人教版 (2019)必修 第二册功与功率教学ppt课件

这是一份人教版 (2019)必修 第二册功与功率教学ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了知识梳理，Flcosα，考点1对功的理解，情境引入·助学助教，规律方法，如图所示，一题多变，ACD，课堂小结·我的收获等内容，欢迎下载使用。
学习目标：1.[物理观念](1)理解功的概念，掌握功的计算公式。(2)理解功率的概念、公式和物理意义。2.[科学思维]知道功是标量，理解正功、负功的含义，知道几个力对物体所做的总功是各个力分别对物体做功的代数和。3.[科学思维]会用极限思想理解瞬时功率表达式P＝Fv，弄清平均功率和瞬时功率的区别，掌握其计算方法。　4.[科学思维]通过分析和练习，理解机车的两种启动方式，并能分析、解释实际生活中的现象。
阅读本节教材，回答第74页“问题”并梳理必要知识点。教材第74页“问题”提示：将力分解或将位移分解，因为功等于力与沿力方向上位移的乘积。
一、功1．内容：力对物体所做的功，等于________、____的大小、力与位移夹角的____这三者的乘积。2．公式：W＝________。3．功是____(选填“标量”或“矢量”)。4．功的单位：在国际单位制中，功的单位是____，简称__，符号是_。5．功的单位物理意义：1 J等于________使物体在__________发生1 m位移的过程中所做的功，即1 J＝1 N×1 m＝_______。
二、正功和负功1．正功和负功
说明：力F 对物体做负功，也可以表述为物体克服力F 做功，这两种说法的意义是等同的。例如，可以说摩擦力做了－3J的功，也可以说物体克服摩擦力做了3J的功。
2．总功当一个物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的总功，是各个力分别对物体所做功的__________，即W总＝______________________。
三、功率1．定义力对物体所做的____与完成这些功所用_____的比值。2．定义式P＝___。3．单位在国际单位制中，功率的单位是____，简称瓦，用符号W表示。
说明：在工程技术上常用的单位是千瓦(kW)，1 kW＝103 W。
4．意义功率是标量，它是表示物体做功____的物理量。5．功率与速度(1)关系：当一个力与运动方向在同一直线上时，这个力对物体做功的功率等于这个力与________的乘积。
(2)关系式：P＝Fv。①若v是物体的平均速度，则P＝Fv为对应时间t内的________。②若v是瞬时速度，则P表示该时刻的________。(3)应用：从P＝Fv可以看出，汽车、火车等交通工具，当发动机的功率P一定时，牵引力F与速度成____，要增大牵引力，就要减小速度。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)有力作用在物体上，并且物体也发生了位移时， 力对物体一定做了功。( )(2)力F1做功10 J，F2做功－15 J，力F1比F2做功少。( )(3)功率越大表示做的功越多。( )(4)汽车的功率一定，汽车的速度越大，牵引力就越大。( )
2．如图所示，木块A、B 叠放在光滑水平面上，A、B 之间不光滑，用水平力F 拉B，使A、B 一起沿光滑水平面加速运动，设A 对B 的摩擦力为F1，B 对A 的摩擦力为F2，则以下说法正确的是 (　　)
A．F1对B 做负功，F2对A 做正功B．F1对B 做正功，F2对A 不做功C．F2对A 做正功，F1对B 不做功D．F2对A 不做功，F1对A 做正功
