高考物理一轮复习 （考纲解读+考点探究+高分技巧） 4.1功和功率课件.ppt

第1讲功和功率 思维驱动 下列说法中正确的是 a 功是矢量 正负表示其方向b 功是标量 正负表示外力对物体做功还是物体克服外力做功c 力对物体做正功还是做负功取决于力和位移的方向关系d 力对物体做的功总是在某过程中完成的 所以功是一个过程量 功 考纲要求 解析功是标量 是过程量 功的正负不代表其大小 也不代表其方向 只说明做功的力是动力还是阻力 答案bcd 知识存盘 1 做功的两个要素 1 作用在物体上的 2 物体在上发生的位移 2 公式 w fscos 1 是力与方向之间的夹角 s为物体对地的位移 2 该公式只适用于做功 力 力的方向 位移 恒力 3 功的正负 正功 不做功 负功 思维驱动 两个完全相同的小球a b 在某一高度处以相同大小的初速度v0分别沿水平方向和竖直方向抛出 不计空气阻力 如图4 1 1所示 则下列说法正确的是 a 两小球落地时速度相同b 两小球落地时 重力的瞬时功率相同c 从开始运动至落地 重力对两小球做的功相同d 从开始运动至落地 重力对两小球做功的平均功率相同 功率 考纲要求 图4 1 1 解析两小球落地时的速度方向不相同 故a错误 两小球落地时 重力的瞬时功率不相同 选项b错误 根据重力做功的特点可知 从开始运动至落地 重力对两小球做功相同 选项c正确 从开始运动至落地 运动时间不同 重力对两小球做功的平均功率不相同 选项d错误 答案c 比值 做功的快慢 平均功率 fvcos 平均功率 瞬时功率 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 正常工作 最大 实际工作 小于或等于 考点一对力做正功或负功的理解及判断功的正负的物理意义 典例1 如图4 1 2所示 在加速向左运动的车厢中 一人用力向左推车厢 人与车厢始终保持相对静止 则下列说法正确的是 a 人对车厢做正功b 车厢对人做负功c 人对车厢做负功d 车厢对人做正功 图4 1 2 解析先确定人对车厢的作用力方向和力的作用点的位移方向 这里人对车厢除有手对车厢的推力f1外 还有个容易被疏忽的力 脚对车厢地板的静摩擦力f2 受力分析如图所示 其中f1做正功 f2做负功 由于f1和f2大小未知 因此这两个力的总功正负难以确定 于是将研究对象转换为受力情况较简单的人 在水平方向人受到车厢壁向右的力f1 和车厢地板对人向左的静摩擦力f2 这两个力的合力使人产生向左加速运动的加速度 合力是动力 对人做正功 表示车厢对人做正功 由牛顿第三定律知 人对车厢的作用力向右 是阻力 所以人对车厢做负功 故c d正确 答案cd 变式跟踪1 2012 河北衡水模拟 如图4 1 3所示 电梯与水平地面成 角 一人站在电梯上 电梯从静止开始匀加速上升 到达一定速度后再匀速上升 若以n表示水平梯板对人的支持力 g为人受到的重力 f为电梯对人的静摩擦力 则下列结论正确的是 a 加速过程中f 0 f n g都做功b 加速过程中f 0 n不做功c 加速过程中f 0 n g都做功d 匀速过程中f 0 n g都不做功 图4 1 3 解析加速过程中 水平方向的加速度由静摩擦力f提供 所以f 0 f n做正功 g做负功 选项a正确 b c错误 匀速过程中 水平方向不受静摩擦力作用 f 0 n做正功 g做负功 选项d错误 答案a 以题说法1 判断力是否做功及做功正负的方法 1 看力f的方向与位移s的方向间的夹角 常用于恒力做功的情形 2 看力f的方向与速度v的方向间的夹角 常用于曲线运动的情形 3 根据动能的变化 动能定理描述了合外力做功与动能变化的关系 即w合 ek末 ek初 当动能增加时合外力做正功 当动能减少时 合外力做负功 2 一对作用力和反作用力做功的情况 1 两个力均不做功 2 其中一个力做功 另一个力不做功 3 其中一个力做正功 另一个力做负功 4 两个力均做正功或均做负功 备课札记 考点二功的计算 典例2 一物体在水平面上 受恒定的水平拉力和摩擦力作用沿直线运动 已知在第1秒内合力对物体做的功为45j 在第1秒末撤去拉力 其vt图象如图4 1 4所示 g取10m s2 则 a 物体的质量为10kgb 物体与水平面间的动摩擦因数为0 2c 第1秒内摩擦力对物体做的功为60jd 第1秒内拉力对物体做的功为60j 图4 1 4 图4 1 5 借题发挥1 计算做功的一般思路 2 计算变力做功常用的方法 1 用动能定理w ek或功能关系求功 此种方法不仅适于变力做功 也适于恒力做功 2 根据w pt计算一段时间内做的功 