教科版物理必修2 第四章 第2节功率 1 平均功率和瞬时功率的计算(讲义)
高中物理平均功率和瞬时功率的计算一、考点突破：
知识点
考纲要求题型说明平均功率
和瞬时功
率的计算 1.理解功率的两个公式P
＝t W 和P ＝Fv ；2.能利用P ＝Fv 计算瞬时功率
选择题功率是高考重点内容、高频考点，通常结合机车启动、动能定理、电路、电
磁感应等知识点进行考查二、重难点提示：
重点：1.理解功率的概念；
2.灵活应用功率的计算公式计算平均功率和瞬时功率。
难点：1.正确区分平均功率和瞬时功率所表示的物理意义；
2.能够利用相关公式计算平均功率和瞬时功率。
一、功率
1.定义：功与完成这些功所用时间的比值。
物理意义：描述力对物体做功的快慢。
2.公式
（1）P ＝t
W ，P 为时间t 内的平均功率。（2）P ＝Fv cos α（α为F 与v 的夹角）
【重要提示】v 为平均速度，则P 为平均功率；v 为瞬时速度，则P 为瞬时功率。
二、功率的计算
1.平均功率的计算方法
①利用W P t
=；②利用P F cos v α=?，其中v 为物体运动的平均速度。
2.瞬时功率的计算方法
①利用公式P F cos v
α=?，其中v 为t 时刻的瞬时速度；
②F P F v =?，其中F v 为物体的速度v 在力F 方向上的分速度；③v P F v =?，其中v F 为物体受到的外力F 在速度v 方向上的分力。
例题1举重运动员在2s 内把1500N 的杠铃匀速举高了2m ，在空中停留了3s ，那么，他对杠铃做了______J 的功，前2s 内的功率是______W ；后3s 内的功率是______W ；整个
过程的平均功率是________W 。
思路分析：做功的条件是，有力作用在物体上，物体在力的方向上移动距离，根据W Fl =可求做的功150023000W Fl J ==?=，题目中做的功不变，改变的是时间，根据W P t
=可知，举的时间是2s ，则111500W P W t ==，后三秒停住不动没有发生位移，不做功，则20P W =，全程时间是5s ，则32
600W P W t ==。答案：3000；1500；0；600.
例题2质量相同的A 、B 两个物体静止放在水平面上，从某一时刻起同时受到大小不同的水平外力A F 、B F 的作用由静止开始运动，
经过时间0t ，撤去A 物体所受的水平外力A F ；经过40t ，撤去B 物体所受的水平外力B F ，两物体运动的v-t 关系如图所示，则下列说法中正确的是（）
A.A 、B 两物体所受摩擦力大小不同
B.A 、B 两物体所受水平外力大小之比A F ︰B F =12︰5
C.在匀加速运动阶段，合外力做功之比为6∶5
D.A 、B 两物体在整个运动过程中，摩擦力的平均功率之比为1∶2
思路分析：撤去拉力后从图象来看，两物体加速度相同，故受到的摩擦力相同，A 错误；A 加速时的加速度是减速时加速度的2倍，2A F mg mg μμ-=，B 加速时的加速度是减速时加速度的
14倍，14B F mg mg μμ-=，所以A F ∶B F =12∶5，B 正确；在v-t 图象中，面积可以表示位移，根据W Fl =，在匀加速运动阶段有001222A A A W F l mg v t μ==??合，0011442B B W F l mg v t μ==??合B ,则合外力做功之比为4∶1，C 错误；摩擦力做的功为fl ，1212::6:5W W fl fl ==，依据W P t =可知12:2:1P P =，D 错误。答案：B
例题3质量为m 的物体静止在光滑水平面上，从t ＝0时刻开始受到水平力的作用，
力的大小F 与时间t 的关系如图所示，力的方向保持不变，则（
）
A.3t 0时刻的瞬时功率为2005F t m
B.3t 0时刻的瞬时功率为20015F t m
C.在t ＝0到3t 0这段时间内，水平力的平均功率为200234F t m
D.在t ＝0到3t 0这段时间内，水平力的平均功率为200256F t m 思路分析：20t 时刻速度大小0210022F v a t t m =?=，03t 时刻的速度大小为v 3＝v 2＋a 2t 0＝m t F t m F t m F 000000532=?+?，3t 0时刻力F ＝3F 0，所以瞬时功率P ＝3F 0·v 3＝m t F 02015，A 错，B 对；0～3t 0时间段，水平力对物体做功W ＝F 0x 1＋3F 0x 2＝F 0×21·m F 0（2t 0）2＋3F 0·0322t v v +＝m t F 2252020，平均功率P ＝t W ＝m
t F 625020，C 错，D 对。答案：BD
【方法提炼】求力做功的功率时应注意的问题
（1）首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率，对应于某一过程的功率为平均功率，对应于某一时刻的功率为瞬时功率。
（2）求功率大小时要注意F 与v 方向间的夹角α对结果的影响。
（3）用P F cos v α=?求平均功率时，v 应为容易求得的物理量，例如在求匀变速直线运动中某力的平均功率时，v 容易求出。
满分训练：
如图所示，一架自动扶梯以恒定的速度v 1运送乘客上同一楼层，某乘客第一次站在扶梯上不动，第二次以相对扶梯v 2的速度匀速往上走。扶梯两次运送乘客所做的功分别为W 1、W 2，牵引力的功率分别为P 1、P 2，则（）