解析：[以整体受力分析可知F＝(mA＋mB)a，可知A、B两物体的加速度向右，隔离木块A，通过受力分析可知，B对A的摩擦力F2向右，而A向右运动，由W＝FL可知，F2对A做正功，A对B的摩擦力F1向左，故F1对B做负功，故A正确，B、C、D错误。]
3．在一次举重比赛中，一名运动员将质量为127.5 kg的杠铃举起历时约2 s，该运动员在举起杠铃运动中的平均功率约为(　　)A．几十瓦左右　　B．一千瓦左右C．几十千瓦左右D．几百千瓦左右
如图所示，马拉着小车(包括人)沿水平面匀速前进了一段距离。
(1)小车(包括人)受到几个力作用？每个力对小车做功吗？做正功还是负功？(2)马对小车做的功是否等于马的拉力F(设F 与水平方向的夹角为α)和小车的位移l 的乘积？(3)若小车做匀加速运动，合力做什么功？若小车做匀减速运动，合力做什么功？怎样求合力的功？
提示：(1)小车(包括人)受4个力作用：重力、支持力、拉力、摩擦力，其中拉力做正功，摩擦力做负功，重力和支持力不做功。(2)不等于。因为W＝Flcs α。(3)若小车做匀加速运动，合力做正功。若小车做匀减速运动，合力做负功。合力的功等于拉力F做的功与摩擦力做的功的代数和，或者等于拉力和摩擦力的合力做的功。
1．公式F＝Flcsα的理解与应用(1)在使用公式W＝Flcsα计算功时，公式中各量W、F、l 都要取国际单位制单位。(2)功是一个标量，只有大小没有方向，因此合外力做的功等于各个力做功的代数和，或者等于合力所做的功。(3)公式W＝Flcsα只适用于计算大小和方向均不变的恒力做的功，不适用于计算变力做的功。式中的l是力的作用点的位移，α是力F 的方向与位移l的方向的夹角。
(4)公式W＝Flcsα，可以理解为力乘以在力的方向上的位移，即W＝F(lcsα)；也可以理解为位移乘以在位移方向上的分力，即W＝(Fcsα)l。(5)力F对物体所做的功W，只与F、l、α三者有关，与物体的质量、运动状态、运动形式及是否受其他力等因素均无关。(6)因为功是过程量，反映力在空间位移上的累积效果，对应一段位移或一段过程，所以用公式W＝Flcsα求力做的功时，一定要明确是哪个力在哪一段位移上(或在哪一个过程中)所做的功。
2．总功的计算当一个物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，计算这几个力对物体所做的总功，通常有以下两种方法。(1)这几个力对物体所做的总功等于各个力分别对物体所做功的代数和。若以W1、W2、W3…分别表示力F1、F2、F3…所做的功，则这些力所做的总功为W总＝W1＋W2＋W3…(负功连同负号一起代入计算)。
(2)这几个力对物体所做的总功等于这几个力的合力对物体所做的功。若以F合表示这几个力的合力，则这些力所做的总功为 W总＝F合lcsα。
A．汽车匀速行驶时，斜面对人的支持力不做功B．汽车减速行驶时，斜面对人的支持力做负功C．汽车减速行驶时，斜面对人的摩擦力一定做负功D．汽车加速行驶时，斜面对人的摩擦力一定做正功
【例1】　水平路面上有一辆汽车向左运动，车厢内有一个固定斜面，一个人坐在斜面上，车与人始终相对静止。下列说法正确的是(　　)
解析：[人受重力、垂直斜面向上的支持力、摩擦力三个力的作用，无论车做加速、匀速、减速运动，支持力与速度方向的夹角均小于90°，即支持力均做正功，故A、B错误；当车匀速运动时，人受到的合外力等于0，即人受的支持力与摩擦力的合力与人的重力等大反向，则当车向左做减速运动时，支持力与摩擦力的合力向右上方，才可使人的合力水平向右，则可知摩擦力在水平方向的分力一定大于支持力在水平方向的分力，故摩擦力与速度的夹角一定大于90°，
即摩擦力做负功，故C正确；同理，当车向左做加速运动时，支持力与摩擦力的合力向左上方，才可使人的合力水平向左，则可知摩擦力有三种情况，第1种情况摩擦力沿斜面向上，在水平方向的分力一定小于支持力在水平方向的分力，摩擦力做负功，第2种情况摩擦力为零，摩擦力不做功，第3种情况沿斜面向下，摩擦力做正功，故D错误。]
