高考物理一轮总复习(鲁科版)课件：第四章第一节.ppt

第一节 功和功率,第四章 功和功率 能的转化与守恒,一、功 1.做功的两个不可缺少的因素：力和物体在_上发生的位移. 2.功的公式：W_,其中F为恒力,为F的方向与位移s的方向夹角；功的单位是_ (J).,力的方向,Fscos ,焦耳,3.正功和负功：根据WFscos可知：,思考感悟 功有正功和负功之分,那么功是矢量 吗？ 提示：不是.功虽有正、负,但正、负不表示方向.,比值,做功的快慢,平均功率,(2)PFvcos (为F与v的夹角) v为平均速度,则P为_； v为瞬时速度,则P为_. 4.额定功率：机械_时输出的_功率. 5.实际功率：机械_时输出的功率,要求_额定功率.,平均功率,瞬时功率,正常工作,最大,实际工作,小于或等于,一、功的理解 1.功的概念是要明确物体在哪个力的作用下发生的位移,哪个力对物体做功.而位移可以是物体在力的方向上对地的位移,也可以是力的作用点对地的位移.,2.从计算功的公式上看功的概念 WFscos,若F与cos结合则是位移方向上力乘以位移；将s与cos结合则是力乘以力的方向的位移.两种理解均包含了合成与分解中的等效观点. 3.把握各种力做功的特点,会使功的计算变得简单,在用能量的观点解决问题时列起方程来更加得心应手.,(1)重力做功的特点：只跟初末位置的高度差有关,而跟运动的路径无关. (2)弹力做功的特点：对接触面间的弹力,当其中一个物体固定时,由于弹力的方向与运动方向垂直,弹力对物体不做功；对弹簧的弹力做的功,高中阶段没有给出相关的公式,对它的求解要借助其他途径如动能定理、机械能守恒、,功能关系,Fs图象等. (3)摩擦力做功的特点：摩擦力做功跟物体运动的路径有关,它可以做负功,也可以做正功,做正功时起动力作用.如用传送带把货物由低处运送到高处,摩擦力就充当动力.摩擦力的大小不变、方向变化(摩擦力的方向始终和速度方向相反)时,摩擦力做功可以用摩擦力乘以路程来计算,即Wfs. (4)电场力做功的特点：与重力做功特点一样,电场力做功与运动路径无关,只与初末位置的电势差有关,WABqUAB,不论是匀强电场,还是非匀强电场.,(5)洛伦兹力不做功：由于洛伦兹力始终跟运动电荷的速度方向垂直,因此始终不做功.,4.判断正负功的方法 (1)根据力和位移的方向的夹角判断,此法常用于恒力做功的判断. (2)根据力和瞬时速度方向的夹角判断.此法常用于判断质点做曲线运动时变力的功,夹角为锐角时做正功,夹角为钝角时做负功,夹角为直角时不做功.,(3)根据功能关系或能量转化与守恒定律进行判断.若有能量转化,则应有力做功.此法常用于判断两个相联系的物体内力做功的情况.,特别提醒：(1)功的正负表示力对物体做功的性质，即正功表示动力对物体做功，负功表示阻力对物体做功.而力和速度 的正负表示方向，所以功的正负的意义与力、速度等矢量的意义有着本质的区别.,(2)作用力和反作用力虽然等大反向，但由于其作用在两个物体上，产生的位移效果无必然联系，故作用力和反作用力的功不一定一正一负，大小相等.,即时应用 1.如图411所示,两个质量相同的小球A、B固定在一轻杆的两端,绕一固定转轴O从水平位置由静止释放,当杆到达竖直位置时,设杆对A做功为W1,杆对B做功为W2,则( ),图411 A.W10 W20 B.W10 W20 C.W10 W20 D.W10 W20,解析：选C.小球A向上转动,其动能、重力势能都增大,即小球A的机械能增大,故杆对A做正功；由于小球A的机械能增加,则小球B的机械能必定减小,杆对B应做负功,因此选项C正确.,二、功的计算方法 1.恒力及合力做功的计算 (1)恒力的功：直接用WFscos计算. (2)合外力的功 先求合外力F合,再应用公式W合F合scos求功,其中为合力F合与位移的夹角.一般适用于整个过程中合力恒定不变的情况.,分别求出每个力的功W1、W2、W3,再应用W合W1W2W3求合外力的功.这种方法一般适用于在整个过程中,某些力分阶段作用的情况. 利用动能定理或功能关系求解.,2.变力做功的计算 (1)用动能定理WEk或功能关系WE,即用能量的增量等效代换变力所做的功.(也可计算恒力功) (2)当变力的功率P一定时,可用WPt求功,如机车恒功率起动时.,(3)将变力做功转化为恒力做功 当力的大小不变,而方向始终与运动方向相同或相反时,这类力的功等于力和路程(不是位移)的乘积.