A.W1 B.W1 C.W1=W2，P1 D.W1>W2，P1=P2 思路分析：功等于力和在力的方向上通过距离的乘积，由于都是匀速，两种情况力的大小相同；由于第二次人沿扶梯向上走了一段距离，所以第一次扶梯运动的距离要比第二次扶梯运动的距离长；故两次扶梯运客所做的功不同，有：W1＞W2；功率等于力与力方向的速度的乘积，由于都是匀速，两种情况力的大小相同，扶梯移动的速度也相同，电机驱动扶梯做功的功率相同，即P1=P2，故选：D。 答案：D 功率 例题解析 求解功率问题时，先要明确题目要求的是平均功率还是瞬时功率，要理解功率的实质——单位时间内做的功，表示做功的快慢. 说到汽车、轮船、飞机等的功率时，都是指它的动力装置提供的动力所做功的功率. 【例1】 已知质量为m 的物体从高处自由下落，经时间t ，求在t 时间内重力对物体做功的平均功率和t 时刻重力对物体做功的瞬时功率. 思路:利用自由落体的规律，求出t 时间内的位移和t 时刻的瞬时速度，可求出t 时间内的功，进一步求功率. 解析:在t 时间内，物体下落的高度：h=2 1gt 2 重力对物体所做的总功：W=mgh= 2 1mg 2t 2 所以在t 时间内重力对物体做功的平均功率为：P= 2 1 t W mg 2 t 在t 时刻重力对物体做功的瞬时功率为：P t =mgv t =mg 2t. 【例2】 如图4－29所示，位于水平面上的物体A 的质量m ＝5 kg ，在F ＝10 N 的水平拉力作用下从静止开始向右运动，位移为s ＝36 m 时撤去拉力F ．求：在下述两种条件下，力F 对物体做功的平均功率各是多大？(取g ＝10 m/s 2) 图4－29 (1)设水平面光滑； (2)设物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.15． 解析:解答过程可分为三个阶段： ①力F 在36 m 位移中所做的功，强调功只由F 和s 这两个要素决定，与其他因素无关，因而两种情况下力F 做的功相同，均为W ＝360 J ． ②计算这两次做功所用的时间．用牛顿第二定律求出： a 1= m F =2 m/s 2,a 2=m f F =0.5 m/s 2,用s=2 1at 2 分别求出t 1＝6 s ，t 2＝12 s ． ③用功率的定义式即平均功率的计算公式求得:P 1＝60 W ，P 2＝30 W ． 如果有的同学用公式v t 2=2as 分别求出每次的末速度，再用公式： v =v t /2求出每次的平均速度1v 和2v ，最后用P 1=F 2v 求得最后结果也可以，这 是解决问题的另一思路. 【例3】 卡车在水平公路上行驶，发动机的输出功率为66 kW ，卡车所受阻力随行驶速度而增大，在这个输出功率下卡车以最大速度行驶时的阻力为3.0×103 N.求此最大速度. 解析:卡车在水平方向受到两个力：牵引力F 和阻力f.设发动机输出功率为P ，卡车行驶速度为v ，那么P=Fv.卡车刚开动时行驶速度较小，牵引力较大.这时F ＞f ，卡车加速行驶.随着速度v 的增大，F 减小,当达到F ＝f 时，卡车的速度不再增加，以最大速度v m 匀速行驶.这时发动机的输出功率P ＝Fv m =fv m .所以v m = f P 代入数值得v m ＝22 m/s. 从这个例子可以知道，飞机、轮船、火车、汽车等交通工具匀速行驶的最大速度是受发动机的输出功率限制的，要提高这个最大速度，必须提高发动机的输出功率. 对公式P=Fv 的讨论. ①当功率P 一定时，F ∝v 1 .即牵引力越大，其速度就越小. 当汽车发动机功率一定时，要增大牵引力，就要减小速度.所以汽车上坡时，司机用换挡的办法减小速度来得到较大的牵引力. ②当速度v 一定时，P ∝F.即牵引力越大，它的功率也越大. 汽车从平路到上坡，若要保持速度不变，必须加大油门，增大发动机功率来得 解题方法： 1、变力做功问题： 仅适用于恒力对做直线运动的物体做功， （1）变力做功或物体做曲线运动时力做功就不能用功的定义式来计算。在一些特殊情况下，仍可用上述功的定义公式来计算。 如某人以F的水平拉力拉一物体沿半径为R的圆形轨道走一圈，人对物体做功后变力做功且物体做曲线运动（如图），不能用公式进行计算。如果将曲线分成若干小段，各小段的位移依次为，只要每一小段位移取得足够小，可以认为每一小段位移的方向与那一段位移的起点所作的曲线的切线方向（即F的方向）一致，在这一小段位移上力F所做的功可以计算，把各小段上F做功加在一起，就是拉力F所做的功 而 所以有 （2）如果物体做直线运动，作用力的大小随着位移的增大而均匀变化，可以用平均作用力乘位移来计算变力所做的功。 例如，把劲度系数为k的弹簧拉长x，拉力所做的功 （3）利用力-位移图像可求功. 如图甲所示表示恒力的力-位移图像，横坐标表示力F在位移方向上的分量，功W的数值等于直线下方画有斜线部分的面积. 上题物体受到的水平力F随着物体位移s的变化图像如图所示，我们设定一些数值： 可见力随位移的增大均匀增大。用类似于证明v-t图像与横轴围成的面积在数值上等于位移s（因为s＝vt）一样，我们也能证明，F-s图像与横轴围成的面积在数值上等于力F所做的功W（W＝F?s）。此变力在物体发生20m位移的过程中做的功在数值上等于图中阴影线标出的梯形面积。 如图乙所示表示变力的力-位移图像，曲线下方画有斜线部分的面积就表示变力所做的功，它近似地等于成阶梯形的小矩形面积的总和. （4）用动能定理来解决变力做功是十分重要而且方便的，我们将在以后学习。 （5）在有些情况下，变力不对物体做功，如图所示， 物体沿曲面下滑过程中，支持力的大小和方向都发生变化，用将位移分段的方法，将曲线分成非常短的一段段小位移，在每一小段位移内，N的大小和方向可以认为是不变的，且与这一段位移垂直，根据功的计算公式，支持力在这一小段上不做功，所以支持力在物体运动的全过程中都不做功，可见支持力始终与物体运动方向垂直。 