《夺冠之路》福建专用高三物理一轮复习 第5章第1课时 功 功率课件 鲁科版.ppt

第一课时功功率 1 理解功的物理意义及计算公式 会求恒力及变力的功 知道功是能量转化的量度 2 理解功率的物理意义 区分功率的两种表达形式并会灵活应用 3 理解机车牵引力与速度的关系 会分析机车启动问题 1 功 1 定义 物体受到力的作用 并在力的方向上发生一段位移 就说该力对物体做了功 2 做功的两个必要条件 做功的两个必要条件是力和物体在力的方向上的位移 两者缺一不可 功是过程量 即做功必定对应一个过程 位移 应明确是哪个力在哪一个过程做的功 3 公式 w fscos 4 功的正负 功是标量 但有正 负之分 当0 90 时 w 0 力对物体做正功 当90 180 时 w 0 力对物体做负功 也可说物体克服该力做了功 当 90 时 w 0 力对物体不做功 5 合力的功 当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时 这几个力的合力对物体所做的功 等于各个力分别对物体做功的代数和 2 功率 对应学生用书第59页 1 两个互相垂直的力f1和f2作用在同一物体上 使物体运动 如图所示 物体通过一段位移 力f1对物体做功4j 力f2对物体做功3j 则f1 f2的合力对物体做功为 a a 7jb 1jc 5jd 3 5j解析 几个力的总功应等于各个力的功的代数和 所以f1 f2的总功为w w1 w2 4j 3j 7j 故a选项正确 3 2011年厦门模拟 用力将重物竖直提起 先是从静止开始匀加速上升 紧接着匀速上升 如果前后两过程的时间相同 不计空气阻力 则 d a 加速过程中拉力的功比匀速过程中拉力的功大b 匀速过程中拉力的功比加速过程中拉力的功大c 两过程中拉力的功一样大d 上述三种情况都有可能 功的正 负判断及计算1 功的正 负的判断 1 根据力和位移的方向的夹角判断 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 3 根据功能关系或能量转化与守恒定律进行判断 若有能量转化 则应有力做功 此法常用于判断两个相联系的物体内力做功的情况 2 功的计算 1 恒力及合力做功的计算 恒力的功 直接用公式w fscos 计算 合外力的功a 先求合外力f合 再应用公式w合 f合 scos 求功 其中 为合力f合与位移s的夹角 一般适用于整个过程中合力恒定不变的情况 b 分别求出每个力的功w1 w2 w3 再应用w合 w1 w2 w3 求合外力的功 这种方法一般适用于在整个过程中 某些力分阶段作用的情况 c 利用动能定理或功能关系求解 作出变力f随位移s变化的图象 图象与位移轴所围的 面积 即为变力做的功 图中 a 图表示恒力f做的功w b 图表示变力f做的功w 用动能定理w ek或功能关系w e 即用能量的增量等效代换变力所做的功 也可计算恒力的功 例1 如图所示 质量为m的物块相对斜面静止 斜面倾角为 它们一起向右匀速运动位移为l 则摩擦力 支持力和重力分别对物块做的功为多少 思路点拨 求解此题注意两点 此题中物体所受各力都是恒力 可以直接利用公式求解 求解时注意各力与位移间的夹角 解析 因物块向右匀速运动 由平衡条件可得f mgsin n mgcos f和n与位移的夹角分别为 和90 故摩擦力做的功为w1 flcos mglsin cos 支持力做的功为w2 nlcos 90 mglsin cos 因重力方向竖直向下 而位移方向水平向右 故重力做功为零 即wg 0 答案 mglsin cos mglsin cos 0 在应用公式w fscos 时要注意 与题中所给的角的含义不一定相同 在求恒力做的功时可以利用w fcos s f分s来求 f分指沿位移方向的分力 或利用w f scos fs分来求 也就是用力乘以沿力方向的分位移 针对训练11 如图所示 物体沿弧形轨道滑下后进入足够长的水平传送带 传送带以如图所示方向匀速运转 则传送带对物体做功情况不可能是 a 始终不做功b 先做负功后做正功c 先做正功后不做功d 先做负功后不做功解析 设传送带速度大小为v1 