判断力做正、负功的方法(1)根据力F和物体位移l方向的夹角α判断——常用于恒力做功的情形。(2)根据力与物体瞬时速度方向的夹角θ判断——常用于曲线运动的情形。
①若夹角θ是锐角，力做正功。②若夹角θ是钝角，力做负功。③若夹角θ是直角，力不做功。
1．(多选)在【例1】情境中，若车厢内的斜面改为水平面，人坐在水平面上，车与人始终相对静止。则下列说法正确的是(　　)A．汽车匀速行驶时，水平面对人的支持力不做功B．汽车减速行驶时，水平面对人的支持力做负功C．汽车减速行驶时，水平面对人的摩擦力一定做负功D．汽车加速行驶时，水平面对人的摩擦力一定做正功
解析：[当车匀速行驶时，人受重力、垂直水平面向上的支持力两个力的作用，无论车做加速、匀速、减速运动，支持力与速度方向的夹角均等于90°，即支持力均不做功，A正确，B错误；当车减速行驶时，人受重力、垂直水平面向上的支持力和水平向右的摩擦力三个力的作用，即人受的摩擦力的方向与速度方向相反，摩擦力做负功，C正确；当车加速行驶时，人受到水平面的摩擦力水平向左，与速度方向相同，摩擦力做正功，D正确。]
2．【例1】中的人下车后进入电梯上楼，已知从1楼到20楼的过程中经历了先加速、后匀速、再减速的运动过程，则电梯对人的支持力的做功情况是(　　)A．加速时做正功，匀速时不做功，减速时做负功B．加速时做正功，匀速和减速时做负功C．加速和匀速时做正功，减速时做负功D．始终做正功
解析：[在加速、匀速、减速的过程中，支持力与人的位移方向始终相同，所以支持力始终对人做正功，故D正确。]
考点2 功率的理解与运用
如图所示某部队正用吊车将一台坦克车从码头上吊起装上舰船。
(1)将质量为m的坦克车以速度v匀速吊起，坦克车在t时间内匀速上升h高度。怎样计算吊车的功率？其瞬时功率是多少？(2)若坦克车在相同的时间t内，从静止开始以加速度a匀加速上升高度h时，该过程中吊车的平均功率是多少？其瞬时功率是多少？
(2)瞬时功率的计算：①利用公式P＝Fvcs α，其中v为瞬时速度。②利用公式P＝FvF，其中vF为物体的速度在力F方向上的分速度。③利用公式P＝Fvv，其中Fv为物体受的外力在速度v方向上的分力。
【例2】　如图所示，质量为m＝2 kg的木块在倾角θ＝37°的斜面上由静止开始下滑，木块与斜面间的动摩擦因数为μ＝0.5，已知：sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g取10 m/s2，求：
(1)前2s内重力的平均功率；(2)2s末重力的瞬时功率。
计算功率应该注意的问题(1)首先应该明确所求的功率是平均功率还是瞬时功率，计算平均功率与瞬时功率选择的公式不同。(2)求平均功率时，应明确是哪一段时间内的平均功率；求瞬时功率时，应明确是哪一时刻的瞬时功率。(3)应该明确是哪一个力对物体做功的功率，是动力还是阻力，是恒力还是变力等。不同情况应选择不同的公式。
2．(P＝Fv中三个量的制约关系)汽车以额定功率从水平路面开始上坡时，司机换低速挡是为了(　　)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
解析：[汽车的额定功率是一定的，由P＝Fv可知，从水平路面开始上坡时，司机可通过换挡减小速度，从而增大牵引力，D正确。]
考点3 机车启动的两种方式
汽车的启动方式有两种：1.以恒定的功率启动；2.以恒定的加速度启动。
(1)用公式P＝Fv研究汽车启动问题时，力F是什么力？(2)以恒定功率启动时，汽车的加速度变化吗？做什么运动？(3)汽车匀加速启动的过程能否一直持续下去？
