高考物理大一轮总复习（主干回顾固基础+典例突破知规律+特色培优增素养）51 机械能及其守恒定律课件.ppt

01主干回顾固基础 知识点1功 1 做功的两个必要条件 1 作用在物体上的 2 物体在上发生的位移 2 公式 w flcos 1 是力与方向之间的夹角 l为物体对地的位移 2 该公式只适用于做功 3 功是 标或矢 量 力 力的方向 位移 恒力 标 3 功的正负判断 正功 负功 克服 不做功 知识点2功率 1 定义 功与完成这些功所用时间的 物理意义 描述力对物体 比值 做功的快慢 平均功率 平均功率 瞬时功率 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 一 基础知识题组1 功的理解 多选 下列选项所示的四幅图是小明提包回家的情景 其中小明提包的力做正功的是 解析 a中将包提起来的过程中 提包的力对包做正功 b中人提包水平匀速行驶时 提包的力不做功 c中人乘电梯上升过程中 提包的力对包做正功 d中人提包上楼的过程中 提包的力对包做正功 答案 acd 2 功的理解 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 3 功的理解 如图所示的a b c d中 质量为m的物体甲受到相同的恒力f的作用 在力f作用下使物体甲在水平方向移动相同的位移 表示物体甲与水平面间的动摩擦因数 乙是随物体甲一起运动的小物块 比较物体甲移动的过程中力f对甲所做的功的大小 a wa最小b wd最大c wa wcd 四种情况一样大解析 依据功的定义式w fscos 在本题的四种情况下 f s 均相同 这样四种情况下力f所做的功一样大 故选项d正确 答案 d 4 功率的理解 多选 关于功率的公式p fvcos 以下理解正确的是 a 它是由功率的定义式p w t及功的定义式w flcos 联合导出的 所以它只能用来计算平均功率b 若f与v的夹角 0 p fvc 当公式中的v表示平均速度且f为恒力时 则p fvcos 求解的是平均功率d 当f v 均为瞬时值时 p fvcos 求解的是瞬时功率 解析 p fvcos 是由功率的定义式和功的定义式推导得来的 但它既能用来求解平均功率 也能用来求解瞬时功率 a错误 夹角 是力f与速度v的夹角 当夹角 0时 p fv b正确 当f为恒力 v为平均速度时 p为平均功率 当v为瞬时速度时 p为瞬时功率 c d正确 答案 bcd 5 功率的简单计算 设飞机飞行中所受阻力与速度的平方成正比 如果飞机以速度v匀速飞行 其发动机功率为p 则发动机功率为8p时 飞机飞行的速度为 a vb 2vc 4vd 8v解析 当速度为v时 牵引力f f kv2 则p fv kv3 设功率为8p时 速度为v 则8p kv 3 由以上两式得v 2v 故b正确 答案 b 答案 c 二 规律方法题组7 关于变力功的求解 如图所示 一个人推磨 其推磨杆的力的大小始终为f 与磨杆始终垂直 作用点到轴心的距离为r 磨盘绕轴缓慢转动 则在转动一周的过程中推力f做的功为 a 0b 2 rfc 2frd 2 rf解析 磨盘转动一周 力的作用点的位移为0 但不能直接套用w flcos 求解 因为在转动过程中推力f为变力 我们可以用微元的方法来分析这一过程 由于f的方向在每时刻都保持与作用点的速度方向一致 因此可把圆周划分成很多小段来研究 如图所示 当各小段的弧长 si足够小 si 0 时 f的方向与该小段的位移方向一致 所以有 wf f s1 f s2 f s3 f si f 2 r 2 rf 这等效于把曲线拉直 答案 b 8 用图象法求变力功 如下图甲所示 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 答案 c 变力做功的计算方法1 用动能定理w ek或功能关系求 2 当变力的功率p一定时 可用w pt求功 如机车恒功率启动时 3 当力的大小不变 而方向始终与运动方向相同或相反时 这类力做的功等于力和路程 不是位移 的乘积 如滑动摩擦力做功等 02典例突破知规律 考点1判断正 负功的方法考点解读 功的正负的判断方法1 根据力和位移方向之间的夹角判断此法常用于物体做直线运动时恒力做功的判断 2 根据力和速度方向之间的夹角判断此法常用于质点做曲线运动时变力做功的判断 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 从能的转化角度来进行判断此法常用于判断相互联系的两个物体之间的相互作用力做功的情况 典例透析长为l的轻质细绳悬挂一个质量为m的小球 其下方有一个倾角为 的光滑斜面体 放在水平面上 开始时小球与斜面刚刚接触且细绳恰好竖直 如图所示 现在用水平推力f缓慢向左推动斜面体 直至细绳与斜面体平行 则下列说法中正确的是 a 由于小球受到斜面的弹力始终与斜面垂直 故对小球不做功b 细绳对小球的拉力始终与小球的运动方向垂直 故对小球不做功c 小球受到的合外力对小球做功为零 故小球在该过程中机械能守恒d 若水平面光滑 则推力做功为mgl 1 cos 解题探究 如何理解f缓慢向左推动斜面体 提示 斜面体始终处于平衡状态 动能不变 尝试解答 选b 小球受到斜面的弹力沿竖直方向有分量 故对小球做功 a错误 细绳的拉力方向始终和小球的运动方向垂直 故对小球不做功 b正确 合外力对小球做功等于小球动能的改变量 虽然合外力做功为零 但小球的重力势能增加 故小球在该过程中机械能不守恒 c错误 若水平面光滑 则推力做功为mgl 1 sin d错误 一对作用力和反作用力的做功问题 1 作用力和反作用力虽然等大反向 但由于其分别作用在两个物体上 产生的位移效果无必然联系 故作用力和反作用力做的功不一定一正一负 大小也不一定相等 2 摩擦力并非只做负功 也可以做正功或不做功 一对相互作用的摩擦力做的总功可能为零 静摩擦力 可能为负 滑动摩擦力 但不可能为正 变式训练 人造地球卫星在椭圆轨道上运行 