高中物理第4章机械能和能源第7节功率第8节能源的利用与开发教师用书粤教版必修2word版本

第七节 功率
第八节 能源的利用与开发
[先填空]
表示．
P 内做功的多少，用符号单位时间．定义：1 2．定义式：P ＝W t
.
.
J/s 1 ＝W ,1 W 是，简称瓦，符号瓦特．单位：国际单位制中功率的单位是3 W.
000_1＝W 1 k )(kW 瓦常用单位：千 4．意义
的物理量．
快慢功率是标量，它是表示物体做功 [再判断]
1．力越大，做功越快．(×) 2．功率越大表示做的功越多．(×)
3．功率表示做功的快慢．(√)
[后思考]
去过泰山的同学会遇到挑山工，假设挑山工和缆车将相同的货物运至山顶，两者对货物
做的功相同吗？做功的功率相同吗？
图4­7­1
【提示】 两者对货物做的功都等于克服重力做的功，由于将相同的货物运往相同高度的山顶，两者做相同的功，而用缆车运送货物所用时间远小于挑山工的用时，根据功率定义
知缆车的做功功率远大于挑山工的做功功率．
[合作探讨]
如图4­7­2是解放军正用吊车将一台坦克车从码头上吊起装上舰船．
图4­7­2
探讨1：将质量为m 的坦克车匀速吊起，坦克车在t 时间内匀速上升h 高度．怎样计算
吊车的功率？
【提示】 吊车对坦克车做的功
W ＝mgh .功率P ＝W t ＝mgh
t
.
探讨2：若坦克车在相同的时间内匀加速上升h 的高度，吊车的功率是变大还是变小？ 【提示】 变大．匀加速吊起，拉力增大，吊车做的功增多，时间相同，功率变大．
[核心点击]
1．功是能量转化的量度，而功率表示做功的快慢，所以从能量转化的角度看，功率也
是反映能量转化快慢的物理量．
2．功率是标量，虽然功率也有正负之分，但功率的正负只是用来表示是动力做功的功
率还是阻力做功的功率，在应用中一般不强调功率的正负．
3．功率的计算公式P ＝W
t
适用于任何情况下的功率计算，求得的功率是这段时间t 内的
平均功率，但在这段时间内功率可能是变化的．
1．在一次举重比赛中，一名运动员将质量为127.5 kg 的杠铃举起历时约2 s ，该运动
员在举起杠铃运动中的平均功率约为( )
图4­7­3
A ．几十瓦左右
B ．一千瓦左右
C ．几十千瓦左右
D ．几百千瓦左右
【解析】 设举重运动员将杠铃举高1.7 m ，则P ＝W t ＝mgh
t
＝1 083.75 W.
【答案】 B
2．(2016·福州高一检测)如图4­7­4所示是甲、乙两物体做功与所用时间的关系图像，
那么甲物体的功率P
甲
与乙物体的功率P 乙相比( )
图4­7­4
A ．P 甲＞P 乙
B ．P 甲
＜P 乙
C ．P 甲＝P 乙
D ．无法判定
【解析】 根据功率的定义式P ＝W
t
可知，在功与所用时间的关系图像中，直线的斜率
表示时刻的功率．因此，由图线斜率可知P
甲
＜P 乙，选项B 正确．
【答案】 B
3．人的心脏每跳一次大约输送8×10－5
m 3
的血液，正常人血压(可看做心脏输送血液的压强)平均值约为1.5×104
Pa ，心跳约每分钟70次，据此估测心脏工作的平均功率约为多
少．
【解析】 设血压为p ，作用于横截面积为S 的一个直血管内的流体上，在时间t 内流
体因压力的作用而移动了一定的距离l ，如图所示，则压力做功为W ＝pSl ＝p ΔV ，ΔV 指流
体的体积．因此，心脏在每分钟所
做的功应为W ＝np ΔV ＝70×1.5×104
×8×10－5
J ＝84 J
故心脏工作的平均功率为P ＝W t ＝84
60
W ＝1.4 W.
【答案】 1.4 W
求解功率时应该注意的问题
1．首先要明确是求哪个力的功率，是某个力的功率，还是物体所受合力的功率，汽车
的功率是指汽车牵引力的功率，起重机的功率是指起重机钢丝绳拉力的功率．
2．利用公式P ＝W t
求出的一般是平均功率，而在t →0时，可认为P 是瞬时功率．
[先填空]
.
