1 WC.100 WD.10 W48【解析】選C。一個學生與車的質量約為50 kg,重力就是500 N,則受到的阻力的大小為15 N,騎自行車的速度一般約為1520 km/h,即約為56 m/s,取大小為6 m/s,則勻速行駛時,學生的功率P=Fv=fv=156 W=90 W,最接近的為C選項100 W。故A、B、D錯誤,C正確?！窘馕觥窟xC。一個學生與車的質量約為50

18、kg,重力就是50492.每年春節(jié)前溫州農村都有搗年糕的習俗,借此來寓意“年年發(fā)財、步步高升”。搗年糕時,一人將“石杵”一起一落揮動,另一人在“石杵”揮動的間隙迅速翻動米粉團,直到米粉團柔軟而有彈性。已知“石杵”質量為20 kg,每分鐘上下?lián)]動20下,每次重心上升的高度約為90 cm,則人揮動“石杵”做功的功率約為 ()2.每年春節(jié)前溫州農村都有搗年糕的習俗,借此來寓意“年年發(fā)財50A.60 WB.120 WC.180 WD.540 WA.60 WB.120 WC.180 WD.540 W51【解析】選A。揮動“石杵”一次所做的功:W=mgh=20100.9 J=180 J;1 min內做的總

19、功:W總=nW=20 180 J=3 600 J,則人揮動“石杵”做功的平均功率:故A正確,B、C、D錯誤?！窘馕觥窟xA。揮動“石杵”一次所做的功:W=mgh=2052【補償訓練】1.如圖所示是健身用的“跑步機”示意圖,質量為m的運動員踩在與水平面成角的靜止皮帶上,運動員用力后蹬皮帶,皮帶運動過程中受到的摩擦力恒定為Ff,使皮帶以速度v勻速運動,則在運動過程中下列說法正確的是()【補償訓練】53A.人對皮帶不做功B.人腳對皮帶的摩擦力是皮帶運動的動力C.人對皮帶做功的功率為Ffv cos D.人對皮帶做功的功率為mgvA.人對皮帶不做功54【解析】選B。在人對皮帶摩擦力作用下,皮帶發(fā)生了位移,

20、則人對皮帶做功,故A錯誤;人腳對皮帶摩擦力方向與皮帶運動方向相同,是皮帶運動的動力,故B正確;人對皮帶做功的功率P=Ffv,故C、D錯誤?！窘馕觥窟xB。在人對皮帶摩擦力作用下,皮帶發(fā)生了位移,則人對552.在全國女子手球錦標賽比賽中,某運動員將質量為0.4 kg的手球以3 m/s的速度水平拋出,當手球的速度為5 m/s時,重力的瞬時功率為(不計空氣阻力,重力加速度取10 m/s2)()A.1.6 WB.2 WC.16 WD.20 W2.在全國女子手球錦標賽比賽中,某運動員將質量為速度取10 56【解析】選C。根據平行四邊形定則知,手球的豎直分速度為:vy=重力的瞬時功率為:m/s=4 m/s,

21、P=mgvy=0.4104 W=16 W故C正確,A、B、D錯誤?！窘馕觥窟xC。根據平行四邊形定則知,手球的豎直分vy=m/s57三 機車啟動問題1.兩種啟動方式的過程分析:三 機車啟動問題1.兩種啟動方式的過程分析:58新人教版高中物理必修二功與功率教學ppt課件教師版592.機車啟動問題中幾個物理量的求法:(1)機車的最大速度vm的求法:機車達到勻速前進時速度最大,此時牽引力F等于阻力Ff,故(2)勻加速啟動持續(xù)時間的求法:牽引力F=ma+Ff,勻加速的最后速度vm=時間t=2.機車啟動問題中幾個物理量的求法:60(3)瞬時加速度的求法:據F=求出牽引力,則加速度(3)瞬時加速度的求法:據

22、F=求出牽引力,則加速度61【思考討論】情境:如圖,汽車以恒定功率啟動。【思考討論】62討論:(1)汽車的加速度如何變化?汽車做什么運動?(科學思維)(2)用P=Fv研究汽車啟動時,F是什么力?(物理觀念)提示:(1)汽車的加速度減小,汽車做加速度減小的加速運動。(2)F是汽車的牽引力。討論:(科學思維)(物理觀念)提示:(1)汽車的加速度減小,63【典例示范】2019年6月17日22時55分我國四川宜賓發(fā)生6.0級地震,震源深度16千米,致使12人遇難,134人受傷。地震發(fā)生后,四川省公安廳交警總隊緊急調度宜賓、成都及沿線高速交警搶通受損道路,開辟救援綠色通道。已知大型機械一旦進入現(xiàn)場,其作

23、用非常巨大,一臺起重機由靜止開始勻加速豎直提起質量為m的重物,當重物的【典例示范】64速度為v1時,起重機的有用功率達到最大值P,以后起重機保持該功率不變,繼續(xù)提升重物,直到以最大速度勻速上升為止,重力加速度為g,空氣阻力不計。(1)試對重物上升的整個過程進行運動性質分析。(2)求鋼繩的最大拉力為多大?(3)求重物的最大速度為多大?速度為v1時,起重機的有用功率達到最大值P,以后起重機保持該65【解析】(1)重物開始向上做勻加速直線運動,達到速度v1時,有用功率達到最大,此后保持該功率不變,根據P=Fv可知,速度繼續(xù)增大,牽引力減小,根據F-mg=ma可知加速度減小,當加速度減小到零時,速度達