物体刚滑上传送带时的速度大小为v2 当v1 v2时 物体随传送带一起匀速运动 故传送带与物体之间不存在摩擦力 即传送带对物体始终不做功 a正确 当v1v2时 物体相对传送带向左运动 物体受到的滑动摩擦力方向向右 则物体先做匀加速运动直到速度达到v1 再做匀速运动 故传送带对物体先做正功后不做功 c正确 故选b 答案 b 机车的两种启动方式的理解 1 解决机车启动问题时 首先要弄清是哪种启动方式 然后再进行分段处理 2 无论哪种启动方式 所有过程都满足p f v 其中p f与v是同一瞬时的三个量 公式p f vmax fvmax是指f f时的匀速运动状态 3 匀加速启动方式能持续的原因是功率逐渐增大 且只能持续到功率增加到额定功率 例2 额定功率为80kw的汽车 在平直公路上行驶的最大速度是20m s 汽车的质量是2t 如果汽车从静止开始做匀加速直线运动 加速度的大小是2m s2 运动过程中阻力不变 求 1 汽车受到的阻力多大 2 3s末汽车的瞬时功率多大 3 汽车维持匀加速运动的时间多长 思路点拨 汽车从静止开始做匀加速运动时 牵引力恒定 随着车速的增大 汽车的输出功率逐渐增大 当汽车的输出功率等于额定功率后 若车速继续增大 牵引力必逐渐减小 汽车做加速度逐渐减小的变加速运动 当牵引力等于阻力时 汽车速度达最大值 其后汽车做匀速运动 答案 1 4 103n 2 48kw 3 5s 在分析汽车启动问题时 要先弄清是恒定功率启动还是匀加速启动 匀加速启动时要分析清楚发动机的功率是否达到额定功率 达到额定功率后汽车再以恒定功率运动 牵引力随速度的增大而减小 不能再用匀变速直线运动的规律求解了 针对训练21 质量4t的机车 发动机的最大输出功率为100kw 运动阻力恒为2 103n 试求 1 当机车由静止开始以0 5m s2的加速度沿水平轨道做匀加速直线运动的过程中 能达到的最大速度和达到该最大速度所需的时间 2 若机车保持额定功率不变行驶 能达到的最大速度和速度为10m s时机车的加速度 解析 1 机车做匀加速直线运动时 有f f ma p fvm vm at由此可解得vm 25m s t 50s 2 机车行驶时运动形式不加限制而机车输出功率保持额定功率不变时 机车所受牵引力等于阻力 做匀速直线运动 此时又有f f 0 p f um p f v f f ma 可得 um 50m s a 2m s2 答案 1 25m s50s 2 50m s2m s2 考点一 考查功的计算问题 例1 基础题 如图所示 质量为m的物体沿倾角为 的粗糙斜面下滑了一段距离s 物体与斜面间的动摩擦因数为 试求物体所受各力在下滑过程中对物体所做的功 及这些力所做的总功 思路点拨 计算几个力同时对物体做功时 画出正确的受力图是解题的关键 解析 物体下滑过程中受重力g 弹力f1 滑动摩擦力f2作用 如图所示 重力做功w gscos 90 mgssin 弹力做功w1 f1scos90 0摩擦力做功为w2 f2scos180 mgscos 外力对物体所做的总功为w总 w w1 w2 mgssin mgscos mgs sin cos 答案 见解析 在遇到求功的问题时 一定要注意分析是求恒力的功还是变力的功 若恒力做功 直接选择功的公式w fscos 求解 若是变力做功 看能否转化为恒力的功 不能转化的 要借助动能定理和能量守恒定律求解 考点二 考查机车启动问题 例2 能力题 汽车发动机的额定功率为60kw 汽车的质量为5t 汽车在水平路面上行驶时 阻力是车重的0 1倍 g 10m s2 1 汽车保持额定功率不变从静止启动后 汽车所能达到的最大速度是多大 当汽车的加速度为2m s2时速度多大 当汽车的速度为6m s时加速度多大 2 若汽车从静止开始 保持以0 5m s2的加速度做匀加速直线运动 这一过程能维持多长时间 答案 见解析 2010年上海理综 43 纯电动概念车e1是中国馆的镇馆之宝之一 若e1概念车的总质量为920kg 在16s内从静止加速到100km h 即27 8m s 受到恒定的阻力为1500n 假设它做匀加速直线运动 其动力系统提供的牵引力为 n 当e1概念车以最高时速120km h 