2020届高考物理一轮 专题13 功 功率学案 新课标

2020届高三新课标物理一轮原创精品学案 专题13 功 功率 教学目标：1理解功的概念，会计算有关功的问题2理解功率的概念，会计算有关功率的问题3会讨论有关机车的起动问题本讲重点：1功的概念，功的计算2功率的概念，功率的计算本讲难点：功和功率的计算考点点拨：1功的分析与计算2一对作用力和反作用力做功的特点3功率的分析与计算4机车的两种起动问题第一课时（二）重难点阐释1、功功是力的空间积累效应。它和位移相对应（也和时间相对应）。计算功的方法有两种：按照定义求功。即：W=Fscos。 在高中阶段，这种方法只适用于恒力做功。这种方法也可以说成是：功等于恒力和沿该恒力方向上的位移的乘积。用动能定理W=Ek或功能关系求功。当F为变力时，高中阶段往往考虑用这种方法求功。这里求得的功是该过程中外力对物体做的总功（或者说是合外力做的功）。这种方法的依据是：做功的过程就是能量转化的过程，功是能的转化的量度。如果知道某一过程中能量转化的数值，那么也就知道了该过程中对应的功的数值。2、功率功率的定义式：，所求出的功率是时间t内的平均功率。功率的计算式：P=Fvcos，其中是力与速度间的夹角。该公式有两种用法：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；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。二、高考要点精析【例2】用力将重物竖直提起，先是从静止开始匀加速上升，紧接着匀速上升。如果前后两过程的运动时间相同，不计空气阻力，则（ ）A加速过程中拉力做的功比匀速过程中拉力做的功大B匀速过程中拉力做的功比加速过程中拉力做的功大C两过程中拉力做的功一样大D上述三种情况都有可能考点精炼1某人用300N的水平推力，把一个质量为50kg的木箱沿水平路面加速推动10m，后来又把它匀速举高2m，这个人对木箱共做功多少？2如图所示，均匀长直木板长L=40cm，放在水平桌面上，它的右端与桌边相齐，木板质量m=2kg，与桌面间的摩擦因数=0.2，今用水平推力F将其推下桌子，则水平推力至少做功为（ ）（g取10/s2）A0.8J B1.6J C8J D4J（二）一对作用力和反作用力做功的特点考点点拨（1）一对作用力和反作用力在同一段时间内，可以都做正功、或者都做负功，或者一个做正功、一个做负功，或者都不做功。（2）一对作用力和反作用力在同一段时间内做的总功可能为正、可能为负、也可能为零。（3）一对互为作用反作用的摩擦力做的总功可能为零（静摩擦力）、可能为负（滑动摩擦力），但不可能为正。【例3】关于力对物体做功，以下说法正确的是（ ）A一对作用力和反作用力在相同时间内做的功一定大小相等，正负相反B不论怎样的力对物体做功，都可以用W=FscosC合外力对物体不作功，物体必定做匀速直线运动D滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做正功或负功解析：一对作用力和反作用力一定大小相等、方向相反，而相互作用的两物体所发生的位移不一定相等，它们所做的功不一定大小相等，所以，它们所做的功不一定大小相等，正负相反。公式W=Fscos，只适用于恒力功的计算。合外力不做功，物体可以处于静止。滑动摩擦力、静摩擦力都可以做正功或负功，如：在一加速行驶的卡车上的箱子，若箱子在车上打滑（有相对运动），箱子受滑动摩擦力，此力对箱子做正功；若箱子不打滑（无相对运动），箱子受静摩擦力，对箱子也做正功。故D是正确的。答案：D考点精炼PQ3如图所示，斜面Q放在光滑的水平面上，斜面光滑，把小物块P放在斜面Q的顶端由静止滑下的过程中，P对Q的弹力对Q做的功为W1，Q对P的弹力对P做的功为W2，则下列关系正确的是 （ ）AW1=0，W2=0BW10，W2=0CW1=0，W20DW10，W20，且W1+W2=0第二课时（三）功率的分析与计算考点精炼4一个倾角为30的光滑斜面长为L高为h，一质量为m的物体从顶端静止开始下滑，当所用时间是滑到底端的时间的一半时，重力做功为_，重力做功的瞬时功率为_，重力做功的平均功率为_。