师:同学们好,今天的物理课我们一起来学习第四章的第二节——功率。首先来看学习要点:功率的概念、平均功率、瞬时功率、实际功率、额定功率的含义,以及对(p = FV)的理解和应用。

  我们先看一幅图,图中有机械和人力在搬砖块,同样的砖从地面搬到同样的高度,哪种方式效率更高呢?很明显,机械的效率更高。这里其实隐含了一个概念,就是描述做功快慢的物理量——功率。功率的定义是功跟完成这段功所用时间的比值,定义式为(p = \frac{w}{t})。由这个定义式可知,功率的单位是焦每秒。同时,为了纪念伟大的发明家瓦特,我们用瓦特的名字作为功率的单位,简称瓦,符号是(W),(1)瓦等于(1)焦每秒。这里要注意,式子中的(w)是功这个物理量的符号,而(W)是瓦这个单位的符号。功率还有常用单位千瓦,(1)千瓦 = (1000)瓦。因为功和时间都是标量,相除后功率也是标量,只有大小,没有方向。

  引入功率概念后,我们从(p = \frac{w}{t})出发,再研究两个概念:平均功率和瞬时功率。(p = \frac{w}{t})是一段时间的功除以这段时间,如果在这段时间内,前半部分做功快,后半部分做功慢,这个式子无法体现这种前快后慢,它只能算出一个平均的快慢,所以该式通常用来计算平均功率。

  我们用(p = \frac{w}{t})来研究一个具体情景:恒力(f)拉着物体沿着力的方向运行了位移(s),运行时间为(t),问这个拉力(f)的功率为多少?从定义出发,(P1 = \frac{w}{t}),上节课我们学过(w = Fs)(这里力和位移同方向,不用考虑夹角(\alpha)),所以(P1 = \frac{Fs}{t}),而(\frac{s}{t})恰好是速度(v),因此(P1 = FV)。

  如果我们用的时间是一段时间,(s)是一段位移,那么(\frac{s}{t})得到的是平均速度,算出的功率就是平均功率;若采用的时间很短很短趋近于零,得到的速度就是瞬时速度,算出的功率即为瞬时功率。

  现在我们有两个计算功率的方法,两个方法都能计算平均功率和瞬时功率,但要注意使用条件。通常计算平均功率用(p = \frac{w}{t})更多,计算瞬时功率用(p = FV)更多。

  有了(p = FV)这个式子,生活中有什么应用呢?比如为什么上坡的时候,司机经常将汽车调至低速档?我们平时打车,上坡时司机可能会操作变速档位,把它降为低速档,同时我们可能会感觉车的发动机声音变大,好像在使出更大的力气,事实是不是这样呢?

  我们先来了解几个概念。牵引力是由汽车发动机带来的,牵引着汽车向前走的动力。汽车有了牵引力和速度,就有了牵引力的功率,也就是牵引力乘以汽车的速度,发动机的输出功率其实指的就是牵引力的功率,有时我们也会简单说成汽车的功率。

  汽车功率有一定限度,不能无限增长,否则会损坏机械。当功率一定时,(f)和(v)成反比关系,即(v)减小,(f)就会增大。所以爬坡时调低档位,实际上是为了增大牵引力,以顺利爬坡。

  很多机械都有一个限定功率,比如这台长虹电视,铭牌上标有额定消耗功率(380)瓦。什么是额定功率呢?它是指机器正常工作时的最大输出功率,也就是机器铭牌所标出的功率。还有一个概念叫实际功率,就是机器真正运行时的功率。

  我们举个例子,这台彩电,当它接通(220)伏额定电压,流过额定电流时,实际功率就是(380)瓦,额定功率也是(380)瓦;如果把电源关掉,实际功率就是(0)瓦,额定功率仍然是(380)瓦。通常,实际功率小于等于额定功率,但有些机械也允许实际功率短时超过额定功率一点,不过这样损坏的风险会增高。

  生活中不同物体的功率不同,苍蝇飞行功率约为(2×10^{-5})瓦,人的平均功率可达(10^{2})瓦,优秀运动员功率可达千瓦级别,小汽车功率可达数十千瓦或数百千瓦,动车功率可达数万千瓦。

  接下来我们做些应用。看这道例题:某型号汽车发动机额定功率是(60)千瓦,在水平路面行驶时受到的阻力是(1800)牛,求发动机在额定功率下汽车匀速行驶的速度;在同样阻力下,如果匀速行驶速度是(54)千米每小时,发动机输出的实际功率又是多少?

  先看第一个问题,汽车匀速行驶,功率是(60)千瓦,要找到牵引力,根据受力分析,匀速时重力和支持力抵消,牵引力和阻力抵消,所以牵引力等于阻力。已知功率和牵引力,根据(p = FV),可求(v = \frac{p}{f}),计算得出速度为(120)千米每小时。

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《物理 必修2 第7章 功率 逐字稿-3,561字 第5版》.docx
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