提示：(1)F是汽车的牵引力。(2)汽车以恒定功率启动，根据P＝Fv，v增大，F减小，加速度减小，故加速度变化，汽车做变加速运动。(3)不能。汽车匀加速启动，F不变，v增大，P增大。当P＝P额时，匀加速运动结束。
1．机车两种启动方式的过程分析
【例3】　在平直路面上运动的汽车的额定功率为60 kW，若其总质量为5 t，在水平路面上所受的阻力为5×103 N。(1)求汽车所能达到的最大速度；(2)若汽车以0.5 m/s2的加速度由静止开始做匀加速运动，则这一过程能维持多长时间？(3)若汽车以额定功率启动，则汽车车速v′＝2 m/s时其加速度为多大？
（3）当汽车以额定功率启动达到2m/s的速度时，牵引力由牛顿笫二定律得汽车的加速度
机车启动动态分析思路分析机车启动全过程必须抓住三点(1)正确分析其物理过程。(2)抓住两个基本公式：功率公式P＝Fv，P是机车的功率，F是机车的牵引力，v是机车的速度；当机车匀速运动时F＝Ff，当机车匀变速运动时，由牛顿第二定律，得F－Ff＝ma。(3)正确分析公式中各个物理量在各个过程中的变化情况。
3．(瞬时加速度的求解)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，且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时，汽车的瞬时加速度的大小为(　　)
A．汽车在前5 s内的阻力为200 NB．汽车在前5 s内的牵引力为6×103NC．汽车的额定功率为40 kWD．汽车的最大速度为20 m/s
1．下列过程中人对物体做了功的是(　　)A．小华用力推石头，但没有推动B．小明举起杠铃后，在空中停留3秒的过程中C．小红提着书包，随电梯一起匀速上升的过程中D．小陈将冰壶推出后，冰壶在水平冰面上滑行了5米的过程中
解析：[A、B选项所述过程中，位移都为零，D中冰壶滑行时，不受人的推力，故人对物体不做功，只有C选项所述情景，人对物体做功，故C正确。]
2．如图所示，一个物体放在水平面上，在与竖直方向成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 csθ B．力F做的功为Fs csθC．力F做的功为Fs sin θ D．重力做的功为mgs
解析：[摩擦力做功W＝－fs，则物体克服摩擦力做功为fs，故A错误；力F做功为Fscs(90°－θ)＝Fssinθ，故B错误，C正确；重力与位移相互垂直，故重力不做功，故D错误。]
3．如图所示，在光滑的水平面上放着一个质量为10 kg的木箱，拉力F与水平方向成60°角，F＝2 N。木箱从静止开始运动，4 s末拉力的瞬时功率为 (　　)
A．0.2 W　　B．0.4 W　　C．0.8 W　　D．1.6 W
4．额定功率为80 kW的汽车在水平平直公路上行驶时最大速率可达20 m/s，汽车质量为2 000 kg，如果汽车从静止开始做匀加速运动，设运动过程中阻力不变，加速度大小为2 m/s2，求：(1)汽车所受阻力多大；(2)汽车做匀加速运动的过程可以维持多长时间。
5．情境：蹦床运动是目前国外最流行的燃脂训练，燃脂效果相当于动感单车，却比动感单车安全。蹦床运动要求运动员在一张绷紧的弹性网上蹦起、腾空并做空中动作。利用传感器记录弹性网受到的压力并在计算机上作出F-­t的图像，如图所示：
问题：(1)图中的1.1 s到2.3 s弹性网处于什么状态？2.3 s到4.3 s运动员处于什么状态？请分析说明。(2)若运动员质量为40 kg，则运动员落回蹦床瞬间重力的功率约为多大？(g取10 m/s2)
[解析]　(1)由图可知1.1s到2.3s运动员与弹性网之间的力先增大后减小，故弹性网处于压缩状态；2.3s到4.3s运动员与弹性网之间的力为零，故运动员处于腾空状态。