湖南省长沙市长郡卫星远程学校高考物理 专题二 第5课时 功与功率动能定理课件.ppt

功与功率动能定理 知识网络 功 w fscos 求功的三种方法 w fscos 求恒力的功 用功能关系 或动能定理求功 重力势能 ep mgh h为从物体的重心到参考面的高度 弹性势能 由于弹簧发生弹性形变而具有的势能 机械能 机械能 动能定理 合外力的功与动能变化的关系 重力的功和重力势能变化的关系 重力以外的力做的功与机械能变化的关系 条件 只有重力或弹簧弹力做功 注意它和动量守恒定律在守恒条件上的区别 实验 验证机械能守恒定律 功能关系 机械能守恒定律 机械能 重点知识诠释 一 求变力做功 二 功率 表示物体做功快慢的物理量 三 机车起动的两种方式 四 动能定理 1 内容及表达式内容 合外力对物体做的功等于物体动能的变化 表达式 w合 ek2 ek1 2 对动能定理的进一步理解 1 w总是所有外力对物体做的总功 这些力对物体所做功的代数和等于物体动能的增量 2 动能定理与参考系的选取有关 中学物理中一般取地面为参考系 3 动能定理既适用于物体的直线运动 也适用于曲线运动 既适用于恒力的功 也适用于变力的功 力可以是各种性质的力 既可以同时作用 也可以分段作用 只要求出在作用过程中各力做功的多少和正负即可 动能定理是计算物体的位移或速率的简捷公式 当题目中涉及到位移时可优先考虑动能定理 这些正是运用动能定理解题的优越性所在 4 若物体的运动过程包含几个不同的过程 应用动能定理时 可以分段考虑 也可以全程作为一个整体考虑 3 一般应用步骤 1 选取研究对象 明确它的运动过程 2 分析研究对象的受力情况和各力做功情况 然后求各个外力做功的代数和 3 明确物体运动过程中初 末状态的动能ek1和ek2 4 列出动能定理的方程w合 ek2 ek1 及其他必要的解题方程 进行求解 方法指津 一 求变力做功的几种方法 功的计算在中学物理中占有重要的地位 中学阶段所学的功的计算公式w fscos 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 变力做功问题可归纳如下 1 等值法等值法即若某一变力的功和某一恒力的功相等 则可以通过计算该恒力的功 求出该变力的功 而恒力做功又可以用w fscos 计算 从而使问题变得简单 2 微元法当物体在变力的作用下作曲线运动时 若力的方向与物体运动的切线方向之间的夹角不变 且力与位移的方向同步变化 可用微元法将曲线分成无限个小元段 每一小元段可认为恒力做功 总功即为各个小元段做功的代数和 3 平均力法如果力的方向不变 力的大小对位移按线性规律变化时 可用力的算术平均值 恒力 代替变力 利用功的定义式求功 4 用动能定理求变力做功 例1 用铁锤将一铁钉击入木块 设木块对铁钉的阻力与铁钉进入木块内的深度成正比 在铁锤击第一次时 能把铁钉击入木块内1cm 问击第二次时 能击入多少深度 设铁锤每次做功相等 如图甲所示 静止于光滑水平面上坐标原点处的小物块 在水平拉力f作用下 沿x轴方向运动 拉力f随物块所在位置坐标x的变化关系如图乙所示 图线为半圆 则小物块运动到x0处时f做的总功为 a 0b fmx 2c fmx0d x02 如图甲所示 静止于光滑水平面上坐标原点处的小物块 在水平拉力f作用下 沿x轴方向运动 拉力f随物块所在位置坐标x的变化关系如图乙所示 图线为半圆 则小物块运动到x0处时f做的总功为 a 0b fmx 2c fmx0d x02 二 求某力的平均功率和瞬时功率 例2 质量为m 0 5kg的物体从高处以v0 5m s的初速度水平抛出 求 