(二)进行新课
1.力对物体做功快慢的比较。
分析以下事例,归纳出做功快慢的比较方法:
繁忙的建筑工地上几台起重机正在快碌。我们来比较一下它们做功的快慢。
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起重机编号 |
被吊物体重量 |
运动情况 |
所有时间 |
做功 |
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A |
2×103N |
4m/s匀速上升 |
4s |
3.2×104J |
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B |
4×103N |
3m/s匀速上升 |
4s |
4.8×104J |
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C |
1.6×103N |
2m/s匀速上升 |
1s |
3.2×104J |
比较A和B:它们做功时间相等,B做功比A快。
比较A和C:它们做功相等,tc<tA,C做功比较快。
比较B和C:它们做功不等,所用时间也不等,如何比较它们做功的快慢呢?
(引导学生复习运动快慢的描述和速度变化快慢的描述等知识,给出描述做功快慢的物理量----功率)
运动的快慢用
表示;速度变化快慢用
表示,我们把描述力做功快慢的物理量定义为功率,这是物理学中的一个重要概念。
2.功率的概念
(1)定义:功跟完成这些功所用时间的比值叫做功率。
定义式:P=W/t
(2)单位:国际单位为瓦(W),技术上常用“千瓦”(KW)作功率单位。
1W=1J/S,1KW=1000W。
(3)功率的物理意义:功率是描述力对物体做功快慢的物理量
功率大的做功快。不论在什么条件下,只要明确了功W和所用时间t,就可求出相应的功率。以上几个功率就是钢绳拉力对重物做功的功率,A起重机的功率PA=8KW,B起重机的功率PB=12KW,C起重机的功率PC=32KW。C做功最快,A做功最慢。
(4)功率是标量。
由于功有正负,相应的功率也有正负。功率的正负不表示大小,只表示做功的性质,即动力的功率为正,阻力的功率为负,计算时不带符号,只计绝对值。
根据W=FScosα和v=S/ t,可得P=Fvcosα。若F、S同向,可简化为P=Fv。
(5)功率的另一表达式:P=Fvcosα。
F:对物体做功的力。v:物体运动的速度。α:F与v的夹角。
3.平均功率和瞬时功率
(1)平均功率:描述力在一段时间内做功的快慢,用P=W/t 计算,若用P=Fvcosα,V为t时间内的平均速度。
平均功率是针对一段时间或一个过程而言的,因此在计算平均功率时一定要弄清是哪段时间或哪一个过程的平均功率。
(2)瞬时功率:描述力在某一时刻做功的快慢,只能用P=Fvcosα,V为某时刻的瞬时速度。
瞬时功率是针对某一时刻或某一位置而言的,因此在计算瞬时功率时一定要弄清是哪个时刻或哪一个位置的瞬时功率。
[例题1]已知质量为m的物体从高处自由下落,经时间t,在t时间内重力对物体做功的平均功率为 ;在t时刻重力对物体做功的瞬时功率为 。
解析:在t时间内,物体下落的高度h=
,重力对物体所做的总功W=
,所以在t时间内重力对物体做功的平均功率为
;在t时刻重力对物体做功的瞬时功率为
.
(3)对公式P=Fv的讨论。
①当功率P一定时,
。即做功的力越大,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,
。即做功的力越大,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到较大的牵引力。
③当力F一定时,
。即速度越大,功率越大。
起重机吊同一物体以不同速度匀速上升,输出功率不等,速度越大,起重机输出功率越大。
[例题2]飞机、轮船运动时受到的阻力并不恒定,当速度很大时,阻力和速度的平方成正比,这时要把飞机、轮船的最大速度增大到原来的2倍,发动机的输出功率要增大到原来的:
A.2倍; B.4倍; C.6倍; D.8倍.
解析:飞机、轮船达到最大速度时牵引力F与阻力f相等,即F=f,而f=KV2,所以发动机的输出功率P=FV=KV3,要把飞机、轮船的最大速度增大到原来的2倍,发动机的输出功率要增大到原来的8倍.
4.额定功率和实际功率
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。实际功率是指机器工作中实际输出的功率。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。