2022高考物理一轮复习第五章第1节功和功率课件

1、第第1 1节功和功率节功和功率第五章第五章2022素养导读素养导读 备考定向备考定向【核心素养】 【试题情境】 生活实践类 学习探索类 机车启动、各种交通工具、各种体育比赛项目、各种生产工具、各种娱乐项目和传送带等功的正负判断和大小计算、变力做功的计算、功率的分析与计算、动能定理的应用、机械能守恒的理解与应用、功能关系的理解和应用、能量守恒及转化问题【考向预测】 本章内容属于高考考查的热点和难点,既有选择题,又有计算题,甚至出现与电场、电磁感应综合的压轴题。考查的具体内容主要包括以下几个方面:功和功率的计算及机车启动问题;动能定理结合能量守恒定律处理变力及曲线运动问题;功能关系、机械能守恒定律

2、及其应用;验证机械能守恒定律实验;结合不同的运动形式如平抛运动、匀变速直线运动、圆周运动等综合考查必备知识必备知识 预案自诊预案自诊【知识梳理】 一、功1.做功的两个要素(1)作用在物体上的 力。 (2)物体在 力的方向上发生的位移。 2.功的物理意义功是 能量转化的量度。 3.公式w= flcos 。 如图所示,物体在恒力f的作用下沿水平面向右运动了一段距离l,则恒力f做的功w= flcos 。 (1)是力与 位移方向之间的夹角,l为物体对地的位移。 (2)该公式只适用于 恒力做功。 4.功的正负的判断 夹角功的正负00,力对物体做 正功 90180 w0,力对物体做 负功,也就是物体克服这

3、个力做了功 =90w=0,力对物体 不做功,也就是力对物体做功为零 注:作用力与反作用力做的功并不一定一正一负、大小相等,实际上二者没有必然联系。二、功率1.物理意义:描述力对物体 做功的快慢。 2.公式(1) ,p为时间t内的 平均功率; (2)p= fvcos ,若v为平均速度,则p为 平均功率;若v为瞬时速度,则p为 瞬时功率。3.额定功率:机械 正常工作时的最大输出功率。 4.实际功率:机械 实际工作时的输出功率,要求不大于 额定功率。 【考点自诊】 1.判断下列说法的正误。(1)只要物体受力的同时又发生了位移,则一定有力对物体做功。( )(2)一个力对物体做负功,说明物体克服该力做功

4、(取负功的绝对值)。( )(3)作用力做正功时,其反作用力一定做负功。( )(4)由p=fv知,当汽车发动机功率一定时,牵引力与速度成反比。( )2.如图所示,物块a、b在外力f的作用下一起沿水平地面做匀速直线运动,下列关于a对地面的滑动摩擦力做功和b对a的静摩擦力做功的说法正确的是()a.静摩擦力做正功,滑动摩擦力做负功b.静摩擦力不做功,滑动摩擦力做负功c.静摩擦力做正功,滑动摩擦力不做功d.静摩擦力做负功,滑动摩擦力做正功答案 c解析 a对地面虽然有摩擦力,但在力的作用下地面没有发生位移,所以a对地面的滑动摩擦力不做功,b对a的静摩擦力向右,a的位移也向右,所以该静摩擦力做正功,故c正确

5、。3.(多选)关于功率公式 和p=fv的说法正确的是()a.由 知,只要知道w和t就可求出任意时刻的功率b.由p=fv既能求某一时刻的瞬时功率,也可以求平均功率c.由p=fv知,随着汽车速度增大,它的功率也可以无限制增大d.由p=fv知,当汽车发动机功率一定时,牵引力与速度成反比答案 bd解析 只适用于求平均功率,p=fv虽是由前者推导得出,但可以用于求平均功率和瞬时功率,故a错误,b正确。汽车运行时不能长时间超过额定功率,故随着汽车速度增大,它的功率并不能无限制增大,故c错误。当功率一定时,速度越大,牵引力越小,故牵引力与速度成反比,故d正确。4.(新教材人教版必修第二册p78习题改编)用起

6、重机把质量为2.0103 kg的物体以2 m/s2的加速度匀加速提高了4 m,g取10 m/s2,则:(1)拉力做了多少功?(2)重力做了多少功?(3)拉力和重力做的总功是多少?(4)拉力的平均功率是多少?答案(1)9.6104 j(2)-8104 j(3)1.6104 j (4)4.8104 w解析(1)根据牛顿第二定律得拉力大小为f=mg+ma=2.4104 n由功的计算式得wf=9.6104 j(2)wg=-8104 j(3)总功w=wf+wg=1.6104 j(4)由运动学公式得物体匀加速上升4 m时的速度v=4 m/s,平均速度为2 m/s,故拉力的平均功率p=f=4.8104 w。

