高考物理一轮复习 第五章 机械能 1 功和功率课件.ppt

第五章机械能 2 3 第1节功和功率 5 基础夯实 自我诊断 一 功1 做功的两个要素 1 作用在物体上的力 2 物体在力的方向上发生的位移 2 功的物理意义功是能量转化的量度 3 公式w flcos 如图所示 物体在恒力f的作用下沿水平面向右运动了一段距离l 则恒力f做的功w flcos 1 是力与位移方向之间的夹角 l为物体对地的位移 2 该公式只适用于恒力做功 6 基础夯实 自我诊断 4 功的正负物体沿固定的粗糙斜面下滑时的受力示意图如图所示 则重力g与位移方向的夹角为锐角 重力对物体做正功 摩擦力ff与位移方向的夹角为180 摩擦力对物体做负功 支持力与位移方向的夹角为90 支持力对物体不做功 1 当0 0 力对物体做正功 2 当90 180 时 w 0 力对物体做负功 或者说物体克服这个力做了功 3 当 90 时 w 0 力对物体不做功 7 基础夯实 自我诊断 二 功率1 物理意义 描述力对物体做功的快慢 2 公式 1 p p为时间t内的平均功率 2 p fvcos 若v为平均速度 则p为平均功率 若v为瞬时速度 则p为瞬时功率 3 额定功率 机械正常工作时的最大输出功率 4 实际功率 机械实际工作时的输出功率 要求不大于额定功率 8 基础夯实 自我诊断 一阵风水平吹过 将熟透的苹果从2m高的枝头吹落 若苹果重2n 风力恒为3n 下落的水平位移为1m 1 苹果下落过程中 重力和风力各做多少功 2 重力和风力对苹果做的总功能不能用平行四边形定则来求 若不能应该怎么求 所做总功为多少 总结出两个力的总功的求法 9 基础夯实 自我诊断 提示 1 重力做的功为4j 风力做的功为3j 2 不能 重力和风力做功的代数和为7j 分别求每个力所做的功 再求它们的代数和 10 基础夯实 自我诊断 1 多选 质量为m的物体静止在倾角为 的斜面上 斜面沿水平方向向右匀速移动了距离s 如图所示 物体m相对斜面静止 则下列说法正确的是 a 重力对物体m做正功b 合力对物体m做功为零c 摩擦力对物体m做负功d 支持力对物体m做正功 答案 解析 11 基础夯实 自我诊断 2 多选 关于功率公式p 和p fv的说法正确的是 a 由p 知 只要知道w和t就可求出任意时刻的功率b 由p fv既能求某一时刻的瞬时功率 也可以求平均功率c 由p fv知 随着汽车速度增大 它的功率也可以无限增大d 由p fv知 当汽车发动机功率一定时 牵引力与速度成反比 答案 解析 12 基础夯实 自我诊断 3 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 g取10m s2 则在1s内起重机对货物做的功是 a 500jb 4500jc 5000jd 5500j 答案 解析 13 基础夯实 自我诊断 4 物体受到两个互相垂直的力f1 f2作用而运动 已知力f1做功6j 物体克服力f2做功8j 则力f1 f2的合力对物体做功 a 14jb 10jc 2jd 2j 答案 解析 14 基础夯实 自我诊断 5 两个完全相同的小球a b 在某一高度处以相同大小的初速度v0分别沿水平方向和竖直方向抛出 不计空气阻力 如图所示 则下列说法正确的是 a 两小球落地时速度相同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 重力对两小球做的功相同d 从开始运动至落地 重力对两小球做功的平均功率相同 答案 解析 15 考点一 考点二 考点三 考点一恒力做功的分析与计算 师生共研 1 恒力做的功2 合外力做的功法一 先求合外力f合 再用w合 f合lcos 求功 适用于f合为恒力的过程 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 16 考点一 考点二 考点三 例1 多选 如图所示 倾角为 的斜劈放在水平面上 斜劈上用固定的竖直挡板挡住一个光滑的质量为m的小球 当整个装置沿水平面以速度v向左匀速运动时间t时 以下说法正确的是 a 小球的重力做功为零b 斜劈对小球的弹力做功为c 挡板对小球的弹力做负功d 