如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等.,(4)作出变力F随位移s变化的图象,图象与位移轴所围的“面积”即为变力做的功.图412中甲图表示恒力F做的功W,乙图表示变力F做的功W,丙图中横轴上方的面积表示正功,横轴下方的面积表示负功,其总功等于正、负功的代数和.,图412,名师点睛：功的计算问题要注意两点： (1)对于求功的问题，要先分析是求恒力的功还是变力的功，还是求合外力的功，然后再选择合适的方法进行求解，同时注意做功的正负.,(2)应用功的公式求恒力的功时，由于力和位移都是矢量，力和位移均可按正交分解的方法进行分解，既可以把力分解为在位移方向的分力，也可以把位移分解为在力的方向上的分位移进行计 算.,即时应用 2.如图413所示,质量为m的小物体相对静止在楔形物体的倾角为的光滑斜面上,楔形物体在水平推力F作用下向左移动了距离s,在此过程中,楔形物体对小物体做的功等于( ),图413 A.0 B.mgscos C.Fs D.mgstan,解析：选D.因为接触面光滑,所以小物体只受重力和斜面的支持力,又小物体随楔形物体一起向左移动,故二力合力方向水平向左,即重力和支持力的竖直分力平衡,小物体所受的合外力就是楔形物体对小物体支持力的水平分力,该力大小为mgtan,又物体向左移动了距离s,所以做功为mgstan,答案应选D.,2.额定功率与实际功率 额定功率反映了机械做功能力或机械所能承担的“任务”,机械运行时的实际功率可以小于额定功率,也可以等于额定功率(称满负荷运行),还可以在短时间内略大于额定功率(称超负荷运行),但机械不能长时间处于超负荷运转,那样会损坏机械,缩短其寿命.,3.机车起动的两种方式的比较 对机动车等交通工具,在起动的时候,通常有两种起动方式,即以恒定功率起动和以恒定加速度起动.现比较如下：,特别提醒：(1)不管哪种起动方式，机动车的功率都是指牵引力的功率，对起动过程的分析也都采用分段分析法，并且将牛顿第二定律和运动学知识相结合进行综合分析，有时也应用动能定理求解.,(2)在两种方式中注意区分匀加速的最大速度和车行驶的最大速度，图表中的v1为机车以恒定加速度起动时，匀加速运动的末速度，而vm为机车以额定功率运动时所能达到的最大速度.,即时应用,图414,题型1 功的计算 (2012江西南昌联考)一滑块在水平地面上沿直线滑行,t0时其速度为1 m/s.从此刻开始在滑块运动方向上再施加一水平作用力F,力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图415甲和乙所示.设在第1秒内、第2秒内、第3秒内力F对滑块做的功分别为W1、W2、W3,则以下关系式正确的是( ) 图415,A.W1W2W3 B.W1W2W3 C.W1W3W2 D.W1W2W3 【思路点拨】 解决此题注意两点：(1)根据vt图象判断滑块在第1秒内、第2秒内、第3秒内的位移关系；(2)利用功的定义式比较力F对滑块做的功.,【解析】 力F做功等于每段恒力F与该段滑块运动的位移(vt图象中图象与坐标轴围成的面积)的乘积.第1秒内,位移为一个小三角形面积S.第2秒内,位移也为一个小三角形面积S.第3秒内,位移为两个小三角形面积2S.由功的公式可得W11S,W23S,W322S,W1W2W3.,【答案】 B 【规律总结】 计算结果中功的正负要保留,因为它具有特定的物理意义,若只求做功的多少就取绝对值.,题型2 功率的计算 (2012福建三中第二次月考)如图416所示,重物的质量为1 kg,动滑轮质量不计,竖直向上拉动细绳,使重物从静止开始以5 m/s2的加速度上升,则拉力F在1 s内对物体做的功为多少？拉力F在1 s末的瞬时功率是多大？(g取10 m/s2),图416,1 s末力F对物体做功的瞬时功率为 PFvF2v2Fv 联立上述方程,代入数据可得W37.5 J,P75 W. 【答案】 37.5 J 75 W,题型3 机车起动模型的计算 (满分样板 13分)(2012福州模拟)一汽车的额定功率P06104 W,质量m5103 kg,在平直路面上行驶时阻力是车重的0.1倍.若汽车从静止开始以加速度a0.5 m/s2做匀加速直线运 动,(g取10 m/s2)求：,(1)汽车保持加速度不变的时间； (2)汽车实际功率随时间变化的关系； (3)此后汽车运动所能达到的最大速度.,【思路点拨】 汽车开始做匀加速运 动,牵引力F和阻力恒定,随着速度增加,它的实际功率逐渐增大,直到Fv等于额定功率为止；此后汽车保持额定功率不变,速度增大,牵引力减小,做加速