天津市武清区杨村第四中学高三物理 第1讲功 功率复习课件.pptVIP

第1讲功功率 知识建构 模块建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 一 功 1 做功的两个要素 1 力 2 物体在 力的方向上发生的位移 2 公式 w flcos 是力和位移方向间的夹角 此公式只适用于恒力做功 模块建构 知识建构 技能建构 3 功的正负判断 主要根据力的方向和位移方向间的夹角 判断 说明 功是力在空间上的积累过程 它是一个过程量 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 模块建构 知识建构 技能建构 1 定义 功与完成功所用时间的 比值 二 功率 2 物理意义 描述力对物体 做功的快慢 3 公式 模块建构 知识建构 技能建构 2 p fvcos 为f与v的夹角 如v为平均速度 则p为 平均功率 如v为瞬时速度 则p为瞬时功率 1 p p为时间t内的 平均功率 4 额定功率 机械正常工作时输出的最大功率 模块建构 知识建构 技能建构 5 实际功率 机械实际工作时输出的功率 一般要求实际功率小于或等于额定功率 注意 发动机功率的表达式为p fv 其中f为机车的牵引力 而不是合力 模块建构 知识建构 技能建构 1 如图所示 重物p放在一长木板oa上 将长木板绕o端转过一个小角度的过程中 重物p相对于木板始终保持静止 关于木板对重物p的摩擦力和支持力做功的情况是 a 摩擦力对重物不做功b 摩擦力对重物做负功 c 支持力对重物不做功d 支持力对重物做正功 解析 由做功的条件可知 只要有力 并且物体在力的方向上通过位移 则力对物体做功 由受力分析知 支持力fn做正功 摩擦力f不做功 选项a d正确 答案 ad 模块建构 知识建构 技能建构 2 如图所示 某力f 10n作用于半径r 1m的转盘的边缘上 力f的大小保持不变 但方向始终保持与作用点的切线方向一致 则转动一周这个力f做的总功应为 a 0jb 20 j c 10jd 20j 解析 把圆周分成无限个小元段 每个小元段可认为与力在同一直线上 故 w f s 则转一周中各个小元段做功的代数和为w f 2 r 10 2 j 20 j 62 8j 故b正确 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 3 起重机的钢索将重物由地面吊到空中某个高度 其速度图象如图甲所示 则钢索拉力的功率随时间变化的图象可能是图乙中的 解析 在0 t1时间内 重物加速上升 设加速度为a1 则根据牛顿第二定律可得钢索的拉力f1 mg ma1 速度vt a1t 所以拉力的功率p1 m a1 g a1t 在t1 t2时间内 重物匀速上升 拉力f2 mg 速度为v1 a1t1 所以拉力的 模块建构 知识建构 技能建构 功率p2 mga1t1 在t2 t3时间内 重物减速上升 设加速度大小为a2 则根据牛顿第二定律可得钢索的拉力f2 mg ma2 速度v2 a1t1 a2t 所以拉力的功率为 p1 m g a2 a1t1 a2t 综上所述 只有b选项正确 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 4 2011年广东省汕尾市调研 2009年12月19日下午 联合国气候变化大会达成 哥本哈根协议 为减少二氧化碳排放 我国城市公交推出新型节能环保电动车 在检测某款电动车性能的实验中 质量为8 102kg的电动车由静止开始沿平直公路行驶 达到的最大速度为15m s 利用传感器测得此过程中不同时刻电动车的牵引力f与对应的速度v 并描绘出f 图象 图中ab bo均为直线 假设电动车行驶中所受的阻力恒定 则 a 在全过程中 电动车在b点时速度最大 b ba过程电动车做匀加速运动 c cb过程电动车做减速运动 d cb过程电动车牵引力的功率恒定 模块建构 知识建构 技能建构 解析 汽车的瞬时功率p fv 在f 图象中某点与坐标原点连线的斜率等于汽车牵引力的瞬时功率 可知d正确 根据题意及速度等于横坐标倒数可知c点时速度最大 等于15m s 故a错误 电动车行驶中所受的阻力不变 ba过程牵引力不变 所以电动车做匀加速运动 b正确 cb过程电动车牵引力逐渐减小 做加速度减小的加速运动 c错误 答案 bd 模块建构 知识建构 技能建构 例1小物块位于光滑的斜面上 斜面位于光滑的水平面上 如图甲所示 从地面上看在物块沿斜面下滑的过程中 斜面对物块的作用力 a 垂直于接触面 做功为零 b 垂直于接触面 做功不为零 c 不垂直于接触面 做功为零 d 不垂直于接触面 做功不为零 一 是否做功及功的正负的判断 甲 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 斜面对小物块弹力的方向垂直于支持面指向被支持的物体 无论这个物体是运动还是静止 