《課時功功率》PPT課件.ppt

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1、第五章 機械能及其守恒定律 第1課時 功 功率 一、功 1.做功的兩個不可缺少的因素:力和物體在 上發(fā)生的位移. 2.功的公式:W= ,其中F為恒力,α為F的方向與位移l的方向夾角;功的單位: (J);功是 (矢、標)量.,,力的方向,Flcosα,焦耳,,標,3.正功和負功:根據(jù)W=Flcos α可知:,名師點撥 1.功的公式可有兩種理解:一是力“F”乘以物體在 力的方向上發(fā)生的位移“l(fā)cos α”;二是在位移l方向上的力“Fcos α”乘以位移l. 2.功是標量,正功表示對物體做功的為動力,負功表示對物體做功的為阻力,功的正負不表示功的大小.,二、功率1.定義:功與完成功所用時間的

2、 . 2.物理意義:描述力對物體 . 3.公式 (1) P為時間t內(nèi)的平均功率. (2)P=Fvcos α(α為F與v的夾角) ①v為平均速度,則P為 ; ②v為瞬時速度,則P為 . 4.額定功率:機械 時輸出的 功率. 5.實際功率:機械 時輸出的功率.要求 額定功率.,比值,做功的快慢,平均功率,瞬時功率,正常工作,實際工作,小于或等于,,,最大,名師點撥 各類發(fā)動機銘牌上的額定功率指的是該發(fā)動機正常工作時的最大輸出功率,并不是任何時候發(fā)動機的實際輸出功率都等于額定功率.實際輸出功率可在零和額定功率之間取值,發(fā)動機的功率即是牽引力的功率.在功率一定的條件下,牽

3、引力跟車輛的行駛速度成反比.,1.功的概念是要明確物體在哪個力的作用下發(fā)生的位移,哪個力對物體做功.而位移可以是物體在力的方向上對地的位移,也可以是力的作用點對地的位移. 2.從計算功的公式上看功的概念 W=Flcos α,若F與cos α結(jié)合則是位移方向上力乘以位移;將l與cos α結(jié)合則是力乘以力的方向的位移.兩種理解均包含了合成與分解中的等效觀點.,3.把握各種力做功的特點,會使功的計算變得簡單,在用能量的觀點解決問題時列起方程來更加得心 應手.(1)重力做功的特點:只跟初末位置的高度差有關,而跟運動的路徑無關. (2)彈力做功的特點:對接觸面間的彈力,由于彈力的方向與運動方向垂直,彈力

4、對物體不做功;對彈簧的彈力做的功,高中階段沒有給出相關的公式,對它的求解要借助其他途徑如動能定理、機械能守恒、功能關系等.,(3)摩擦力做功的特點:摩擦力做功跟物體運動的路徑有關,它可以做負功,也可以做正功.做正功時起動力作用,如用傳送帶把貨物由低處運送到高處,摩擦力就充當動力.摩擦力的大小不變、方向變化(摩擦力的方向始終和速度方向相反)時,摩擦力做功可以用摩擦力乘 以路程來計算,即W=Ffl.,二、一對作用力和反作用力做功的特點 1．一對作用力和反作用力在同一段時間內(nèi)，可以都做正功，或者都做負功，或者一個做正功、一個做負功，或者都不做功． 2．一對作用力和反作用力在同一段時間內(nèi)做的總功可能為

5、正、可能為負、也可能為零． 3．一對互為作用力與反作用力的摩擦力做的總功可能為零(靜摩擦力)、可能為負(滑動摩擦力)，但不可能為正．,1.恒力做功 對恒力作用下物體的運動,力對物體做的功用 W=Flcos α求解.該公式可寫成W=F(lcos α) =(Fcos α)l.即功等于力與力方向上位 移的乘積或功等于位移與位移方向上力的乘積. 2.變力做功 (1)用動能定理W=ΔEk或功能關系W=ΔE,即用 能量的增量等效代換變力所做的功.(也可計算 恒力做功)(2)當變力的功率P一定時,可用W=Pt求功,如機車恒功率啟動時.,(3)將變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功 當力的大小不變,而方向始終與運動方向相同

