高考物理总复习 第六章 第一单元 第1课 功和功率的概念与计算课件 (2).ppt

第一单元功和功率 动能定理第1课功和功率的概念与计算 第六章功能关系和机械能 知能要求与高考展望 1 掌握功和功率的概念 能够运用其计算式熟练计算 2 要掌握机动车启动时所涉及的功率 速度 加速度的相关变化 并能解答实际问题 3 直接考查一般以选择题为主 本专题内容在综合题中出现的几率也非常高 要予以重视 课前自修 1 功 1 功的物理意义 功是能量转化的量度 即功总是伴随着 转化 2 做功的两个不可缺少的因素 和物体在力的方向上发生的 二者缺一不可 3 定义 力和物体在力的方向上的位移的乘积称为力对物体做的功 4 计算式 w 式中f要为 力 是 的夹角 s一般指物体对地的位移 力与位移 能量 力 位移 fscos 恒 5 功的单位 在国际单位制中 功的单位是 符号为 1n m 6 功的特点 当0 90 时 w 0 力对物体做 当 90 时 w 0 力对物体 当90 180 时 w 0 力对物体做 又可说物体克服这个力 1j 焦耳 j 做了功 正功 不做功 负功 2 功率 1 功率的定义式 p 2 功率的物理意义 功率是描述 的物理量 3 平均功率和瞬时功率 平均功率 p 或p fcos 为物体对地的平均速度 f必须为恒力 为f与的夹角 瞬时功率 p v为物体对地的瞬时速度 f必须为恒力 为f与v的夹角 4 功率的单位 在国际单位制中 功率的单位是瓦 w 1瓦 即1w 1j s 做功快慢 fvcos 1焦耳 秒 1牛顿 米 秒 1n m s 重难突破 1 正 负功的判断方法 1 根据力和位移方向之间的夹角判断 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 如人造地球卫星 如上图所示 2 功的计算 1 恒力的功 w fscos 或动能定理 2 变力做功 用动能定理 w mv22 mv12 若功率恒定 则用w pt计算 3 滑动摩擦力做的功有时可以用力和路程的乘积计算 4 多个力的合力做的功 先求f合 再根据w f合scos 计算 一般适用于整个过程中合力恒定不变的情况 先求各个力做的功w1 w2 wn 再根据w总 w1 w2 wn计算总功 这是求合力做功常用的方法 3 机车的两种启动方式 1 机车以恒定功率启动的过程 机车以恒定功率启动的过程图如下 整个过程物理量的变化情况分析 机车从v0 0开始加速 因为开始时机车已经达到最大功率p 由p fv知 牵引力f会不断减小 由a 知 加速度a也不断减小 但因为加速度的方向和速度的方向相同 所以无论加速度a怎样小 速度v也是增加的 直到加速度a 0 速度达到最大 之后机车做匀速运动 起动过程结束的标志就是 速度不变且达到最大 整个过程物理量的变化情况用如下的v t图象表示 2 机车先以恒定牵引力启动接着以恒定功率运动的过程 机车先以恒定牵引力启动接着以恒定功率运动的过程图如下 f不变 a 不变 v p fv 匀加速直线运动 pm不变 v f a 变加速运动 匀速运动 当p pm时a 0v仍增大 当f f时a 0v达最大vm 整个过程物理量的变化情况分析 过程1 是真正的匀加速过程 在此过程中 速度由零开始不断增加 功率也由零开始逐渐增加 因为加速度是不变的 所以在此过程中牵引力也是不变的 此过程的结束就是变加速过程的开始 以 功率p达到最大 但速度没有达到最大 为标志 在 变加速过程 中因为还有加速度的存在 所以速度v会不断增加 在功率p不变的情况下 根据p fv 就可知道牵引力f不断减小 加速度a也相应减小 变加速过程结束的标志就是 机车的功率最大 速度也是最大 到此为止 整个启动过程结束 再以后 机车将做匀速直线运动 功率不变 整个过程物理量的变化情况用如下的v t图象表示 题型探究 题型一 判断正 负功的方法 例1 2013 河北衡水月考 如图所示 电梯与水平地面成 角 一人站在电梯上 电梯从静止开始匀加速上升 到达一定速度后再匀速上升 若以fn表示水平梯板对人的支持力 g为人受到的重力 f为电梯对人的静摩擦力 则下列结论正确的是 a 加速过程中f 0 f fn g都做功b 加速过程中f 0 fn不做功c 加速过程中f 0 fn g都做功d 匀速过程中f 0 fn g都不做功 审题突破 判断力做功的正 负要根据力的方向和运动方向的关系 解析 加速过程中 水平方向的加速度由摩擦力f提供 所以f 0 f fn做正功 g做负功 选项a正确 b c错误 