陜西省石泉縣高中物理 第3章 動能的變化與機(jī)械功 3.2 功率教案 滬科版必修2.doc
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功率與機(jī)車的啟動【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1理解功率的概念,能應(yīng)用功率公式進(jìn)行有關(guān)的計算2正確理解公式的意義,并能進(jìn)行計算和解釋有關(guān)現(xiàn)象3知道什么是瞬時功率和平均功率、實際功率和額定功率,會在具體問題中計算瞬時功率和平均功率4熟悉機(jī)車啟動的兩種方式。【要點(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、功率要點(diǎn)詮釋:1物理意義功率是表示做功快慢的物理量。所謂做功快慢的實質(zhì)是物體(或系統(tǒng))能量轉(zhuǎn)化的快慢。2功率的大小力做的功和做這些功所用時間的比值叫功率,即:P=Fvcos,其中是力與速度間的夾角這兩種表達(dá)形式在使用中應(yīng)注意:(1) 是求一個力在t時間內(nèi)做功的平均功率。(2)P= Fvcos有兩種用法:求某一時刻的瞬時功率。這時F是該時刻的作用力大小,v取瞬時值,對應(yīng)的P為F在該時刻的瞬時功率;求某一段時間內(nèi)的平均功率。當(dāng)v為某段時間(位移)內(nèi)的平均速度時,要求在這段時間(位移)內(nèi)F為恒力,對應(yīng)的P為F在該段時間內(nèi)的平均功率。3.說明(1)功率和功一樣,它也是屬于力的。說到“功率”必須說是哪個力的功率。如:重力的功率、拉力的功率、阻力的功率、彈力的功率等。(2)平均功率描述的是做功的平均快慢程度,因此說平均功率必須說明是哪段時間(或哪段位移上)的平均功率。而瞬時功率描述的是做功瞬間的快慢程度,因此說瞬時功率必須說明是哪個時刻(或哪個位置)的瞬時功率。(3)在國際制單位中功率的單位是W(瓦)。(4)功率是標(biāo)量。功率的正負(fù)(僅由角決定)表示是力對物體做功的功率還是物體克服外力做功的功率。(5)重力的功率可表示為PG=mgvy,即重力的瞬時功率等于重力和物體在該時刻的豎直分速度之積。4. 額定功率與實際功率發(fā)動機(jī)銘牌上的功率即為額定功率,它是指動力機(jī)械正常工作時的最大輸出功率;實際功率是機(jī)械實際工作時的功率。正常工作時,機(jī)器的實際功率不應(yīng)超過它的額定功率值。要點(diǎn)二、關(guān)于汽車的運(yùn)動分析要點(diǎn)詮釋: (1)對機(jī)車等交通工具類問題,應(yīng)明確PFv中,P為發(fā)動機(jī)的實際功率,機(jī)車正常行駛中實際功率小于或等于其額定功率;F為發(fā)動機(jī)(機(jī)車)的牽引力;v為機(jī)車的瞬時速度(2)機(jī)車以恒定功率啟動的運(yùn)動過程故機(jī)車達(dá)到最大速度時a0,這一啟動過程的關(guān)系圖像如圖所示(3)機(jī)車以恒定加速度啟動的運(yùn)動過程設(shè)機(jī)車保持以加速度a做勻加速直線運(yùn)動的時間為t: 則,此時速度這一啟動過程的關(guān)系圖像如圖所示說明:(1)當(dāng)發(fā)動機(jī)的功率P一定時,牽引力與速度v成反比,即,但不能理解為v趨于零時牽引力F可趨近于無窮大;也不能理解為當(dāng)F趨于零時v可趨于無窮大。要受到機(jī)器構(gòu)造上的限制。(2)用P=Fv(此時cos=1)分析汽車的運(yùn)動時,要注意條件。如果汽車啟動時可以看作勻加速直線運(yùn)動,阻力可看作大小不變的力,則汽車的牽引力F的大小不變,由P=F可知發(fā)動機(jī)的功率是逐漸增大的。但是當(dāng)功率達(dá)到額定功率時不再增大,由P=F可知牽引力F將逐漸減小,即汽車啟動時做勻加速運(yùn)動的時間是有限度的。在發(fā)動機(jī)功率不變的條件下,汽車加速運(yùn)動的加速度將不斷減小?!镜湫屠}】類型一、關(guān)于平均功率和瞬時功率例1、質(zhì)量m=2kg的物體從靜止開始自由下落,取g=10m/s2,求:(1)重力G在t=3s內(nèi)對物體做的功;(2)重力G在t=3s內(nèi)對物體做功的平均功率;(3)在3s末,重力G對物體做功的瞬時功率?!舅悸伏c(diǎn)撥】物體只在重力作用下從靜止開始做自由落體運(yùn)動,由運(yùn)動學(xué)知識可知,物體在3s內(nèi)的位移和物體在3s末的速度。知道了重力、位移、速度就可以算出功和功率?!窘馕觥浚?)物體在t=3s內(nèi)的位移x=at2=109=45(m)重力在t=3s內(nèi)對物體所做的功為:W=mgx=2045=900(J)(2)重力在t=3s內(nèi)對物體做功的平均功率:也可以這樣計算:物體在t=3s內(nèi)的平均速度平均功率:=mg=2015=300(W)(3)物體在3s末的速度v=at=103=30(m/s)在3s末,重力對物體做功的瞬時功率為:P=mgv=2030=600(W)【總結(jié)升華】為平均功率公式;在P=Fvcos公式中,如果v是瞬時速度得到的是瞬時功率,若v是平均速度得到的是平均功率,注意它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。