6、或 相反時,這類力的功等于力和路程(不是位移)的乘積.如滑動摩擦力做功、空氣阻力做功等. 3.總功的求法(1)總功等于合外力的功 先求出物體所受各力的合力F合,再根據(jù)W總=F合lcos α計算總功,但應注意α應是合力與位移l的夾角.(2)總功等于各力做功的代數(shù)和分別求出每一個力做的功:W1=F1l1cos α1,W2=F2l2cos α2, W3=F3l3cos α3,……再對各個外力的功求代數(shù) 和即:W總=W1+W2+W3+…,變式練習1 如圖示,物體沿弧形軌道滑下后進入足夠長的水平傳送帶,傳送帶以圖示方向勻速運轉(zhuǎn),則傳送帶對物體做功情況可能是 A.始終不做功 B.先做負功后做正功 C.先做

7、正功后不做功 D.先做負功后不做功,答案 ACD,在光滑的水平地面上有質(zhì)量為M的長平板A，如右圖所示，平板上放一質(zhì)量m的物體B，A、B之間動摩擦因數(shù)為μ.今在物體B上加一水平恒力F，B和A發(fā)生相對滑動，經(jīng)過時間t，B未滑離木板A.求：,(1)摩擦力對A所做的功．(2)摩擦力對B所做的功．(3)若長木板A固定，B對A的摩擦力對A做的功．,【例3】 如右圖所示，重物的質(zhì)量為1 kg，動滑輪質(zhì)量不計，豎直向上拉動細繩，使重物從靜止開始以5 m/s2的加速度上升，則拉力F在1 s內(nèi)對物體做的功為多大？拉力F在1 s末的瞬時功率是多大？(g取10 m/s2),【答案】 37.5 J 75 W,(2009

8、寧夏理綜)質(zhì)量為m的物體靜止在光滑水平面上，從t＝0時刻開始受到水平力的作用．力的大小F與時間t的關系如圖所示，力的方向保持不變，則 ( ),【答案】 BD,某貨場兩站臺A、B之間通過水平傳送裝置傳送物體,兩站臺與傳送帶處于同一水平面上,A、B之間的水平距離x0=4 m(等于傳送帶的長度),傳送帶的運行速度v0=5 m/s,方向如圖示.現(xiàn)將一質(zhì)量m = 10 kg的貨物自A端由靜止開始運送到B端,求摩擦力對貨物做功的平均功率.(已知貨物與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,取g=10 m/s2),思維導圖 解析 設運行過程中貨物的加速度為a,根據(jù)牛頓 第二定律得μmg=ma 設到達B端時速度為

9、v,所用時間為t,則 v2=2ax0,解得v=4 m/s

10、力F突然變?yōu)?則經(jīng)過t時刻,合力的功率的大小是( ) A. B. C. D.,解析 由于物體m受幾個力的作用而處于靜止狀 態(tài),合力為零,當某時刻其中一個力F突然變?yōu)?時,物體所受合力變?yōu)镕合= .物體在這個恒力 作用下做勻變速直線運動, ,經(jīng)過時間t,速 度 合力的功率P=F合v= B正確. 答案 B,【例3】在地震搶險中, 某部隊用直升飛機搶救峽谷中的傷員.直升機在空中懸停,其上有一起重機通過懸繩將傷員從距飛機102 m的谷底由靜止開始起吊到機艙里.已知傷員的質(zhì)量為80 kg,其傷情允許向上的最大加速度為2 m/s2,起重機的最大輸出功率為9.6 kW,為安全地把傷員盡快吊起,操作

11、人員采取的辦法是:先讓起重機以傷員允許向上的最大加速度工作一段時間,接著讓起重機以最大功率工作,再在適當高度讓起重機對傷員不做功,使傷員到達機艙時速度恰好為零,g取10 m/s2.試求:,(1)吊起過程中傷員的最大速度. (2)傷員向上做勻加速運動的時間. (3)把傷員從谷底吊到機艙所用的時間. 解析 (1) 勻速運動時速度最大,此時F=mg根據(jù)Pm=Fvm 解得vm=12 m/s (2)設傷員向上做勻加速運動時受到的懸繩的拉力為Fx,做勻加速運動的最大速度為vx, Fx-mg=mam 再根據(jù)Pm=Fxvx,聯(lián)立解得vx=10 m/s ⑥ 所以傷員向上做勻加速運動的時間 (3)減速上升的