2、关于摩擦力做功的问题： 不论是静摩擦力，还是滑动摩擦力既可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可能不对物体做功。力做功是要看哪个力对哪个物体在哪个过程中做的功，而不是由力的性质来决定的。力做正功还是做负功要看这个力是动力还是阻力。摩擦力可以是动力也可以是阻力，也可能与位移方向垂直。 滑动摩擦力对物体做负功——物体克服滑动摩擦力做功，这是比较常见的情形。滑动摩擦力 t ?t g v ?=?v ?高中物理必修二公式 第五章 曲线运动 一、平抛运动公式 1.水平分运动： 匀速直线运动 水平位移： x = 0v t 水平分速度：x v = 0v 2.竖直分运动： 初速度为零的匀加速直线运动（即自由落体运动） 竖直位移： y =21g t 2 竖直分速度：y v = g t gy v y 22= 3.合速度： v = y x v v + tan =x y v v =0 v gt — 4.合位移： 22y x l += tan α= x y =0 2v gt 即：tan =2 tan α 速度方向延长线过水平位移中点x /2 5.飞行时间： g h t 2= 6.水平射程： x =0v t =g h v 20 其中：h 为下落高度 7.速度改变量：任意相等时间间隔内的速度改变量相同，方向恒为竖直向下 / 二、匀速圆周运动公式 1、线速度：v （矢量）单位：米/秒（m/s ） 公式：v =t s ??=r=T r π2=2πf r=2πn r （或30 nr π） 2、角速度：（矢量）单位：弧度/秒（rad/s ） 公式：=t ??θ=r v =T π2=2πf =2πn （或30 n π）(转速n 前者单位为r/s 后者为r/min ） 3、向心加速度：n a （矢量）单位：米2/秒（m 2/s ） 公式：n a =t v ??=r v 2 =ω2r=224T r π=4π2fr=v ω 4、向心力：n F （矢量）单位：牛（N ） 公式：n F = m n a =m r v 2 =m ω2r=m 2 24T r π l v 5、周期:T （标量） 单位：秒（s ） , 周期与频率的关系：f T 1 = 6、频率：f （标量） 单位：赫兹，简称：赫，符号：Hz 7、转速：n （标量） 单位：转/秒（r/s) 或 转/分（r/min) 与频率的关系：f=n （转速单位为r/s ） 注意：（1）匀速圆周运动的物体的向心力就是物体所受的合外力，总是指向圆心。 （2）卫星绕地球、行星绕太阳作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。 （3）氢原子核外电子绕核作匀速圆周运动的向心力是原子核对核外电子的库仑力。 第六章 万有引力与航天 1.万有引力定律：公式：F=G 221r m m （适用条件：只适用于质点间的相互作用） G 为万有引力恒量：G = ×10-11 N ·m 2 / kg 2 / 2.在天文上的应用：（M ：天体质量；R ：天体半径；g ：天体表面重力加速度； r 表示卫星或行星的轨道半径，h 表示离地面或天体表面的高度）） （1）、万有引力=向心力 F 万=F 向 即 '422 222mg ma r T m r m r v m r Mm G =====πω 由此可得： ① 天体的质量： ，注意是被围绕天体（处于圆心处）的质量。 ② 行星或卫星做匀速圆周运动的线速度： ，轨道半径越大，线速度越小。 ③ 行星或卫星做匀速圆周运动的角速度： ，轨道半径越大，角速度越小。 ④ 行星或卫星做匀速圆周运动的周期： ，轨道半径越大，周期越大。 、 ⑤ 行星或卫星做匀速圆周运动的轨道半径： ，周期越大，轨道半径越大。 ⑥ 行星或卫星做匀速圆周运动的向心加速度：2r GM a = ，轨道半径越大，向心加速度越小。 ⑦ 地球或天体重力加速度随高度的变化：22) ('h R GM r GM g +== 特别地，在天体或地球表面：20R GM g = 022) ('g h R R g += ⑧ 天体的平均密度：323323 233 44R GT r R GT r V M πππρ=== 特别地：当r=R 时：G T πρ32= 2324GT r M π=r GM v =3 r GM =ωGM r T 324π=3224πGMT r = 德胜学校高一物理校本学案 粤教版高中物理必修二知识点汇总 时间 班级 姓名 第一章 抛体运动 一、曲线运动 1．曲线运动的速度方向 做曲线运动的物体，在某点的速度方向，就是通过这一点的轨迹的切线方向．物体在曲线运动中 的速度方向时刻在改变，所以曲线运动一定是变速运动．（说明：曲线运动是变速运动，只是说明物 体具有加速度，但加速度不一定是变化的，例如，抛物运动都是匀变速曲线运动．） 2．物体做曲线运动的条件： 物体所受的合外力的方向与速度方向不在同一直线上，也就是加速度方向与速度方向不在同一直 线上．当物体受到的合外力的方向与速度方向的夹角为锐角时，物体做曲线运动的速率将增大；当物 体受到的合外力的方向与速度方向的夹角为钝角时，物体做曲线运动的速率将减小；当物体受到的合 外力的方向与速度的方向垂直时，该力只改变速度方向，不改变速度的大小． 3．曲线运动的轨迹 做曲线运动的物体，其轨迹向合外力所指一方弯曲，若已知物体的运动轨迹，可判断出物体所受 合力的大致方向．速度和加速度在轨迹两侧，轨迹向力的方向弯曲，但不会达到力的方向． 二、运动的合成与分解的方法 1．运动的合成与分解：平行四边形定则，等效分解。 2．