抛出后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 如图所示 两个完全相同的小球a b 在同一高度处以相同大小的初速度v0分别水平抛出和竖直向上抛出 下列说法正确的是 a 两小球落地时的速度相同b 两小球落地时 重力的瞬时功率相同c 从开始运动至落地 重力对两小球做功相同d 从开始运动至落地 重力对两小球做功的平均功率相同 如图所示 两个完全相同的小球a b 在同一高度处以相同大小的初速度v0分别水平抛出和竖直向上抛出 下列说法正确的是 a 两小球落地时的速度相同b 两小球落地时 重力的瞬时功率相同c 从开始运动至落地 重力对两小球做功相同d 从开始运动至落地 重力对两小球做功的平均功率相同 三 机车起动问题 例3 汽车在平直的公路上由静止启动 开始做直线运动 题中两图分别表示汽车运动的速度 功率和时间的关系 设汽车在运动过程中阻力不变 在16s末汽车的速度恰好达到最大 1 定性描述汽车的运动状态 2 求汽车受到的阻力和最大牵引力 3 求汽车的质量 4 求汽车从静止到开始做匀速运动的总位移 解析 1 由速度图象可看出 汽车开始时做初速度为0的匀加速直线运动 6s末再做加速度减小的变加速运动 16s末后做匀速运动 四 用动能定理解题 1 利用动能定理巧解机车脱钩问题例4 总质量为m的列车 沿水平直线轨道匀速前进 其末节车厢质量为m 中途脱钩 司机发觉时 机车已行驶l的距离 于是立即关闭油门 除去牵引力 如图所示 设运动的阻力与重量成正比 机车的牵引力是恒定的 当列车的两部分都停止时 它们的距离是多少 2 利用动能定理解答变力做功问题例5 一辆车通过一根跨过定滑轮的绳pq提升井中质量为m的物体 如图所示 绳的p端拴在车后的挂钩上 q端拴在物体上 设绳的总长不变 绳的质量 定滑轮的质量和尺寸 滑轮上的摩擦都忽略不计 开始时 车在a点 左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的 左侧绳长为h 提升时 车加速向左运动 沿水平方向从a经过b驶向c 设a到b的距离也为h 车过b点时的速度为vb 求在车由a移到b的过程中 绳q端的拉力对物体做的功 考点限时训练 1 如图所示 在加速运动的车厢中 一人用力向前推车厢 人相对车厢未移动 则 a 人对车不做功b 人对车做负功c 推力对车做负功d 车对人做负功 考点限时训练 1 如图所示 在加速运动的车厢中 一人用力向前推车厢 人相对车厢未移动 则 a 人对车不做功b 人对车做负功c 推力对车做负功d 车对人做负功 2 如图所示 在倾角为30 的斜面上 一条轻绳的一端固定在斜面上 绳子跨过连在滑块上的定滑轮 绳子另一端受到一个方向总是竖直向上 大小恒为f 100n的拉力 使物块沿斜面向上滑行1m 滑轮右边的绳子始终与斜面平行 的过程中 拉力f做的功是 a 100jb 150jc 200jd 条件不足 无法确定 2 如图所示 在倾角为30 的斜面上 一条轻绳的一端固定在斜面上 绳子跨过连在滑块上的定滑轮 绳子另一端受到一个方向总是竖直向上 大小恒为f 100n的拉力 使物块沿斜面向上滑行1m 滑轮右边的绳子始终与斜面平行 的过程中 拉力f做的功是 a 100jb 150jc 200jd 条件不足 无法确定 3 如图所示 重球m用一条不可伸长的轻质细线拴住后悬于o点 重球置于一个斜面不光滑的斜劈m上 用水平力f向左推动斜劈m在光滑水平桌面上由位置a向位置b移动的过程中 正确的说法是 a m与m之间的摩擦力对m做正功b m与m之间的摩擦力对m做负功c m m相互作用的弹力对m所做的功与对m做的功绝对值相等d m