功率
(1)平均功率
(2)瞬時功率
為了比較細致地表示出每時每刻的做功快慢,引入了瞬時功率的概念,即瞬時功率是表示某個瞬時做功快慢的物理量。
提出瞬時功率如何計算的問題后,作如下推導:
一段較短時間內的平均功率可以寫成如下公式(p=△w/△t),
p=f·v此為瞬時功率計算公式
討論:
①如果作用于物體上的力f為恒力,且物體以速度v勻速運動,則力對物體做功的功率保持不變。此情況下,任意一段時間內的平均功率與任一瞬時的瞬時功率都是相同的。
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
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
果也可以,并指出這是解決問題的另一思路。
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=fv cos α,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=p·t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=1 600j。
例3.課本第一冊(選修)p.113上的例題,先讓學生自己看。讓學生注意船速增大的物理過程分析,然后結合圖3再做講解。指明船在額定功率條件下行駛,牽引力f與速度v的乘積為一定值,在圖中為雙曲線,設阻力f正比v,則這兩條線的交點p的橫坐標值即為最大速度vm。
(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=f·v。
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