高考物理一轮复习 专题五 机械能 第1讲 功和功率课件.ppt

专题五机械能 第1讲功和功率 考点1 功 力 位移 力 位移 1 定义 力对物体做的功 等于 的大小 的大小 与 之间夹角的余弦三者的乘积 2 做功的两要素 力和物体在 发生的位移 3 定义式 w 仅适用于 做功 功的单位为 功是 填 矢 或 标 量 力的方向上 fscos 恒力 焦耳 j 标 能量 动力 阻力 克服 4 物理意义 功是 转化的量度 正功表示 做功 负功表示 做功 功的正 负不表示大小 仅表示动力做功还是阻力做功 一个力对物体做负功 一般表述为物体 该力做功 取负功的绝对值 考点2 功率 1 功率 描述做功 的物理量 2 定义 功跟完成功所用 的比值叫做功率 3 功率的计算 快慢 时间 1 p 只能计算t时间内的平均功率 2 p 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 表示 fv cos f与v的夹角 基础自测 1 如图5 1 1所示 重物p放在一长木板oa上 将长木板绕o端转过一个小角度的过程中 重物p相对于木板始终保持静止 关于木板对重物p的摩擦力和支持力做功的情况 正确 的是 a 摩擦力对重物做正功b 摩擦力对重物做负功 图5 1 1 c 支持力对重物不做功d 支持力对重物做正功答案 d 2 列车提速的一个关键技术问题是提高机车发动机的功率 已知匀速运动时 列车所受阻力与速度的二次方成正比 即f kv2 设提速前匀速运动的速度为80km h 提速后匀速运动的速度为120km h 则提速前与提速后机车发动机的功率之比为 a 23 b 49 c 827 d 1681 答案 c 3 一小球以初速度v0水平抛出 不计空气阻力 小球在空 中运动的过程中重力做功的功率p随时间t变化的图象是 a b c d 答案 a 4 如图5 1 2所示 质量为20kg的小孩坐在雪橇上 现用一个与水平方向成 37 角 大小为60n的力f拉着雪橇沿水平地面从静止开始以a 0 5m s2的加速度做匀加速直线运动 已知雪橇的质量为20kg 求2s内雪橇上各力做的功 合力做的功是多少 图5 1 2 解 在竖直方向上雪橇没有移动位移 故重力和支持力做 功都为零 在水平方向上 2s内雪橇移动的位移为 故拉力做功为wf fscos 60 1 cos37 j 48j根据牛顿第二定律 有fcos f m小孩 m雪橇 a代入数据解得f 28n 故摩擦力做的功wf f s 28jw合 wf wf 48 28j 20j 热点1 功的正负判断与恒力 合力做功的计算 热点归纳 1 功的正负的判断方法 1 恒力做功的判断 依据力与位移的夹角来判断 2 曲线运动中做功的判断 依据f与v的方向夹角 来判断 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 依据能量变化来判断 功是能量转化的量度 若有能量转化 则必有力对物体做功 2 恒力做功的计算方法 1 定义法 用力乘以力方向上的位移 比如重力做功就是用重力乘以重力方向上的位移 根据力和力的方向上位移的方向关系判断功的正负 2 计算式法 根据功的计算式w fscos 需要注意的是位移s为对地位移 严格讲是力的作用点的位移 为力的方向与位移方向的夹角 3 合力做功的计算方法 1 合力做的功等于各力做功的代数和 即w合 w1 w2 w3 2 先求出物体受到的合力f合 再由w合 f合scos 求解 但应注意 应为合力与位移s的夹角 f合在运动过程中保持不变 考向1 功的计算 典题1 2014年新课标 卷 一物体静止在粗糙水平地 面上 现用一大小为f1的水平拉力拉动物体 经过一段时间后其速度变为v 若将水平拉力的大小改为f2 物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v 对于上述两个过程 用wf1 wf2分别表示拉力f1 f2所做的功 wf1 wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功 则 a wf2 4wf1 wf2 2wf1b wf2 4wf1 wf2 2wf1c wf2 4wf1 wf2 2wf1d wf2 4wf1 wf2 2wf1 答案 c 考向2 正负功的判断 典题2 多选 如图5 1 3所示 质量为m的物体置于倾角为 的斜面上 物体与斜面间的动摩擦因数为 在外力作用下 斜面体以加速度a沿水平方向向左做匀加速运动 运动中物体m与斜面体相对静止 则关于斜面对物体的支持力和摩擦 力的下列说法正确的是 a 支持力一定做正功b 摩擦力一定做正功c 摩擦力可能不做功d 摩擦力可能做负功 图5 1 3 解析 支持力方向垂直斜面向上 故支持力一定做正功 而摩擦力是否存在需要讨论 若摩擦力恰好为零 物体只受重力和支持力作用 如图d25所示 此时加速度a gtan 当a gtan 摩擦力沿斜面向下 摩擦力与位移夹角小于90 做正功 当a gtan 摩擦力沿斜面向上 摩擦力与位移夹角大于90 做负功 综上所述 a c d正确 图d25 答案 acd 热点2 