人教版高中物理必修2第7章第3节《功率》word学案

第七章机械能守恒定律

第三节功率

颠覆F1赛车速度历史

2006年7月22日日本本田车队巴纳维亚555挑战计划项目小组在美国的圣地犹他州巴纳维亚盐滩上冲破400 km/h速度大关——在1标准英里(约1 600 m)内成功达到了平均速度400 km/h的速度目标：当地时间7点21分，挑战用车经过一次冲击即达到了400.459 km/h的最高速度．为了达到更高的速度，往往要采用更大功率的发动机……

1．理解功率的物理意义、定义及单位．

2．理解功率的导出式P＝W

t

的物理意义，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、实际功率的区别和联系．

4．能分析汽车发动机功率一定时，牵引力与速度的关系．

一、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，通常用P表示．2．定义式．

根据功率的定义，可知P＝W

t ．

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．

常用单位：1 kW＝103W.

4．标矢性．

功率是标量，只有大小，没有方向．说明：一般不提功率的负值．

5．物理意义．

功率是表征物体做功快慢的物理量，它由物体做的功与做这些功所用的时间共同决定，并不单纯由做功的多少决定．只有在做功时间相同的情况下，才能认为物体做的功越多，功率越大．

二、平均功率和瞬时功率

1．平均功率：表示在一段时间内做功的平均快慢，用公式表示成 P＝W

t

或 P＝Fv.

2．瞬时功率：表示在某一位置(或某一时刻)做功的快慢，一般用P＝Fv来求．

三、额定功率和实际功率

1．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．额定功率是动力机器重要的性能指标，一个动力机器的额定功率是一定的．

2．实际功率是发动机实际工作时输出的功率．机器工作时都要受额定功率的限制，发动机实际工作时输出的功率(即实际功率)，可以小于或等于额定功率，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．

四、功率与速度

由公式P ＝Fv 知：

1．P 一定时，F 与v 成反比． 2．v 一定时，P 与F 成正比． 3．F 一定时，P 与v 成正比．

理解机车的两种启动方式

一、机车以恒定功率启动

1．启动过程中各量的变化及运动性质．

2．最大速度：由以上分析可知，当牵引力F 减小到阻力F 阻大小相等时，a ＝0，故P ＝Fv m

＝F 阻·v m ，从而v m ＝

P F 阻

. 3．vt 图象：如图所示．

二、机车以恒定的加速度启动 1．启动过程中各量的变化及运动性质

2．最大速度：由以上分析可知，在启动的第二阶段，当牵引力F 减小到F 阻大小相等时，a ＝0，故P 额＝Fv m ＝F 阻·v m ，从而v m ＝

P 额

F 阻

. 3．vt 图象：如图所示．

三、典例剖析

质量为m ＝5×103

kg 的汽车在水平公路上行驶，阻力是车重的0.1倍．让车保持额定功率为60 kW ，从静止开始行驶．

(1)若以额定功率启动，求汽车达到的最大速度v max 及汽车车速v 1＝2 m/s 时的加速度； (2)若汽车以车速v 1＝6 m/s 的速度匀速行驶，求汽车的实际功率(g 取10 m/s 2

)． 点拨：(1)汽车的功率即为牵引力的功率，则P ＝Fv ，当F ＝F 阻时，速度为v max ；当汽车以额定功率启动时P ＝P 0不变，可由F ＝P 0

v

求解不同速度对应的牵引力．

(2)当汽车匀速行驶时应有F＝F阻．解析：(1)由P＝Fv＝F阻v max得：

v max＝P

F阻

＝

P

μmg

＝

60×103

0.1×5×103×10

m/s＝12 m/s，

由P＝Fv得F＝P

v

，当v1＝2 m/s时，

F1＝P

v1

＝

60×103

2

N＝3×104 N.

由牛顿第二定律得F1－F阻＝ma，所以

a＝F1－μmg

m

＝

3×104－0.1×5×103×10

5×103

m/s2＝5 m/s2.

(2)由P＝Fv得：P＝F阻v＝μmgv＝0.1×5×103×10×6 W＝3×104 W＝30 kW.

答案：(1)12 m/s 5 m/s2(2)30 kW

5.12汶川大地震，破坏性巨大，山崩地裂，房屋倒塌，道路中断，给抗灾抢险工作带来很大难度，大型机械一旦进入现场，其作用非常巨大．一起重机由静止开始匀加速竖直提起质量为m的重物，当重物的速度为v1时，起重机的有用功率达到最大值P，以后起重机保持该功率不变，继续提升重物，直到以最大速度匀速上升为止，重力加速度为g，空气阻力不计．

(1)求钢绳的最大拉力为多大？

(2)求重物的最大速度为多大？

解析：起重机达到最大功率前，重物做匀加速运动，拉力F不变，达到最大功率P之后，速度继续增大，由P＝F·v，知F减小，直到最后为匀速时，速度最大，拉力最小．

(1)重物匀加速直线运动时，拉力F最大，F m＝P

v1 .

(2)当重物匀速时，速度达到最大值：F＝mg，

v m＝P

F

＝

P

mg

.

答案：(1)P

v1

(2)

P

mg