合力对小球做功为零 答案 解析 17 考点一 考点二 考点三 例2 2016 湖北武汉模拟 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和滑块的速率v随时间的变化规律分别如图甲和乙所示 设在第1s内 第2s内 第3s内力f对滑块做的功分别为w1 w2 w3 则以下关系正确的是 a w1 w2 w3b w1 w2 w3c w1 w3 w2d w1 w2 w3 答案 解析 18 考点一 考点二 考点三 例3如图所示 质量为m的小球用长为l的轻绳悬挂于o点 用水平恒力f拉着小球从最低点运动到使轻绳与竖直方向成 角的位置 求此过程中 各力对小球做的功及总功 答案 解析 19 考点一 考点二 考点三 思维点拨根据w f lcos 分别找到各力在其方向上的位移即可 规律总结1 在求力做功时 首先要区分是求某个力做的功还是合力做的功 该力是恒力还是变力 2 恒力做功与物体的实际路径无关 等于力与物体在力方向上的位移的乘积 或等于位移与在位移方向上的力的乘积 20 考点一 考点二 考点三 突破训练1 如图所示 木板可绕固定水平轴o转动 木板从水平位置oa缓慢转到ob位置 木板上的物块始终相对于木板静止 在这一过程中 物块的重力势能增加了2j 用fn表示物块受到的支持力 用ff表示物块受到的摩擦力 在此过程中 以下判断正确的是 a fn和ff对物块都不做功b fn对物块做功为2j ff对物块不做功c fn对物块不做功 ff对物块做功为2jd fn和ff对物块所做功的代数和为0 答案 解析 21 考点一 考点二 考点三 考点二功率的理解与计算 多维探究 考向1恒力的功率例4 多选 2016 海南海口模拟 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 解析 22 考点一 考点二 考点三 思维点拨 1 求瞬时功率时 先明确所用公式 再确定该时刻的力和速度 2 求平均功率时 先明确所用公式及研究的过程 再确定功和时间 23 考点一 考点二 考点三 考向2变力的功率例5如图所示 细线的一端固定于o点 另一端系一小球 在水平拉力f的作用下 小球以恒定速率在竖直平面内由a点运动到b点 在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是 a 逐渐增大b 逐渐减小c 先增大 后减小d 先减小 后增大 答案 解析 24 考点一 考点二 考点三 方法归纳计算变力功率应注意的问题1 首先要弄清楚是平均功率还是瞬时功率 2 平均功率与一段时间 或过程 相对应 计算时应明确是哪个力在哪段时间 或过程 内做功的平均功率 3 瞬时功率计算时应明确是哪个力在哪个时刻 或状态 的功率 求解瞬时功率时 如果f与v不同向 可用力f乘以f方向的分速度 或速度v乘以速度方向的分力求解 25 考点一 考点二 考点三 突破训练2 一台起重机从静止开始将一质量m 1 0 103kg的货物竖直匀加速吊起 在2s末货物的速度v 4m s 起重机在这2s内的平均输出功率及2s末的瞬时功率分别为 g取10m s2 a 2 4 104w2 4 104wb 2 4 104w4 8 104wc 4 8 104w2 4 104wd 4 8 104w4 8 104w 答案 解析 26 考点一 考点二 考点三 考点三机车启动问题 师生共研 一 以恒定功率启动1 动态过程 27 考点一 考点二 考点三 2 这一过程的速度 时间图象如图所示 28 考点一 考点二 考点三 二 以恒定加速度启动1 动态过程 29 考点一 考点二 考点三 2 这一过程的速度 时间图象如图所示 30 考点一 考点二 考点三 例6 2015 内蒙古呼伦贝尔一模 某兴趣小组对一辆自制遥控小车的性能进行研究 他们让这辆小车在水平的直轨道上由静止开始运动 并将小车运动的全过程记录下来 通过处理转化为v t图象 如图所示 除2 10s时间段图象为曲线外 其余时间段图象均为直线 已知在小车运动的过程中 2s后小车的功率p 9w保持不变 小车的质量为1 0kg 可认为在整个运动过程中小车所受到的阻力大小不变 求 1 小车所受到的阻力大小 