高考物理一轮精细复习 （必备基础点拨+高考考点集结+考点专训）功和功率课件.ppt

功 想一想 图5 1 1为某人提包运动的情景图 试分析各图中该人提包的力做功的情况 图5 1 1 提示 甲图中将包提起来的过程中 提包的力对包做正功 乙图中人提包水平匀速行驶时 提包的力不做功 丙图中人乘电梯上升过程中 提包的力对包做正功 丁图中人提包上楼的过程中 提包的力对包做正功 记一记 1 做功的两个必要条件力和物体在力的方向上发生的 2 公式w 适用于恒力做功 其中 为f l方向间夹角 l为物体对地的位移 位移 flcos 3 功的正负判断 正功 负功 克服 不做功 试一试 1 如图5 1 2所示 拖着旧橡胶轮胎跑是身体耐力训练的一种有效方法 如果某受训者拖着轮胎在水平直道上跑了100m 那么下列说法正确的是 a 轮胎受到地面的摩擦力做了负功b 轮胎受到的重力做了正功c 轮胎受到的拉力不做功d 轮胎受到地面的支持力做了正功 图5 1 2 解析 根据力做功的条件 轮胎受到的重力和地面的支持力都与位移垂直 这两个力均不做功 b d错误 轮胎受到地面的摩擦力与位移反向 做负功 a正确 轮胎受到的拉力与位移夹角小于90 做正功 c错误 答案 a 功率 想一想 如图5 1 3所示 用水平恒力f将物体m由静止开始从a位置拉至b位置 前进距离为l 设地面光滑时 力f做功为w1 做功的功率为p1 地面粗糙时 力f做功为w2 做功的功率为p2 试比较w1和w2及p1和p2的大小 提示 力f做功的大小与有无摩擦力无关 w1 w2 但有摩擦时 物体m由a到b的时间长 故有p1 p2 图5 1 3 记一记 1 物理意义描述力对物体 做功的快慢 2 公式 fvcos 3 额定功率机械时的最大功率 4 实际功率机械时的功率 要求不大于 长时间工作 实际工作 额定功率 试一试 2 一质量为m的木块静止在光滑的水平面上 从t 0开始 将一个大小为f的水平恒力作用在该木块上 在t t1时刻力f的瞬时功率是 答案 c 1 功的正负的判断方法 1 恒力做功的判断 若物体做直线运动 依据力与位移的夹角来判断 2 曲线运动中功的判断 若物体做曲线运动 依据f与v的方向夹角来判断 当0 90 力对物体做正功 90 180 力对物体做负功 90 力对物体不做功 3 依据能量变化来判断 根据功是能量转化的量度 若有能量转化 则必有力对物体做功 此法常用于判断两个相联系的物体之间的相互作用力做功的判断 功的正负判断及计算 2 功的计算方法 1 恒力做功 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 3 总功的计算 先求物体所受的合外力 再求合外力的功 先求每个力做的功 再求各功的代数和 例1 一滑块在水平地面上沿直线滑行 t 0时其速度为1m 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5 1 4甲和乙所示 求 1 在第1秒内 第2秒内力f对滑块做的功w1 w2 2 前两秒内力f的总功wf及滑块所受合力的功w 图5 1 4 审题指导 1 力f在第1秒内 第2秒内均为恒力 可以用公式w flcos 求功 2 位移l可由v t图的 面积 求出 3 前两秒内力f的总功与滑块所受合力的功不相同 尝试解题 1 第1秒内滑块的位移为l1 0 5m 第2秒内滑块的位移为l2 0 5m 由w flcos 可得 w1 0 5jw2 1 5j 答案 1 0 5j 1 5j 2 1 0j0 在求力做功时 首先要区分是求某个力的功还是合力的功 是求恒力的功还是变力的功 若为变力做功 则要考虑应用动能定理或将变力做功转化为恒力做功进行求解 功率的计算 1 平均功率的计算方法 2 瞬时功率的计算方法 1 利用公式p f vcos 其中v为t时刻的瞬时速度 2 p f vf 其中vf为物体的速度v在力f方向上的分速度 3 p fv v 其中fv为物体受的外力f在速度v方向上的分力 例2 一质量为1kg的质点静止于光滑水平面上 从t 0时起 第1秒内受到2n的水平外力作用 第2秒内受到同方向的1n的外力作用 下列判断正确的是 审题指导 尝试解题 答案 ad 求力做功的功率时应注意的问题 机车的启动问题 1 机车的输出功率p fv 其中f为机车的牵引力 v为机车运动速度 