m相互作用的弹力对m所做的功与对m做的功绝对值不等 3 如图所示 重球m用一条不可伸长的轻质细线拴住后悬于o点 重球置于一个斜面不光滑的斜劈m上 用水平力f向左推动斜劈m在光滑水平桌面上由位置a向位置b移动的过程中 正确的说法是 a m与m之间的摩擦力对m做正功b m与m之间的摩擦力对m做负功c m m相互作用的弹力对m所做的功与对m做的功绝对值相等d m m相互作用的弹力对m所做的功与对m做的功绝对值不等 4 图为测定运动员体能的装置 轻绳拴在腰间沿水平线跨过定滑轮 不计滑轮的质量与摩擦 下悬重为g的物体 设人的重心相对地面不动 人用力向后蹬传送带 使水平传送带以速率v逆时针转动 则 a 人对重物做功 功率为gvb 人对传送带的摩擦力大小等于g 方向水平向左c 在时间t内人对传送带做功消耗的能量为gvtd 若增大传送带的速度 人对传送带做功的功率不变 4 图为测定运动员体能的装置 轻绳拴在腰间沿水平线跨过定滑轮 不计滑轮的质量与摩擦 下悬重为g的物体 设人的重心相对地面不动 人用力向后蹬传送带 使水平传送带以速率v逆时针转动 则 a 人对重物做功 功率为gvb 人对传送带的摩擦力大小等于g 方向水平向左c 在时间t内人对传送带做功消耗的能量为gvtd 若增大传送带的速度 人对传送带做功的功率不变 5 如图所示 一木块静止放在光滑水平面上 一颗子弹沿水平方向射入木块 若子弹进入木块的深度为s1 与此同时木块沿水平面移动了s2 设子弹在木块中受到的阻力大小不变 则在子弹进入木块的过程中 a 子弹损失的动能与木块获得的动能之比为 s1 s2 s2b 子弹损失的动能与系统获得的内能之比为 s1 s2 s1c 木块获得的动能与系统获得的内能之比为s2 s1d 木块获得的动能与系统获得的内能之比为s1 s2 5 如图所示 一木块静止放在光滑水平面上 一颗子弹沿水平方向射入木块 若子弹进入木块的深度为s1 与此同时木块沿水平面移动了s2 设子弹在木块中受到的阻力大小不变 则在子弹进入木块的过程中 a 子弹损失的动能与木块获得的动能之比为 s1 s2 s2b 子弹损失的动能与系统获得的内能之比为 s1 s2 s1c 木块获得的动能与系统获得的内能之比为s2 s1d 木块获得的动能与系统获得的内能之比为s1 s2 6 以初速度v0竖直向上抛出一质量为m的小物体 假定物块所受的空气阻力f大小不变 已知重力加速度为g 则物体上升的最大高度和返回到原抛出点的速率分别为 6 以初速度v0竖直向上抛出一质量为m的小物体 假定物块所受的空气阻力f大小不变 已知重力加速度为g 则物体上升的最大高度和返回到原抛出点的速率分别为 7 如图所示为推行节水工程的转动喷水 龙头 龙头 距地面高为h 其喷灌半径可达10h 每分钟喷出水的质量为m 所用的水从地下h深的井里抽取 设水以相同的速率喷出 水泵的效率为 不计空气阻力 则 7 如图所示为推行节水工程的转动喷水 龙头 龙头 距地面高为h 其喷灌半径可达10h 每分钟喷出水的质量为m 所用的水从地下h深的井里抽取 设水以相同的速率喷出 水泵的效率为 不计空气阻力 则 9 总质量为80kg的跳伞运动员从离地500m的直升机上跳下 经过2s拉开绳索开启降落伞 如图所示是跳伞过程中的v t图 试根据图象求 g取10m s2 1 t 1s时运动员的加速度和所受阻力的大小 2 估算14s内运动员下落的高度及克服阻力做的功 3 估算运动员从飞机上跳下到着地的总时间 10 某日有雾的清晨 一艘质量为m 500t的轮船 从某码头由静止起航做直线运动 并保持发动机的输出功率等于额定功率且保持不变 经t0 10min后 达到最大行驶速度vm 20