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高一物理教案:功率

编辑:sx_xingt

2013-03-07

【摘要】鉴于大家对精品学习网十分关注,小编在此为大家搜集整理了此文“高一物理教案:功率”,供大家参考!

本文题目: 高一化学教案:功率

1.3功率 学案

【学习目标】1.知道功率的物理意义、定义式、单位。

2.理解功率的导出式P=F•v的物理意义,并掌握其用法,会利用功率的两个公式来解释现象和进行计算。

3.理解平均功率和瞬时功率,了解平均功率、瞬时功率、额定功率、实际功率的区别与联系

【学习重点】1.理解功率的概念。

2.知道功率的种类及其计算。

【知识要点】

1.功率(power)是表示物体做功__________的物理量,其定义式是P=________。功率的国际单位是瓦特(watt),符号是_______。技术上常用_________做功率的单位,1kw=________w。

2.动力机器长时间工作所能输出的最大功率叫做__________,实际工作时输出的功率叫做__________,一般________额定功率(填“大于”、“等于”、“小于”)。

3.功率和速度关系的表达式为P=___________,可以看出,汽车、火车等交通工具发动机功率P一定时,牵引力F与速度v成_______比,要增大牵引力,就要_________速度。

【问题探究】

1、功率的计算

(1)平均功率

① (定义式),说明:它表示时间t内的平均功率,不管是恒定的力做功,还是变力做功,它都适用

② 说明:它表示时间t内的平均功率,α为恒力F与 的夹角。

⑵ 瞬时功率 说明:P和v分别表示t时刻的功率和速度,α为两者间的夹角。

与P=F•vcosα的应用选择,在具体应用时,这两个公式既有交叉性,同时又有不同的侧重。一般来说,在计算瞬时功率时,应考虑应用P=F•vcosα来求解,在计算一段过程的平均功率时,应选用 。

例1 从空中以40m/s的初速度沿着水平方向抛出一个重为10N的物体,不计空气阻力,取g=10m/s2,求(1)在抛出后3s内重力的功率。(2)在抛出后3s时重力的功率(设3s时未落地)。

解析 (1)3s内的功率是指平均功率,3s内重力做功 ,

故 。

(2) 3s时的功率是指瞬时功率,应用 求解,结合平抛知识得

mg•gt=10×10×3=300W。

例2 一个质量为m的物体,从高度为h,长度为L的光滑斜面顶端由静止开始下滑,求物体到达斜面底端时重力做功的功率?

解析: 本题所求重力做功的功率,应为瞬时功率 P=mgv cosα,而速度v是沿着斜面向下的。如图,设斜面的倾角为θ ,根据 而α=(90○-θ),

所以

点评:本题主要考查对瞬时功率的计算,要求同学们对三角关系理解通彻,并且灵活运用公式.

2.机车的启动问题

发动机的额定功率是指牵引力的功率,而不是合外力的功率。P=Fv中,F指的是牵引力。在P一定时,F与v成反比;在F一定时,P与v成正比。

(1)在额定功率下启动

对车在水平方向上受力分析如图2-3-2,由公式P=Fv和F-f=ma知,由于P恒定,随着v的增大,F必将减小,a也必将减小,汽车做加速度不断减小的加速运动,直到F=f,a=0,这时v达到最大值 .

可见,恒定功率的加速一定不是匀加速.这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt计算,不能用W=Fs计算(因为F为变力).其速度图象如图所示.

(2)以恒定加速度a启动:

由公式P=Fv和F-f=ma知,由于a恒定,所以F恒定,汽车做匀加速运动,而随着v的增大,P也将不断增大,直到P达到额定功率Pm,功率不能再增大了.这时匀加速运动结束,此时速度为 ,此后汽车要想继续加速就只能做恒定功率的变加速运动了,由于机车的功率不变,速度增大,牵引力减小,从而加速度也减小,直到F=f时,a=0,这时速度达到最大值 。

可见,恒定牵引力的加速,即匀加速运动时,功率一定不恒定。这种加速过程发动机做的功只能用W=Fs计算,不能用W=Pt计算(因为P为变功率)。其速度图象如图所示。

要注意两种加速运动过程的最大速度的区别。

例3 汽车质量5t,额定功率为60KW,当汽车在水平路面上行驶时,受到的阻力是车重的0.1倍,问:(1)汽车在此路面上行驶所能达到的最大速度是多少?

(2)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:

(1) 当汽车达到最大速度时,加速度a=0,此时

① ②

由①、②解得

(2) 汽车作匀加速运动,故F牵-μmg=ma,解得F牵=7.5×103N。

设汽车刚达到额定功率时的速度为v,则P = F牵•v,得v=8m/s。

设汽车作匀加速运动的时间为t,则v=at,得t=16s。

例4. 质量是2000kg、额定功率为80kW的汽车,在平直公路上行驶中的最大速度为20m/s。若汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为2m/s2,运动中的阻力不变。求:①汽车所受阻力的大小。②3s末汽车的瞬时功率。③汽车做匀加速运动的时间。④汽车在匀加速运动中牵引力所做的功。

解析:

① 所求的是运动中的阻力,若不注意“运动中的阻力不变”,则阻力不易求出。以最大速度行驶时,根据P=Fv,可求得F=4000N。而此时牵引力和阻力大小相等。

② 由于3s时的速度v=at=6m/s,而牵引力由F—Ff=ma得F=8000N,故此时的功率为P= Fv =4.8×104W。

③ 设匀加速运动的时间为t,则t时刻的速度为v=a t=2t,这时汽车的功率为额定功率。由P=Fv,将F=8000N和v=2 t代入得t=5s。

④ 匀加速运动阶段牵引力为恒力,牵引力所做的功

点评:③中的时间,有的学生用v=at,得t=vm/a=10s,这是错误的。要注意,汽车不是一直匀加速到最大速度的。

3.利用 求变力做功问题

如果汽车是以恒定功率起动,则牵引力是变力,发动机做功为变力做功,但抓住汽车的功率不变,由 可求汽车牵引力做的功。

例5.卡车在平直公路上从静止开始加速行驶,经时间t前进距离s,速度达到最大值vm。设此过程中发动机功率恒为P,卡车所受阻力为f,则这段时间内,发动机所做的功为( )

A.Pt B.fs C.Pt-fs D.fvmt

解析:发动机所做的功是指牵引力的功。由于卡车以恒定功率运动,所以发动机所做的功应等于发动机的功率乘以卡车行驶的时间,∴A对。B项给出的是卡车克服阻力做的功,在这段时间内,牵引力的功不等于克服阻力做功,∴B错。C项给出的是卡车所受外力的总功。D项中,卡车以恒定功率前进,将做加速度逐渐减小的加速运动,达到最大速度时牵引力等于阻力,阻力f乘以最大速度vm是发动机的功率,再乘以t恰是发动机在t时间内做的功。故A D是正确的。

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