24、到最大?！窘馕觥?1)重物開始向上做勻加速直線運動,達到速度v1時,66(2)在勻加速階段,鋼繩的拉力最大,根據P=Fv1,解得F=(3)當牽引力等于重力時,速度達到最大即P=mgv,解得v=(2)在勻加速階段,鋼繩的拉力最大,67答案:(1)重物上升的整個過程先向上做勻加速運動,達到額定功率后做加速度減小的變加速運動,最終達到勻速運動。(2)(3)答案:(1)重物上升的整個過程先向上做勻加速運動,達到額定功68【素養(yǎng)訓練】1.一輛重1 t的汽車,其發(fā)動機額定功率為10 kW。當它以0.6 m/s2的加速度在水平路面上勻加速行駛過程中,測得當其發(fā)動機輸出功率為6 kW時,其速度為6 m/s。由

25、此可知該汽車在此路面上行駛時可能達到的最大速度是()A.6 m/sB.10 m/sC.16.7 m/s D.25 m/s【素養(yǎng)訓練】度是()A.6 m/sB.10 m/sC69【解析】選D。當其發(fā)動機輸出功率為6 kW時,其速度為6 m/s,則此時的牽引力F=1 000 N,根據牛頓第二定律得:F-f=ma解得:f=(1 000-0.61 000)N=400 N;當牽引力等于阻力時,速度最大,則vm=m/s=25 m/s?！窘馕觥窟xD。當其發(fā)動機輸出功率為6 kW時,其速度為6 m702.如圖所示為汽車的加速度a與車速倒數(shù) 的關系圖像,若汽車質量為4103 kg,它由靜止開始沿平直公路行駛,且

26、行駛中阻力恒定,最大車速為30 m/s,求:2.如圖所示為汽車的加速度a與車速倒數(shù) 的關系圖像,若汽車71(1)汽車的額定功率。(2)當汽車的速度為20 m/s時汽車的加速度的大小。(1)汽車的額定功率。72【解析】(1)設汽車的額定功率為P,所受的阻力大小為f。由題圖知,汽車的最大速度為vm=30 m/s,此時汽車做勻速直線運動,有F=f,代入得:P=Fvm=f30 m/s當m-1s時,a=2 m/s2根據牛頓第二定律得:-f=ma【解析】(1)設汽車的額定功率為P,所受的阻力大小根據牛頓第73代入得:-f=41032 N由解得:f=4103 N,P=1.2105 W(2)當汽車的速度為v=

27、20 m/s時,根據牛頓第二定律有:F-f=ma又P=Fv聯(lián)立解得a=0.5 m/s2答案:(1)1.2105 W (2)0.5 m/s2代入得:-f=41032 N由解得:f=474【補償訓練】1.水平路面上行駛的汽車所受到的阻力大小與汽車行駛的速率成正比。若汽車從靜止出發(fā),先做勻加速直線運動,達到額定功率后保持額定功率行駛,則在整個行駛過程中,汽車受到的牽引力大小與阻力大小關系圖像正確的是 ()【補償訓練】圖像正確的是 ()75新人教版高中物理必修二功與功率教學ppt課件教師版76【解析】選A。若汽車從靜止出發(fā),先做勻加速直線運動,在勻加速運動階段,由F-Ff=ma可得,F=Ff+ma。牽

28、引力隨阻力的增大而均勻增大,圖像C、D錯誤。達到額定功率后保持額定功率行駛,由F=與阻力成反比,圖像A正確,B錯誤。Ff=kv可知,牽引力【解析】選A。若汽車從靜止出發(fā),先做勻加速直線運動,在勻加速772.水平面上靜止放置一質量為m=0.2 kg的物塊,固定在同一水平面上的小型電動機通過水平細線牽引物塊,使物塊由靜止開始做勻加速直線運動,2 s末達到額定功率,其v-t圖像如圖所示,物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為=0.1,g取10 m/s2,電動機與物塊間的距離足夠遠。2.水平面上靜止放置一質量為m=0.2 kg的物塊,固定在同78(1)求物塊做勻加速直線運動時受到的牽引力大小。(2)求電動機的額

29、定功率。(3)求物塊在電動機牽引下,最終能達到的最大速度的大小。(1)求物塊做勻加速直線運動時受到的牽引力大小。79【解析】(1)根據圖像知勻加速時的加速度為a=m/s2=0.4 m/s2f=mg=0.10.210 N=0.2 N根據F=f+ma=(0.2+0.20.4)N=0.28 N【解析】(1)根據圖像知勻加速時的加速度為a=m/s2=080(2)2 s末電動機達到額定功率P=Fv2=0.280.8 W=0.224 W(3)當F=f時,速度達最大,vm=m/s=1.12 m/s答案:(1)0.28 N (2)0.224 W(3)1.12 m/s(2)2 s末電動機達到額定功率(3)1.1

30、2 m/s81【拓展例題】考查內容:機車啟動的其他圖像的分析【典例示范】一輛汽車在平直的公路上以某一初速度運動,運動過程中保持恒定的牽引功率,其加速度a和速度的倒數(shù) 的關系圖像如圖所示。若已知汽車的質量,則根據圖像所給的信息,不能求出的物理量是 ()【拓展例題】考查內容:機車啟動的其他圖像的分析度的倒數(shù) 82A.汽車的功率B.汽車行駛的最大速度C.汽車所受到的阻力D.汽車運動到最大速度所需的時間A.汽車的功率83【正確解答】選D。由F-Ff=ma,P=Fv可得:a=對應圖線可知,=k=40 m2/s3,可求出汽車的功率P,由a=0時,=0.05 m-1s可得:vm=20 m/s,再由vm=可求出汽車受到的阻力Ff,但無法求出汽車運動到最大速度所需的時間。【正確解答】選D。由F-Ff=ma,P=Fv可得:a=84【課堂回眸】【課堂回眸】85