浙江省嘉兴市第三中学高中物理《7.3功率》课件 新人教必修2.ppt
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1、 第七章 机械能守恒定律 第三节 功率2021/8/8 星期日1一、功率的概念一、功率的概念1.1.物理意义:表示力做功快慢的物理量物理意义:表示力做功快慢的物理量2.2.定义:功与完成这些功所用时间的比值叫功率定义:功与完成这些功所用时间的比值叫功率3.定义式:定义式:,所求出的功率是时间所求出的功率是时间t内的内的平均功率。平均功率。4.计算式:计算式:,其中,其中是力与速度间是力与速度间的夹角。用该公式时,要求的夹角。用该公式时,要求F为为恒力恒力。(1 1)当)当v v为即时速度时,对应的为即时速度时,对应的P P为即时功率;为即时功率;(2 2)当)当v v为平均速度时,对应的为平均
2、速度时,对应的P P为平均功率。为平均功率。(3)重力的功率可表示为重力的功率可表示为,仅由重,仅由重力及物体的竖直分运动的速度大小决定。力及物体的竖直分运动的速度大小决定。2021/8/8 星期日2(4 4)若力和速度在一条直线上,上式可简化为若力和速度在一条直线上,上式可简化为 P Pt t=Fv=Fvt t(5 5)由公式由公式P=FvP=Fvt t可知,当功率一定时,即时速度越可知,当功率一定时,即时速度越大,则作用力越小;反之,作用力越大,速度越小。大,则作用力越小;反之,作用力越大,速度越小。汽车上坡时要慢速行驶就是这个原因。汽车上坡时要慢速行驶就是这个原因。对于机动车辆的功率(因
3、与同向)。对于机动车辆的功率(因与同向)。是牵引力,即为牵引力的功率,并非机车的合是牵引力,即为牵引力的功率,并非机车的合外力。外力。2021/8/8 星期日3例例1.1.如图示如图示,质量为质量为mm的小滑块的小滑块,由静止开始从倾角为由静止开始从倾角为 的的光滑斜面上高为光滑斜面上高为h h 的的A A 点滑到斜面的底端点滑到斜面的底端B B点,求:点,求:(1 1)滑块由)滑块由A A 点滑到点滑到B B点的过程中,重力的平均功率;点的过程中,重力的平均功率;(2 2)滑块到达)滑块到达B B点时重力的瞬时功率点时重力的瞬时功率解:设滑块到达解:设滑块到达B B点时的速度为点时的速度为v
4、 vB B ,经历的时间为,经历的时间为t t 由机械能守恒定律得由机械能守恒定律得 v vB B2 2=2gh=2ghhABm2021/8/8 星期日42021/8/8 星期日5 【练习【练习1 1】从空中以】从空中以40m/s40m/s的初速度平抛一重的初速度平抛一重为为10N10N的物体,物体在空中运动的物体,物体在空中运动3s3s落地,不计落地,不计空气阻力,取空气阻力,取=10m/s=10m/s2 2,则物体落地时,重,则物体落地时,重力的瞬时功率为力的瞬时功率为()()A.400W A.400W B.300W B.300W C.500W C.500W D.700W D.700WB2
5、021/8/8 星期日6【解析】本题要求的是【解析】本题要求的是3s3s未重力的瞬时功率,未重力的瞬时功率,如图所示,由于曲线运动如图所示,由于曲线运动,G,G与未速度与未速度v v间有夹间有夹角角,同学们常常考虑先求了,同学们常常考虑先求了v v的大小,再求出的大小,再求出,利用公式,利用公式P=FvcosP=Fvcos 求解,这种思路是正求解,这种思路是正确的确的.但过于麻烦但过于麻烦.本题要求的功率是本题要求的功率是P=GvcosP=Gvcos,其实,其实vcosvcos 就是就是v v竖直分量,竖直分量,只需求出只需求出3s3s末平抛运动的竖直分速度末平抛运动的竖直分速度v vy y.
