高三物理总复习 4.1功和功率课件 鲁科版.ppt

第一节功和功率 一 功1 做功的两个不可缺少的因素 力和物体在 上发生的位移 2 功的公式 w 其中f为恒力 为f的方向与位移s的方向夹角 功的单位是 j 力的方向 fscos 焦耳 3 正功和负功 根据w fscos 可知 思考感悟 功有正功和负功之分 那么功是矢量吗 提示 不是 功虽有正 负 但正 负不表示方向 二 功率1 定义 功与完成功所用时间的 2 物理意义 描述力对物体 3 公式 比值 做功的快慢 平均功率 2 p fvcos 为f与v的夹角 v为平均速度 则p为 v为瞬时速度 则p为 4 额定功率 机械 时输出的 功率 5 实际功率 机械 时输出的功率 要求 额定功率 平均功率 瞬时功率 正常工作 最大 实际工作 小于或等于 课堂互动讲练 一 功的理解1 功的概念是要明确物体在哪个力的作用下发生的位移 哪个力对物体做功 而位移可以是物体在力的方向上对地的位移 也可以是力的作用点对地的位移 2 从计算功的公式上看功的概念w fscos 若f与cos 结合则是位移方向上力乘以位移 将s与cos 结合则是力乘以力的方向的位移 两种理解均包含了合成与分解中的等效观点 3 把握各种力做功的特点 会使功的计算变得简单 在用能量的观点解决问题时列起方程来更加得心应手 1 重力做功的特点 只跟初末位置的高度差有关 而跟运动的路径无关 2 弹力做功的特点 对接触面间的弹力 由于弹力的方向与运动方向垂直 弹力对物体不做功 对弹簧的弹力做的功 高中阶段没有给出相关的公式 对它的求解要借助其他途径如动能定理 机械能守恒 功能关系等 3 摩擦力做功的特点 摩擦力做功跟物体运动的路径有关 它可以做负功 也可以做正功 做正功时起动力作用 如用传送带把货物由低处运送到高处 摩擦力就充当动力 摩擦力的大小不变 方向变化 摩擦力的方向始终和速度方向相反 时 摩擦力做功可以用摩擦力乘以路程来计算 即w fs 4 电场力做功的特点 与重力做功特点一样 电场力做功与运动路径无关 只与初末位置的电势差有关 wab quab 不论是匀强电场 还是非匀强电场 5 洛伦兹力不做功 由于洛伦兹力始终跟运动电荷的速度方向垂直 因此始终不做功 4 判断正负功的方法 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 名师点睛 1 功的正负表示力对物体做功的性质 即正功表示动力对物体做功 负功表示阻力对物体做功 而力和速度的正负表示方向 所以功的正负的意义与力 速度等矢量的意义有着本质的区别 2 作用力和反作用力虽然等大反向 但由于其作用在两个物体上 产生的位移效果无必然联系 故作用力和反作用力的功不一定一正一负 大小相等 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2011年陕西宝鸡模拟 2010年11月24日在广州亚运会上刘翔以13秒09的成绩夺得110m跨栏冠军 刘翔在比赛中 主要有起跑加速 途中匀速跨栏和加速冲刺三个阶段 设他的脚与地面间不会发生相对滑动 以下说法正确的是 a 加速阶段地面对人的摩擦力做正功b 匀速阶段地面对人的摩擦力做负功 c 由于人的脚与地面间不发生相对滑动 所以不论加速还是匀速 地面对人的摩擦力始终不对人做功d 无论加速还是匀速阶段 地面对人的摩擦力始终做负功解析 选c 刘翔在整个运动过程中均受地面的摩擦力作用但由于没有力的方向上的位移 故摩擦力不做功 选项c正确 二 功的计算方法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4 1 1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 名师点睛 功的计算问题要注意两点 1 对于求功的问题 要先分析是求恒力的功还是变力的功 还是求合外力的功 然后再选择合适的方法进行求解 同时注意做功的正负 图4 1 1 2 应用功的公式求恒力的功时 由于力和位移都是矢量 力和位移均可按正交分解的方法进行分解 