即33 3m s 做匀速直线运动时 其动力系统输出的功率为 kw 答案 3 1 10350 本题考查了机车启动中p f v及牛顿第二定律的应用 掌握机车启动的两种方式和匀速运动对应的力学关系是解题的关键 测控导航 1 一人乘电梯从1楼到20楼 在此过程中经历了先加速 后匀速 再减速的运动过程 则电梯支持力对人做功情况是 d a 加速时做正功 匀速时不做功 减速时做负功b 加速时做正功 匀速和减速时做负功c 加速和匀速时做正功 减速时做负功d 始终做正功解析 在加速 匀速 减速的过程中 支持力与人的位移方向始终相同 所以支持力始终对人做正功 故选d 3 如图所示 质量为m的长木板b静止在光滑的水平地面上 在其右端有质量为m的木块a 已知m m 给a b大小相等 方向相反的初速度 使它们开始运动 但最终a没有滑离出木板b 在a和b相互作用的过程中 它们之间的摩擦力做功的情况是 c a 摩擦力对a一直做负功b 摩擦力对a先做正功后做负功c 摩擦力对b一直做负功d 摩擦力对b先做负功后做正功解析 分析木块a和木板b的运动情况 开始时 a b分别向左 向右减速 m m a减速快 当a减速到零时 木板b还有向右运动的速度 随后 a反向向右加速 b仍然向右减速 最后 a b一起以相同的速度向右匀速运动 分析木块a和木板b的受力情况 在a和b相互作用的过程中 b对a的摩擦力始终向右 而a对b的摩擦力始终向左 分析做功情况 摩擦力对a先做负功后做正功 对b一直做负功 故正确选项为c 4 2010年上海卷改编 如图为质量相等的两个质点a b在同一直线上运动的vt图象 由图可知以下不正确的是 a a 在t时刻两个质点在同一位置b 在t时刻两个质点速度相等c 在0 t时间内质点b比质点a位移大d 在0 t时间内合外力对两个质点做功相等解析 由题图知t时刻速度相等 故b正确 由于不知道两质点的初位置情况 故在t时刻 两质点不一定在同一位置 故a错误 在0 t内 b图线与时间轴包围的面积大 故c正确 由动能定理知d正确 故选a 5 2010年福建省联考 一个质量为2kg的质点在水平面上做匀加速直线运动 其初速度为5m s 加速度为2m s2 则以下说法正确的是 d a 2s末质点的位移为12mb 前2s质点的平均速度为6m sc 4s末质点的速度为12m sd 前2s质点所受合外力做功的平均功率为28w 6 2010年福建省厦门市模拟 把动力装置分散安装在每节车厢上 使其既具有牵引动力 又可以载客 这样的客车车厢便叫做动车 而几节自带动力的车厢加几节不带动力的车厢编成一组 就是动车组 带动力的车厢叫动车 不带动力的车厢叫拖车 设动车组运行过程中的阻力与质量成正比 每节动车与拖车的质量都相等 每节动车的额定功率都相等 若开1节动车带3节拖车时 最大速度为120km h 改为开5节动车带3节拖车时 最大速度为 c a 60km hb 240km hc 300km hd 600km h解析 设动车组运行过程中阻力与质量的比例常数为k 每节车厢质量为m 每节动车额定功率为p 当动车组达到最大速度时 动车的额定功率与动车组所受阻力的功率大小相等 则p k 4m 120 5p k 8mv 两式联立解得v 300km h 7 2010年江门市模拟 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和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图 a 和 b 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 则以下关系式正确的是 b a w1 w2 w3b w1 w2 w3c w1 w3 w2d w1 w2 w3 答案 见解析 10 拓展探究题 修建高层建筑常用塔式起重机 在起重机将质量m 5 103kg的重物竖直吊起的过程中 重物由静止开始向上做匀加速直线运动 加速度a 0 2m s2 当起重机输出功率达到其允许的最大值时 保持该功率直到重物做vm 1 02m s的匀速运动 取g 10m s2 不计额外功 求 1 起重机允许输出