由图中的a点运动到b点的过程中 a 万有引力对卫星做正功b 万有引力对卫星做负功c 万有引力对卫星先做正功 再做负功d 万有引力对卫星一直不做功 解析 由于图中万有引力与速度方向夹角始终大于90 故在此过程中万有引力对卫星做负功 答案 b 2 当变力的功率p一定时 可用w pt求功 如机车恒功率启动时 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 3 总功的计算方法一 先求合外力f合 再用w合 f合lcos 求功 但应注意 应为合力与位移l的夹角 f合在运动过程中保持不变 方法二 先求各个力做的功w1 w2 w3 再应用w合 w1 w2 w3 求合外力做的功 典例透析如图所示 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 物体所受各力对物体所做的功各为多少 2 斜面对物体做的功是多少 3 各力对物体所做的总功是多少 解题探究 请对物体进行受力分析 它受到哪些力 哪些力不做功 受到的力 不做功的力 提示 重力 斜面的支持力 静摩擦力 重力 2 求斜面对物体做的功 即求斜面对物体施的力做的总功w wf wf 0j 3 求总功是求各力功的代数和w总 wf wf wg 0j 计算功时应注意的三个问题 1 公式w fscos 中位移 s 的意义 力对平动的物体 可看作质点 做功 s 为物体上每一点的位移 即受力质点对地的位移 若受力物体发生转动或形变 s 应取作用点的位移 s 的取值一般以大地为参考系 2 力的独立性原理 求某个力做的功仅与该力及物体沿该力方向的位移有关 而与其他力是否存在 是否做功无关 变式训练 1 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 求这一过程中 1 拉力f做的功 2 重力mg做的功 3 圆弧面对物体的支持力fn做的功 4 圆弧面对物体的摩擦力ff做的功 2 重力mg做的功wg mgr 1 cos60 50j 3 物体受的支持力fn始终与物体的运动方向垂直 所以wfn 0j 4 因物体在拉力f作用下缓慢移动 动能不变 由动能定理知 wf wg wff 0 所以wff wf wg 62 8 50 j 12 8j 答案 1 62 8j 2 50j 3 0j 4 12 8j 2 如图所示 定滑轮至滑块的高度为h 已知细绳的拉力为f 恒定 滑块沿水平面由a点前进s至b点 滑块在初 末位置时细绳与水平方向夹角分别为 和 求滑块由a点运动到b点的过程中 绳的拉力对滑块所做的功 解析 设绳对物体的拉力为t 显然人对绳的拉力f等于t t在对物体做功的过程中大小虽然不变 但其方向时刻在改变 因此该问题是变力做功的问题 但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的情况下 人对绳做的功就等于绳的拉力对物体做的功 而拉力f的大小和方向都不变 所以f做的功可以用公式w flcos 直接计算 由图可知 在绳与水平面的夹角由 变到 的过程中 拉力f的作用点的位移大小为 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 典例透析 多选 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 解题探究 1 0 2s内外力是 应使用 求平均功率 2 第2s末质点速度最大 但外力的瞬时功率是否最大 提示 不一定 变式训练 多选 质量为m的物体静止在光滑水平面上 从t 0时刻开始受到水平力的作用 力的大小f与时间t的关系如图所示 力的方向保持不变 则 答案 bd 考点4机车启动问题考点解读 1 两种启动方式的比较 1 机车以恒定的功率启动机车以恒定的功率启动时 若运动过程中其所受阻力f阻不变 其所受的f牵及a v的变化情况可表示如下 即机车启动后先做加速度逐渐减小的加速运动 再做匀速运动 其v t图象如图所示 2 机车从静止匀加速启动机车以恒定的加速度启动时 开始牵引力不变 当其速度增大到一定值v时 其功率达到最大值 下面的过程与上述 1 一样 在此过程中 其牵引力功率 牵引力 加速度及速度的变化情况可表示如下 即机车启动后先做匀加速运动 后做加速度逐渐减小的加速运动 再做匀速运动 其v t图象如图所示 注意 匀加速结束时机车的速度并不是最后的最大速度 因此时f f阻 之后还要在功率不变的情况下变加速一段时间才达到最后的最大速度vmax 3 机车以恒定功率运行时 牵引力做的功w pt 由动能定理 pt f阻x ek 此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小 1 根据图线abc 判断该电动车做什么运动 并计算电动车的额定功率 2 求此过程中电动车做匀加速直线运动的加速度的大小 3 电动车由静止开始运动 经过多长时间速度达到v1 2m s 2 图象中的c点对应电动车的速度为 恰好为电动车的 速度 提示 15m s最大 尝试解答 1 ab段表示电动车做匀加速直线运动 bc段表示电动车做加速度逐渐减小的变加速直线运动 6 103 w 2 2 m s2 3 1 s 1 分析图线可知 图线ab段代表的过程为牵引力f不变 阻力ff不变 电动车由静止开始做匀加速直线运动 图线bc段的斜率表示电动车的功率p p不变 为额定功率 达到额定功率后 则电动车所受牵引力逐渐减小 做加速度减小的变加速直线运动 直至达最大速度15m s 此后电动车做匀速直线运动 由图象可得 当达到最大速度vmax 15m s时 牵引力为fmin 400n故恒定阻力ff fmin 400n额定功率p fminvmax 6 103w 分析机车启动问题时应注意的事项 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 变式训练 多选 汽车发动机的额定功率为p1 它在水平路面上行驶