此公式适用于功率恒定的情况 3 根据力 f 位移 s 图象的物理意义计算力对物体所做的功 如图4 1 6中阴影部分的面积在数值上等于力所做功的大小 4 滑动摩擦力及空气阻力做功要用力与路程的乘积来计算 图4 1 6 考点三功率的计算 典例3 2012 江苏卷 3 如图4 1 7所示 细线的一端固定于o点 另一端系一小球 在水平拉力作用下 小球以恒定速率在竖直平面内由a点运动到b点 在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是 a 逐渐增大b 逐渐减小c 先增大 后减小d 先减小 后增大 图4 1 7 解析小球速率恒定 由动能定理知 拉力做的功与克服重力做的功始终相等 将小球的速度分解 可发现小球在竖直方向分速度逐渐增大 重力的瞬时功率也逐渐增大 则拉力的瞬时功率也逐渐增大 a项正确 答案a 借题发挥1 对公式p fv的几点认识 1 公式p fv适用于力f的方向与速度v的方向在同一条直线上的情况 2 当力f和速度v不在同一直线上时 可以将力f分解为沿v方向的分力f1和垂直于v方向的分力f2 f2不做功 其功率为0 f1的功率即为f的功率 或者分解速度 用f乘以沿f方向上的分速度来求 故功率的一般表达式为p fvcos 是矢量f v之间的夹角 备课札记 模型特点物体在牵引力 受功率和速度制约 作用下 从静止开始克服一定的阻力 最后达到最大速度的整个加速过程 可看作 机车的启动 模型 物理建模4 机车的启动 模型 1 恒定功率启动 所受阻力一定 先做变加速 a减小 运动 再做匀速 a 0 运动 在此过程中 f牵 v a的变化情况是 2 恒定加速度启动 所受阻力一定 先做匀加速运动 再做变加速运动 最后匀速运动 具体变化过程如下 图4 1 8 典例如图4 1 9所示为修建高层建筑常用的塔式起重机 在起重机将质量m 5 103kg的重物竖直吊起的过程中 重物由静止开始向上做匀加速直线运动 加速度a 0 2m s2 当起重机输出功率达到其允许的最大值时 保持该功率直到重物做vm 1 02m s的匀速运动 取g 10m s2 不计额外功 求 1 起重机允许输出的最大功率 2 重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率 图4 1 9 教你审题 关键点 过程分析 重物由静止开始向上做匀加速直线运动 起重机达到最大功率时保持功率不变 直到匀速运动 属于机车匀加速启动模型 p fvf f mav at 自己试一试 解析 1 设起重机允许输出的最大功率为p0 重物达到最大速度时 拉力f0的大小等于重力 p0 f0vm f0 mg 代入数据 有 p0 5 1 104w 2 匀加速运动结束时 起重机达到允许输出的最大功率 设此时重物受到的拉力为f 速度为v1 匀加速运动经历时间为t1 有 p0 fv1 f mg ma v1 at1 由 代入数据 得 t1 5s 当时间为t 2s时 重物处于匀加速运动阶段 设此时速度的大小为v2 输出功率为p 则v2 at p fv2 由 代入数据 得 p 2 04 104w 答案 1 5 1 104w 2 5s2 04 104w 应用 如图4 1 10所示为汽车在水平路面上启动过程中的速度图象 oa为过原点的倾斜直线 ab段表示以额定功率行驶时的加速阶段 bc段是与ab段相切的水平直线 则下述说法中正确的是 图4 1 10 一 功的判断与计算1 如图4 1 11所示的a b c d中 质量为m的物体甲受到相同的恒力f的作用 在力f作用下使物体甲在水平方向移动相同的位移 表示物体甲与水平面间的动摩擦因数 乙是随物体甲一起运动的小物块 比较物体甲移动的过程中力f对甲所做的功的大小 图4 1 11 a wa最小b wd最大c wa wcd 四种情况一样大答案d 二 对功率的理解与分析3 2012 常州二模 如图4 1 12所示 质量为m的物体放在光滑的水平面上 两次用力拉物体 都是从静止开始 以相同的加速度移动同样的距离 第一次拉力f1的方向水平 第二次拉力f2的方向与水平方向成 角斜向上 在此过程中 两力的平均功率为p1和p2 则 图4 1 12a p1p2d 无法判断 解析两次拉力作用下 物体都从静止开始 以相同的加速度移动同样的距离 则物体两次运动时间相同 获得的速度相同 即动能的增加量相同 也就是说两次拉力做功相同 做功的时间相同 平均功率相同 故b正确 答案b 4 如图4 1 13所示 在外力作用下某质点运动的vt图象为正弦曲线 从图中可以判断 a 在0