（江苏专用）2021版高考物理一轮复习 第5章 机械能及其守恒定律 第1节 功和功率教案.doc

第5章 机械能及其守恒定律第1节功和功率一、功1做功两因素力和物体在力的方向上发生的位移。2公式：wflcos (1)是力与位移方向之间的夹角，l是物体对地的位移。(2)该公式只适用于恒力做功。3功的正负的判断方法恒力的功依据力与位移方向的夹角来判断曲线运动中的功依据力与速度方向的夹角来判断，090时，力对物体做正功；90180时，力对物体做负功；90时，力对物体不做功能量变化时的功功是能量转化的量度，若有能量转化，则必有力对物体做功。此法常用于判断两个相联系的物体之间的相互作用力做功二、功率1定义：功与完成这些功所用时间的比值。2物理意义：描述做功的快慢。3公式(1)p，p为时间t内的平均功率。(2)pfvcos (为f与v的夹角)。v为平均速度，则p为平均功率。v为瞬时速度，则p为瞬时功率。4额定功率与实际功率(1)额定功率：动力机械长时间正常工作时输出的最大功率。(2)实际功率：动力机械实际工作时输出的功率，要求小于或等于额定功率。1思考辨析(正确的画“”，错误的画“”)(1)只要物体受力的同时又有位移发生，则一定有力对物体做功。()(2)一个力对物体做了负功，则说明这个力一定阻碍物体的运动。()(3)滑动摩擦力可能做负功，也可能做正功；静摩擦力对物体一定做负功。()(4)据pfv可知，发动机功率一定时，交通工具的牵引力与运动速度成反比。()(5)汽车上坡的时候，司机必须换挡，其目的是减小速度，得到较大的牵引力。()(6)公式pfv中的f是物体受到的合外力。()2(人教版必修2p59t1改编)如图所示，力f大小相等，物体运动的位移s也相同，哪种情况f做功最少()abcd答案d3(人教版必修2p63t3改编)(多选)关于功率公式p和pfv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pfv既能求某一时刻的瞬时功率，也可以求平均功率c由pfv知，随着汽车速度增大，它的功率也可以无限增大d由pfv知，当汽车发动机功率一定时，牵引力与速度成反比bdp只适用于求平均功率，pfv虽是由前者推导得出，但可以用于求平均功率和瞬时功率，选项a错误，b正确；汽车运行时不能长时间超过额定功率，故随着汽车速度的增大，它的功率并不能无限制的增大，选项c错误；当功率一定时，速度越大，牵引力越小；速度越小，牵引力越大，故牵引力与速度成反比，选项d正确。4(粤教版必修2p67t5)用起重机将质量为m的物体匀速吊起一段距离，那么作用在物体上的各力做功情况应是下列说法中的哪一种()a重力做正功，拉力做负功，合力做功为零b重力做负功，拉力做正功，合力做正功c重力做负功，拉力做正功，合力做功为零d重力不做功，拉力做正功，合力做正功c物体匀速上升，重力方向与位移方向相反，重力做负功，拉力竖直向上，拉力方向与位移方向相同，拉力做正功，物体做匀速直线运动，处于平衡状态，所受合力为零，则合力做功为零，故a、b、d错误，c正确。 功的分析与计算1(2019北京二中月考)下列叙述中正确的是()a一对作用力和反作用力做功之和一定为零b静摩擦力一定不做功c一对滑动摩擦力所做总功不可能为零d一对静摩擦力所做总功可能不为零c一对作用力和反作用力可能同时做正功或做负功，也可能一个做功另一个不做功，所以它们做功之和不一定为零，故a错误；静摩擦力同样能对物体做功，例如随水平传送带加速运动的物体所受的静摩擦力对物体做正功，故b错误；一对滑动摩擦力对相互作用的系统做的总功等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，不可能为零，故c正确；一对静摩擦力作用的物体间无相对滑动，故位移始终相等，而二力大小相等，方向相反，因而做功之和为零，故d错误。2.(多选)如图所示，粗糙的斜面在水平恒力的作用下向左匀速运动，一物块置于斜面上并与斜面保持相对静止，下列说法中正确的是()a斜面对物块不做功b斜面对地面的摩擦力做负功c斜面对物块的支持力做正功d斜面对物块的摩擦力做负功acd斜面对物块的作用力可以等效为一个力，根据平衡条件，这个力与物块的重力大小相等，方向相反，与位移方向的夹角为90，所以不做功，选项a正确；地面受到摩擦力作用，但没有位移，所以斜面对地面的摩擦力不做功，选项b错误；斜面对物块的支持力与位移方向的夹角小于90，做正功，而斜面对物块的摩擦力与位移方向的夹角大于90，做负功，所以选项c、d正确。3.