高考物理总复习（高考备考导航+基础要点整合+解题素能培养+考点核心突破+训练高效提能）5.1 功和功率课件.ppt

第五章机械能及其守恒定律 高考备考导航 第一节功和功率 一 功 问题导引在一次开学典礼大会上 一位同学由于到校比较晚 没有放下书包便随其他同学进入操场 他背着2kg的书包在操场内站了1小时 累得他腰酸背痛腿抽筋 请分析他在这段时间内对书包做了多少功 答案 做功为零 知识梳理1 功的概念 物体受到力的作用 并在上发生了一段位移 则力对物体做了功 2 做功的两个要素 力和物体在发生的位移 3 公式 w 是力和位移方向间的夹角 4 功的正负判断主要根据力的方向和位移方向的夹角 判断 力的方向 力的方向上 flcos 正功 不做功 负功 克服这个力做功 自主检测1 2014 佛山一中月考 如图5 1 1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5 1 1 a wa最小b wd最大c wa wcd 四种情况一样大解析由功的计算公式w flcos 知 d正确 答案d 二 功率 问题导引关于功率的公式p fvcos 以下理解正确的是a 它是由功率的定义式p w t及功的定义式w flcos 联合导出的 所以它只能用来计算平均功率b 若f与v的夹角 0 p fvc 当公式中的v表示平均速度且f为恒力时 则p fv求解的是平均功率d 当f v 均为瞬时值时 p fvcos 求解的是瞬时功率 答案 bcd 知识梳理1 定义 功与完成这些功所用时间的 2 物理意义 描述力对物体做功的 比值 快慢 平均 平均 若v为瞬时速度 则p为功率 4 额定功率 机械长时间正常工作而不损坏机械的最大输出功率 5 实际功率 机械时输出的功率 要求小于等于额定功率 瞬时 实际工作 自主检测2 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5 1 2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图5 1 2d 从开始运动至落地 重力对两小球做功的平均功率相同 解析两球落地时速度大小相同 但方向不同 a b均错 从开始运动至落地 重力对两球做的功相同 但b球用的时间长 故c对 d错 答案c 考点一判断功的正负1 根据力和位移方向之间的夹角判断 此法常用于恒力做功 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做的功 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 从能的转化角度来进行判断 此法常用于判断相互联系的两个物体之间的相互作用力做功的情况 例如 如图5 1 3所示 车m静止在光滑水平轨道上 球m用细线悬挂在车上 由图中的位置无初速地释放 则可判断在球下摆过程中绳的拉力对车做正功 因为绳的拉力使车的动能增加了 又因为m和m构成的系统的机械能是守恒的 m增加的机械能等于m减少的机械能 所以绳的拉力一定对球m做负功 图5 1 3 长为l的轻质细绳悬挂一个质量为m的小球 其下方有一个倾角为 的光滑斜面体 放在水平面上 开始时小球与斜面刚刚接触且细绳恰好竖直 如图5 1 4所示 现在用水平推力f缓慢向左推动斜面体 直至细绳与斜面平行 则下列说法中正确的是 图5 1 4 a 由于小球受到斜面的弹力始终与斜面垂直 故对小球不做功b 细绳对小球的拉力始终与小球的运动方向垂直 故对小球不做功c 小球受到的合外力对小球做功为零 故小球在该过程中机械能守恒d 若水平面光滑 则推力做功为mgl 1 cos 解析 小球受到斜面的弹力沿竖直方向有分量 故对小球做正功 a错误 细绳的拉力方向始终和小球的运动方向垂直 故对小球不做功 b正确 合外力对小球做的功等于小球动能的改变量 虽然合外力做功为零 但小球的重力势能增加 故小球在该过程中机械能不守恒 c错误 若水平面光滑 则推力做功为mgl 1 sin d错误 答案 b 1 如图5 1 5所示 物体沿弧形轨道滑下后进入足够长的水平传送带 传送带以图示方向匀速运转 则传送带对物体做功情况可能是a 始终不做功b 先做负功后做正功c 先做正功后不做功d 先做负功后不做功 突破训练 图5 1 5 解析设传送带运转的速度大小为v1 物体刚滑上传送带时的速度大小为v2 1 当v1 v2时 物体随传送带一起匀速运动 故传送带与物体之间不存在摩擦力 即传送带对物体始终不做功 a正确 2 当v1 v2时 物体相对传送带向右运动 物体受到的滑动摩擦力方向向左 则物体先做匀减速运动直到速度减为v1 再做匀速运动 故传送带对物体先做负功后不做功 d正确 3 当v1 v2时 物体相对传送带向左运动 物体受到的滑动摩擦力方向向右 则物体先做匀加速运动直到速度达到v1 再做匀速运动 故传送带对物体先做正功后不做功 b错误 c正确 答案acd 考点二功的计算1 恒力做的功 直接用w flcos 计算 可有两种理解 一是力 f 乘以物体在力的方向上发生的位移 lcos 二是在位移l方向的力 fcos 乘以位移l 2 变力做功的计算 1 用动能定理w ek计算 2 当变力做功的功率一定时 用功率和时间计算 w pt 3 将变力做功转化为恒力做功 此法适用于力的大小不变 方向与运动方向相同或相反 或力的方向不变 大小随位移均匀变化的情况 3 多个力的合力做的功方法1 先求f合 再根据w f合 lcos 计算 一般适用于整个过程中合力恒定不变的情况 方法2 先求各个力做的功w1 w2 wn 再根据w总 w1 w2 wn计算总功 这是求合力做功常用的方法 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5 1 6甲和乙所示 求 1 在第1秒内 第2秒内力f对滑块做的功w1 w2 2 前两秒内力f的总功wf及滑块所受合力的功w 图5 1 6 思路指导 1 