（四）机车的两种起动问题考点点拨vafF当汽车从静止开始沿水平面加速运动时，有两种不同的加速过程，但分析时采用的基本公式都是P=Fv和F-f = ma（1）恒定功率的加速。由公式P=Fv和F-f=ma知，由于P恒定，随着v的增大，F必将减小，a也必将减小，汽车做加速度不断减小的加速运动，直到F=f，a=0，这时v达到最大值。可见恒定功率的加速一定不是匀加速。这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt计算，不能用W=Fs计算（因为F为变力）。（2）恒定牵引力的加速。由公式P=Fv和F-f=ma知，由于F恒定，所以a恒定，汽车做匀加速运动，而随着v的增大，P也将不断增大，直到P达到额定功率Pm，功率不能再增大了。这时匀加速运动结束，其最大速度为，此后汽车要想继续加速就只能做恒定功率的变加速运动了。可见恒定牵引力的加速时功率一定不恒定。这种加速过程发动机做的功只能用W=Fs计算，不能用W=Pt计算（因为P为变功率）。要注意两种加速运动过程的最大速度的区别。【例5】一列火车总质量M=500 t，机车发动机的额定功率P=6105 W，在轨道上行驶时，轨道对列车的阻力Ff是车重的0.01倍，求：（1）火车在水平轨道上行驶的最大速度；（2）在水平轨道上，发动机以额定功率P工作，当行驶速度为v1=1 m/s和v2=10 m/s时，列车的瞬时加速度a1、a2各是多少；（3）在水平轨道上以36 km/h速度匀速行驶时，发动机的实际功率P；（4）若火车从静止开始，保持0.5m/s2的加速度做匀加速运动，这一过程维持的最长时间。考点精炼5额定功率为8W的玩具汽车，质量为2kg，汽车在水平桌面上由静止开始以a=0.5m/s2做匀加速直线运动，在运动过程中汽车的最大速率可达2m/s，求：（1）汽车牵引力为多大？匀加速运动过程可维持多长时间？（2）汽车在匀加速运动过程中，牵引力、摩擦力对其各做多少功？考点精炼参考答案1解：沿水平路面推行时，人对木箱做功为W1=F1s1=30010J=3103J匀速举高时，人对木箱的托力F2=mg，人对木箱做功为W2=F2S2=mgs2=50102J=1103J所以全过程中人对木箱做的功为W=W1+W2=4103J5解：（1）玩具汽车先匀加速，后变加速，最终匀速运动。设牵引力为F1，摩擦力为F2，则P=F2vm解得：F2=4N根据牛顿第二定律有：F1F2=ma得：F1=F2ma=5N设匀加速运动能达到的最大速度为vm，则：P=F1 vm解得：vm=1.6m/s又vm=at所以，匀加速运动过程可维持的时间t=3.2s三、考点落实训练1一辆小车原先在平直公路上做匀速直线运动，从某时刻起，小车所受到的牵引力F和阻力F1随时间的变化规律如图（甲）所示，则作用在小车上的牵引力的功率随时间变化规律是图（乙）中的（ ）2测定运动员体能的一种装置如图所示，运动员质量m1，绳拴在腰间沿水平方向跨过滑轮（不计滑轮摩擦、质量），悬挂重物m2，人用力蹬传送带而人的重心不动，使传送带上侧以速率v向右运动，下面是人对传送带做功的四种说法：人对传送带做功；人对传送带不做功；人对传送带做功的功率为m2gv；人对传送带做功的功率为（m1m2）gv以上说法正确的是（ ）ABC只有D只有3在光滑水平面和粗糙水平面上推车，如果所用的推力相同并通过相同的路程，则推力对车所做的功是（ ）A. 一样大 B. 在光滑水平面上做功较多C. 在粗糙水平面上所做功较大 D. 要由小车通过这段路程的时间来决定4起重机的吊钩下挂着质量为m的木箱，如果木箱以加速度a匀减速下降了高度h，则木箱克服钢索拉力所做的功为（ ）A. B. C. D.8汽车在水平路面上行驶，在下列情况下可以断定汽车的牵引功率必保持恒定的是（ ）A. 牵引力恒定 B速度与阻力恒定 C加速度恒定 D加速度与阻力恒定9起重机用钢丝绳把一个质量为2.0103kg的货物从静止开始起吊，提升的加速度为0.2m/s2，头2秒内起重机对货物做的功为多大？这2s内起重机做功的平均功率为多大？2s末起重机做功的瞬时功率是多大？10A、B两物体用细绳连着，放在水平地面上，用水平力F拉A物体，使A和B一起以的速度匀速前进，此时细绳的张力T=20N，现在用水平力只拉A物体使它也以的速度前进，这时的功率为200W，求F的功率应为多大？