(2019福建邵武七中期中)如图所示，水平路面上有一辆质量为m的汽车，车厢中有一个质量为m的人正用恒力f向前推车厢，在车以加速度a向前加速行驶距离l的过程中，下列说法正确的是()a人对车的推力f做的功为flb人对车做的功为malc车对人的作用力大小为mad车对人的摩擦力做的功为(fma)la根据功的公式可知，人对车的推力做功wfl，故a正确；在水平方向上，由牛顿第二定律可知车对人的作用力为fma，由牛顿第三定律可知人对车的作用力为ma，人对车做功为wmal，故b错误；人水平方向受到的合力为ma，竖直方向上车对人还有支持力，故车对人的作用力为nm，故c错误；对人由牛顿第二定律可得ffma，则fmaf，车对人的摩擦力做功为wfl(fma)l，故d错误。1功的正负的判断方法(1)恒力做功正负的判断：依据力与位移的夹角来判断。(2)曲线运动中做功正负的判断：依据f与v的方向的夹角来判断。090，力对物体做正功；90180，力对物体做负功；90，力对物体不做功。2恒力做功的计算方法3合力做功的计算方法方法一：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。方法二：先求各个力做的功w1、w2、w3，再应用w合w1w2w3求合外力做的功。 功率的分析与计算1平均功率的计算方法(1)利用。(2)利用fcos ，其中为物体运动的平均速度，f为恒力。2瞬时功率的计算方法(1)利用公式pfvcos ，其中v为t时刻的瞬时速度。(2)pfvf，其中vf为物体的速度v在力f方向上的分速度。(3)pfvv，其中fv为物体受到的外力f在速度v方向上的分力。1.(2019江苏南通二模)引体向上是中学生体育测试的项目之一，引体向上运动的吉尼斯世界纪录是53次/分钟。若一个普通中学生在30秒内完成12次引体向上，该学生此过程中克服重力做功的平均功率最接近于()a5 w b20 wc100 w d400 wc学生体重约为50 kg，每次引体向上上升高度约为0.5 m，引体向上一次克服重力做功为wmgh50100.5 j250 j，全过程克服重力做功的平均功率为 w100 w，故c正确，a、b、d错误。2(多选)质量为m的物体从距地面h高处自由下落，经历时间t，则下列说法中正确的是()at秒内重力对物体做功为mg2t2bt秒内重力的平均功率为mg2tc.秒末重力的瞬时功率与t秒末重力的瞬时功率之比为12d前秒内重力做功的平均功率与后秒内重力做功的平均功率之比为13acd物体自由下落，t秒内物体下落hgt2，wtmghmg2t2，故a正确；pmg2t，故b错误；从静止开始自由下落，前秒末与后秒末的速度之比为12(因vgtt)，又有pfvmgvv，故前秒末与后秒末功率瞬时值之比为p1p212，c正确；前秒与后秒下落的位移之比为13，则重力做功之比为13，故重力做功的平均功率之比为13，d正确。3.(2019江苏金陵中学高考模拟)如图所示，两个完全相同的小球分别从水平地面上a点和a点正上方的o点抛出，o点抛出小球做平抛运动，a点斜抛出的小球能达到的最高点与o点等高，且两球同时落到水平面上的b点，关于两球的运动，下列说法正确的是()a两小球应该是同时抛出b两小球着地速度大小相等c两小球着地前瞬间，重力的瞬时功率相等d两小球做抛体运动过程重力做功相等c从水平地面上a点抛出的小球做斜抛运动，设o点与水平地面的高度为h，所以从水平地面上a点抛出的小球的运动时间为t12，从o点抛出的小球做平抛运动，小球的运动时间为t2，故选项a错误；两小球在竖直方向上有vy，在水平方向根据xv0t可知从水平地面上a点抛出的小球的水平初速度是从o点抛出的小球做平抛运动的初速度的，根据vt可知两小球着地速度大小不相等，根据pymgvy可知两小球着地前瞬间重力的瞬时功率相等，故选项c正确，b错误；根据wgmgh可得从水平地面上a点抛出的小球的重力做功为零，从o点抛出的小球的重力做功为mgh，故选项d错误。求解功率时应注意的三个问题(1)首先要明确所求功率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。 机车启动问题1两种启动方式2.三个重要关系式(1)无论哪种启动过程，机车的最大速度都为vm。(2)机车以恒定加速度启动时，匀加速过程结束后功率最大，速度不是最大，即vvm。(3)机车以恒定功率运行时，牵引力做的功wpt，由动能定理得ptf阻xek，此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移、速度或时间。某汽车发动机的额定功率为120 kw，汽车质量为5 t，汽车在运动中所受阻力的大小恒为车重的0.1倍。(g取10 m/s2)(1)若汽车以额定功率启动，则汽车所能达到的最大速度是多少？当汽车速度达到10 m/s时，其加速度是多少？(2)若汽车以恒定加速度0.5 m/s2启动，则其匀加速过程能维持多长时间？思路探究：(1)达到最大速度时，汽车处于匀速运动状态。(2)以加速度0.5 m/s2匀加速启动时，达到匀加速的最大速度时功率达到额定功率。解析(1)当汽车的加速度为零时，汽车的速度v达到最大值vm，此时牵引力与阻力大小相等，故最大速度为vm m/s24 m/sv10 m/s时的牵引力f1 n1.2104 n由f1ffma得a m/s21.4 m/s2。