高考物理一轮复习资料 5.1 功与功率课件 沪科版.ppt

第五章机械功与能量守恒,复习本章内容时应注意把握：抓住“功和能的关系”这一基本线索，通过“能量转化”把各部分知识联系在一起。复习时重点把握好功的概念：正功和负功、变力的功；功率的概念：平均功率和瞬时功率、发动机的额定功率和实际功率问题。动能定理是一条适用范围很广的物理规律，作为传统考点，历年高考在不同题型、不同难度的试题中，从不同角度，都对该定理有相当充分的考查，今后仍是高考命题的重中之重。机械能的概念和机械能守恒定律是学习各种不同形式的能量转化规律的起点，也是运动学知识的进一步综合和扩展，题目特点以学科内的综合为主，例如机械能守恒与圆周运动、平抛运动、动量守恒定律的综合，有时也出现与生产和科技相结合的题目。高考中能熟练运用机械能守恒定律对问题进行分析、综合、推理和判断是重点考查的方向。,考点1功及功的计算,1.力是否对物体做功及做功正负的判断(1)做功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的位移。在做功的过程中，一定要有力的作用；但有力的作用，不一定对物体做了功。(2)根据功的公式判断：看力f与物体的位移(或速度)之间的夹角的大小。(3)根据功能关系：由于功是能量的转化量度，所以可以由运动物体能量的转化来判断力对物体的做功情况。若有能量转化，则必有力做功。此法常用于两个相联系的物体做曲线运动的情况。2.常见的功的计算方法(1)恒力做功对恒力作用下物体的运动，力对物体做的功用w=fscos求解。该公式可写成w=f(scos)=(fcos)s，即功等于力与力方向上位移的乘积或功等于位移与位移方向上力的乘积。,学案1功与功率,(2)变力做功用动能定理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。(也可计算恒力功)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。将变力做功转化为恒力做功。a.当力的大小不变,而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功的大小等于力和路程(不是位移)的乘积。如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等。b.当力的方向不变，大小随位移作线性变化时，可先求出力对位移的平均值f=(f1+f2)/2，再由w=fscos计算，如弹簧弹力做功。,作出变力f随位移s变化的图像，图像与位移轴所围的“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。,(3)总功的求法总功等于合外力的功先求出物体所受各力的合力f合，再根据w总=f合scos计算总功，但应注意应是合力与位移s的夹角。总功等于各力做功的代数和分别求出每一个力做的功：w1=f1s1cos1，w2=f2s2cos2，w3=f3s3cos3，再把各个外力的功求代数和即：w总=w1+w2+w3+,【例1】如图所示，一质量m=4.0kg的物体，由高h=2.0m，倾角=53的斜面顶端滑到底端。物体与斜面间的动摩擦因数为=0.2。求物体所受合外力的功。(g取10m/s2),【解析】以物体为研究对象。物体受重力mg、摩擦力f、支持力n作用，其受力情况如图所示。解法一：先求出各个力所做的功，再求总功。n=mgcosf=n=mgcos物体的位移为s=h/sin根据功的公式可求出重力的功为wg=mgssin=mgh=4.0102.0j=80j摩擦力的功为wf=-fs=-mgcos(h/sin)=-0.24.0102.0(3/4)j=-12j支持力的功为wn=0故物体所受合外力的功为w总=wg+wn+wf=(80-12)j=68j,解法二：先求物体的合外力，再求合外力的功。如上图所示，物体所受的合外力为f合=mgsin-f=mgsin-mgcos=4.010(0.8-0.20.6)n=27.2n物体的位移为s=h/sin=2/0.8m=2.5m故物体所受合外力的功为w总=f合s=27.22.5j=68j。,若合力为恒力，则求合力的功时可以有两种方法：(1)先求合力，再利用w=fscos求合力的功。(2)先求各分力做的功，再求各分力做功的代数和即为合力的功。,1,如图所示，质量为m的物体静止在倾角为的斜面上，物体与斜面的动摩擦因数为，现使斜面水平向左匀速移动距离l。