运动分解的基本方法 （1）根据运动的实际效果将描述合运动规律的各物理量(位移、速度、加速度)按平行四边形定则分别分解，或进行正交分解． （2）两直线运动的合运动的性质和轨迹，由两分运动的性质及合初速度与合加速度的方向关系决定． ①根据合加速度是否变化判定合运动是匀变速运动还是非匀变速运动：若合加速度不变则为匀变 速运动；若合加速度变化(包括大小或方向)则为非匀变速运动． ②根据合加速度与合初速度是否共线判定合运动是直线运动还是曲线运动：若合加速度与合初速 度的方向在同一直线上则为直线运动，否则为曲线运动． ③小船过河的两类问题：最短时间过河以及最短路程过河。 如图所示，用v 1表示船速，v 2表示水速．我们讨论几个关于渡河的问题． θ sin 11s v d t v == ，船渡河的位移短直河岸），渡河时间最垂直河岸时（即船头垂当以最小位移渡河：当船在静水中的速度 1v 大于水流速度2v 时，小船可以垂直渡河，显然渡河的最小位移s 等于河宽d ，船头 7.3 功率同步练习题解析（人教版必修2） 1．质量为m的木块放在光滑水平面上，在水平力F的作用下从静止开始运动，则开始运动时间t后F的功率是（）。 A． 2 2 F t m B． 22 2 F t m C． 2 F t m D． 22 F t m 2．一辆小车在水平路面上做匀速直线运动，从某时刻起，小车受到的牵引力F和阻力f随时间的变化规律如图所示，则小车所受的牵引力的功率随时间变化的规律是（）。 3．近年我国高速铁路技术得到飞速发展，2010年12月3日京沪杭高铁综合试验运行最高时速达到486．1千米，刷新了世界记录，对提高铁路运行速度的以下说法，错误的是（）。 A．减少路轨阻力，有利于提高列车最高时速 B．当列车保持最高时速行驶时，其牵引力与阻力大小相等 C．列车的最高时速取决于其最大功率、阻力及相关技术 D．将列车车头做成流线形，减小空气阻力，有利于提高列车功率 4．如图所示是健身用的“跑步机”示意图，质量为m的运动员踩在与水平面成α角的静止皮带上，运动员用力向后蹬皮带，皮带运动过程中受到的阻力恒为f，使皮带以速度v 匀速向后运动，则在运动过程中，下列说法正确的是（）。 A．人脚对皮带的摩擦力是皮带运动的动力 B．人对皮带不做功 C．人对皮带做功的功率为mgv D．人对皮带做功的功率为fv 5．一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5 s内做匀加速直线运动，5 s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其vt图象如图所示。已知汽车的质量为m＝2×103kg，汽车受到地面的阻力为车重的0．1倍，g取10 m/s2，则（）。 A．汽车在前5 s内的牵引力为4×103 N B．汽车在前5 s内的牵引力为6×103 N C．汽车的额定功率为60 kW D．汽车的最大速度为30 m/s 6．纯电动概念车E1是中国馆的镇馆之宝之一。若E1概念车的总质量为920 kg，在16 s内从静止加速到100 km/h（即27．8 m/s）。受到恒定的阻力为1 500 N，假设它做匀加速直线运动，其动力系统提供的牵引力为____N。当E1概念车以最高时速120 km/h（即33．3 m/s）做匀速直线运动时，其动力系统输出的功率为____kW。 7．一辆电动自行车的铭牌上给出了如下技术指标： 规格 车型26型电动自行车 整车质量30 kg 最大载重120 kg 额定输出功率120 W 额定电压40 V 额定电流3．5 A 质量为M＝70 kg F f恒为车和人总重的0．02倍，g取10 m/s2。则在电动自行车正常工作时，人骑车行驶的最大速度为多少？ 8．图示为修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将质量m＝5×103kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a＝0．2 m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做v m＝1．02 m/s的匀速运动。取g＝10 m/s2，不计额外功。求： （1）起重机允许输出的最大功率； （2）重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率。 物理必修二功、功率 一、单选题（共8题；共32分） 1. ( 4分 ) 质量为m的物体静止在粗糙的水平地面上，若物体受水平力F的作用从静止起通过位移s时力做的功E1，当物体受水平力2F作用，从静止开始通过相同位移s，力做的功为E2，则（） A. E2＝E1 B. E2＝2 E1 C. E2＜F E1 D. E1＜E2＜2 E1 2. ( 4分 ) 若物体在运动过程中受到的合外力不为零，则( ) A. 物体的动能不可能总是不变的 B. 物体的加速度一定变化 C. 物体的速度方向一定变化 D. 物体所受合外力做的功可能为零 3. ( 4分 ) 节能减排可体现在我们日常生活中。假设公交车通过城市十字路口时允许的最大速度为10m/s，一辆公交车在距离十字路口50m的车站停留，乘客上下完后，司机看到红灯显示还有10s，为了节能减排．