2014届高考物理一轮复习配套课件：第五章第一节《功和功率》（大纲版）

第五章机械能 2014高考导航 第一节功和功率 本节目录 基础梳理 自学导引 要点透析 直击高考 考点探究 讲练互动 知能演练 轻巧夺冠 技法提炼 思维升华 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 力 位移 Fscos 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 比值 快慢 平均 平均 瞬时 正常工作 实际工作 小于或等于 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 举例 如图所示 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 即时应用1人造地球卫星在椭圆轨道上运行 由图中的a点运动到b点的过程中 A 万有引力对卫星做正功B 万有引力对卫星做负功C 万有引力对卫星先做正功 再做负功D 万有引力对卫星一直不做功解析 选B 由于题图中万有引力与速度方向夹角始终大于90 故在此过程中万有引力对卫星做负功 二 求功的几种方法1 恒力及合外力做功的计算 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 也可计算恒力的功 2 当变力的功率P一定时 可用W Pt求功 如机车以恒定功率启动时 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 即时应用2如图所示 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 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 即时应用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 考点1功的分析与计算如图所示 质量为m的物体静止在倾角为 的斜面上 物体与斜面间的动摩擦因数为 现使斜面水平向左匀速移动距离l 1 摩擦力对物体做的功为 物体与斜面相对静止 A 0B mglcos C mglsin cos D mglsin cos 2 斜面对物体的弹力做的功为 A 0B mglsin cos2 C mglcos2 D mglsin cos 3 重力对物体做的功为 A 0B mglC mgltan D mglcos 4 斜面对物体做的功是多少 各力对物体所做的总功是多少 审题指导 解此题应注意以下两点 1 通过受力分析判断是恒力做功 2 根据功的定义计算各力的功和总功 解析 对物体进行受力分析如图所示 物体m受到重力mg 摩擦力Ff和支持力FN的作用 物体有沿斜面下滑的趋势 Ff为静摩擦力 位移l的方向与速度v的方向相同 据物体的平衡条件有Ff mgsin FN mgcos 由功的计算公式W Flcos 有 1 摩擦力Ff对物体做功WFf Ff lcos 180 mglsin cos 故C对 2 弹力N对物体做功WFN FNlcos 90 mglsin cos 故D对 3 重力G做功WG mglcos90 0 故A对 4 斜面对物体的作用力即FN和Ff的合力 方向竖直向上 大小等于mg 物体处于平衡状态 则W斜 F合 lcos90 mglcos90 0 各力对物体所做的总功是求各力做功的代数和 即W总 WFf WFN WG 0 答案 1 C 2 D 3 A 4 00 考点2功率的分析和计算跳绳运动员质量m 50kg 1min跳N 180次 假设每次跳跃中 脚与地面的接触时间占跳跃一次所需时间的2 5 试估算该运动员跳绳时克服重力做功的平均功率多大 思路点拨 克服重力做功 应判断物体上升的高度 同时平均功率中应明确时间是跳跃一次的时间 而不是克服重力做功的时间 答案 75W 考点3机车启动问题的计算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 如图所示 所受摩擦阻力为车重的0 1倍 g 10m s2 求 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 答案 见解析 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 范例 12分 如图所示 一质量为m 2 0kg的物体从半径为R 5 0m的圆弧的A端 在拉力作用下沿圆弧缓慢运动 到B端 圆弧AB在竖直平面内 拉力F大小不变 始终为15N 方向始终与物体在该点的切线成37 角 圆弧所对应的圆心角为60 BO边为竖直方向 g取10m s2 求这一过程中 1 拉力F做的功 2 重力mg做的功 3 圆弧面对物体的支持力做的功 4 圆弧面对物体的摩擦力做的功 寻规探法批注 说明运动过程中速度大小不变 可看成动态平衡 批注 F的大小虽不变但方向变化 做功情况为变力做功 批注 缓慢移动 F不变 支持力发生变化 但支持力的方向始终与速度方向垂直 批注 摩擦力大小方向均发生变化 做功情况属变力做