求：(1)摩擦力对物体做的功为多少？(物体与斜面相对静止)(2)斜面对物体的弹力做的功为多少？(3)重力对物体做的功为多少？(4)斜面对物体做的功又是多少？各力对物体所做的总功是多少？,【答案】(1)-mglsincos(2)mglsincos(3)0(4)00,【例2】如图定滑轮至滑块的高度为h，已知人对细绳的拉力为f(恒定)，滑块沿水平面由a点前进s至b点，滑块在初、末位置时细绳与水平方向夹角分别为和。求滑块由a点运动到b点过程中，绳的拉力对滑块所做的功。,【解析】设绳对物体的拉力为t，显然人对绳的拉力f等于t。t在对物体做功的过程中大小虽然不变，但其方向时刻在改变，因此该问题是变力做功的问题。但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的情况下，人对绳做的功就等于绳的拉力对物体做的功。而拉力f的大小和方向都不变，所以f做的功可以用公式w=fscos直接计算。由题图可知，在绳与水平面的夹角由变到的过程中，拉力f的作用点的位移大小为s=s1-s2=h/sin-h/sinwt=wf=fs=fh(1/sin-1/sin）,利用几何关系求出拉过去的绳长，即f的作用点的位移，是求解本题的关键，也是此类题目易出现错误的地方。,2,人在a点拉着绳通过一定滑轮吊起质量m=50kg的物体如图所示。开始绳与水平方向夹角为60，当人匀速提起重物由a点沿水平方向运动s=2m而到达b点，此时绳与水平方向成30角，求人对绳的拉力做了多少功？(g取10m/s2),【答案】732j,考点2功率及功率的计算,1.根据p=w/t求得的功率表示的是物体在一段时间内做功快慢的平均效果，即平均功率。当t0时，p表示物体某瞬间做功的快慢，即瞬时功率。2.公式p=fvcos有两种用法：(1)求某一时刻的瞬时功率。这时f是该时刻的作用力大小，v取瞬时值，对应的p为f在该时刻的瞬时功率；(2)当v为某段位移(时间)内的平均速度时，则要求这段位移(时间)内f必须为恒力，对应的p为f在该段时间内的平均功率。,【例3】如图所示，将质量为m的小球以初速度v0从a点水平抛出，正好垂直于斜面落在斜面上的b点。已知斜面的倾角为。(1)小球落到斜面上b点时重力做功的瞬时功率是多少？(2)小球从a点到b点过程中重力做功的平均功率是多少？,【解析】(1)将小球落在斜面上时的速度进行正交分解，如图所示。小球在竖直方向上的分速度为vy=v0cot，所以，小球落到斜面上b点时重力做功的瞬时功率为：p=mgvy=mgv0cot。(2)小球从a点到b点过程中重力做功的平均功率为：,(1)区分所求功率是平均功率还是瞬时功率是分析解答功率问题的首要环节。(2)对应于某一过程的功率为平均功率，对应于某一时刻的功率为瞬时功率。(3)瞬时功率等于力与物体在沿该力方向上分速度的乘积。,3,将一质量为m的物体从离平地h距离高处，以速度v0水平抛出，求在物体从抛出到落地过程中重力的平均功率和物体刚要落地时重力的功率。(不计空气阻力),【答案】,【例4】汽车的质量为2000kg，汽车发动机的额定功率为80kw，它在平直的公路上行驶时所受的阻力是4000n。试求：(1)汽车保持额定功率从静止起动后达到的最大速度是多少？(2)若汽车以2m/s2的加速度做匀加速直线运动，可维持多长时间？(3)3s末汽车的瞬时功率是多大？(4)若汽车达到最大速度后，突然进入另一种路面，阻力变为原来的两倍，将做什么运动？,考点3机动车辆的两种起动方式,【解析】(1)汽车以额定功率运行，其牵引力f=p/v由牛顿第二定律得f-f=ma当f=f时，a=0，此时汽车达到最大速度vm=p/f=p/f=80103/4000m/s=20m/s。,(2)汽车以恒定加速度启动后，则有f-f=ma所以f=f+ma=4000n+20002n=8000n匀加速运动可达到的最大速度vm=p/f=80103/8000m/s=10m/s所以匀加速运动的时间t=vm/a=10/2s=5s。(3)由(2)知汽车匀加速运动所需时间为5s，所以3s末汽车仍处于匀加速阶段，故3s末汽车的瞬时速度为：v3=at=6m/s。3s末汽车的瞬时功率为：p3=fv3=48kw。(4)阻力突然增倍后，汽车做加速度逐渐减小的减速运动，最终做匀速运动，速度为vm=p/f=p/(2f)=80103/(24000)m/s=10m/s。,(1)汽车发动机的额定功率是发动机的最大输出功率。(2)发动机的输出功率就是牵引力的功率，即p=fv。,4,提高汽车运动速率的有效途径是增大发动机的功率和减