Fv ＝P 的方向相同时，s 的方向与位移F 的功率：当力F ．力1 ，
平均速度为v 中，若αcos Fv ＝P ；平均功率时间内的t 求的是W
t
＝P ．平均功率：2则P 就是平均功率．
为瞬时功率．
P ，则瞬时速度为v 中，若αcos Fv ＝P 瞬时功率： 3．额定功率与实际功率
1．机械可以在实际功率等于额定功率的情况下长时间工作．(√)
2．当发动机的功率一定时，速度越大，汽车的牵引力越大．(×)
3．当输出功率一定时，速度和牵引力成反比．(√)
[后思考]
如图4­7­5所示，越野车比赛时，汽车爬坡要使用低速挡．汽车使用低速挡的目的是什
么？
图4­7­5
【提示】汽车爬坡需要的牵引力变大，根据P＝Fv，在功率一定的情况下要减小速度．
[合作探讨]
汽车以不同方式启动，一次以恒定功率启动，一次匀加速启动．
图4­7­6
探讨1：用公式P＝Fv研究汽车启动问题时，力F是什么力？
【提示】F是汽车的牵引力．
探讨2：以恒定功率启动时，汽车的加速度变化吗？做什么运动？【提示】汽车以恒定功率启动，根据P＝Fv，v增大，F减小，加速度减小，故加速
度变化，汽车做变加速运动．
[核心点击]
1．关系式P＝Fv中各物理量间的关系(1)同体关系．关系式P＝Fv中的P、F、v是对应于同一个物体的三个物理量，对于不
在同一物体上的情况没有意义．(2)同时关系．P、F、v三个量中任意一个物理量都是可以变化的，应用关系式P＝Fv
进行分析时，这三个物理量一定要对应于运动物体的同一时刻．
(3)同向关系．F 、v 是两个矢量，必须具有相同的方向，若二者方向不同，成一定夹角
α时，该关系式变形为P ＝Fv cos α.
2．机车启动的两种方式
(1)机车以恒定功率启动的运动过程
这一启动过程的v ­t 关系图象如图4­7­7所示．
图4­7­7
①只有当机车的牵引力与所受阻力大小相等时，机车才能达到最大速度，即v
max
＝P F ＝P
f
. ②在加速过程中，加速度是逐渐减小的，如果知道某时刻的速度，就可求得此时刻的加
速度．
(2)机车以恒定加速度启动的运动过程
这一启动过程的v ­t 关系图象如图4­7­8所示．
图4­7­8
①由牛顿第二定律得F －f ＝ma ，所以牵引力F ＝f ＋ma 定，当P ＝P 额时，匀加速运动的
最大速度v
max
′＝P 额F ＝P 额
f ＋ma 定
.
②由v
max
′＝a 定t ′得，匀加速运动持续的时间t ′＝
vmax′
a 定＝P 额＋ma 定定
.
4．如图4­7­9所示，在光滑的水平面上放着一个质量为10 kg 的木箱，拉力F 与水平
方向成60°角，F ＝2 N ．木箱从静止开始运动，4 s 末拉力的瞬时功率为( )
图4­7­9
A ．0.2 W
B ．0.4 W
C ．0.8 W
D ．1.6 W
【解析】 木箱的加速度a ＝Fcos αm
＝0.1 m/s 2,
4 s 末的速度v ＝at ＝0.4 m/s ，则瞬
时功率P ＝Fv cos α＝0.4 W ，B 正确．
【答案】 B
5．质量为m 的汽车行驶在平直公路上，在运动中所受阻力不变，当汽车的加速度为a ，
速度为v 时，发动机功率为P 1
；当功率为P 2
时，汽车行驶的最大速度为( )
A.P2v
P1
B.P2v P1－mav
C.
P1v
P2
D.P1v P2－mav 【解析】 由题意知F －f ＝ma ，P 1＝Fv ，由以上两式得f ＝P1－mav
v
.当功率为P 2时，汽
车行驶的最大速度v m
＝P2f ＝P2v P1－mav
，B 正确．
【答案】 B
6．假定额定功率为80 kW 的汽车，在平直的公路上行驶的最大速度为20 m/s ，汽车质量为2×103
kg ，如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度为2 m/s 2
，运动过程中阻
力不变，求：
【导学号：35390078】
(1)汽车所受的恒定阻力大小； (2)汽车匀加速运动的最长时间．
【解析】 (1)依题意：当汽车达到最大速度时，F 牵＝f
则：P 额＝fv m
得：f ＝P 额vm
＝4×103
N.
(2)在匀加速阶段：据牛顿第二定律有：
F 牵－f ＝ma
得：F 牵＝f ＋ma ＝8×103
N 当汽车达到额定功率时：P 额＝F 牵v 得：v ＝P 额
F 牵＝10 m/s
匀加速时间：t ＝v
a ＝5 s.
【答案】 (1)4×103
N (2)5 s
机车启动的几个问题
(1)机车的最大速度v max 的求法，机车达到匀速前进时速度最大，此时牵引力F 等于阻
力f ，故v
max
＝P F ＝P f
. (2)匀加速启动最长时间的求法，牵引力F ＝ma ＋f ，匀加速的最后速度v max ′＝P 额
ma ＋f
，
时间t ＝vmax′a
.
