功與功率 高中物理人教版（2019）必修二

費恩曼有一個事實，如果你愿意，也可說一條定律，支配著至今所知的一切自然現(xiàn)象......這條定律稱做能量守恒定律。它指出有一個量，我們把它稱為能量，在自然界經(jīng)歷的多種多樣的變化中它不變化。那是一個最抽象的概念......能量無處不在物體的不同形態(tài)對應著不同的能量（1）運動的物體具有動能（2）被舉高的物體具有重力勢能還有物體的內能、電能、光能、原子能、生物能、化學能等．（3）形變的彈簧具有彈性勢能能量的種類1.在水平公路上行駛的汽車，發(fā)動機熄火之后，速度越來越小，最后停止。2.擺動的秋千，擺幅越來越小，最后停下來。3.你用力蹬自行車上一個斜坡。4.植物的光合作用5.用太陽能電池做動力的電動汽車在賽車場上奔馳。6.用柴油機帶動發(fā)電機發(fā)電，供給電動水泵抽水，把水從低處抽到高處。7.核電站發(fā)電。8.核動力潛艇在深海中加速航行。（1）汽車的動能轉化成內能。（克服摩擦、空氣阻力等做功）（2）秋千的動能和重力勢能最后都轉化為秋千及空氣的內能。（過程中重力和空氣阻力做功）（3）人體內的化學能轉化為自行車的動能和重力勢能。（4）太陽能轉化為植物體內的化學能。（5）太陽能轉化為電能，電能又轉化為汽車的動能。（6）柴油的化學能轉化為柴油機的機械能，再轉化為發(fā)電機的電能，電能又通過電動水泵轉化為水的機械能。（7）核能轉化為內能，內能轉化為機械能，機械能轉化為電能。（8）核能轉化為內能，內能轉化為核潛艇的動能，以及通過克服水的阻力轉化為內能。能的轉化在長期的科學實踐中，人們發(fā)現(xiàn)不同形式的能量可以相互轉化或轉移，并且能量的轉化與做功緊密相連。這是因為，如果在一個過程中存在做功的現(xiàn)象，就必然存在能量變化的現(xiàn)象，功的計算能夠為能量的定量表達及能量的變化提供分析的基礎。物體具有做功的本領，我們就說它具有了能量。1.能量的觀點：2.能量可轉化的觀點：能量的轉化通過做功實現(xiàn)。3.做功是能量轉化的量度：做多少功，能量就轉化或轉移多少。功與能的關系的三個觀點：人們總結出要研究能量及變化規(guī)律，先研究做功。第八章機械能守恒定律1.功與功率一、功1.定義：一個物體受到力的作用，并在力的方向上發(fā)生了一段位移，這個力就做了功。2、功的兩個要素：①力②物體在力的方向上發(fā)生的位移練習1、判斷下列情況力對物體是否做功？（1）用力推講桌，講桌沒動，推力做功嗎？（2）用腳踢足球，足球在地面上滾動，滾動過程中，人對足球做功嗎？（3）重力和支持力做功嗎？3、功的計算：V0AB光滑水平面F①力的方向與物體運動的方向一致單位：N·m焦耳J詹姆斯·普雷斯科特·焦耳JamesPrescottJoule1818年12月24日—1889年10月11日由于焦耳在熱學、熱力學和電方面的貢獻，皇家學會授予他最高榮譽的科普利獎章。②力的方向與物體運動的方向夾角為α時例1、某物體在力F作用下水平向右運動的位移為L，拉力的方向如圖所示，求拉力對物體做的功。例2、某物體在力F作用下水平向右運動的位移為L，推力的方向如圖所示，求拉力對物體做的功。L300F3、功的計算：①α=0o②0o<α<90o③α=90o④90o<α<180o⑤α=180o正功負功注意：功是標量，有正、負之分。功的正、負既不表示大小，也不表示方向，只表示是動力做功還是阻力做功，反應了能量轉移或轉化的方向。例3、如圖所示，一個質量為m＝2kg的物體，受到與水平方向成37°角斜向上方的力F＝10N作用，在水平地面上從靜止開始向右移動的距離為L＝2m，物體受到的摩擦阻力大小為4.2N，g取10m/s2，求:1.各個力對物體所做的功。2.外力做的總功。思路一：W合＝W1＋W2＋W3＋…思路二：W合＝F合Lcosα例3：如圖所示，一質量為m物體從傾角為α的固定斜面頂端開始下滑，動摩擦因數(shù)為μ，斜面高度為h，求：（1）重力做的功（2）克服摩擦力做的功hα例4.一個重量為10N的物體，在15N的水平拉力的作用下，一次在光滑水平面上移動0.5m，另一次在粗糙水平面上移動相同的距離，粗糙面與物體間的動摩擦因數(shù)為0.2.在這兩種情況下，拉力做的功各是多少？拉力這兩次做的功是否相同？各個力對物體做的總功是否相同？例如：4如圖所示，水平路面上有一輛質量為m0的汽車，車廂中有一質量為m的人正用恒力F向前推車廂，在車以加速度a向前加速行駛距離L的過程中，下列說法正確的是(