2 小车在0 10s内位移的大小 答案 解析 31 考点一 考点二 考点三 思维点拨1 0 2s内小车的v t图象为直线 小车做匀加速直线运动 功率不断增加 2 2 10s内小车的功率保持不变 小车处于恒定功率运动状态 3 当牵引力与阻力相等时 加速度为零 速度最大 v 6m s为小车运动过程的最大速度 32 考点一 考点二 考点三 特别提醒机车启动过程应注意的问题1 无论哪种启动过程 机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度 即vm 式中fmin为最小牵引力 其值等于阻力f阻 2 机车以恒定加速度启动的运动过程中 匀加速过程结束时 功率最大 速度不是最大 即3 机车以恒定功率运行时 牵引力做的功w pt 由动能定理得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或速度 33 考点一 考点二 考点三 突破训练3 一汽车在平直公路上行驶 从某时刻开始计时 发动机的功率p随时间t的变化如图所示 假定汽车所受阻力的大小ff恒定不变 下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图线中 可能正确的是 答案 解析 34 思维激活 方法概述 典例示范 求变力做功的六种方法一个质量为m的小球 用长为l的轻绳悬挂于o点 小球在水平拉力f作用下 从平衡位置p点很缓慢地移动到q点 此时轻绳与竖直方向夹角为 如图所示 则拉力f所做的功是否为flsin 为什么 提示 不是 因为小球缓慢移动 小球受到的力f不是恒力 35 思维激活 方法概述 典例示范 求解变力做功的六种方法1 用动能定理求变力做功动能定理既适用于直线运动 也适用于曲线运动 既适用于求恒力做功 也适用于求变力做功 因使用动能定理可由动能的变化来求功 所以动能定理是求变力做功的首选 2 利用微元法求变力做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个无穷小的位移方向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大小不变 方向改变的变力做功问题 36 思维激活 方法概述 典例示范 3 化变力为恒力求变力做功变力做功直接求解时 通常都比较复杂 但若通过转换研究对象 有时可转化为求恒力做功 可以用w flcos 求解 此法常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中 4 用平均力求变力做功在求解变力做功时 若物体受到的力的方向不变 而大小随位移是成线性变化的 则可以认为物体受到一大小为f 的恒力作用 f1 f2分别为物体初 末状态所受到的力 然后用公式w f1 f2 lcos 求此力所做的功 37 思维激活 方法概述 典例示范 5 用f x图象求变力做功在f x图象中 图线与x轴所围 面积 的代数和就表示力f在这段位移方向上所做的功 且位于x轴上方的 面积 为正 位于x轴下方的 面积 为负 但此方法中学阶段只适用于便于求图线所围面积的情况 如三角形 矩形 圆等规则的几何图 6 用w pt计算机车以恒定功率p行驶的过程 随速度增加牵引力不断减小 此时牵引力所做的功不能用w fx来计算 但因功率恒定 可以用w pt计算 38 思维激活 方法概述 典例示范 例1 动能定理法 如图所示 一半径为r的半圆形轨道竖直固定放置 轨道两端等高 质量为m的质点自轨道端点p由静止开始滑下 滑到最低点q时 对轨道的正压力为2mg 重力加速度大小为g 质点自p滑到q的过程中 克服摩擦力所做的功为 答案 解析 39 思维激活 方法概述 典例示范 例2 平均力法 用锤子击打钉子 设木板对钉子的阻力跟钉子进入木板的深度成正比 每次击打钉子时锤子对钉子做的功相同 已知第一次击打钉子后 钉子进入的深度为1cm 则第二次击打时 钉子进入的深度是多少 答案 解析 40 思维激活 方法概述 典例示范 例3 微元法 如图所示 在水平面上 有一弯曲的槽道ab 槽道由半径分别为和r的两个半圆构成 现用大小恒为