减少停车，降低能耗，公交车司机启动公交车，要使公交车尽快通过十字路口且不违章，则公交车 启动后的运动图象可能是（） A. B. C. D. 4. ( 4分 ) 一辆汽车以额定功率50kW在平直公路上匀速行驶，已知运动中阻力大小为2000N，则汽车运动的速度是（） A. 40m/s B. 25km/h C. 40km/h D. 25 m/s 5. ( 4分 ) 三个质量相同的小球a、b、c位于同一高度，让a自由下落，b、c以相同的速率分别竖直上抛和竖直下抛，不计空气阻力，若小球从开始运动到落到水平地面上的运动过程，重力做功分别为，落地时重力的瞬时功率分别为，则（） A. , B. , C. , D. , 6. ( 4分 ) 据浙江在线消息，宁杭甬高铁计划6月30日举行开通仪式届时，温州到杭州最快小时 小红从网上了解到：把动力装置分散安装在每节车厢上，使其既具有牵引动力，又可以载客，这样的客 车车辆叫做动车；而动车组就是几节自带动力的车辆动车加几节不带动力的车辆也叫拖车编成一组，就是动车组和谐号CRH2B型编组方式是8节动车配8节拖车，最高营运速度为假 设动车组运行过程中受到的阻力与其所受重力成正比，每节动车与拖车的质量都相等，每节动车的额定 年月日 师：功率的这种定义方法叫做什么定义方法? 生：比值定义法． 师：我们以前学过的哪一个物理量也是用这种方法来进行定义的? 生l：这样定义的物理量非常多，例如密度的定义是质量和体积的比值，压强的定义是压力和面积的比值，电阻的定义是电压和电流的比值等等． 生2：高中物理中的速度的定义是位移和时间的比值，加速度是速度变化量和时间的比值． 师：某一个物理量与时间的比值叫做这个物理量的变化率，速度是位移的变化率，加速度是速度的变化率，功率应该叫做功的变化率．你还能不能举出这样的例子? 生：一天内温度在不同时段变化的快慢是不一样的，我们就可以用温度的变化率来表示温度变化的快慢． 师：刚才这位同学举的例子很好，希望同学们仔细观察，找出更多的这种表示的例子． 师：公式p＝w/t是平均功率还是瞬时功率? 生1：p＝w/t指平均功率． 生2：我觉得用这个公式也可以表示瞬时功率，当△t→0。时，即表示瞬时功率．师(微笑鼓励)：这位同学补充得非常好．我们在什么地方也学过这种方法? 生：在对速度进行定义时我们也用了这种方法，速度的定义式是v＝x／t，这个公式即可以表示平均速度，也可以表示瞬时速度，方法是当△t→0时，公式表示的速度就是瞬时速度． 师：这种方法叫做极限的方法，我们在今后学习中有很多地方要用到这种方法，希望大家认真体会． 师：下面大家阅读教材7页“额定功率和实际功率”一段，提出问题，你对“额定功率和实际功率”是怎样理解的? 学生阅读课本相关内容，思考并回答老师的提问． [交流与探究] 把一枚硬币放在书的封面上，打开书的封面形成一个斜面，并使硬币开始下滑，如图5．3—1所示．仔细分析一下，在下滑的过程中硬币共受到几个力的作用?哪些力做正功?哪些力做负功?哪些力没有做功?如果使斜面的倾角增大，情况会有什么变化?倾角增大时，功率是否也增大? 二、额定功率和实际功率 生：实际功率：指机器工作中实际输出的功率．额定功率：指机器正常工作时的最大输出功率，也就是机器铭牌上的标称值． 师：额定功率和实际功率的关系是什么? 生：机器不一定都在额定功率下工作．实际功率总是小于或等于额定功率．实际功率如果大于额定功率容易将机器损坏． 师：那么在机车启动和运行过程中，发动机的功率是指的牵引力的功率还是合外力的功率? 生：应该是指的牵引力的功率，因为发动机是提供牵引力的． 师：在功的公式中功与力和位移有关，功率的定义式中功率与功和时间有关，那么功率和速度又有什么关系呢?大家通过几个相关的公式来推导一下． 三、功率和速度 (学生思考老师提出的问题，推导功率与速度的关系式) 生：根据功的计算式w＝FLcosa和功率的计算公式P＝w/t，可以得到P＝FLcosa/t， 功和功率练习 1 、关于功率下列说法中正确的是：( ) A.功率大说明物体做的功多。 B.功率小说明物体做功慢。 C.由P=W/t可知，机器做功越多，其功率越大 D .单位时间机器做功越多，其功率越大 2、对公式P＝FV的理解，下列说法中正确是( ) A.F一定是物体所受的合外力。 B .P一定是合外力的功率。 C.此公式中F与V必须同方向。 D.此公式中F与V可以成任意夹角。 3、静止的列车在平直的轨道上以恒定的功率起动，在开始的一小段时间内，列车的运动状态是( ) A.做匀加速直线运动 B.列车的速度和加速度均不断增加 C.列车的速度增大，加速度减小 D.列车做匀速运动。 4．关于摩擦力对物体做功，以下说法中正确的是[] A．滑动摩擦力总是做负功 B．滑动摩擦力可能做负功，也可能做正功 C．静摩擦力对物体一定做负功 D．静摩擦力对物体总是做正功 5．如图1所示，一个物体放在水平面上，在跟竖直方向成θ角的斜向下的推力F 的作用下沿平面移动了距离s，若物体的质量为m，物体与地面之间的摩擦力大小为f，则在此过程中[] A．摩擦力做的功为fs B．力F做的功为Fscosθ C．力F做的功为FssinθD．重力做的功为mgs 6．质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，当斜面沿 水平方向向右匀速移动了距离s时，如图2所示，物体m 相对斜面静止，则下列说法中不正确的是[] A．摩擦力对物体m做功为零 B．合力对物体m做功为零 C．摩擦力对物体m做负功 D．弹力对物体m做正功 7．起重机竖直吊起质量为m的重物，上升的加速度是α，上升的高度是h，则起重机对货物所做的功是。[] A．mgh B．mαh C．m（g＋α）h D．m（g-α）h 8、汽车从静止开始保持加速度a作匀加速运动的最长时间为t，此后汽车的运动情况是( ) A加速为零，速变恒定 B加速度逐渐减小直到为零，速度逐渐增大直到最大值后保持匀速。 C加速度渐减小直到为零，速度也逐渐减小直至为零。 