)A．人對車的推力F做的功為FLB．人對車做的功為maLC．車對人的摩擦力做的功為(F＋ma)LD．車對人的作用力大小為ma課堂小結：思考：繩的一端固定在天花板上，通過一動滑輪用F=10N的力將物體提升2m。求力F做的功是多少？條件思考建筑工地上有三臺起重機將重物吊起，下表是它們的工作情況記錄：(1)三臺起重機哪臺做功最多？(2)哪臺做功最快？怎樣比較它們做功的快慢呢？相同做功，比時間做功不一樣，時間也不一樣？咋辦？一、功率1、物理意義：表示力對物體做功的快慢2、定義：功W與完成這些功所用的時間t的比值3、公式：比值定義法4、標量：表示做功的過程中能量轉移或轉化的快慢5、單位：N.m/sJ/sW（瓦特簡稱瓦）詹姆斯·瓦特JamesWatt，1736年1月—1819年8月英國發(fā)明家，第一次工業(yè)革命的重要人物。1776年制造出第一臺有實用價值的蒸汽機。以后又經(jīng)過一系列重大改進，使之成為“萬能的原動機”，在工業(yè)上得到廣泛應用。他開辟了人類利用能源新時代，使人類進入“蒸汽時代”。1KW=103W奧運長跑運動員能否用100m短跑的速度來完成5000m的賽跑路程呢？汽車做功能否像飛機做功那樣快？人如果做功過快，會產生什么后果呢？汽車超負荷運轉會產生什么后果呢？二、額定功率和實際功率1、額定功率：是指機器在長時間正常工作時的最大輸出功率，也就是機器銘牌上的標稱值。2、實際功率：是指機器在工作中實際輸出的功率。機器不一定在額定功率下工作，機器正常工作時實際功率總是小于或等于額定功率，機器只能在短暫時間內實際功率略大于額定功率，但不允許長時間超過額定功率。3、注意：例1、一個質量是1.0kg的物體，從地面上方20m高處開始做自由落體運動，(g取10m/s2)①第1s內下落的位移是多少？②這1s內重力對物體做多少功？③第2s內物體下落的位移是多少？④這1s內重力對物體做多少功？⑤前1s和后1s重力對物體做功的功率各是多大？⑥這2s時間內重力對物體做功的功率是多大？（5m）（50J）（15m）（150J）（P1=50W；P2=150W）（P3=100W）思考：通過計算不同時間段的功率，說明什么？即使是同一個力做功，做功的功率也可能是變化的，在一段時間內力對物體做功的功率，實際上是這段時間內力對物體做功的平均功率。三、平均功率和瞬時功率1、平均功率：描述一段時間內做功的平均快慢2、瞬時功率：表示在某一時刻做功的快慢計算的是平均功率，當t趨于0時才表示瞬時功率例、如圖所示，一物塊在拉力F的作用下，以速度v勻速向右運動，經(jīng)過t

時間通過的位移為s，求這段時間拉力F做功的功率。四、功率與速度的關系力的大小速度的大小力的方向與速度方向的夾角當v為瞬時速度是，P為瞬時功率；當v為平均速度是，P為平均功率。例3、一個質量是1.0kg的物體，從地面上方20m高處以v0=10m/s水平拋出，(g取10m/s2)①整個過程重力做功是多少？②平均功率是多少？③落地時的功率是多少？

例2、某型號汽車發(fā)動機的額定功率為60kW,在水平路面上行使時受到的阻力是1800N,求：(1)發(fā)動機在額定功率下汽車勻速行使的速度.(2)在同樣的阻力下,如果勻速行使速度只有54km/h,發(fā)動機輸出的實際功率是多少?(1)汽車勻速行使解：(2)若速度v=54km/h=15m/s思考與討論1、當P一定時，F(xiàn)和v有什么關系？2、當F一定時，P和v有什么關系？3、當v一定時，F(xiàn)和P有什么關系？F與v成反比P與v成正比F與P成正比思考：汽車以額定功率在平直公路行駛時，若前方遇到了一段較陡的上坡路段，汽車司機要做好什么調整，才能確保汽車駛到坡頂？為什么？三、汽車功率分析油門剎車離合2、汽車的功率調控—油門司機通過控制油門的大小，從而控制汽車的功率P在發(fā)動機轉速一定的情況下，改變變速齒輪調控速度3、汽車的速度調控—變速器油門剎車離合油門控制功率檔位檔位控制速度汽車啟動的兩種方式過程分析：1.恒定的加速度啟動2.恒定的功率P啟動一、功率1、物理意義：表示力對物體做功的快慢2、定義：功W與完成這些功所用的時間t的比值3、公式：比值定義法4、標量：表示做功的過程中能量轉移或轉化的快慢5、單位：N.m/sJ/sW（瓦特簡稱瓦）1KW=103W課堂總結二、額定功率和實際功率1、額定功率：是指機器在長時間正常工作時的最大輸出功率，也就是機器銘牌上的標稱值。2、實際功率：是指機器在工作中實際輸出的功率。機器不一定在額定功率下工作，機器正常工作時實際功率總是小于或等于額定功率，機器只能在短暫時間內實際功率略大于額定功率，但不允許長時間超過額定功率。3、注意：三、平均功率和瞬時功率1、平均功率：描述一段時間內做功的平均快慢2、瞬時功率：表示在某一時刻做功的快慢計算的是平均功率，當t趨于0時才表示瞬時功率四.汽車啟動兩種方式1.恒定的加速度啟動2.恒定的功率P啟動2、汽車發(fā)動機的額定功率為60KW，汽車的質量為5t，汽車在水平路面上行駛時，阻力是車重的0.1倍，g=10m/s2。汽車保持額定功率不變從靜止啟動后:①汽車所能達到的最大速度是多大？②當汽車的速度為5m/s時加速度多大？③當汽車的加速度為2m/s2時速度多大？6、修建高層建筑常用的塔式起重機。在起重機將質量m=5×103kg的重物豎直吊起的過程中，重物由靜止開始向上作勻加速直線運動，加速度a=0.2m/s2，當起重機輸出功率達到其允許的最大值時，保持該功率直到重物做Vm=1.02m/s的勻速運動。不計額外功。求：(1)

起重機允許輸出的最大功率。取g=10m/s2(2)

重物做勻