力f在第1秒内 第2秒内均为恒力 可以用公式w fxcos 求功 2 位移x可由v t图的 面积 求出 3 前两秒内力f的总功与滑块所受合力的功不相同 答案 1 0 5j 1 5j 2 1 0j0 规律总结在遇到求功的问题时 一定要注意分析是求恒力做的功还是变力做的功 恒力的功可由w flcos 直接求出 如果是求变力做的功 看能否转化为求恒力做功的问题 不能转化的 就要借助动能定理或能量守恒定律来求解 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v t图象如图5 1 7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60j图5 1 7d 第1秒内拉力对物体做的功为60j 突破训练 答案ad 2012 江苏单科 如图5 1 8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5 1 8 思路引导 本题要求分析瞬时功率而不是平均功率 瞬时功率的计算公式为p fvcos 解析 因小球速率不变 所以小球以o点为圆心做匀速圆周运动 受力如图所示 因此在切线方向上应有 mgsin fcos 所以f mgtan 则拉力f的瞬时功率p f vcos mgv sin 从a运动到b的过程中 拉力的瞬时功率随 的增大而增大 a项正确 答案 a 3 2014 四川省成都市检测 把动力装置分散安装在每节车厢上 使其既具有牵引动力 又可以载客 这样的车辆叫动车 几节动车加几节拖车 不带动力的车辆 编成一组 就是动车组 它由6节动车加2节拖车编成 若动车组运行过程中受到的阻力与车重成正比 每节动车与拖车的质量都相等 每节动车的额定功率都相等 1节动车加1节拖车编成的动车组成的最大速度为140km h 则图5 1 9所示动车组的最大速度为a 140km hb 210km hc 280km hd 420km h 突破训练 a 140km hb 210km hc 280km hd 420km h 图5 1 9 答案b 9 机车的启动运动模型 模型概述 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 加速度不变或变化 最终加速度等于零 速度达到最大值 机车的启动过程是一种典型的运动模型 有两种启动方式 以恒定的功率启动和以恒定的加速度启动 两种启动方式的比较如下 物理模型构建 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10n kg 求 1 汽车保持加速度不变的最长时间 2 汽车在匀加速运动阶段的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 审题指导 1 审读题干 获取有用信息 汽车所受阻力为车重的0 1倍 恒定不变 汽车从静止开始匀加速起动 a 0 5m s22 分析设问 确定解题流程 汽车的功率达到额定功率时 匀加速过程结束 此时对应时间最长 汽车的功率p fv 随速度v的增大而增大 要求功率的表达式 需写v的表达式 汽车的加速度为零时 速度达到最大 答案 1 16s 2 p 3 75 103t 3 12m s 规律总结分析机车启动问题时的注意事项1 机车启动的方式不同 机车运动的规律就不同 因此机车启动时 其功率 速度 加速度 牵引力等物理量的变化规律也不相同 分析图象时应注意坐标轴的意义及图象变化所描述的规律 2 在用公式p fv计算机车的功率时 f是指机车的牵引力而不是机车所受到的合力 3 恒定功率下的加速一定不是匀加速 这种加速过程发动机做的功可用w pt计算 不能用w fl计算 因为f是变力 4 以恒定牵引力加速时的功率一定不恒定 这种加速过程发动机做的功常用w fl计算 不能用w pt计算 因为功率p是变化的 5 匀加速过程结束时机车的速度并不是最后的最大速度 因为此时f f阻 所以之后还要在功率不变的情况下变加速一段时间才达到最后的最大速度vm 突破训练 答案b 随堂演练 1 运动员在110米栏比赛中 主要有起跑加速 途中匀速跨栏和加速冲刺三个阶段 运动员的脚与地面间不会发生相对滑动 以下说法正确的是a 加速阶段地面对运动员的摩擦力做正功b 匀速阶段地面对运动员的摩擦力做负功 c 由于运动员的脚与地面间不发生相对滑动 所以不论加速还是匀速 地面对运动员的摩擦力始终不对运动员做功d 无论加速还是匀速阶段 地面对运动员的摩擦力始终做负功答案c 2 如图5 1 10所示 三个固定的斜面底边长度相等 斜面倾角分别为30 45 60 斜面的表面情况都一样 完全相同的三物体 可视为质点 a b c分别从三斜面的顶部滑到底部 在此过程中 图5 1 10 a 物体a克服摩擦力做的功最多b 物体b克服摩擦力做的功最多c 物体c克服摩擦力做的功最多d 三物体克服摩擦力做的功一样多答案d 3 2014 华东师大附中期中 汽车以额定功率在平直公路上匀速行驶 在t1时刻司机减小了油门 使汽车的功率立即减小一半 并保持该功率继续行驶 到t2时刻汽车又开始做匀速直线运动 设整个过程中汽车所受的阻力不变 则在t1 t2的这段时间内a 汽车的加速度逐渐减小b 汽车的加速度逐渐增大c 汽车的速度逐渐减小d 汽车的速度逐渐增大 解析汽车的功率p 速度v 驱动力f 如果阻力ff一直不变 汽车匀速行驶的时候 驱动力f大小等于阻力ff 如果功率减半 驱动力f减半 阻力将大于驱动力 汽车处于减速状态 随着速度降低 驱动力将增大 直到驱动力再次等于阻力 此时汽车再次处于匀速前进状态 所以在t1 t2的这段时间内 汽车的速度逐渐减小且汽车的牵引力逐渐增大 汽车的加速度逐渐减小 a c正确 答案ac 4 2012 四川理综 如图5 1 11所示 劲度系数为k的轻弹簧的一端固定在墙上 另一端与置于水平面上质量为m的物体接触 未连接 弹簧水平且无形变 用水平力f缓慢推动物体 在弹性限度内弹簧长度被压缩了