当小物块沿斜面下滑时 因水平面光滑 斜面在小物块的紧压下将向右加速运动 光滑斜面对物块的作用力只有弹力 根据弹力的性质 该力一定垂直于接触面 讨论物体对斜面的做功情况 可有多种思路 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 乙 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 方法概述 功是标量 只有大小 没有方向 但功有正负 若力和位移的夹角为 当0 0 即力对物体做正功 当 90 时 w 0 即力对物体不做功 当90 180 时 w 0 即力对物体做负功 或者说物体 模块建构 知识建构 技能建构 克服这个力做功 正功 功的正值与负值不是代表不同的方向 也不表示功的大小 而是表示所做功的性质 反映力对物体产生位移所起的作用 反映不同的做功效果 在物体发生位移的过程中 各个力的作用不同 对这个物体发生位移起推动作用的力 即动力 做正功 反之 在对物体产生位移起阻碍作用的力 即阻力 做负功 也就是这个物体克服阻力做功 我们不能说 正功与负功方向相反 也不能说 正功大于负功 模块建构 知识建构 技能建构 例2如图甲所示 质量m 2kg的物体放在水平面上 物体与水平面间的动摩擦因数 0 2 现用与水平方向成 37 的斜向下f 10n的力推物体 使物体向右运动 物体从开始运动经过t 5s的时间内合外力对物体做的功是多少 g 10m s2 二 功的计算 甲 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 本题涉及合力做功的计算 功是一个标量 只有大小没有方向 功的求和是代数求和 所以 求合力的功有以下三种方法 1 先求合力 再求合力的功 2 先求各分力的功 再求各分力功的代数和 3 根据动能定理 求物体动能的改变量 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 乙 答案 49j 模块建构 知识建构 技能建构 1 恒力及合力做功的计算 方法概述 1 恒力的功 直接用w flcos 计算 模块建构 知识建构 技能建构 2 合外力的功 先求合外力f合 再应用公式w合 f合lcos 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 模块建构 知识建构 技能建构 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 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 也可计算恒力做的功 模块建构 知识建构 技能建构 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 当力的方向不变 大小随位移呈线性变化时 可先求出力对位移的平均值f 再由w flcos 计算 如弹簧弹力做功 模块建构 知识建构 技能建构 4 作出变力f随位移l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 c 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 a b c 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 物体受到两个力的作用 拉力f 和mg 由牛顿第二定律得 f mg ma 解得 f 120n 则力f f 60n 物体从静止开始匀加速上升 3s内的位移为 l at2 9m 力f的作用点的位移为l 2l 18m 所以力f做的功为 w f l 1080j 答案 1080j 模块建构 知识建构 技能建构 例3如图所示为某传送装置示意图 绷紧的水平传送带长度l 2 0m 以v 3 0m s的恒定速率运行 现有一物体 可视为质点 质量m 10kg 以v0 1 0m s的水平初速度从a端滑上传送带 被传送到b端 物体与传送带间的动摩擦因数 0 20 不计空气阻力 重力加速度g取10m s2 设传送带与轮子间无相对滑动 不计轮轴处的摩擦 求物体与传送带摩擦产生的内能 三 一对摩擦力做功的特点 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 两个物体相互摩擦而产生的热量q 或说系统内能的增加量 等于物体之间滑动摩擦力f与这两个物体间相对滑动位移的乘积 即q fs相对 这是一种典型的功能关系 利用这一结论可以简便地解答试题中的 摩擦生热 问题 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 物体刚滑上传送带时做匀加速直线运动 设物体受到的摩擦力为ff 根据牛顿第二定律有ff mg ma 解得a g 2 0m s2 设物体速度达到v 3 0m