【优化方案】高考物理总复习 第5章第一节 功和功率课件 大纲版.ppt

第一节功和功率 第一节功和功率 基础知识梳理 课堂互动讲练 经典题型探究 知能优化演练 基础知识梳理 一 功1 做功的两个必要条件 和物体在力的方向上发生的 2 公式 w 适用于 做功 其中 为f s方向间夹角 s为物体对地的位移 位移 fscos 力 恒力 思考感悟一个力对物体做正功 另一个力做负功 这两个力的方向一定相反吗 提示 不一定 这两个力与v的夹角一个大于90 一个小于90 但这两个力的夹角不一定是180 3 功的正负判断 正功 负功 克服 不做功 名师点拨 功是标量 正功表示对物体做功的力为动力 负功表示对物体做功的力为阻力 功的正负不表示功的大小 二 功率1 定义 功与完成这些功所用时间的 2 物理意义 描述力对物体做功的 3 公式 1 p p为时间t内的 功率 2 p fvcos 为f与v的夹角 v为平均速度 则p为 功率 v为瞬时速度 则p为 功率 4 额定功率 机械 时输出的最大功率 5 实际功率 机械 时输出的功率 要求 额定功率 比值 快慢 平均 平均 瞬时 正常工作 实际工作 小于或等于 课堂互动讲练 一 判断功正 负的方法1 若物体做直线运动 依据力与位移的夹角来判断 此法常用于恒力做功的判断 2 若物体做曲线运动 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 从能量的转化角度来进行判断 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 图5 1 1 举例 如图5 1 1所示 弧面体a放在光滑水平面上 弧面光滑 使物体b自弧面的顶端自由下滑 试判定a b间弹力做功的情况 从能量 转化的角度看 当b沿弧面由静止下滑时 a就由静止开始向右运动 即a的动能增大了 因此b对a的弹力做了正功 由于a和b组成的系统机械能守恒 a的机械能增加 b的机械能一定减少 因此a对b的支持力对b一定做了负功 特别提醒 判断力做功的正负问题 关键要明确哪个力做的功 应根据具体问题选择合适的方法 1 2011年广州测试 如图5 1 2所示 质量为m的木块放在倾角为 的斜面上与斜面一起水平向左匀速运动 木块 图5 1 2a 对斜面的压力大小为mgcos b 所受的支持力对木块不做功c 所受的摩擦力对木块做负功d 所受的摩擦力方向可能沿斜面向下 解析 选ac 木块受力平衡 受力情况如图所示 木块水平向左运动 则支持力fn对木块做正功 摩擦力ff对木块做负功 重力mg不做功 木块对斜面的压力f n fn mgcos 综上所述 可知选项a c对 b d错 二 求功的几种方法1 恒力及合力做功的计算 1 恒力的功 直接用w fscos 计算 2 合外力的功 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合与位移的夹角 一般适用于整个过程中合力恒定不变的情况 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 利用动能定理或功能关系求解 2 变力做功的计算 1 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 也可计算恒力功 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 4 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5 1 3中甲图表示恒力f做的功w 乙图表示变力f做的功w 丙图中横轴上方的面积表示正功 横轴下方的面积表示负功 其总功等于正 负功的代数和 2 如图5 1 4所示 用恒力f通过光滑的定滑轮把静止在水平面上的物体 大小可忽略 从位置a拉到位置b 物体的质量为m 定滑轮离水平地面的高度为h 物体在位置a b时细绳与水平方向的夹角分别为 1和 2 求绳的拉力对物体做的功 图5 1 4 三 机车两种启动方式的比较对机动车等交通工具 在启动的时候 通常有两种启动方式 即以恒定功率启动和以恒定加速度启动 现比较如下 3 一汽车额定功率为100kw 质量为1 0 104kg 设阻力恒为车重的0 1倍 g取10m s2 1 若汽车保持恒定功率运动 求运动的最大速度 2 若汽车以0 5m s2的加速度匀加速运动 求其匀加速运动的最长时间 答案 1 10m s 2 13 4s 经典题型探究 1 拉力f做的功 2 重力g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 思路点拨 根据各个力的特点 是恒力还是变力 选择相应的计算功的方法 如功的定义式w fscos 或动能定理 2 重力g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 0 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 0 4 12 8j 规律总结 在遇到求功的问题时 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 还可以借助动能定理或能量守恒定律求解 变式训练1用铁锤把小铁钉钉入木板 设木板对钉子的阻力与钉进木板的深度成正比 已知铁锤第一次将钉子钉进d 如果铁锤第二次敲钉子时对钉子做的功与第一次相同 那么 第二次钉子进入木板的深度是 解析 选b 在将钉子钉入木板的过程中 随着深度的增加 阻力成正比地增加 这属于变力做功问题 由于力与深度位移成正比 可求出力对位移的平均值 将变力转化为恒力来处理 根据题意可得 2009年高考辽宁 宁夏卷 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5 1 6所示 力的方向保持不变 则 图5 1 6 思路点拨 1 平均功率的计算方法 2 瞬时功率的计算方法 p fvcos v是t时刻的瞬时速度 答案 bd 规律总结 对于功率问题 首先要弄清楚是平均功率还是瞬时功率 在利用p fvcos 求解时可以变化为p fv分 f分v 即力乘以沿力方向的分速度 或沿速度方向的分力乘以速度 变式训练2一根质量为m的直木棒 悬挂在o点 有一只质量为m的猴子抓着木棒 如图5 1 7所示 剪断悬挂木棒的细绳 木棒开始下落 同时猴子开始沿木棒向上爬 设在一段时间内木棒沿竖直方向下落 猴子对地的高度保持不变 忽略空气阻力 则图5 1 8所示的四个图象中能正确反映在这段时间内猴子做功的功率随时间变化的关系是 图5 1 7 图5 1 8 解析 选b 猴子对地的高度不变 所以猴子受力平衡 设猴子的质量为m 木棒对猴子的作用力为f 则有f mg 对木棒 设木棒的重力为mg 则木棒所受合力为f mg mg mg 根据力的作用的相互性f f 根据牛顿第二定律 mg mg ma 可见a是恒量 t时刻木棒速度vt at 猴子做功的功率p mgvt mgat p与t为正比例关系 故b正确 机车启动问题的计算 满分样板12分 汽车发动机的功率为60kw 汽车的质量为4t 当它行驶在坡度为0 02 sin 0 02 的长直公路上时 如图5 1 9所示 所受摩擦阻力为车重的0 1倍 g 10m s2 求 题型三 图5 1 9 1 汽车所能达到的最大速度vm 2 若汽车从静止开始以0 6m s2的加速度做匀加速直线运动 则此过程能维持多长时间 解题样板 1 汽车在坡路上行驶 所受阻力由两部分构成 即ff mg mgsin 4000n 800n 4800n 2分 又因为f ff时 p ff vm 所以 2分 2 汽车从静止开始 以a 0 6m s2匀加速行驶 由f ma 有f ff ma 2分 所以f ma ff 4 103 0 6n 4800n 7 2 103n 1分 答案 1 12 5m s 2 13 9s 规律总结 不管对哪种启动方式 机动车的功率均是指牵引力的功率 对启动过程的分析也都是用分段分析法 并且将牛顿第二定律和运动学公式相结合进行综合分析 有时也应用动能定理求解 变式训练3 2011年潍坊抽测 质量为m的汽车在平直路面上启动 启动过程的速度图象如图5 1 10所示 从t1时刻起汽车的功率保持不变 整个运动过程中汽车所受阻力恒为ff 则 图5 1 10 解析 选bc 当汽