(3)瞬时加速度的求法，据F ＝P v 求出牵引力，则加速度a ＝F －f
m
.
[先填空]
1．能源分类
．
天然气化石能源：煤、石油、)(1
(2)一次能源与二次能源：
①
一次能源：直接取之于自然界，未经人类
的能源．按是否能够再生，可分为
加工转换
可再生
能源和
能源．
不可再生
转
化
二次能源是指从一次能源直接或间接
②
而来的能源．如电能、
、焦炭等．
氢能
2．能源危机
目前世界上消耗的能源主要是煤、石油、天然气等矿物质，它们分别还可以开采
20
年
、年
4
和
，随着经济的迅速增长和大众文化
第二位
06
左右．我国能源消费总量已位居世界
年
短缺
生活水平的提高，能源消费总量将急剧增加，能源
的现象更为严重．
3．环境污染
能源的大量使用给人类的生存环境带来灾难．酸雨、
温室效应
、臭氧层破坏、
城市热岛、土壤酸性化、
效应
生态平衡的破坏
对人类已不再陌生，
、暴雨和干旱增多，严
海平面升高
重威胁着人类及各种生物的
生存
．
4．能源的开发太
核能、风能、
阳能
、水能、地热能、生物质能、海洋能、氢能等是人类未来大力开发
的新能源．
[再判断]
1．由于自然界的能量守恒，所以不需要节约能源．(×)
2．能量永远不会增加或减少，只能转化或转移．(√)
3．由于能源危机，所以要不断开发新能源．(√)
[后思考]
如图4­7­10所示是我国能源结构的统计图，
请根据此图数据完成下面两个问题：
图4­7­10
(1)总结出我国能源结构或能源现状的规律．
(2)试着提出解决这种现状的合理化建议．【提示】(1)我国的能源结构主要以煤为主；我国的能源消耗中不可再生能源占据的
比例过大，结构不合理；我国能源消耗中可再生能源的比例过小．
(2)建议：节能降耗；开发新能源；开发可再生能源(如太阳能、风能等)．
[合作探讨]
图4­7­11
探讨1：既然能量是守恒的，为什么当今社会会出现能源危机？【提示】能源利用的过程中，能量在总的数量上并没有减少，但在可以利用的品质上
降低了，所以会出现能源危机．
探讨2：解决能源危机的途径是什么？
【提示】一是节约能源，二是开发新能源．
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1．人类与能源的关系(1)有利方面：能源的利用给人类的生活带来了极大的改善，人类社会每一次重大的经
济飞跃和生产革命，都与新的能源和动力机械的利用密切相关，能源消耗的多少已经成为一
个国家和地区经济发展水平的重要标志．(2)不利方面：能源的大量使用会给环境带来极大的破坏，如大气污染、温室效应、酸
雨等，对人类造成很大的危害．
2．常规能源和新能源的转化途径
7．煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是( )
A．都为可再生能源，取之不尺，用之不竭
B．都为不可再生能源，用一点，少一点
C．都为来自太阳辐射的能量
D．都为污染环境的能源
【解析】煤、石油、天然气是不可再生能源，对环境污染严重，生物质能是可再生能
源，对环境无污染或污染少，但它们都来自太阳辐射．因此，选项C正确，其他选项均错．
【答案】C
8．关于能源的利用，下列说法中不正确的是( ) A．由于我国煤和石油的储量无限，所以太阳能和核能的开发在我国根本没有必要
B．能源的利用过程，实质是能的转化和转移过程
C．现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D．煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能
【解析】石油、煤等为非再生的能源，储量有限，能源的利用中虽然总量不变，但品
质降低，可再利用能源越来越少，所以新能源的开发和利用是当今世界各国面临的课题，A
错，B、C、D对．
【答案】A
9．能源短缺和环境恶化指的是( )
①煤炭和石油的开采与技术有关，在当前技术条件下，煤炭和石油的开采是有限的，这
叫能源短缺．②煤炭和石油资源是有限的，以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤
炭资源也不可能永续，这叫能源短缺．③煤炭和石油具有很大的气味，在开采、存放和使用过程中这些气味会聚集在空气中污
染空气，使环境恶化．④大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气成分，使环境
恶化．
B．①④
A．①③
D．②④
C．②③
【解析】煤炭和石油都是由几亿年以前的生物遗体形成的，这些能源不能再次生成，
也不可重复使用，它们的储量是有限的，并不是取之不尽、用之不竭的，这是所讲的能源短缺，②正确；能源在使用时会排出有害气体污染空气，这是所讲的环境恶化，④正确．故
D正确．
【答案】D
1能源的开发和利用要以人为本，要以可持续发展为前提.,2应优先使用新能
源，新能源的共同特点：可再生、取之不尽、绿色无污染.。