12、時間 ⑧ 減速階段上升的距離為 ⑨ 設傷員從勻加速運動結(jié)束到開始做減速為運動的 時間為t2,對起重機以最大功率工作的過程應用動能 定理得 ⑩ 解得t2=6 s,所以把傷員從谷底吊到機艙所用的時間 t=t1+t2+t3=12.2 s 答案 (1)12 m/s (2)5 s (3)12.2 s 本題共17分.其中①②③⑤⑥⑦⑧⑨ 式各1分,④ 式各2分,⑩式4分. 1.在機車類問題中,勻加速啟動時,勻加速運動剛 結(jié)束時有兩大特點: (1)牽引力仍是勻加速運動時的牽引力,即F-Ff= ma仍滿足. (2)P=P額=Fv. 2.注意勻加速運動的末速度并不是整個運動過程 的最大

13、速度.,【評價標準】,【名師導析】,(16分)某興趣小組對一輛自制遙控小車的性能進行研究,他們讓這輛小車在水平的直軌道上由靜止開始運動,并將小車運動的全過程記錄下來,通過處理轉(zhuǎn)化為v—t圖象,如圖示(除2～10 s時間段內(nèi)的圖象為曲線外,其余時間段圖象均為直線).已知小車運動的過程中,2～14 s時間段內(nèi)小車的功率保持不變,在 14 s末停止遙控而讓小車自由滑行.小車的質(zhì)量為1 kg,可認為在整個過程中小車所受到的阻力大小不變.求:,(1)小車所受到的阻力大小及0～2 s時間內(nèi)電動機提供的牽引力大小. (2)小車勻速行駛階段的功率. (3)小車在0～10 s運動過程中位移的大小.,解析 (1)

14、由圖象可得,在14～18 s內(nèi) (2分) 小車受到阻力大小:Ff=-ma3=0.75 N (2分) 在0～2 s內(nèi): (2分) 由F-Ff=ma1得,電動機提供的牽引力大小 F=ma1+Ff=1.25 N (2分) (2)在10～14 s內(nèi)小車做勻速運動:F=Ff (1分) 故小車功率:P=Fv=0.753 W=2.25 W (2分),(3)速度圖象與時間軸的“面積”的數(shù)值等于物體位 移的大小. 0～2 s內(nèi), (1分) 2～10 s內(nèi),根據(jù)動能定理有: (2分) 解得x2=18.7 m (1分) 故小車在加速過程中的位移為:x=x1+x2=19.

15、7 m (1分) 答案 (1)1.25 N (2)2.25 W (3)19.7 m,1.如圖示,木板可繞固定的水平軸O轉(zhuǎn)動,在木板從水平位置OA緩慢轉(zhuǎn)到OB位置的過程中,木板上重為5 N的物塊始終相對于木板靜止,物塊的重力勢能增加了4 J.用FN表示木板對物塊的支持力,Ff表示木板對物塊的摩擦力,則( )A.物塊被抬高了0.8 m B.FN對物塊做功4 J,Ff對物塊不做功 C.FN對物塊不做功,Ff對物塊做功4 J D.FN和Ff對物塊所做功的代數(shù)和為0,解析 物塊重力勢能的增加量ΔEp=mgΔh,所以 Δh=0.8 m,A正確;因為物塊的運動方向始終與Ff 方向垂直,所以Ff不做功;由功