既可以把力分解为在位移方向的分力 也可以把位移分解为在力的方向上的分位移进行计算 即时应用 即时突破 小试牛刀 图4 1 2 2 如图4 1 2所示 质量为m的小物体相对静止在楔形物体的倾角为 的光滑斜面上 楔形物体在水平推力f作用下向左移动了距离s 在此过程中 楔形物体对小物体做的功等于 a 0b mgscos c fsd mgstan 解析 选d 因为接触面光滑 所以小物体只受重力和斜面的支持力 又小物体随楔形物体一起向左移动 故二力合力方向水平向左 即重力和支持力的竖直分力平衡 小物体所受的合外力就是楔形物体对小物体支持力的水平分力 该力大小为mgtan 又物体向左移动了距离s 所以做功为mgstan 答案应选d 2 p fv 是决定式 可以计算功率的平均值 此时v代入平均速度 也可以计算瞬时值 此时v代入瞬时速度 可以用下表形象记忆 2 额定功率与实际功率额定功率反映了机械做功能力或机械所能承担的 任务 机械运行时的实际功率可以小于额定功率 也可以等于额定功率 称满负荷运行 还可以在短时间内略大于额定功率 称超负荷运行 但机械不能长时间处于超负荷运转 那样会损坏机械 缩短其寿命 3 机车启动的两种方式的比较 名师点睛 1 各类发动机铭牌上的额定功率指的是该发动机正常工作时的最大输出功率 并不是任何时候发动机的实际输出功率都等于额定功率 实际输出功率可在零和额定功率之间取值 2 解决机车启动问题 首先要弄清是哪种启动方式 然后采用分段处理法 在匀加速阶段 常用牛顿第二定律和运动学公式结合分析 在非匀加速阶段 一般用动能定理求解 3 在机车的功率p fv中 f是指机车的牵引力 而不是车所受的合力 即时应用 即时突破 小试牛刀 图4 1 3 3 2009年高考宁夏理综卷改编 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4 1 3所示 力的方向保持不变 则 a b c d 经典题型探究 2011年江西南昌联考 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4 1 4甲和乙所示 设在第1秒内 第2秒内 第3秒内力f对滑块做的功分别为w1 w2 w3 则以下关系式正确的是 图4 1 4 a w1 w2 w3b w1 w2 w3c w1 w3 w2d w1 w2 w3 思路点拨 解决此题注意两点 1 根据v t图象判断滑块在第1秒内 第2秒内 第3秒内的位移关系 2 利用功的定义式比较力f对滑块做的功 解析 力f做功等于每段恒力f与该段滑块运动的位移 v t图象中图象与坐标轴围成的面积 的乘积 第1秒内 位移为一个小三角形面积s 第2秒内 位移也为一个小三角形面积s 第3秒内 位移为两个小三角形面积2s 由功的公式可得w1 1 s w2 3 s w3 2 2s w1 w2 w3 答案 b 规律总结 计算结果中功的正负要保留 因为它具有特定的物理意义 若只求做功的多少就取绝对值 图4 1 5 2011年福建三中第二次月考 如图4 1 5所示 重物的质量为1kg 动滑轮质量不计 竖直向上拉动细绳 使重物从静止开始以5m s2的加速度上升 则拉力f在1s内对物体做的功为多少 拉力f在1s末的瞬时功率是多大 g取10m s2 1s末力f对物体做功的瞬时功率为p fv f 2v 2fv联立上述方程 代入数据可得w 37 5j p 75w 答案 37 5j75w 满分样板13分 2011年福州模拟 一汽车的额定功率p0 6 104w 质量m 5 103kg 在平直路面上行驶时阻力是车重的0 1倍 若汽车从静止开始以加速度a 0 5m s2做匀加速直线运动 g取10m s2 求 1 汽车保持加速度不变的时间 2 汽车实际功率随时间变化的关系 3 此后汽车运动所能达到的最大速度 思路点拨 汽车开始做匀加速运动 牵引力f和阻力恒定 随着速度增加 它的实际功率逐渐增大 直到fv等于额定功率为止 此后汽车保持额定功率不变 速度增大 牵引力减小 做加速度逐渐减小的加速运动 直到牵引力等于阻力为止 解题样板 1 设汽