2 两种启动方式对比 两种方式 以恒定功率启动 以恒定加速度启动 p t图和v t图 超链接 两种方式 以恒定功率启动 以恒定加速度启动 oa段 过程分析 运动性质 加速度减小的加速直线运动 两种方式 以恒定功率启动 以恒定加速度启动 ab段 过程分析 运动性质 bc段 3 三个重要关系式 例3 2012 福建高考 如图5 1 5 用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一艘失去动力的小船沿直线拖向岸边 已知拖动缆绳的电动机功率恒为p 小船的质量为m 小船受到的阻力大小恒为f 经过a点时的速度大小为v0 小船从a点沿直线加速运动到b点经历时间为t1 a b两点间距离为d 缆绳质量忽略不计 求 图5 1 5 1 小船从a点运动到b点的全过程克服阻力做的功wf 2 小船经过b点时的速度大小v1 3 小船经过b点时的加速度大小a 审题指导 第一步 抓关键点 关键点 获取信息 电动机功率恒为p 缆绳对小船的牵引力的大小和方向均变化 小船由a到b的运动不是匀加速直线运动 小船受到的阻力大小恒为f 小船克服阻力做的功wf可用公式w flcos 计算 第二步 找突破口要求小船经过b点时速度大小v1 应利用动能定理由a点到b点列方程求解 要求小船在b点的加速度大小a 可先由p fv表示缆绳的牵引力 由牛顿第二定律列方程求解 尝试解题 1 小船从a点运动到b点克服阻力做功wf fd 分析机车启动问题时应注意的三点 1 机车启动的方式不同 机车运动的规律就不同 因此机车启动时 其功率 速度 加速度 牵引力等物理量的变化规律也不相同 分析图象时应注意坐标轴的意义及图象变化所描述的规律 2 恒定功率下的加速一定不是匀加速 这种加速过程发动机做的功可用w pt计算 不能用w fl计算 因为f为变力 3 以恒定牵引力加速时的功率一定不恒定 这种加速过程发动机做的功常用w fl计算 不能用w pt计算 因为功率p是变化的 功的计算在中学物理中占有十分重要的地位 中学阶段所学的功的计算公式w flcos 只能用于恒力做功情况 对于变力做功的计算则没有一个固定公式可用 但高考中变力做功问题也是经常考查的一类题目 现结合例题分析变力做功的五种求解方法 一 化变力为恒力求变力功变力做功直接求解时 通常都比较复杂 但若通过转换研究的对象 有时可化为恒力做功 可以用w flcos 求解 此法常常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中 图5 1 6 图5 1 7 图5 1 8 1 a与b间的距离 2 水平力f在前5s内对物块做的功 五 利用微元法求变力功将物体的位移分割成许多小段 因小段很小 每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力 这样就将变力做功转化为在无数多个无穷小的位移上的恒力所做元功的代数和 此法在中学阶段 常应用于求解力的大小不变 方向改变的变力做功问题 图5 1 9 图5 1 10 答案 2 rff 小结 虽然求变力做功的方法较多 但不同的方法所适用的情况不相同 如化变力为恒力求变力功的方法适用于力的大小不变方向改变的情况 利用平均力求变力功的方法 适用于力的方向不变 其大小随位移均匀变化的情况 利用f x图象求功的方法 适用于已知所求的力的功对应的力随位移x变化的图象已知 且面积易于计算的情况 随堂巩固落实 1 运动员在110米栏比赛中 主要有起跑加速 途中匀速跨栏和加速冲刺三个阶段 运动员的脚与地面间不会发生相对滑动 以下说法正确的是 a 加速阶段地面对运动员的摩擦力做正功b 匀速阶段地面对运动员的摩擦力做负功 c 由于运动员的脚与地面间不发生相对滑动 所以不论加速还是匀速 地面对运动员的摩擦力始终不对运动员做功d 无论加速还是匀速阶段 地面对运动员的摩擦力始终做负功解析 因运动员的脚与地面间不发生相对滑动 故地面对运动员的静摩擦力对运动员不做功 a b d均错误 c正确 答案 c 2 如图5 1 11所示 三个固定的斜面底边长度相等 斜面倾角分别为30 45 60 斜面的表面情况都一样 完全相同的三物体 可视为质点 a b c分别从三斜面的顶部滑到底部 在此过程中 图5 1 11 a 物体a克服摩擦力做的功最多b 