（通用版）2020版高考物理大一轮复习第5章机械能及其守恒定律第1节功和功率教学案.docx

第5章 机械能及其守恒定律高考导航考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201720182019命题分析功和功率卷T24：机械能、功能关系卷T14：弹力和功T17：机械能守恒定律T24：动能定理卷T16：重力势能、重力做功卷T18：动能定理、功能关系卷T14：动能定理卷T19：牛顿第二定律、功率、动能定理T25：动能定理、圆周运动、动量卷T18：功能关系与图象结合T25：动能定理、动量定理与图象结合卷T17：动能定理与图象结合1.从题型上看，选择题、计算题均有。2.动能定理、机械能守恒定律是历年高考考查的重点，并经常与牛顿运动定律、圆周运动、平抛运动结合起来命题，命题选材背景趋于与生活实际相联系。3.机械能常与动量综合。动能和动能定理重力做功与重力势能功能关系、机械能守恒定律及其应用实验五：探究动能定理实验六：验证机械能守恒定律第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() AB CD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。 功的分析与计算依题组训练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。 功率的分析与计算依题组训练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。题组训练1(2019日照联考)汽车发动机的额定功率是60 kW，汽车的质量为2103 kg，在平直路面上行驶，受到的阻力是车重的0.1倍。若汽车从静止出发，以0.5 m/s2的加速度做匀加速运动，则出发50 s时，汽车发动机的实际功率为(取g10 m/s2)()A25 kWB50 kWC60 kWD75 kWC汽车受到的阻力f0.1mg2 000 N，汽车以0.5 m/s2的加速度做匀加速运动，由牛顿第二定律有Ffma，解得F3 000 N；若50 s内车是匀加速运动，则vat25 m/s，所以50 s末汽车功率PFv75 000 W75 kW；但汽车发动机的额定功率是60 kW，则50 s内车不是匀加速运动，而是先匀加速后变加速；故出发50 s时，汽车发动机的实际功率为60 kW，选项C正确。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.(多选)质量为m的物体静止在光滑水平面上，从t0时刻开始受到水平力的作用。力的大小F与时间t的关系如图所示，力的方向保持不变，则()A3t0时刻的瞬时功率为B3t0时刻的瞬时功率为C在t0到3t0这段时间内，水平力的平均功率为D在t0到3t0这段时间内，水平力的平均功率为BD3t0时刻物体的瞬时速度为v2t0t0，瞬时功率为P3F0v3F0，A错误，B正确；在t0到3t0这段时间内，水平力做的功WF0(2t0)23F0，该过程的平均功率，C错误，D正确。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。 机车启动问题讲典例示法1两种启动方式以恒定功率启动以恒定加速度启动Pt图象和vt图象OA段过程分析vFaa不变F不变PFv直到P额Fv1运动性质加速度减小的加速运动匀加速直线运动，维持时间t0AB段过程分析FF阻a0vmvFa运动性质以vm做匀速直线运动加速度减小的加速运动BC段无FF阻a0以vm做匀速运动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。典例示法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。跟进训练恒定功率启动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()AWFfsBWFfvmt CWFfvmt 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