D加速度逐渐增大到某一值后不变，速度逐渐增大，直到最后匀速。 9、.质量相同的两物体处于同一高度，A沿固定在地面上的光滑斜面下滑，B自由下落，最后到达同一水平面，则：( ) A重力对两物体做功相同。 B重力的平均功率相同。 C到达底端时重力的瞬时功率PA 专题二 第1讲 功 功率和动能定理 考向一 功和功率的计算 (选择题) 1.恒力做功的公式 W ＝Fl cos α(通过F 与l 间的夹角α判断F 是否做功及做功的正、负)。 2．功率 (1)平均功率：P ＝W t ＝F v cos α。 (2)瞬时功率：P ＝Fv cos α(α为F 与v 的夹角)。 [例1] (2014·全国新课标Ⅱ)一物体静止在粗糙水平地面上。现用一大小为F 1的水平拉力拉动物体，经过一段时间后其速度变为v 。若将水平拉力的大小改为F 2，物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v 。对于上述两个过程，用WF 1、WF 2分别表示拉力F 1、F 2所做的功，W f 1、W f 2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功，则( ) A ．WF 2>4WF 1, W f 2>2W f 1 B ．WF 2>4WF 1, W f 2＝2W f 1 C ．WF 2<4WF 1, W f 2＝2W f 1 D ．WF 2<4WF 1, W f 2<2W f 1 [思路探究] (1)两次物体的加速度、位移存在什么关系？ 提示：因为前后两次t 相等，由a ＝v t ，x ＝v 2 t 知，a 1∶a 2＝1∶2，x 1∶x 2＝1∶2。 (2)两次合力做功存在什么关系？ 提示：由动能定理知W 合1∶W 合2＝1∶4。 [解析] 由x ＝v t 知，前后两次的位移之比x 1∶x 2＝1∶2，由W f ＝fx 知W f 1∶W f 2＝1∶2；由动能定理知，WF 1－W f 1＝12mv 2，WF 2－W f 2＝12 m ·(2v )2 ，所以WF 2－W f 2＝4(WF 1－W f 1)，又 因为W f 2＝2W f 1，所以4WF 1－WF 2>0，即WF 2<4WF 1，C 正确。 [答案] C [感悟升华] 计算功和功率时应注意的问题 1．(2014·乐山模拟)如图所示，自动卸货车始终静止在水平地面上，在液压机的作用下，车厢与水平面间的θ角逐渐增大且货物相对车厢静止的过程中，下列说法正确的是( ) 二、重难点提示： 重点：1. 理解功率的概念； 2. 灵活应用功率的计算公式计算平均功率和瞬时功率。 难点：1. 正确区分平均功率和瞬时功率所表示的物理意义； 2. 能够利用相关公式计算平均功率和瞬时功率。 一、功率 1. 定义：功与完成这些功所用时间的比值。 物理意义：描述力对物体做功的快慢。 2. 公式 （1）P ＝t W ，P 为时间t 内的平均功率。 （2）P ＝Fv cos α（α为F 与v 的夹角） 【重要提示】v 为平均速度，则P 为平均功率；v 为瞬时速度，则P 为瞬时功率。 二、功率的计算 1. 平均功率的计算方法 ①利用W P t = ； ②利用P F cos v α=?，其中v 为物体运动的平均速度。 2. 瞬时功率的计算方法 ①利用公式P F cos v α=?，其中v 为t 时刻的瞬时速度； ②F P F v =?，其中F v 为物体的速度v 在力F 方向上的分速度； ③v P F v =?，其中v F 为物体受到的外力F 在速度v 方向上的分力。 例题1 举重运动员在2s 内把1500N 的杠铃匀速举高了2m ，在空中停留了3s ，那么，他对杠铃做了______J 的功，前2s 内的功率是______W ；后3s 内的功率是______W ；整个 过程的平均功率是________W 。 思路分析：做功的条件是，有力作用在物体上，物体在力的方向上移动距离，根据W Fl =可求做的功150023000W Fl J ==?=，题目中做的功不变，改变的是时间，根据W P t =可知，举的时间是2s ，则111500W P W t ==，后三秒停住不动没有发生位移，不做功，则20P W =，全程时间是5s ，则32 600W P W t ==。 答案：3000；1500；0；600. 例题2 质量相同的A 、B 两个物体静止放在水平面上，从某一时刻起同时受到大小不 同的水平外力A F 、B F 的作用由静止开始运动，经过时间0t ，撤去A 物体所受的水平外力A F ； 经过40t ，撤去B 物体所受的水平外力B F ，两物体运动的v-t 关系如图所示，则下列说法中正确的是（ ） A. A 、B 两物体所受摩擦力大小不同 B. A 、B 两物体所受水平外力大小之比A F ︰B F =12︰5 C. 在匀加速运动阶段，合外力做功之比为6∶5 D. A 、B 两物体在整个运动过程中，摩擦力的平均功率之比为1∶2 思路分析：撤去拉力后从图象来看，两物体加速度相同，故受到的摩擦力相同，A 错误；A 加速时的加速度是减速时加速度的2倍，2A F mg mg μμ-=，B 加速时的加速度是减速时加速度的 14倍，14 B F mg mg μμ-=，所以A F ∶B F =12∶5，B 正确；在v-t 图象中，面积可以表示位移，根据W Fl =，在匀加速运动阶段有001222 A A A W F l mg v t μ==??合，0011442 B B W F l mg v t μ==??合B ,则合外力做功之比为4∶1， C 错误；摩擦力做的功为fl ，1212::6:5W W fl fl ==，依据W P t =可知12:2:1P P =， D 错误。 