6、v.vy y=gt=gt所以所以P=Gvcos=GvP=Gvcos=Gvy y=Ggt=10103W=300W=Ggt=10103W=300WVx=V0VVy2021/8/8 星期日7【例【例2 2】一跳绳运动员质量】一跳绳运动员质量m=50kg,1minm=50kg,1min跳跳N=180N=180次,假次,假设每次跳跃中,脚与地面的接触时间占跳跃一次所用时设每次跳跃中,脚与地面的接触时间占跳跃一次所用时间的间的2/52/5,试估算该运动员跳绳时克服重力做功的平均,试估算该运动员跳绳时克服重力做功的平均功率多大功率多大?【解析】跳跃的周期【解析】跳跃的周期T=60s/180=1/3sT=60
7、s/180=1/3s,而一个周期内,而一个周期内在空中停留时间在空中停留时间t t1 1=(3/5)T=(1/5)s=(3/5)T=(1/5)s人向上跳看做是竖直人向上跳看做是竖直上抛运动,设起跳速度为上抛运动,设起跳速度为v v0 0,由由t t1 1=2v=2v0 0/g/g得得v v0 0=gt=gt1 1/2/2每次跳跃克服重力做功每次跳跃克服重力做功W=1/2mvW=1/2mv0 02 2=1/8mg=1/8mg2 2t t1 12 2所以克服重力做功的平均功率所以克服重力做功的平均功率P=W/T=75(W)P=W/T=75(W)2021/8/8 星期日8提示:两种情况中拉力对人做的
8、功一样,第二种情况提示:两种情况中拉力对人做的功一样,第二种情况拉力除对人做功外,又对另一只小船也做了功,所以拉力除对人做功外,又对另一只小船也做了功,所以WW2 2WW1 1由于所用时间一样,所以由于所用时间一样,所以P P2 2P P1 1【例【例3 3】一个小孩站在船头,按应当为图中两种情况】一个小孩站在船头,按应当为图中两种情况用同样大小力拉绳,经过相同的时间用同样大小力拉绳,经过相同的时间t t(船未碰撞),(船未碰撞),小孩所做的功小孩所做的功WW1 1、WW2 2及在时间及在时间t t内小孩拉绳的功率内小孩拉绳的功率 P P1 1、P P2 2的关系为(的关系为()A AWW1
9、1WW2 2,P P1 1=P=P2 2 B BWW1 1WW2 2,P P1 1P P2 2 CCWW1 1WW2 2,P P1 1P P2 2 D DWW1 1WW2 2,P P1 1=P=P2 2C2021/8/8 星期日9练习练习2.2.某人用同一水平力某人用同一水平力F F先后两次拉同一物体,先后两次拉同一物体,第一次使此物体沿光滑水平面前进第一次使此物体沿光滑水平面前进s s距离,第二距离,第二次使此物体沿粗糙水平也前进次使此物体沿粗糙水平也前进s s距离,若先后两距离,若先后两次拉力做的功为次拉力做的功为WW1 1和和WW2 2,拉力做功的功率是,拉力做功的功率是P P1 1和和
10、P P2 2,则,则()()A.WA.W1 1=W=W2 2,P P1 1=P=P2 2B.WB.W1 1=W=W2 2,P P1 1P P2 2 C.WC.W1 1WW2 2,P P1 1P P2 2D.WD.W1 1WW2 2,P P1 1=P=P2 2B2021/8/8 星期日10例例4 4、质量为质量为m=80kg m=80kg 的人站在质量为的人站在质量为MMA A=240kg=240kg 的的船上,用船上,用80N 80N 的力拉一根足够长的水平绳子,不计水的力拉一根足够长的水平绳子,不计水的阻力,从静止起经过的阻力,从静止起经过t=10 t=10 秒钟,下列两种情况下,秒钟,下列
11、两种情况下,人做功的平均功率和瞬时功率各多少?人做功的平均功率和瞬时功率各多少?(1 1)绳的另一端系在岸边的树上,)绳的另一端系在岸边的树上,(2 2)绳的另一端系在质量为)绳的另一端系在质量为MMB B=400kg=400kg 的船上的船上解:(解:(1)a=F/(m+MA)=0.25m/s2SA=1/2at2=12.5mvAt=at=2.5m/sP1=W/t=FSA/t=100WP1=FvAt=200W(2)aB=F/MB=0.2m/s2SB=1/2aBt2=10mvBt=aBt=2m/sW2=F(SA+SB)=1800JP2=W2/t=180WP2=F(vt+vBt)=360W2021