7、关键能力关键能力 学案突破学案突破考点一考点一功的正负判断和大小计算功的正负判断和大小计算(自主探究自主探究)1.功的正负判断方法(1)恒力功的判断:依据力与位移方向的夹角来判断。(2)曲线运动中功的判断:(3)依据能量变化来判断:功是能量转化的量度,若有能量转化,则必有力对物体做功。此法常用于两个相联系的物体之间的相互作用力做功的判断。2.恒力功的计算方法 3.总功的计算方法方法一:先求合力f合,再用w总=f合lcos 求功,此法要求f合为恒力。方法二:先求各个力做的功w1、w2、w3、,再应用w总=w1+w2+w3+求总功,注意代入“+”“-”再求和。【对点演练】 1.(2020广东佛山月

8、考)光滑的水平面上放着一辆小车,站在小车上的人拉系在墙壁上的水平绳子,使小车和人一起向右加速移动。则下列说法正确的是()a.绳子的拉力对人做了负功b.绳子的拉力对小车做了正功c.小车对人的摩擦力对人做了正功d.人对小车的摩擦力对小车做了正功答案 d解析 人受到绳子的拉力与人的位移方向相同,所以绳子的拉力对人做正功,由于拉力未作用在小车上,所以拉力对小车不做功,故a、b错误;小车对人的摩擦力方向向左,则小车对人的摩擦力对人做负功,故c错误;人对小车的静摩擦力方向向右,则静摩擦力对小车做正功,故d正确。2.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

9、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(f-ma)l答案 a解析 根据功的公式可知,人对车的推力做功w=fl,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fx=ma,由牛顿第三定律可知人对车的作用力为-ma,人对车做功w=-mal,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 ,故c错误;对人由牛顿第二定律可得f-f=ma,车对人的推力f与f大小相等,则f=ma+f,车对人的摩擦力做功为w=fl=(f+ma)l,故

10、d错误。3.一木块前端有一滑轮,绳的一端系在右方固定处,水平穿过滑轮,另一端用恒力f拉住,保持两股绳之间的夹角不变,如图所示,当用力f拉绳使木块前进s时,力f对木块做的功(不计绳重和滑轮摩擦)是()a.fscos b.fs(1+cos )c.2fscos d.2fs答案 b解析 方法一:如图所示,力f作用点的位移l=2scos ,故拉力f所做的功w=flcos =2fscos2 =fs(1+cos )。方法二:可看成两股绳都在对木块做功,w=fs+fscos =fs(1+cos ),则b正确。考点二考点二变力做功的计算方法变力做功的计算方法(师生共研师生共研)【典例1】 如图所示,在一半径为r

11、=6 m的圆弧形桥面的底端a,某人把一质量为m=8 kg的物块(可看成质点),用大小始终为f=75 n的拉力从底端缓慢拉到桥面顶端b(圆弧ab在一竖直平面内),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 37=0.6,cos 37=0.8。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。答案(1)376.8 j(2)-136.8 j 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w1=fl1cos 37、w2=fl2

12、cos 37、wn=flncos 37,则拉力做的总功wf=w1+w2+wn=fcos 37(l1+l2+ln)=fcos 37 2r=376.8 j。(2)因为重力g做的功wg=-mgr(1-cos 60)=-240 j,因物块在拉力f作用下缓慢移动,动能不变,由动能定理知wf+wg+wf=0,所以wf=-wf-wg=-376.8 j+240 j=-136.8 j。解题指导审题关键词句分析解读大小始终为f=75 n的拉力与物块在该点的切线成37角短距离可看成恒力方向与位移方向成37角缓慢拉到桥面顶端b可认为动能不变整个圆弧桥面所对的圆心角为120 可计算路程破题 拉力是变力,但大小不变,将运

13、动过程分成无数小段,每一小段看作直线,这样就将变力做功问题转化成了恒力做功问题。素养微点功是中学物理中的重要概念,它体现了力对物体的作用在空间上的累积过程,对变力做功这类问题的分析求解,也体现了学科核心素养中的科学思维要求。【对点演练】 4.某同学用水桶从水井里提水,井内水面到井口的高度为20 m。水桶离开水面时,桶和水的总质量为10 kg。由于水桶漏水,在被匀速提升至井口的过程中,桶和水的总质量随着上升距离的变化而变化,其关系如图所示。水桶可以看成质点,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2。由图像可知,在提水的整个过程中,拉力对水桶做的功为()a.2 000 jb.1 800 jc.2

