高中物理人教版 (新课标)必修23.功率导学案

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修23.功率导学案，共3页。
这里做的功是相同的 , 但做功的快慢是不同的。
日常生活和生产中的大量事例表明 , 对机械而言重要的不仅仅是它能做多少功 , 还有它做功的快慢。这就牵涉到功率问题。提高机械做功的功率有极重要的现实意义。
图 1
？用什么物理量来描述做功的快慢呢 ?
自主活动------
请你比较一下下面两种情况下做功的快慢。
一个人在 1min 内将质量为 20kg 的箱子提升到 5m 高处。起重机在20s内将质量为1t 的货物提高10m, 谁做功快 ? 快多少倍 ?
在功的大小不同，做功的时间也不同的情况下，通常都是先把功算出来，然后将结果除以做功时间，这个比值反映了做功的快慢，叫做功率。
一些功率的数值 P / W
远程火箭发动机 2 × 1013
三峡电站水流 1.8 × 1010
喷气客机 21 × 1O8
万吨级巨轮 7.4 × 106
汽车发动机 (0.5~1.5) × 105
摩托车 2.0 × 103
人的平均功率 1 × 102
1. 功率 (pwer)
(l) 功 W 跟完成这些功所用时间 t 的比值，叫做功率。功率用P来表示，则有
在 SI 制中功率的 单位是 W 。
(2)功率的另一种表达式

功率等于速度 v 和物体在速度的方向上作用力 F 的乘积。
(3) 平均功率和瞬时功率


？已知牵引力及牵引的速度 , 怎样计算功率 ?
由 P= W/t, w=Fs, 可得P=Fv
注意：这里的 F 应当是速度v方向上的作用力。
当力对物体做功时, 如果物体在某段时间内做变速直线运动 , 上式中v 取平均速度, 则求得的功率是这段时间内的平均功率。v 若是某一时刻的瞬时速度，则求得的就是这一时刻的瞬时功率。如果物体在某段时间内做匀速直线运动, 求得的功率既是平均功率，又是瞬时功率。
？机械做功的快慢可以无限增加吗 ?
现在让我们来讨论一个问题：人做功为什么不能像汽车发动机做功那样快, 汽车发动机做功为什么不能像火箭发动机做功那样快? 机械做功的快慢可以无限地增加吗 ? 回答是 " 不可能的 " 。这跟机械的结构与性能有关。每一台机械都有一个允许长时间工作的合适的最大功率 , 叫做额定功率。后面我们将要学习到 , 这跟能量的消耗有关。通常发动机超额运行会熄火、损坏 , 人体作为特殊的 " 机械 " 也是如此：过度劳累常常会生病 , 运动员超大运动量训练往往也会休克、受伤
人们在选择机械时，要选择额定功率合适的机械。功率选小了，无法正常工作；功率选得太大了，造成浪费。
输入功率与输出功率不相等 !
图 2
2.额定功率和实际功率
机械正常工作时允许达到的最大功率叫做额定功率。
实际运行时的功率叫做实际功率，它可以小于或等于机械的额定功率，但不应该大于机械的额定功率。
机械在额定功率下，其运行速度v与作用力F成反比。
? 机械在额定功率下运行时 , F 与 v 有怎样的关系 ?
一台机械在额定功率下运行 , 根据 P 额 =Fv 可知, 为了维持额定功率不变, F 增大时 v 要减小；F 减小时 v 可以增大。 F与 v 成反比关系。例如汽车在平路上开行时, 可以有较大的速度； 在上坡时，因为需要较大的力，就要减小速度。
示例 一台起重机以 Fl=2.1 × 103N 的牵引力 , 将质量 m=200kg 的货物从静止起匀加速竖直向上提升 , 经过一段时间, 速度达到2m/s。如果该起重机的额定输出功率是 5×103 W (g 取 10 m/s2) , 求：
(1) 在此过程中起重机的平均功率。
(2) 在此过程中起重机的最大瞬时功率。
(3) 货物匀速上升的速度是多大 ?
分析: 要求平均功率和瞬时功卒 , 必须明确所指的是哪一段时间内 ( 或位移内 ) 的平均功率和哪一时刻( 或位置)的瞬时功率。
本题第 (1) 问求的是货物速度从 0~2m/s 这段时间内的平均功率。由于货物在提升过程中做初速为零的匀加速直线运动, 因此 V = Vt/2=1m/s.
第 (2) 问实际上是求速度达到 2m/s 时刻的瞬时功率。
第 (3) 问要求货物匀速上升的速度 , 就必须先求出此时的牵引力。根据物体平衡条件 , 这时的牵引力是F2= mg=200 × 10 N =2 × 103N, 从而可以求出提升货物的速度。
解答：（1）P=F1V=F1×Vt / 2=2.1×10×1W=2.1×103W
(2)Pt =F1V t=2.l × 103 × 2W=4.2 × 103 W
(3) 由于 P额 =F2 V, V= P额 / F2=5×103 / 2×103 m/s=2.5m/s
STS ------
下表列出某种型号轿车的部分数据, 据表中数据回答下列问题 :
1. 该车以最高速度运行时，轿车的最大牵引力为多大 ?
2. 如果把 0~l00km / h 的加速过程看做匀加速直线运动，则汽车的加速度为多大 ?
3. 图 8-17 是轿车中用于改变车速的排挡。手推杆到不同位置 , 可获得不同的运行速度，从 "1~5" 逐挡速度增大R是倒车挡。试问起步或上桥时变速杆应分别推至哪一挡 ?
××型轿车 ( 部分数据 )
长/mm×宽/mm×高/mm 4871×1835 × 1460
净重 /kg 1500
传动系统 前轮驱动与挡变速
发动机排量/L 2.2
最高时速 /km·h-1 232
0~100km / h 的加速时间/s 9.9
最大功率 /KW 152
发动机型式 直列 4 缸