中职通用物理机械功第一节功功率.ppt

第一节功功率 一 功 二 功率 一 功 在初中 我们已经学过有关功的初步知识 一个物体受到力的作用 如果在力的方向上发生了一段位移 我们就说这个力对物体做了功 例如 人拉车前进 车在人的拉力作用下发生了一段位移 就说人的拉力对车做了功 如果物体在恒力F作用下 沿力F的方向发生的位移是s 如下图所示 那么 力F对物体做的功为W Fs 功是标量 功的SI单位是J 力和物体在力的方向上发生的位移 是做功的两个不可缺少的因素 例如 一个物体在光滑的水平面上匀速直线运动 因为物体在位移方向上没有受力 所以 没有力对小球做功 某人举着一个物体向前匀速运动 虽然用了力 但在力的方向上没有位移 所以 他也没有做功 在实际生活和生产中 物体的运动方向并不总是跟力的方向相同 当力的方向跟运动方向成某 角度 时 如下所示 怎样来计算这个力做的功呢 我们可以把力F分解成与位移方向平行的分力F1和与位移方向垂直的分力F2 如下所示 在物体发生位移s的过程中 由于物体在F2的方向上没有发生位移 因此 F2对物体做的功等于零 F对物体做的功W就等于F1s 而F1 Fcos 所以 W Fscos 这就是说 力对物体所做的功 等于力的大小 位移的大小 力和位移间夹角的余弦这三者的乘积 讨论 当 0时 cos 1 W Fs 力和位移方向相同 力对物体做正功 当0 90 时 cos 0 W为正值 力对物体做正功 当 90 时 cos 0 W 0 力和位移方向垂直 力对物体不做功 当90 180 时 cos 0 W为负值 力对物体做负功 当 180 时 cos 1 W Fs 力和位移方向相反 力对物体做负功 一个力对物体做负功 表示这个力阻碍物体的运动 因此 当力对物体做负功时 常说物体克服这个力做功 例如 当摩擦力对物体做负功时 也可以说物体克服摩擦力做功 如果公式W Fscos 中的F是几个力的合力 那么式中的 是合力方向与物体位移方向间的夹角 W就是合力做的功 可以证明 合力做的功等于各个分力做功的代数和 例题1 一个质量为150kg的小车 受到与水平方向成37 角斜向上方的拉力500N 在水平地面上移动的距离为5m 物体与地面间的滑动摩擦力为100N 求合力对物体做的功 分析小车在水平地面上移动时 受到重力G 支持力FN 拉力F和摩擦力Ff四个力的作用 如图所示 由于重力G 支持力FN的方向与小车的位移方向垂直 不做功 因此合力做的功就是拉力F和摩擦力Ff做功的代数和 解拉力做的功 WF Fscos 500 5 cos37 J 2000J 摩擦力做的功 WFf Ffs 100 5J 500J 合力做的功 W合 WF WFf 2000 500J 1500J 二 功率 不同物体做相同的功 所用的时间往往不同 也就是说 做功的快慢不相同 一台起重机能在1min内把1t货物提到楼顶 另一台起重机只用30s就可以做相同的功 第二台起重机比第一台做功快一倍 电动机 内燃机等动力机械都标有额定功率 这是在正常条件下可以长时间工作的功率 实际输出功率往往小于这个数值 例如 某汽车内燃机的额定功率是100kW 但在平直公路上中速行驶时 发动机实际输出的功率只有20kW左右 在特殊情况下 例如在穿越障碍时 司机通过增大供油量可以使实际输出的功率大于额定功率 但这对发动机有害 只能工作很短的时间 而且要尽量避免 在物理学中 用功率来表示做功的快慢程度 功W跟完成这些功所用时间t的比值 叫做功率 用P表示功率 则有 功率是标量 功率的SI单位是W 即功率等于力和物体运动速度的乘积 从公式可以看出 汽车 火车等交通工具 当发动机的功率P一定时 牵引力F和速度v成反比 汽车发动机的转动通过变速箱中的齿轮传递到车轮 转速比可以通过变速杆来改变 发动机的最大输出功率是一定的 所以汽车在上坡时 司机要用 换挡 的方法减小速度 来得到较大的牵引力 在平直公路上 汽车受到的阻力较小 需要的牵引力也较小 这时就可以使用高速挡 使汽车获得较高的速度 P Fv 然而 在发动机功率一定时 通过减小速度提高牵引力或通过减小牵引力而提高速度 效果都是有限的 所以 要提高速度和增大牵引力 必须提高发动机的额定功率 这就是高速火车 汽车和大型舰船需要大功率发动机的原因 例题2 某汽车发动机的额定功率是6 0 104W 在水平路面上行驶时受到的阻力是1 8 103N 求发动机在额定功率时汽车匀速行驶的速度 在同样的阻力下 如果行驶速度只有54km h 发动机输出的实际功率是多少 分析汽车匀速行驶时 牵引力和阻力相等 由发动机的额定功率和牵引力 利用公式P Fv即可求出速度 当汽车牵引力不变 而速度减小时 发动机的实际输出功率也可由公式P Fv求出 解当发动机的额定功率P1 6 0 104W 牵引力F 1 8 103N时 由于P1 Fv1 所以 当牵引力F不变 速度v2 54km h 15m s时 有 P2 Fv2 1 8 103 15W 2 7 104W 练习2 1 1 正功和负功取决于 A 力的方向B 位移的方向C 力和位移方向间的夹角D 力的性质 答案 C 2 某人从一楼走到四楼 第一次用了30s 第二次用了40s 他前后两次克服重力做的 A 功相同 功率相同B 功不同 功率不同C 功相同 功率不同D 功不同 功率相同 答案 C 3 一位质量m 60kg的滑雪运动员从高h 10m的斜坡顶端自由下滑 如右图所示 如果运动员在下滑过程中受到的阻力F 50N 斜坡的倾角 30 运动员滑至坡底的过程中 所受的几个力做的功各是多少 合力做的功是多少 答案 重力做的功是2940J 支持力不做功 阻力做的功是 500J 合力做的功是2440J 受力图如下所示 4 一台电动机的额定功率是10kW 要用这台电动机匀速提升重力为2 5 104N的钢板 提升的速度是多少 答案 0 4m s