14、00 j d.180 j答案 b 解析 由于水桶匀速上升,故拉力等于水桶重力。由于水和水桶的质量随位移的增大而均匀减小。故拉力与位移满足线性关系,所以可用平均力法求解变力做功。f1=m1g=100 n,f2=m2g=80 n,则拉力做功为:w拉=1 800 j,故选b。5.(多选)如图所示,固定的光滑竖直杆上套着一个滑块,轻绳绕过光滑的定滑轮o系在滑块上。现以大小不变的拉力f拉绳,使滑块从a点由静止开始上升,滑块运动到c点时速度最大。已知滑块质量为m,滑轮o到竖直杆的距离为d,oao=37,oco=53,重力加速度为g(已知sin 37=0.6,cos 37=0.8)。则下列说法正确的是()答

15、案 ac考点三考点三功率的分析与计算功率的分析与计算(自主探究自主探究)1.平均功率的计算方法(1)利用 。(2)利用p=fvcos ,其中v为物体运动的平均速度,为f与v的夹角。2.瞬时功率的计算方法(1)利用公式p=fvcos ,其中v为t时刻的瞬时速度,为f与v的夹角。(2)利用公式p=fvf,其中vf为物体的速度v在力f方向上的分速度。(3)利用公式p=fvv,其中fv为物体受到的外力f在速度v方向上的分力。【对点演练】 6.(2020黑龙江大庆开学考试)某次顶竿表演结束后,演员a(视为质点)自竿顶由静止开始滑下,如图甲所示。演员a滑到竿底时速度正好为零,然后屈腿跳到水平地面上,演员a

16、的质量为50 kg,长竹竿质量为5 kg,a下滑的过程中速度随时间变化的图像如图乙所示。重力加速度取10 m/s2,则t=5 s时,演员a所受重力的功率为()a.50 w b.500 wc.55 w d.550 w 答案 b解析 由v-t图像可知,46 s内a向下减速,加速度为a2=1 m/s2,t=5 s时,a的速度大小为v5=2-a2t=2-11=1 m/s,故演员a所受重力的功率为pg=magv5=50101=500 w,故b正确。7.如图所示,ab是斜坡,bc是水平面,从斜坡顶端a点以不同初速度v向左水平抛出同一小球,当初速度为v0时,小球恰好落到坡底b点。不计空气阻力,则下列图像能正

17、确表示小球落地(不再弹起)前瞬间重力瞬时功率p随v变化关系的是()答案 c 考点四考点四机车启动问题机车启动问题(师生共研师生共研)1.机车的两种启动方式 【典例2】 (多选)(2020天津卷)复兴号动车在世界上首次实现速度350 km/h自动驾驶功能,成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车,初速度为v0,以恒定功率p在平直轨道上运动,经时间t达到该功率下的最大速度vm,设动车行驶过程所受到的阻力f保持不变。动车在时间t内()a.做匀加速直线运动b.加速度逐渐减小c.牵引力的功率p=fvmd.牵引力做功答案 bc解析 动车以恒定功率启动,p=f牵v=fvm,由于速度增加,

18、因此牵引力减小,根据牛顿第二定律可知,加速度越来越小,a错误,b、c正确;时间t内牵引力做功w=pt,根据动能定理有pt-wf=,可知d错误。解题指导审题关键词句分析解读以恒定功率p在平直轨道上运动牵引力是变力经时间t牵引力做功为w=pt达到该功率下的最大速度vm牵引力等于阻力f破题 以恒定的功率运动,速度从v0达到vm,由p=f牵v可知牵引力逐渐减小,由牛顿第二定律f牵-f=ma得物体运动的加速度减小;达到最大速度时牵引力等于阻力,速度达到最大值,由p=fvm可求功率;根据动能定理知合力做的功 ,而合力做的功等于牵引力做的功加上阻力做的功。【对点演练】 8.(2020江苏卷)质量为1.5103 kg的汽车在水平路面上匀速行驶,速度为20 m/s,受到的阻力大小为1.8103 n。此时,汽车发动机输出的实际功率是()a.90 w b.30 kwc.36 kwd.300 kw答案 c解析 汽车发动机输出的实际功率为p=fv=ffv=36 kw,选项c正确。9.(多选)(2020广西北流实验中学高三开学考试)一辆汽车在水平路面上的启动过程的v-t图像如图所示,其中oa为过原点的倾斜直线,ab段表示以额定功率p行驶时的