5.3 功率 ( 新課標)
②很多動力機器通常有一個額定功率,且通常使其在額定功率狀態工作(如汽車),根據p=fv可知:
當路面阻力較小時,牽引力f也小,v可以大,即汽車可以跑得快些;
當路面阻力較大,或爬坡時,需要比較大的牽引力,v必須小.這就是爬坡時汽車換低速擋的道理.
③如果動力機器原來在遠小于額定功率的條件下工作,例如汽車剛剛起動后的一段時間內,速度逐漸增大過程中,牽引力仍可增大,即f和v可以同時增大,但是這一情況應以二者乘積等于額定功率為限度,即當fv=p額.以后,這種情況不可能實現.
應用公式p=fv計算m=1kg的物體做自由落體運動中下落1s末和2s末的瞬時功率.
由v1=10m/s按公式求得p1=100j;由v2=20m/s按公式求得p2=200j.
根據上述結果啟發學生思考瞬時功率的物理意義.最后指出,此題中是重力對物體做功,使重力勢能逐漸向動能轉化.隨著時間的延續,重力勢能向動能轉化加快.
3、例題講解
例1、如圖1所示,位于水平面上的物體a的質量m=5kg,在f=10n的水平拉力作用下從靜止開始向右運動,位移為s=36m時撤去拉力f.求:在下述兩種條件下,力f對物體做功的平均功率各是多大?(取g=10m/s2)
(1)設水平面光滑;
(2)設物體與水平面間的動摩擦因數μ=0.15.
解答過程可分為三個階段:
①讓學生計算力f在36m位移中所做的功,強調功只由f和s這兩個要素決定,與其它因素無關,因而兩種情況下力f做的功相同,均為w=360j.
②由同學計算這兩次做功所用的時間.用牛頓第二定律求出:
分別求出t1=6s,t2=12s.
③用功率的定義式即平均功率的計算公式求得p1=60w,p2=30w.
如果有的同學用公式vt2=2αs分別求出每次的末速度,再用公式:
求出每次的平均速度 和 ,最后用 求得最后結果也可以,并指出這是解決問題的一另一思路。
例2、如圖2所示,位于水平面上的物體a,在斜向上的恒定拉力作用下,正以v=2m/s的速度向右做勻速直線運動.已知f的大小為100n,方向與速度v的夾角為37,求:
(1)拉力f對物體做功的功率是多大?
(2)物體向右運動10s的過程中,拉力f對它做多少功?(sin37=0.6,cos37=0.8)
通過此例題的解答,讓學生掌握功率的計算公式p=fvcosα,并提醒學生,不要認為f與v總是在同一直線上;并且知道,在功率已知的條件下,可以用w=pt計算一段時間內力所做的功.第(1)問的結果為p=160w;第(2)問的結果為w=1600j.
例3、課本p.139上的例題,注意區分幾個概念.
(三)課堂小結
1、我們講了功率概念之后,得到了兩個公式,定義式p=w/t和瞬時功率的公式p=fv.
2、公式p=w/t中的t趨近于零時,p即為瞬時功率.不過此公式主要用來計算平均功率.公式p=fv中,當v為瞬時速度時,p即為瞬時功率;當v用平均速度 時,也可計算平均功率.當然要注意 所對應的時間段.
說明:
1、將功率理解為表示能量轉化快慢的物理量具有普遍意義.如一臺電動機的額定功率是10kw,表明它每秒鐘可以將10kj的電能轉化為機械能,不管它是否工作.因而機器的功率實際上可以表示它進行能量轉化的能力大小.