山东省冠县武训高级中学高三物理总复习 功和功率课件.ppt

5 1功和功率 高三总复习必修2 第五章机械能守恒定律 一 功 1 定义 一个物体受到力的作用 并在力的方向上发生了一段位移 物理学中就说这个力对物体做功 2 做功两个要素 力和物体在力的方向上发生的位移 做不做功与物体自身运动状态无关 是匀速还是变速无关 位移是指对地位移 例 如图所示 用恒力f拉着质量为m的物体沿水平面从a移到b的过程中 下列说法正确的是 a 有摩擦力时比无摩擦力时f做的功多b 有摩擦力时与无摩擦力时f做功一样多c 物体加速运动时f做的功比减速运动时f做的功多d 物体无论是加速 减速还是匀速 力f做的功一样多 bd 1 如图所示 质量为m的木块放在倾角为 的斜面上与斜面一起水平向左匀速运动 木块 a 对斜面的压力大小为mgsin b 所受的支持力对木块不做功c 所受的摩擦力对木块做负功d 所受的摩擦力方向可能沿斜面向下 c b 2 如图所示 小物块位于光滑的斜面上 斜面位于光滑水平地面上 从地面上看 在小物块沿斜面下滑过程中 斜面对小物块的作用力 a 垂直于接触面 不做功b 垂直于接触面 做负功c 不垂直于接触面 做负功d 不垂直于接触面 做正功 4 如图所示 在加速向左运动的车厢中 一个人沿车前进方向推车厢 已知人与车厢始终保持相对静止 那么人对车厢做功的情况是 a 做正功b 做负功c 不做功d 无法确定 解析 人随车加速 车厢给人的作用力 手和脚两部分之和 向前 由牛顿第三定律可知人给车厢的作用力向后 所以人对车厢做负功 b 一 功 2 功与能量相联系 是过程量 谈到力 必须指明是哪个力 在哪个过程上做的功 3 功是标量 但有正负 正负是区分谁对谁做功的问题 运算是进行代数相加减 公式w fscos 为f与s的夹角 功的单位是焦耳 j 1 若 0 表示力对物体做 功 2 若 90 则w 0 表示力对物体 3 若90 180 则w 0 表示力对物体做 正 不做功 负功 力对物体做正功 即外界给物体输入能量 力是动力 力对物体不做功 即外界和物体间无能量交换 力对物体做负功 即物体向外界输出能量 力是阻力 4 合力的功 1 各个力分别对物体所做功的代数和 2 先求出合外力 再由公式w f合scos 求合外力的功 3 用动能定理求解 7 变力做功的计算 1 用动能定理或功能关系求解 4 将变力的功转化为恒力的功 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的乘积 如滑动摩擦力 空气阻力做功等 2 当变力的功率p一定时 用w pt求功 如机车牵引力做的功 当力的方向不变 大小随位移做线性变化时 可先求出力对位移的平均值f 再由w fscos 计算 如弹簧的弹力做功 3 作f x图象 图线与x轴所夹的 面积 即为变力所做的功 3 恒力的计算 如图所示 质量为m的物体静止在倾角为 的斜面上 物体与斜面的动摩擦因数为 现使斜面水平向左匀速移动距离l 求 1 摩擦力对物体做的功为多少 物体与斜面相对静止 2 斜面对物体的弹力做的功为多少 3 重力对物体做的功为多少 4 斜面对物体做的功又是多少 各力对物体所做的总功是多少 1 wf mglsin cos 2 wn mglcos sin 3 wg 0 4 w斜 0 w总 0 4 如图所示 某人用大小不变的力f拉着放在光滑平面上的物体 开始时与物体相连的绳和水平面间的夹角是 当拉力f作用一段时间后 绳与水平面间的夹角为 已知图中的高度是h 求绳的拉力对物体所做的功 假定绳的质量 滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦不计 b 解析 拉力f的功等效为图中f1 f2两个恒力做功的代数和 即w f2l f1lcos60 而f1 f2 f 100n 所以w fl 1 cos60 150j 即b选项正确 6 如图所示 一质量为m的小球用长为l的轻绳悬挂于o点 1 若小球在水平拉力f的作用下从平衡位置p点缓慢地移动到q点 此时悬线与竖直方向的夹角为 求拉力f所做的功为多大 1 wf mgl 1 cos 2 wf flsin 2 若小球在水平恒力f作用下由p点移动到q点 此时悬线与竖直方向的夹角为 求拉力f所做的功为多大 c 8 如图所示 一质量为m 2 0kg的物体从半径为r 5 0m的圆弧的a端 在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到b端 圆弧ab在竖直平面内 拉力f大小不变始终为15n 