16、能關系得FN對物塊 做功為4 J,B正確. 答案 AB,2. 機械化生產(chǎn)水平較低時,人們經(jīng)常通過“驢拉磨”的方式把糧食顆粒加工成粗面來食用,如圖示,假設驢拉磨的平均用力大小為500 N,運動的半徑為1 m,則驢拉磨轉(zhuǎn)動一周所做的功為( ) A.0 B.500 J C.500π J D.1 000π J,解析 由于F的方向保持與作用點的 速度方向一致,因此F做功不為零,可 否定A答案.由于F的方向保持與作用 點的速度方向一致,因此可把圓周劃 分成很多小段研究,如右圖所示,當各小段的弧長 Δli足夠小(Δli→0)時,在這Δli內(nèi)F的方向幾乎與 該小段的位移方向重合.故WF=FΔl1+FΔl2

17、+FΔl3 +…=F2πR=1 000π J.(這等效于把曲線拉直) 答案 D,3.豎直上拋一個小球,小球又落回原處,已知空氣阻力的大小正比于小球的速度,則下列說法正確的是( )A.上升過程中克服重力做的功大于下降過程中重力做的功 B.上升過程中克服重力做的功小于下降過程中重力做的功 C.上升過程中克服重力做功的平均功率大于下降過程中重力做功的平均功率 D.上升過程中克服重力做功的平均功率小于下 降過程中重力做功的平均功率,解析 小球在上升過程中克服重力做的功和下降 過程中重力做的功均為W=mgh,而小球克服重力做 功的平均功率或重力做功的平均功率 又 由于空氣阻力做負功,小球落地時的速度小

18、于拋出 時的速度,即v下P下. 答案 C,4.一列火車在額定功率下由靜止從車站出發(fā),沿直 線軌道運動,行駛5 min后速度達到最大30 m/s, 設列車所受阻力恒定,則可以判斷列車在這段時 間內(nèi)行駛的距離( ) A.一定大于4.5 km B.可能等于4.5 km C.一定小于4.5 km D.條件不足,無法確定 勻加速位移 而該題中火車是以額定 功率出發(fā)如圖中所示,陰影部分的 面積一定大于△OAB的面積,故選A.,A,5.一根質(zhì)量為M的直木棒,懸掛在O點,有一只質(zhì)量為m的猴子抓著木棒,如圖示.剪斷懸掛木棒的細繩,木棒開始下落,同時猴子開始沿木棒向上爬.設在一段時間內(nèi)木棒沿豎直方向下落,猴子對地

19、的高度保持不變,忽略空氣阻力,則下列的四個圖中能正確反映在這段時間內(nèi)猴子做功的功率 隨時間變化的關系的是( ),解析 猴子對地的高度不變,所以猴子受力平衡. 設猴子的質(zhì)量為m,木棒對猴子的摩擦力為F,則有 F=mg.設木棒重力為Mg,則木棒受合外力為F+Mg =mg+Mg,根據(jù)牛頓第二定律,Mg+mg=Ma,可見a是 恒量,t時刻木棒速度v=at.猴子做功的功率P=mgv= mgat,P與t為正比例關系,故B正確.,6.下表是一輛電動自行車的部分技術指標,其中額 定車速是指自行車滿載的情況下在平直道路上 以額定功率勻速行駛的速度,假設行駛過程中電 能轉(zhuǎn)化為機械能的效率為100%,請參考表中數(shù)據(jù)

20、, 完成下列問題:(g取10 m/s2,sin 5=0.07),,(1)將你計算的“額定功率”和“續(xù)行里程”填入 上表中(無須寫出計算過程). (2)在行駛過程中電動自行車受到的阻力是車重 (包括載重)的k倍,試推算k的大小. (3)電動自行車在坡度為5的坡上勻速爬坡時,車 速約為多少?,,解析 (1)已知每行駛100 km消耗電能1度,即 3.6106 J的電能,車的行駛速度為v=5 m/s, 所以行駛100 km所需時間 即電動機功率 電池儲存的電能E=UIt=36123 600 J 所以續(xù)行里程,(2)由P=Fv,得 阻力 所以 (3)在上坡時,車受到的阻力 Ff′=k(m+M)g+(m+M)gsin 5=0.11 200 N= 120 N 所以 答案 (1)180 43.2 (2)0.03 (3)1.5 m/s,反思總結(jié)】,返回,