匀速过程中 水平方向不受静摩擦力作用 f 0 fn做正功 g做负功 选项d错误 答案 a 方法点窍 判断正 负功的方法有两个 1 根据力的方向与位移 或瞬时速度 的方向所构成的夹角 判断 2 根据物体 或系统 的能量增减进行判断 若物体 或系统 的能量增大 说明有外力对物体 或系统 做正功 若物体 或系统 的能量减小 说明有外力对物体 或系统 做负功 题型二 恒力做功的计算 例2 2013 宁波模拟 起重机以1m s2的加速度将质量为1000kg的货物由静止开始匀加速向上提升 若g取10m s2 则1s内起重机对货物所做的功是 a 500jb 4500jc 5000jd 5500j 审题突破 恒力做功的计算 一定要审清题意要求哪个力做的功 再按照这个力寻找其位移 再根据功的公式进行计算 解析 货物的加速度向上 由牛顿第二定律有 f mg ma 起重机的拉力f mg ma 11000n 货物的位移是s at2 0 5m 做功为w fs 5500j 故d正确 答案 d 受力分析找出力 运动分析找出位移 确定力和位移方向的夹角 w fscos 或动能定理或功能关系 计算功的多少 判断功的正负 方法点窍 题型三 功率的计算 例3 如图所示 一质量为m 1 0kg的物体从斜面长度s 10m 倾角为30 的光滑斜面顶端由静止开始下滑 g取10m s2 求 1 物体从斜面顶端滑至底端的过程中重力的功率p1 2 物体滑到斜面底端时重力的瞬时功率p2 审题突破 第 1 问计算的是平均功率 第 2 问计算的是瞬时功率 可利用各自的功率公式进行计算 解析 1 物体从斜面顶端滑至底端的过程中 重力所做的功为 w mgs sin30 50j 而物体下滑过程中产生的加速度为 a gsin 5m s2 根据运动学公式 s at2 得下滑的时间 t 2s 重力的功率为p1 25w 2 物体滑到斜面底端的瞬时速度为v at 10m s 而v与mg的夹角为60 所以p2 mgvcos60 50w 答案 1 50w 2 50w 方法点窍 功率的求解方法 1 瞬时功率用推导式p fvcos 求解 其中v是指该时刻力作用点的瞬时速度 是指力f与速度v之间的夹角 2 求平均功率有两条途径 其一用定义式计算 其二用计算 题型四 探究机车启动运行问题 例4 汽车发动机的额定功率为60kw 汽车质量为5 0 103kg 汽车在水平路面行驶时 受到的阻力大小是车重的0 1倍 g取10m s2 求 1 若汽车从静止开始以加速度0 5m s2做匀加速运动 则匀加速能维持多长时间 2 若汽车从静止开始以该额定功率做加速运动 则汽车运动的最大速度为多大 审题突破 第 1 问属于汽车匀加速启动的情况 但要注意还没有达到最大速度 第 2 问属于汽车变加速启动的情况 注意最后做匀速运动 理解这一条件是解答本题的关键所在 解析 1 汽车做匀加速运动 则其牵引力不变 输出功率将随v的增大而增大 当p达到额定功率p额后 不能再增加 即汽车就不可能再保持匀加速运动了 根据牛顿第二定律 有 f kmg ma 得匀加速时牵引力 f 7 5 103n 根据功率公式 p额 fv1 得匀加速能达到的最大速度为 v1 8m s 由运动学公式有 v1 at 得匀加速能维持的时间为 t 16s 2 速度达到最大为汽车加速结束的时刻 根据功率公式 有 p额 f vm 而此时的牵引力f f阻 kmg 5 103n 故汽车运动的最大速度为 vm 12m s 答案 1 16s 2 12m s 方法点窍 解答汽车启动的思路 建立汽车运动的物理模型 利用功率公式分析功率 速度 加速度等到底是什么量在变化 找出临界条件 利用牛顿第二定律及运动学公式计算 随堂训练 1 运动员用200n的力踢球 把质量为0 4kg的球踢出去50m远 则运动员对球所做的功为 a 100jb 200jc 10000jd 无法确定 错解 错选c 盲目把力200n乘以50m认作运动员对球做的功 答案 d 2 如图所示 两个斜面的倾角分别为45 和60 物块m分别从两个斜面顶端沿斜面做两次滑动 已知物块与两个斜面间的动摩擦因数均为 则物块从斜面顶端滑至底端的过程中克服摩擦力所做的功为 错解 错选a或b 都不运用功的公式推导而靠猜测 由w克 mgcos s 可得物块从斜面滑下的过程中克服摩擦力做的功等于 mg乘以其位移在底边上的投影长度l 与倾角无关 答案 c a 沿45 角的斜面滑下较大b 沿60 角的斜面滑下较大c 一样大d 无法确定 3 汽车在平直公路上行驶 某一段时