方向始终与物体在该点的切线成37 角 圆弧所对应的圆心角为60 bo边为竖直方向 g取10m s2 求 拉力f做的功 9 某人从井中匀速提水 水面距井口 10 水和桶共重200 提桶的绳子长10 重20 求提上一桶水人做多少功 图线与坐标轴包围的面积值就是人做功的数值 所以人做功 2 1 103 分析 在提水的过程中 人的拉力是变力 属于变力做功问题 虽不能直接用 x 但可转化成 x图线进行计算 10 质量为m2的木板静止在地面上 质量为m1的物体以速度v滑上m2 m1和m2之间摩擦力f保持不变 当m1在m2上滑动一段距离l 相对位移 这个过程中 a 当m2没有位移 则m2对m1做负功fl m1对m2不做功b 若m2移动了s 则m2对m1做负功f l s m1对m2做正功fsc 不管m2有无运动 摩擦力对m1做负功 m2做正功值做功值总是相等的d 不管m2有无运动 摩擦力对系统做负功fl abd 摩擦力与作用力反作用力做功 摩擦力与作用力反作用力做功 1 作用力与反作用力做功不一定大小相等 方向相反 可一正一负 同为正功 同为负功 不做功 一个做功一个不做功 2 摩擦力不一定总做负功 3 一对相互作用的摩擦力对系统做的总功多少与路径无关 是负值 w ffx相对 二 功率 1 定义 功跟完成这些功所用时间的比值 2 物理意义 功率表示做功的快慢 功率大则做功快 功率小则做功慢 3 矢标量 功率是标量 只有大小 没有方向 4 计算式 1 p p为时间t内的平均功率 2 p fvcos v为平均速度 则p为平均功率 v为瞬时速度 则p为瞬时功率 为f与v的夹角 5 额定功率 机械长时间正常工作时的最大输出功率 一般在机械的铭牌上标明 6 实际功率 机械实际工作时输出的功率 要小于等于额定功率 说明 某一过程的功率指平均功率 某一时刻的功率指瞬时功率 11 功率的计算 如图所示 一质量为m的物体 从倾角为 的光滑斜面顶端由静止下滑 开始下滑时离地高度为h 当物体滑至斜面底端时重力的瞬时功率为 整个过程的平均功率为 12 质量为m 0 5kg的物体从高处以水平的初速度v0 5m s抛出 在运动t 2s内重力对物体做的功是多少 这2s内重力对物体做功的平均功率是多少 2s末 重力对物体做功的瞬时功率是多少 g取10m s2 w 100j p平 50w p舜 100w 13 一根质量为m的直木棒 悬挂在o点 有一只质量为m的猴子抓着木棒 如图7所示 剪断悬挂木棒的细绳 木棒开始下落 同时猴子开始沿木棒向上爬 设在一段时间内木棒沿竖直方向下落 猴子对地的高度保持不变 忽略空气阻力 则图7所示的四个图象中能正确反映在这段时间内猴子做功的功率随时间变化的关系的是 b p mgv mgat 三 机动车辆启动的问题 汽车发动机的额定功率为60kw 汽车的质量为5 103kg 汽车在水平路面上行驶时 阻力是车重的0 1倍 g取10m s2 试求 1 若汽车保持额定功率不变从静止启动 汽车所能达到的最大速度是多大 当汽车的加速度为2m s2时速度是多大 2 若汽车从静止开始 保持以0 5m s2的加速度做匀加速直线运动 这一过程能维持多长时间 1 vm 12m s v 4m s 2 t 16s 14 机动车功率的分析与计算 15 机动车功率的分析与计算 一辆汽车质量为1 103kg 最大功率为2 104w 在水平路面由静止开始做直线运动 最大速度为v2 运动中汽车所受阻力恒定 发动机的最大牵引力为3 103n 其行驶过程中牵引力f与车速的倒数的关系如图所示 试求 1 根据图线abc判断汽车做什么运动 2 v2的大小 3 整个运动过程中的最大加速度 4 当汽车的速度为10m s时发动机的功率为多大 1 图线ab段汽车做匀加速直线运动 图线bc段汽车做加速度减小的加速运动 直至达到最大速度v2 此后汽车做匀速直线运动 2 v2 20m s 3 a 2m s2 4 pm 2 104w 1 2010 湛江模拟 如图所示 一物体分别沿ao bo轨道由静止滑到底端 物体与轨道间的动摩擦因数相同 物体克服摩擦力做功分别为w1和w2 则 a w1 w2b w1 w2c w1 w2d 无法比较 b 2 2010年1月23日下午 30辆纯电动客车投入到合肥市18路公交线运营 这标志着国内首条纯电动公交线路正式开通 公交车在平直的公路上行驶 某一段时间内公交车的功率随时间的变化如图所示 设公交车运动过程中受到的阻力不变 则在这一段时间内公交车的运动情况可能是 a 匀速直线运动b 匀加速直线运动c 加速度增加的加速直线运动d 加速度减小的加速直线运动 ad 3 将