答案：B 例题3 质量为m 的物体静止在光滑水平面上，从t ＝0时刻开始受到水平力的作用，力的大小F 与时间t 的关系如图所示，力的方向保持不变，则（ ） 高一必修二单元检测题一 1 、关于功率下列说法中正确的是：( BD ) A.功率大说明物体做的功多。 B.功率小说明物体做功慢。 C.由P=W/t可知，机器做功越多，其功率越大 D .单位时间机器做功越多，其功率越大 2．关于摩擦力对物体做功，以下说法中正确的是[B] A．滑动摩擦力总是做负功 B．滑动摩擦力可能做负功，也可能做正功 C．静摩擦力对物体一定做负功 D．静摩擦力对物体总是做正功 3．如图1所示，一个物体放在水平面上，在跟竖直方向成θ角的斜向下的推力F的作用下沿平面移动了距离s，若物体的质量为m，物体与地面之间的摩擦力大小为f，则在此过程中[C] A．摩擦力做的功为fs B．力F做的功为Fscosθ C．力F做的功为FssinθD．重力做的功为mgs 4．质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，当斜面沿水平方向向右匀速移动了距离s 时，如图2所示，物体m相对斜面静止，则下列说法中不正确的是[A] A．摩擦力对物体m做功为零 B．合力对物体m做功为零 C．摩擦力对物体m做负功 D．弹力对物体m做正功 5．起重机竖直吊起质量为m的重物，上升的加速度是α，上升的高度是h，则起重机对货物所做的功是。[C] A．mgh B．mαh C．m（g＋α）h D．m（g-α）h 6．把一个物体竖直向上抛出去，该物体上升的最大高度是h，若物体的质量为m，所受的空气阻力恒为f, 则在从物体被抛出到落回地面的全过程中[AD] A．重力所做的功为零B．重力所做的功为2mgh C．空气阻力做的功为零D．空气阻力做的功为-2fh 7．一质量为m的木块静止在光滑的水平面上，从t=0开始，将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上，在t=t1时刻F的功率是[C] 8．如图6所示，物体质量1kg，斜向上拉F=10N，物体和水平面间的滑动摩擦因数μ=0.25，物体在F的作用下前进10m。则在这段时间内，拉力F对物体做的功为多少？ 9如图8所示，物体由静止开始沿倾角为θ的光滑斜面下滑，m、H已知，求： （1）物体滑到底端过程中重力的功率。 （2）物体滑到斜面底端时重力的功率。 高中物理必修2《功率》教学设计 高中物理必修2《功率》教学设计 《功率》教学设计 一、教学目标 （一）知识与技能 1．知道功率。能说出功率的物理意义，并能写出功率的定义式及其单位。 2．能结合生活中的实例说明功率的含义。 3．能应用功率的定义式进行简单的计算，并能利用功率的概念设计测量生活中功率的大小。 （二）过程与方法 1．经历探究人体的输出功率的过程，进一步熟悉科学探究的基本步骤。 2．通过资料认识常见运动物体的功率大小，了解功率在实际应用的重要价值。 （三）情感态度与价值观 1．通过测量活动的组织安排，培养学生的合作意识和协作能力。 2．进一步形成乐于探究自然现象和日常生活中的物理学道理的习惯，增强将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。 二、教学重难点 本节在学习机械功之后，从做功快慢的角度认识功这个物理量。功率在实际生活中具有重要意义，也是后续学习电功率等知识的基础。 教科书通过对生活、生产实例的分析，采用比值定义的方法引入功率的概念。要求学生明确功率的物理意义，能进行简单的计算，并能利用功率的概念测量生活中功率的大小。对功率概念的认识是本节教学的重点。功率与功的关系和物体运动速度与距离的关系相似，学生在学习速度概念的基础上容易进行知识的正迁移，所以，可以结合实例采用类比的方法引入功率的概念。这样既有利于学生认识与记忆，也可以渗透科学方法教育。 教学重点：功率的概念和利用公式的计算。 教学难点：对功率意义的理解。 三、教学策略 与速度、密度和压强的定义方法相同，功率也是采用比值法定义的物理量。教学中通过人上楼的实例创设情景，让学生思考做相同的功，用时不同，引出做功快慢的问题，为功率概念的提出做铺垫。类比速度是表征物体运动快慢的物理量，做功的快慢取决于相同时间内做功的多少，因此新概念的引入需要用功与做功所用时间的比完成，它的大小为单位时间，内所做的功。 四、教学资准备 高中物理学习材料 福安二中物理必修2期末复习——《功和功率》 一、本题共16小题，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确． 1．关于功是否为矢量，下列说法正确的是( ) A．因为功有正功和负功，所以功是矢量 B．因为功没有方向性，所以功是标量 C．力和位移都是矢量，功也一定是矢量 D．力是矢量，功也是矢量 2．质量分别为m1和m2的两个物体，m1 人教版高一物理必修二第七章 功、功率复习知识点 第二节功 1．追寻守恒量 (1)伽利略的斜面实验探究如图所示。 ①过程：不计一切摩擦，将小球由斜面A上某位置滚落，它就要继续滚上另一个斜面B。 ②现象：无论斜面B比斜面A陡些或缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为0，这一点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度相同。 ③结论：这一事实说明某个量是守恒的。在物理学中我们把这个量叫做能量或能。 (2)势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。 (3)动能：物体由于运动而具有的能量。 (4)能量转化：小球从斜面A上下落的过程势能转化为动能；沿斜面B升高时，动能转化为势能。 2．功 (1)概念：一个物体受到力的作用，并在力的方向上发生了一段位移，这个力就对物体做了功。 (2)做功的三个因素： A 、作用在物体上的力； B 、力的作用点以地面为参照物的位移（相对于地面静止的物体均可作为参考物）； C 、力和位移夹角的余弦值 说明：A 、功和物体运动的快慢、运动的性质、接触面是否光滑、物体质量的大小等都无关系。 B 、功是一个过程量，功描述了力的作用效果在空间上的积累，它总与一个具体运动过程相对应。 (3)做功的公式：W ＝Fl cos α， (4)单位：国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，符号是J 。 （5）适用于恒力做功 3．正功和负功 功是标量，由W ＝Fl cos α可知： (1)当α＝π 2时，W ＝0，力对物体不做功，力既不是阻力也不是 动力。 (2)当0≤α<π 2 时，W >0，力对物体做正功，做功的力是动力。 (3)当π 2 <α≤π时，W<0，力对物体做负功，或说成物体克服这 个力做功，做功的力是阻力。 对功的理解 利用公式W＝Fl cosα计算时F、l需要带表示方向的正负号吗？ 提示：功是标量，没有方向，计算时力F和位移l都只要代入数值就行。 正功一定比负功大吗？ 提示：功是标量，功的正负既不表示方向也不表示大小，比较功的大小，只需比较数值的大小，与正负号无关，所以正功不一定比负功大。 功的正负的意义是什么？ 提示：当0°≤α＜90°时，cosα为正，力F做正功，此时力为动力。同理，当90°＜α≤180°时，力F做负功，此时力为阻力。故功的正负表示的是动力做功还是阻力做功。 负功的理解：一个力对物体做负功时，我们可以说成物体克服这个力做了功(正值)。如摩擦力对滑块做了－5 J的功，可以说成滑块克服摩擦力做了5 J的功。 对正负功意义的再认识 高中物理学习材料 （马鸣风萧萧**整理制作） 【功和功率】 一、功 1．定义：一个物体受到________的作用，如果在力的方向上发生一段________，物理学中就说这个力对物体做了功． 2．做功的两个必要因素：________和物体在力的方向上发生的________，是做功的两个不可缺少的因素． 3．物理意义：功是________转化的量度． 4．公式和单位：W ＝________，其中α是F 和l 的夹角．功的单位是焦耳，符号是J. 5．功是________量，但有正负．由W ＝F l cos α，可以看出： (1)当0°≤α<90°时，0 汽车启动问题 1、汽车以额定功率从水平路面上坡时，司机要通过变速杆进行“换挡”，其目的是() A．增大速度，增大牵引力 B．减小速度，减小牵引力 C．增大速度，减小牵引力 D．减小速度，增大牵引力 2、飞机在飞行时受到的空气阻力与速率的平方成正比，若飞机以速率v匀速飞行时，发动机的功率为P，则当飞机以速率n v匀速飞行时，发动机的功率为 A、nP B、2nP C、n2P D、n3P 3、质量为m的汽车，启动后沿平直路面行驶，如果发动机的功率恒为P，汽车行驶过程中受到的摩擦阻力大 小一定，汽车速度能够达到的最大值为v，那么当汽车的车速为v/4时，汽车的瞬时加速度的大小为（） A. P/mv B. 2P/mv C. 3P/mv D. 4P/mv 4、关于汽车在水平路上运动，设所受的阻力不变。下列说法正确的是： A、汽车启动后以额定功率行驶，在速率没达到最大以前，加速度是不断增大的 B、汽车启动后以额定功率行驶，在速率没达到最大以前，牵引力是不断减小的 C、汽车启动后以额定功率行驶，汽车做匀加速运动 D、汽车启动后以额定功率行驶，速率越来越大，是因为牵引力越来越大 一中站一中站 5、如图a、b所示，是一辆质量为m=6×103kg t t t t 的公共汽车在t =0和t =3s 末两个时刻经过同一站牌的两张照片．当t =0时，汽车刚启动，在这段时间内汽车的运动可看成匀加速直线运动．图c 是车内水平横杆上用轻绳悬挂的拉手环经放大后的图像，轻绳与竖直方向的夹角为θ=370．根据题中提供的信息，不能计算出的物理量有（已知sin370=0．6,cos370=0．8，g 取10m/s 2） A ．汽车的长度 B ．第3s 末汽车的速度 C ．第3s 末汽车牵引力的功率 D ．3s 内合外力对汽车所做的功 6、一辆汽车保持功率不变驶上一斜坡，其牵引力逐渐增大，阻力保持不变，则在汽车驶上斜坡的过程中( ) A ．加速度逐渐增大 B ．速度逐渐增大 C ．加速度逐渐减小 D ．速度逐渐减小 7、提高物体(例如汽车)运动速率的有效途径是增大发动机的功率和减小阻力因数(设阻力与物体运动速率的平方成正比，即f ＝kv 2，k 是阻力因数)．当发动机的额定功率为P 0时，物体运动的最大速率为v m ，如果要使物体运动的速率增大到2v m ，则下列办法可行的是 A ．阻力因数不变，使发动机额定功率增大到4P 0 B ．发动机额定功率不变，使阻力因数减小到k ８ C ．阻力因数减小到k 2 ，使发动机额定功率增大到8P 0 D ．发动机额定功率不变，使阻力因数减小到k ４ 8、汽车以恒定功率P 、初速度v 0冲上倾角一定的斜坡，汽车所受的摩擦阻力恒定不变，则汽车上坡过程中的v----t 图象不可能的是高中物理必修2功率 例题解析
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