12、/8/8 星期日11练习练习3.3.如图所示,质量为如图所示,质量为lkglkg的物体与平面间摩擦系数的物体与平面间摩擦系数=0=0ll(g g取取10m10ms s2 2),在),在2 N2 N水平拉力作用下由静止水平拉力作用下由静止开始运动了开始运动了2s2s,求这段时间内拉力、摩擦力、重力、支,求这段时间内拉力、摩擦力、重力、支持力的平均功率及持力的平均功率及2s2s末的即时功率各为多少?末的即时功率各为多少?解析:解析:a=(F-f)/m=1ma=(F-f)/m=1ms2s2s satat2 22m2mv vatat2m/s2m/s 外力外力 F F做功功率平均值为:做功功率平均值为:
13、p p1 1W/t=Fs/t=2W W/t=Fs/t=2W 2s2s末即时功率为:末即时功率为:P P1 1/=Fv/=Fv4 W4 W摩擦力做功功率平均值:摩擦力做功功率平均值:P P2 2=fs/t=1W =fs/t=1W 2 s2 s末即时功率为:末即时功率为:P P2 2/=fv=2 W=fv=2 W重力与支持力重力与支持力N N由由P=FvcosP=Fvcos知:功率都为知:功率都为0 02021/8/8 星期日12【例【例5 5】正常人心脏在一次搏动中泵出血液】正常人心脏在一次搏动中泵出血液70 mL70 mL,推动血液流动的平均压强为推动血液流动的平均压强为1.6101.6104
14、 4PaPa,设心脏主动,设心脏主动脉的内径约脉的内径约2.5cm2.5cm,每分钟搏动,每分钟搏动7575次,求:次,求:(1)(1)心脏推动血液流动的平均功率是多大心脏推动血液流动的平均功率是多大?(2)(2)血液从心脏流出的平均速度是多大血液从心脏流出的平均速度是多大?(3)(3)把一种对人体无害,但不能透出血管的把一种对人体无害,但不能透出血管的9 mg9 mg的试的试剂,由静脉一次性注入体内,在安静的情况下,经过剂,由静脉一次性注入体内,在安静的情况下,经过一定的时间后抽取血样检查,发现该试剂的浓度已稳一定的时间后抽取血样检查,发现该试剂的浓度已稳定在定在2 mg/L2 mg/L,则
15、此人全部循环血量通过心脏一次的时,则此人全部循环血量通过心脏一次的时间需多长间需多长?2021/8/8 星期日13(2)(2)每分钟心脏输出血量为每分钟心脏输出血量为:V=nV V=nV0 0=757010=757010-6-6mm3 3=5.2510=5.2510-3-3mm3 3心脏主动脉横截面积心脏主动脉横截面积S S为:为:S=S=r r2 2=3.14(1.2510=3.14(1.2510-2-2)2 2=4.910=4.910-4-4mm2 2【解析】【解析】(1)(1)设心脏每次推动血液前进的位移为设心脏每次推动血液前进的位移为L L,血液受到心脏的压力为血液受到心脏的压力为F
16、F,由,由p=F/Sp=F/S可知,心脏起搏可知,心脏起搏一次对血液所做的功一次对血液所做的功W=FL=pW=FL=p0 0SL=pSL=p0 0V,VV,V是心脏跳是心脏跳动一次输送的血液动一次输送的血液.W=npV=751.61047010 W=npV=751.61047010-6-6J=84 JJ=84 J P=W/t=84/60=1.4 W P=W/t=84/60=1.4 W所以所以v=L/t=V/(St)v=L/t=V/(St)=(5.2510 =(5.2510-3-3m/s)/(4.910m/s)/(4.910-4-460)=0.18m/s60)=0.18m/s2021/8/8 星