s时的位移为s1 则v2 2as1 解得s1 2 0m 即物体在传动带上刚好能加速达到传送带的速度3 0m s 在物体匀加速运动的过程中 传送带上任意一点移动的长度s vt 3m 物体与传送带摩擦产生的内能q mg s s1 解得q 20j 答案 20j 模块建构 知识建构 技能建构 方法概述 摩擦力做功问题 是一些学生在学习中感到较为困难的一个问题 其实 只要掌握摩擦力做功的特点 就可以顺利的越过这一难关 下面就摩擦力做功的特点总结如下 模块建构 知识建构 技能建构 1 静摩擦力做功的特点 静摩擦力可以做正功 也可以做负功 还可以不做功 在静摩擦力做功的过程中 只有机械能的相互转移 静摩擦力起着传递机械能的作用 而没有机械能转化为其他形式的能 在相互摩擦的系统内 一对静摩擦力做功的和总是等于零 模块建构 知识建构 技能建构 2 滑动摩擦力做功的特点 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 例4额定功率为80kw的汽车 在平直的公路上行驶 行驶的最大速度为20m s 汽车的质量m 2000kg 若汽车从静止开始做匀加速直线运动 加速度a 2m s2 运动过程中阻力不变 求 1 汽车所受的阻力有多大 2 匀加速运动的时间多长 3 3s末汽车的瞬时功率多大 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 汽车从静止开始以恒定牵引力启动 有时也说成以恒定加速度启动 由于牵引力f恒定 根据牛顿第二定律f f ma 可知 加速度a恒定 汽车的瞬时速度vt at 汽车做匀加速直线运动 实际功率pt fvt随着时间的推移将不断增大 由于汽车的实际功率不能超过其额定功率 汽车的匀加速直线运动只能维持到其实际功率等于其额定功率时 此时汽车的速度达到它匀加速直线运动阶段的最大速度v1m 其后汽车只能以额定功率启动的方式进行再加速 其运动方式和第一种启动形式完全相同 即汽车继续做加速度越来越小的变加速直线运动 直至汽车进入匀速直线运动状态 速度达到最终的最大速度vm 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 1 当速度最大时 牵引力f1与阻力f大小相等f f1 4000n 模块建构 知识建构 技能建构 2 以恒定的加速度a 2m s2启动时的牵引力为f2 由f f ma 则f2 ma f 8000n 当汽车达到额定功率时加速过程结束 设加速运动末速度为v1 则v1 10m s 所以匀加速运动的时间为t 5s 模块建构 知识建构 技能建构 3 3s末汽车为匀加速运动 3s末的速度v at 6m s 3s末的瞬时功率p f2v 48kw 答案 1 4000n 2 5s 3 48kw 方法概述 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 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 注意 表中的v1为机车以恒定加速度启动时匀加速运动的末速度 而vm为机车以额定功率运动时所能达到的最大速度 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题1 2011年高考 海南物理卷 一质量为1kg的质点静止于光滑水平面上 从t 0时起 第1秒内受到2n的水平外力作用 第2秒内受到同方向的1n的外力作用 下列判断正确的是 a 0 2s内 外力的平均功率是w b 第2秒内 外力所做的功是j c 第2秒末 外力的瞬时功率最大 d 第1秒内与第2秒内质点动能增加量的比值是 模块建构 知识建构 技能建构 解析提示 在通读题目的基础上 画出运动过程示意图 结合功和功率的定义求解 命题分析 本题考查学生对功和功率这两个基本概念的理解和计算 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 根据牛顿第二定律及运动学公式 很容易得出质点在第2秒末的速度为3m s 根据动能定理判断外力对质点做的功为4 5j 所以平均功率为2 25w a项正确 第2秒内外力做的功为2 5j b项错误 第1秒末外力的瞬时功率为4w 第2秒末外力的瞬时功率为3w c项错误 第1秒内与第2秒内外力做功之比为4 5 故相应的动能增量之比也为4 5 d项正确 答案 ad 模块建构 知识建构 技能建构 考向预测1 2011年湖南嘉禾一模 据报道 我国一家厂商制作了一种特殊的手机 在电池能耗尽时 摇晃手机 即可产生电能维持通话 摇晃手机的过程是将机械能转化为电能 如果将该手机摇晃一次 相当于将100g的重物举高20cm 若每秒摇两次 则摇晃手机的平均功率为 g 10m s2 a 0 04wb 0 4wc 4wd 40w 解析 摇晃手机每秒做的功w 2mgh 0 4j 则平均功率p 0 4w 故b正确