机车的启动运行 热点归纳 1 模型一 以恒定功率启动 1 动态过程 2 启动过程的速度 时间图象如图5 1 4所示 图5 1 4 2 模型二 以恒定加速度启动 1 动态过程 2 启动过程的速度 时间图象如图5 1 5所示 图5 1 5 典题3 一列火车总质量m 500t 发动机的额定功率p 6 105w 在轨道上行驶时 轨道对列车的阻力f是车重的0 01 g取10m s2 1 求列车在水平轨道上行驶的最大速度 2 在水平轨道上 发动机以额定功率p工作 求当行驶速度为v1 1m s和v2 10m s时 列车的瞬时加速度a1 a2的大小 3 列车在水平轨道上以36km h的速度匀速行驶时 求发 动机的实际功率p 4 若列车从静止开始 保持0 5m s2的加速度做匀加速运 动 求这一过程维持的最长时间 迁移拓展 2015年新课标 卷 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5 1 6所示 假定汽车所受阻力的大小f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 图5 1 6 a b c d 解析 0 t1时间内 功率p1不变 这一段时间如果匀速 变大 牵引力大于阻力 则汽车的速度增加 由p2 fv得v增加时f减小 故应做加速度减小的加速运动直至匀速 c错误 如果0 t1时间内加速 由p1 fv得0 t1时间内应做加速度减小的加速运动直至匀速 故a正确 b d错误 答案 a 变力做功的计算方法求力做功时 一定要注意分析是求恒力做的功还是变力做的功 如果是求变力做的功 看能否转化为求恒力做功的问题 不能转化的 还可以借助微元法 图象法 平均力法 功能关系等求解 考向1 微元法 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多个无穷小的位移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 图5 1 7 解析 因为f的方向不断改变 不能用w fscos 求解 但由于拉力f的方向时刻与小球运动方向一致 可采用微元法 把小球的位移分割成许多的小段 在每一小段位移上作用在小球上的力f可视为恒力 f做的总功即为f在各个小段上做功 答案 d 触类旁通 多选 2016年浙江宁波模拟 如图5 1 8所示 摆球质量为m 悬线的长为l 把悬线拉到水平位置后放手 设在摆球从a点运动到b点的过程中空气阻力f阻的大小不变 则下列说法正确的是 a 重力做功为mglb 绳的拉力做功为0c 空气阻力f阻做功为 mgl 图5 1 8 答案 ab 考向2 转换法 变力做功直接求解时 通常都比较复杂 但若通过转换研究的对象 有时可化为恒力做功 用w fscos 求解 此法常常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中 典题5 如图5 1 9所示 固定的光滑竖直杆上套着一个滑块 滑块用轻绳系着绕过光滑的定滑轮o 现以大小不变的拉力f拉绳 使滑块从a点起由静止开始上升 滑块运动到c点时速度最大 已知滑块质量为m 滑轮o到竖直杆的距离为d oao 37 oco 53 重力加速度为g 求 sin37 0 6 cos37 0 8 1 拉力f的大小 2 滑块由a到c过程中拉力f做的功 图5 1 9 解 1 对滑块进行受力分析 其到c点时速度最大 则此时其所受合力为零 正交分解滑块在c点受到的拉力 根据共点力的平衡条件得 2 根据能量转换思想 拉力f对绳的端点做的功就等于绳的拉力f对滑块做的功 有 滑轮与a间的绳长l1 dsin37 考向3 图象法 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 圆等规则的几何图形 典题6 物体在水平拉力f作用下 沿x轴方向由坐标原点开始运动 设拉力f随x的变化分别如图5 1 10甲 乙 丙所示 其中图甲为一半圆图形 对应拉力做功分别为w甲 w乙 w丙 则以下说法正确的是 甲 丙 乙图5 1 10 a w甲 w乙 w丙c w甲 w乙 w丙 b w甲 w乙 w丙d 无法比较它们的大小 解析 由于f x图象中 图象与位移轴所围成的 面积 即为力做的功 所以w甲 w乙 w丙 b项正确 答案 b 触类旁通 如图5 1 11甲所示 质量为4kg的物体在水平推力作用下开始运动 推力大小f随位移大小x变化的情况如图乙所示 物体与地面间的动摩擦因数为 0 5 g取10m s2 则 甲 乙 图5 1 11a 物体先做加速运动 推力撤去后才开始做减速运动b 运动过程中推力做的功为200jc 物体在运动过程中的加速度先变小后不变d 因推力是变力 无法确定推力做功的大小 解析 滑动摩擦力ff mg 20n 物体先加速 当推力减小到20n时 加速度减小为零 之后推力逐渐减小 物体做加速度增大的减速运动 当推力减小为零后做匀减速运动 选项a c错误 f x图象与横轴所围图形的面积表示推力做的功 答案 b 考向4 平均力 求变力做功 当力的方向不变而大小随位移做线性变化时