17、期日14(3)(3)设此人的循环血量为设此人的循环血量为V V1 1,则,则V V1 1=9/2=9/2 所以所以V V1 1=4.5(L)=4.510=4.5(L)=4.510-3-3mm3 3循环一次的时间为循环一次的时间为:t=(4.510 t=(4.510-3-3/5.2510/5.2510-3-3)60=51s)60=51s2021/8/8 星期日15【练习【练习4 4】长为】长为L L的细线一端固定在的细线一端固定在OO点,另一端系一点,另一端系一质量为质量为mm的小球,开始时,细线被拉直,并处于水平的小球,开始时,细线被拉直,并处于水平位置,球处在位置,球处在0 0点等高的点等高
18、的A A位置,如图所示,现将球由位置,如图所示,现将球由静止释放,它由静止释放,它由A A运动到最低点运动到最低点B B的过程中,重力的瞬的过程中,重力的瞬时功率变化的情况是时功率变化的情况是 ()A.A.一直在增大一直在增大 B.B.一直在减小一直在减小 C.C.先增大后减小先增大后减小 D.D.先减小后增大先减小后增大解析解析:小球在小球在A A位置时速度为零,重力的瞬时功率为零,位置时速度为零,重力的瞬时功率为零,到达到达B B位置时,速度达到最大位置时,速度达到最大方向水平向左,与重力夹角为方向水平向左,与重力夹角为90900 0,P PB B0 0,由于两个极端位置瞬时,由于两个极端
19、位置瞬时功率均为功率均为0 0,故可判断,故可判断CC正确正确OAB2021/8/8 星期日16二二.汽车的两种加速问题汽车的两种加速问题1.1.恒定功率的加速恒定功率的加速 由公式由公式P=FvP=Fv和和F-f=maF-f=ma知,由于知,由于P P恒定,随着恒定,随着v v的增大,的增大,F F必将减小,必将减小,a a也必将减小,也必将减小,汽车做加速度不断减小的汽车做加速度不断减小的加速运动加速运动,直到,直到F=fF=f,a=0a=0,这时,这时v v达到最大值达到最大值.可见可见恒定功率的加速一定不是匀加速恒定功率的加速一定不是匀加速。这种加速。这种加速过程发动机过程发动机做的功
20、只能用做的功只能用W=PtW=Pt计算计算,不能用,不能用W=FsW=Fs计计算(因为算(因为F F为变力)。为变力)。2021/8/8 星期日17P=P额额不变不变vF=P额额/va=(F-f)/mP=P额额不变不变F2=P额额/vm=fa=0v=vm变加速运动变加速运动匀速运动匀速运动fffFF2F1ABCvA=0vC=vmP=P额额不变不变F1=P额额/va1=(F1-f)/mv汽车以恒定功率运动汽车以恒定功率运动2021/8/8 星期日18解:汽车在水平路面行驶达到最大速度时牵引力解:汽车在水平路面行驶达到最大速度时牵引力F F等等于阻力于阻力f f,即,即P Pm=m=f f v v
21、mm,而速度为,而速度为v v时的牵引力时的牵引力F=F=P Pm/vm/v,再利用,再利用F-f=maF-f=ma,可以求得这时的,可以求得这时的a=0.50m/a=0.50m/s2s2例例6.6.质量为质量为2t2t的农用汽车,发动机额定功率为的农用汽车,发动机额定功率为30kW30kW,汽车在水平路面行驶时能达到的最大时速为汽车在水平路面行驶时能达到的最大时速为54km/h54km/h。若汽车以额定功率从静止开始加速,当其速度达到若汽车以额定功率从静止开始加速,当其速度达到v v=36km/h=36km/h时的瞬时加速度是多大?时的瞬时加速度是多大?2021/8/8 星期日19练习练习5
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- 7.3功率 浙江省嘉兴市第三中学高中物理7.3功率课件 新人教必修2 浙江省 嘉兴市 第三中学 高中物理 7.3 功率 课件 新人 必修
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