物体b克服摩擦力做的功最多c 物体c克服摩擦力做的功最多d 三物体克服摩擦力做的功一样多 答案 d 3 开口向上的半球形曲面的截面如图5 1 12所示 直径ab水平 一小物块在曲面内a点以某一速率开始下滑 曲面内各处动摩擦因数不同 因摩擦作用物块下滑时速率不变 则下列说法正确的是 a 物块运动过程中加速度始终为零b 物块所受合外力大小不变 方向在变c 在滑到最低点c以前 物块所受重力的瞬时功率越来越大d 在滑到最低点c以前 物块所受摩擦力大小不变 图5 1 12 答案 b 图5 1 13 4 如图5 1 13所示 摆球质量为m 悬线的长为l 把悬线拉到水平位置后放手 设在摆球运动过程中空气阻力f阻的大小不变 则下列说法正确的是 答案 abd 5 2013 湖南联考 质量为2 103kg 发动机额定功率为80kw的汽车在平直公路上行驶 若汽车所受阻力大小恒为4 103n 则下列判断中正确的有 a 汽车的最大动能是4 105jb 汽车以加速度2m s2匀加速启动 启动后第2秒末时发动机实际功率是32kwc 汽车以加速度2m s2做初速度为0的匀加速运动中 达到最大速度时摩擦力做功为4 105jd 若汽车保持额定功率启动 则当汽车速度为5m s时 其加速度为6m s2 答案 abd 6 2013 六盘水模拟 如图5 1 14所示 水平传送带正以2m s的速度运行 两端水平距离l 8m 把一质量m 2kg的物块轻轻放到传送带的a端 物块在传送带的带动下向右运动 若物块与传送带间的动摩擦因数 0 1 求把这个物块从a端传送到b端的过程中 摩擦力对物块做功的平均功率 不计物块的大小 g取10m s2 图5 1 14 答案 0 8w 给有能力的学生加餐 1 如图1所示 一个物块在与水平方向成 角的恒力f作用下 沿水平面向右运动一段距离x 在此过程中 恒力f对物块所做的功为 图1 解析 由于力f与位移x的夹角为 所以力f做的功为w fxcos 故d正确 答案 d 2 把动力装置分散安装在每节车厢上 使其既具有牵引动力 又可以载客 这样的客车车辆叫做动车 几节自带动力的车辆 动车 加几节不带动力的车辆 也叫拖车 编成一组 就是动车组 假设动车组运行过程中受到的阻力与其所受重力成正比 每节动车与拖车的质量都相等 每节动车的额定功率都相等 若1节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为120km h 则6节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为 a 120km hb 240km hc 320km hd 480km h 答案 c 3 质量为m的物体从倾角为 且固定的光滑斜面顶端由静止开始下滑 斜面高为h 当物体滑至斜面底端时 重力做功的瞬时功率为 答案 c 4 如图2所示 分别用f1 f2 f3将质量为m的物体由静止沿同一光滑斜面以相同的加速度从斜面底端拉到斜面的顶端 物体到达斜面顶端时 力f1 f2 f3的功率关系为 图2 a p1 p2 p3b p1 p2 p3c p3 p2 p1d p1 p2 p3解析 设物体的质量为m 三种情况下物体的加速度a相同 由牛顿第二定律知f mg sin ma 故各力在速度方向上的分量都相同 又因加速度相同 斜面长度相同 所以三种情况下到达斜面顶端时的速度相等 所以据功率公式可知p1 p2 p3 故选a 答案 a 5 如图3所示 在外力作用下某质点运动的v t图象为正弦曲线 从图中可以判断 a 在0 t1时间内 外力做正功b 在0 t1时间内 外力的功率逐渐增大c 在t2时刻 外力的功率最大d 在t1 t3时间内 外力做的总功为零解析 由动能定理可知 在0 t1时间内质点速度越来越大 动能越来越大 外力一定做正功 故a项正确 在t1 t3时间内 动能变化量为零 可以判断外力做的总功为零 故d项正确 由p fv知0 t1 t2 t3四个时刻功率为零 故b c都错 答案 ad 图3 6 如图4所示 一长为l的轻杆一端固定在光滑铰链上 另一端固定一质量为m的小球 一水平向右的拉力作用于杆的中点 使杆以角速度 匀速运动 当杆与水平方向成60 时 拉力的功率为 图4 答案 c 7 一质点开始时做匀速直线运动 从某时刻起受到一恒力作用 此后 该质点的动能可能