师：同学们，今天我们学习第十一章简单机械和功的第四节——功率。小明的教室在5楼，平时他上楼需要1.5分钟，有一次跑步上楼只花了40秒。从做功角度看，小明这两次爬楼有什么区别？又说明了什么呢？

　　生：两次做功相同，但所用时间不同，说明两次做功快慢不同。

　　师：非常好。那建筑工地挖土方，用人力挖一小时挖一吨，用挖掘机挖一小时挖100吨。这两种方式从做功角度看有什么不同？说明了什么？

　　生：两种方式做功不同，所用时间相同，说明人和挖掘机做功快慢不同。

　　师：没错。再看，一个老人和一个小孩同上一层楼，小孩先到，老人后到。从做功角度看，两人有什么不同？说明了什么？

　　生：老人和小孩做功不同，所用时间也不同。

　　师：那老人和小孩做功快慢是什么关系呢？以上示例表明，力做功是有快慢之分的。我们之前研究过如何比较物体运动的快慢，还记得用的是什么方法吗？

　　生：可以比较运动路程与运动时间的比值，把这两个量的比值定义为速度，通过比较速度值来比较物体运动快慢。

　　师：很棒。这种方法能否迁移过来呢？我们可以通过功与做功所用时间的比值来确定做功的快慢。在物理学中，将功与做功所用时间的比叫做功率，它的大小等于单位时间内所做的功。功与做功所用时间的比值越大，表明做功越快。用比值定义物理量，是物理学中一种重要的方法。若用$p$表示功率，$w$表示功，$t$表示时间，功率的公式可写成$p = \frac{w}{t}$ 。在国际单位制中，功的单位是焦耳，时间的单位是秒，那么功率的单位就是焦耳每秒。为了纪念英国工程师、发明家瓦特在改良蒸汽机方面的突出贡献，人们把功率的单位命名为瓦特，简称瓦，用字母$W$表示，$1$瓦等于$1$焦耳每秒。同学们，让我们来了解一下瓦特。瓦特生于1736年，逝世于1819年，是英国发明家。1769年，瓦特在大量试验基础上，历经无数次失败，终于制成一台单动式蒸汽机，并获得第一台改良蒸汽机的专利权。1782年，他又研制成功一种新式双向蒸汽机，可广泛应用于各种机器。到19世纪30年代，蒸汽机推向全世界，人类社会从此进入蒸汽时代。造福人类的发明家瓦特，永远被后人敬仰。为纪念他，人们将功率单位命名为瓦特。课后同学们可以在网络上查询更多瓦特的贡献。在工程技术中，常用千瓦、兆瓦等作为功率的单位，$1$千瓦等于$10^{3}$瓦特，$1$兆瓦等于$10^{6}$瓦特。

　　我们来看一些功率值示例。图a中，麻雀飞行时的功率约为8瓦；图b，人平时骑自行车的功率约为60 - 80瓦；图c，195柴油机的功率约为8.82千瓦；图d，汽车起重机的功率可达320千瓦；图e，内燃机车的功率约为2.65兆瓦；图f，万吨级远洋货轮的柴油发动机功率可达7 - 23兆瓦。同学们思考一下，麻雀飞行时功率约为8瓦，8瓦的物理意义是什么？

　　生：8瓦等于8焦耳每秒，物理意义是麻雀飞行时每秒做功约为8焦耳。

　　师：很好。那你们知道自己上楼时的功率大概是多少吗？假如一位初中生用20秒从一楼走到三楼，他上楼时的功率可能是多大呢？根据功率定义，我们要先计算爬楼所做的功。$w = FS = mgh = 50$千克$\times10$牛顿/千克$\times6$米 = 3000焦耳。然后利用功率计算公式，可算出中学生爬楼时的功率值。$p = \frac{w}{t} = \frac{3000焦耳}{20秒} = 150$瓦。

　　爬楼能锻炼身体，引体向上也是不错的锻炼方式。做引体向上时，双臂拉力克服重力做功使身体向上，大家能否估算自己做引体向上时功率的大小呢？

　　生：可以先计算引体向上时做的功，再利用功率定义式计算功率大小。引体向上时做的功为$w = FS = GH = 500$牛顿$\times0.6$米$\times5 = 1500$焦耳，功率大小为$p = \frac{w}{t} = \frac{1500焦耳}{12秒} = 125$瓦特。

　　师：非常好。我们刚刚估算了一些功率值，下面进行功率的定量计算。如图，小华用20牛顿的水平推力使超市购物车在水平路面上前进了15米，所用时间是0.5分钟。在此过程中，他做功的功率是多大？

　　生：根据功率定义，先计算水平推力所做的功，$w = FS = 20$牛顿$\times15$米 = 300焦耳。然后利用功率计算公式，$p = \frac{w}{t} = \frac{300焦耳}{30秒} = 10$瓦特。

　　师：很棒。我们不仅要会计算功率大小，还要会测量功率大小。接下来设计一个估测上楼时功率大小的活动方案。要测量功率大小，首先要明确测量原理，既然是测量功率，原理自然是依据功率定义式$p = \frac{w}{t}$。所以要测出人上楼时的功率，必须测出人上楼时所做的功和所用时间。而要测出人上楼做的功，又必须先测出人的自身质量和所上楼层的高度等物理量。那么我们需要哪些测量工具呢？