(2)当汽车以a0.5 m/s2的加速度启动时的牵引力f2maff(5 0000.50.1510310)n7 500 n匀加速运动能达到的最大速度为vm m/s16 m/s由于此过程中汽车做匀加速直线运动，满足vmat，故匀加速过程能维持的时间t s32 s。答案(1)24 m/s1.4 m/s2(2)32 s机车启动问题的三点注意(1)在机车功率pfv中，f是机车的牵引力而不是机车所受合力或阻力，所以pffvm只体现了一种数量关系用于计算，即牵引力与阻力平衡时达到最大运行速度。(2)恒定功率下的启动过程一定不是匀加速运动，匀变速直线运动的公式不再适用，启动过程发动机做的功可用wpt计算，不能用wfl计算(因为f为变力)。(3)以恒定加速度启动只能维持一段时间，之后又要经历非匀变速直线运动，所以匀变速直线运动的公式只适用于前一段时间，不可生搬硬套。恒定功率启动1质量为m的汽车沿平直的公路行驶，在时间t内，以恒定功率p由静止开始经过距离s达到最大速度vm。已知汽车所受的阻力ff恒定不变，则在这段时间内发动机所做的功w可用下列哪些式子计算()awffs bwffvmtcwffvmt dwmvc发动机的功率恒定，经过时间t，发动机做的功为wpt，汽车从静止到最大速度vm的过程中，由动能定理可知wffsmv，故wmvffs，a、d错误；速度达到最大时，牵引力等于ff，pffvm，所以wffvmt，b错误，c正确。恒定加速度启动2(2019芜湖模拟)一起重机的钢绳由静止开始匀加速提起质量为m的重物，当重物的速度为v1时，起重机的功率达到最大值p，之后起重机保持该功率不变，继续提升重物，最后重物以最大速度v2匀速上升，不计钢绳重力。则整个过程中，下列说法正确的是()a钢绳的最大拉力为b重物匀加速过程的时间为c重物匀加速过程的加速度为d速度由v1增大至v2的过程中，重物的平均速度，故d错误。机车启动中的图象问题3.(2019吉林五地六校合作体联考)一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5 s内做匀加速直线运动，5 s末达到额定功率，之后保持以额定功率运动，其vt图象如图所示。已知汽车的质量为m1103 kg，汽车受到地面的阻力为车重的0.1倍，g取10 m/s2，则以下说法正确的是()a汽车在前5 s内的牵引力为5102 nb汽车速度为25 m/s时的加速度为5 m/s2c汽车的额定功率为100 kwd汽车的最大速度为80 m/sc由图象可知匀加速直线运动的加速度为a m/s24 m/s2，根据牛顿第二定律得ffma，解得牵引力为ffma0.11104 n11034 n5103 n，故a错误。额定功率为pfv5 00020 w100 kw，故c正确。当车的速度是25 m/s时，牵引力f n4 000 n，此时车的加速度a m/s23 m/s2，故b错误。当牵引力与阻力相等时，速度最大，最大速度为vm m/s100 m/s，故d错误。求变力做功的几种方法方法以例说法应用动能定理用力f把小球从a处缓慢拉到b处，f做功为wf，则有wfmgl(1cos )0，得wfmgl(1cos )微元法质量为m的木块在水平面内做圆周运动，运动一周克服摩擦力做功wffx1fx2fx3f(x1x2x3)f2r功率法汽车以恒定功率p在水平路面上运动t时间的过程中，牵引力做功wfpt等效转换法恒力f把物块从a拉到b，绳子对物块做功wf平均力法弹簧由伸长x1被继续拉至伸长x2的过程中(在弹性限度内)，克服弹力做功w(x2x1)图象法一水平拉力f0拉着一物体在水平面上运动的位移为x0，图线与横轴所围面积表示拉力所做的功，wf0x0示例如图所示，在一半径为r6 m的圆弧形桥面的底端a，某人把一质量为m8 kg的物块(可看成质点)。用大小始终为f75 n的拉力从底端缓慢拉到桥面顶端b(圆弧ab在同一竖直平面内)，拉力的方向始终与物块在该点的切线成37角，整个圆弧桥面所对的圆心角为120，g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。求这一过程中：(1)拉力f做的功；(2)桥面对物块的摩擦力做的功。解析(1)将圆弧分成很多小段l1、l2、ln，拉力在每一小段上做的功为w1、w2、wn。因拉力f大小不变，方向始终与物块在该点的切线成37角，所以w1fl1cos 37、w2fl2cos 37wnflncos 37所以wfw1w2wnfcos 37(l1l2ln)fcos 372r376.8 j。(2)重力g做的功wgmgr(1cos 60)240 j，因物块在拉力f作用下缓慢移动，动能不变，由动能定理知wfwgwf0所以wfwfwg376.8 j240 j136.8 j。