舉一反三【變式】在足夠高的樓頂上,以水平初速度v0=20m/s拋出一個質(zhì)量m=0.5kg的鐵球,不計空氣阻力,g取10m/s2。(1)拋出后的第2s內(nèi),鐵球重力做功_J,平均功率為_W。(2)在拋出后的第2s末,鐵球重力的瞬時功率為_W。【解析】鐵球拋出后只受重力作用,重力做功與路徑無關(guān)。(1)拋出后的第2s內(nèi),鐵球沿重力方向下落的高度為h=gt22-gt12=1022-1012=15(m)所以重力在第2s內(nèi)做的功為W=mgh=0.51015=75(J)第2s內(nèi)的平均功率P1=。(2)第2s末鐵球的瞬時速度大小為瞬時速度的方向與重力方向的夾角為45,故重力的瞬時功率為P2=mgvcos45=520=100(W)另解,由于小球在第2s末的豎直速度為v=gt=102=20(m/s)故第2s末重力的瞬時功率P2為:P2=mgv=0.51020=100(W) 【變式2】質(zhì)量m=3kg的物體,在水平力F=6N的作用下,在光滑的水平面上從靜止開始運(yùn)動,運(yùn)動時間t=3s,求:(1)力F在t=3s內(nèi)對物體做的功;(2)力F在t=3s內(nèi)對物體做功的平均功率;(3)力F在3s末對物體做功的瞬時功率。【答案】54J;18W;36W類型二、關(guān)于汽車的運(yùn)動分析例2、一種氫氣燃料的汽車,質(zhì)量為=2.0103kg,發(fā)動機(jī)的額定輸出功率為80kW,行駛在平直公路上時所受阻力恒為車重的0.1倍。若汽車從靜止開始先勻加速啟動,加速度的大小為=1.0m/s2。達(dá)到額定輸出功率后,汽車保持功率不變又加速行駛了800m,直到獲得最大速度后才勻速行駛。試求:(1)汽車的最大行駛速度;(2)當(dāng)汽車的速度為32m/s時的加速度;(3)汽車從靜止到獲得最大行駛速度所用的總時間?!窘馕觥浚?)汽車的最大行駛速度(2)當(dāng)汽車的速度為32m/s時的牽引力F=由牛頓第二定律得:F-f=ma(3)設(shè)汽車勻加速啟動階段的末速度為,所用時間為,則,勻加速階段所用時間達(dá)到額定輸出功率后,汽車保持功率不變又加速行駛了800m, 這一過程阻力不變,對這一過程運(yùn)用動能定理:解得t1=35s總時間t=t1+t0=55s【總結(jié)升華】該題是汽車啟動的經(jīng)典模型,以恒定的加速度啟動,0-階段汽車做勻加速直線運(yùn)動,時刻汽車達(dá)到額定功率,但汽車速度仍然增大,因此汽車的牽引力減小,汽車在-做加速度減小的加速運(yùn)動,直到,加速度為零,即時刻汽車達(dá)到最大速度,時刻以后勻速直線運(yùn)動,其v-t圖像如圖所示。舉一反三【變式1】P0Ot1t2t3tP如圖所示為某汽車在平直公路上啟動時發(fā)動機(jī)功率P隨時間t變化的圖象,P0為發(fā)動機(jī)的額定功率。已知在t2時刻汽車的速度已經(jīng)達(dá)到最大vm,汽車受到的空氣阻力與地面摩擦力之和隨速度增大而增大。由此可得( )A.在0t1時間內(nèi),汽車一定做勻加速度運(yùn)動B.在t1t2時間內(nèi),汽車一定做勻速運(yùn)動C.在t2t3時間內(nèi),汽車一定做勻速運(yùn)動D.在t3時刻,汽車速度一定等于vm【答案】CD【解析】A、0-t1時間內(nèi)汽車的功率均勻增加,但由阻力隨著速度的增大而增大;故汽車在這一過程受到的力不可能為恒力,故不可能做勻加速直線運(yùn)動,故A錯誤;B、汽車t1(s)達(dá)到額定功率,根據(jù),速度繼續(xù)增大,牽引力減小,則加速度減小, t1-t2時間內(nèi)汽車做加速度減小的加速運(yùn)動,當(dāng)加速度為零時,即牽引力等于阻力,汽車速度達(dá)到最大,故B錯誤;C、在t2-t3時間內(nèi),汽車已達(dá)到最大速度,且功率保持不變;故汽車一定做勻速運(yùn)動;t3時刻,汽車速度一定等于vm,故CD正確?!究偨Y(jié)升華】0-t1時間內(nèi)因汽車功率,與阻力都在變化,所以該汽車并不是以恒定的加速度啟動,非物理經(jīng)典模型,但是用運(yùn)動學(xué)相關(guān)知識仍然可以分析出汽車的運(yùn)動過程。【變式2】汽車發(fā)動機(jī)的額定功率為60KW,汽車的質(zhì)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(dá)到的最大速度是多大?(2)當(dāng)汽車的加速度為2m/s2時速度多大?(3)當(dāng)汽車的速度為6m/s時加速度多大?【答案】12m/s;4m/s;1m/s2- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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