高考物理总复习 （人教） 知识研习课件 第5章第1讲 功和能功率

欢迎进入物理课堂 1 举例说明功是能量转化的量度 理解功和功率 2 通过实验 探究恒力做功与物体动能变化的关系 理解动能和动能定理 会用动能定理解释生活和生产中的现象 3 理解重力势能 知道重力势能的变化与重力做功的关系 4 通过实验 验证机械能守恒定律 理解机械能守恒定律 会利用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题 5 了解自然界中存在多种形式的能量 知道能量守恒是最基本 最普遍的自然规律之一 6 通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性 认识提高效率的重要性 了解能源与人类生存和社会发展的关系 知道可持续发展的重要意义 本部分涉及的内容是动力学内容的深化 其中动能定理 机械能守恒定律及功能关系是高考考查的热点和重点 这部分内容除单独命题外 还常与圆周运动 平抛运动 带电粒子在电磁场中的运动 电磁感应等内容相结合 从题型上看 可以是选择题 也可以是计算题 要深刻理解有关的基本概念 牢固掌握应用两个定理解题的步骤 深入理解它们的内涵和外延 学会将复杂的物理过程分解成若干个子过程 分析每一个过程的始末运动状态量及物理过程中力 加速度 速度 能量的变化 要学会建立相关物理模型 灵活运用牛顿运动定律 动能定理 机械能守恒定律及能量转化的方法提高解决实际问题的能力 1 功 1 做功的两个不可缺少的因素 和物体在上发生的位移 2 公式 l表示力的作用点相对地面的位移 3 单位 1J 1N m 4 矢标性 功是 但有正 负功之分 正功表示对物体做功 负功表示对物体做功 物体受到力的作用 力的方向 W Fl 焦耳 标量 动力 阻力 2 功率 1 定义 功跟完成这些功的比值 2 物理意义 功率描述做功的 功率大则做功快 功率小则做功慢 P Fvcos 中 若v为平均速度 则P为 v为瞬时速度 则P为 为F与v的夹角 所用时间 快慢 平均功率 平均功率 瞬时功率 4 额定功率 机械工作时输出的功率 一般在机械的铭牌上标明 5 实际功率 机械实际工作时输出的功率 要求它小于等于额定功率 正常 最大 即时巩固解析为教师用书独有 考点一判断功的正 负的方法1 根据力和位移方向的夹角判断 此法常用于恒力功的判断 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的功 夹角是锐角做正功 是钝角做负功 是直角不做功 3 从能量的转化角度来进行判断 若有能量转化 则应有力做功 此法常用于判断两个相联系的物体做功的情况 案例1 2009 广东理科基础 物体在合外力作用下做直线运动的v t图象如图所示 下列表述正确的是 A 在0 1s内 合外力做正功B 在0 2s内 合外力总是做负功C 在1 2s内 合外力不做功D 在0 3s内 合外力总是做正功 解析 从图象上可知 0 1s内物体的速度增大 动能增大 合外力做正功 A项正确 同理分析 0 2s内合外力先做正功后做负功 B项错误 1 2s内合外力做负功 C项错误 0 3s内合外力先做正功 后做负功 D项错误 答案 A 即时巩固1 如图所示 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 解析 要判断传送带对物体的做功情况需分析物体所受摩擦力的可能方向 设传送带速度大小为v1 物体刚滑上传送带时的速度大小为v2 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 当v1v2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 C正确 答案 A C D 考点二几种求功的方法1 恒力做功的求解方法用W Flcos 求解 处理方法有两种 一是用力F乘以物体在力F方向上的分位移lcos 二是用力F在位移l方向上的分力Fcos 乘以物体的位移l 2 合外力的功求解方法 先用平行四边形定则求出合外力 再根据W F合lcos 计算功 注意 应是合外力与位移l的夹角 先分别求出各个外力的功 W1 F1lcos 1 W2 F2lcos 2 再把各个外力的功求代数和 即 W W1 W2 W3 3 与势能相关的力的功的求法如重力 弹簧的弹力 电场力等 它们的功与路径无关 只与位移有关 或者说只与始 末点的位置有关 它们的功可以根据对应势能的变化来求 4 变力做功的求解方法 用动能定理W Ek或功能关系W E 功是能量转化的量度 即用能量的增量等效代换变力所做的功 可计算变力功或恒力功 当变力的功率P一定时 可用W Pt求功 如机车牵引力做的功 作出变力F随位移l变化的图象 图象与位移轴所围的 面积 即为变力做的功 如图 a 表示恒力F做的功W 图 b 表示变力F做的功W 技巧提示 恒力做功的大小只与F l 这3个量有关 与物体是否还受其他力 物体的速度 加速度等其他因素无关 案例2 2009 海南高考 一物体在外力的作用下从静止开始做直线运动 合外力方向不变 大小随时间的变化如图所示 设该物体在t0和2t0时刻相对于出发点的位移分别是x1和x2 速度分别是v1和v2 合外力从开始至t0时刻做的功是W1 从t0至2t0时刻做的功是W2 则 A x2 5x1v2 3v1B x1 9x2v2 5v1C x2 5x1W2 8W1D v2 3v1W2 9W1 答案 A C 即时巩固2 如图所示 三个固定的斜面底边长度都相等 斜面倾角分别为30 45 60 斜面的表面情况都一样 完全相同的物体 可视为质点 A B C分别从三斜面的顶部滑到底部的过程中 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 三个物体克服摩擦力做的功一样多 解析 因为三个固定斜面的表面情况一样 A B C又是完全相同的三个物体 因此A B C与斜面之间的动摩擦因数相同可设为 由功的定义 W Ffx mgLcos mgd 三个固定斜面底边长度d都相等 所以摩擦力对三个物体做的功相等 都为 mgd 因此三个物体克服摩擦力做的功一样多 都为 mgd 答案 D 案例3 如图所示 某人用大小不变的力F拉着放在光滑平面上的物体 开始时与物体相连的绳和水平面间的夹角是 当拉力F作用一段时间后 绳与水平面间的夹角为 已知图中的高度是h 求绳的拉力FT对物体所做的功 假定绳的质量 滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦不计 解析 设绳的拉力FT对物体做的功为WFT 人的拉力F对绳做的功为WF 由图可知 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 x x1 x2 技巧点拨 作用在物体上的拉力FT大小不变 方向变化 是变力做功问题 人对绳的拉力F对绳做的功就等于绳的拉力FT对物体做的功 而F的大小和方向都不变 利用等效法改变研究对象 就把求FT变力做功问题转化为求恒力F对绳做功的问题 即时巩固3 人在A点拉着绳通过一定滑轮吊起质量为m 50kg的物体 如图所示 开始时绳与水平方向的夹角为60 人匀速提起重物由A点沿水平方向运动x 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 取g 10m s2 解析 人对绳的拉力大小虽然始终等于物体的重力 但方向却时刻在变 而已知的位移x又是人沿水平方向走的距离 所以无法利用W Flcos 直接求拉力做的功 若转换一下研究对象则不难发现 人对绳的拉力的功与绳对物体的拉力的功相等 而绳对物体的拉力是恒力 这种转换研究对象的办法也是求变力做功的有效途径之一 人对绳子做的功为W Fl mg h 代入数据可得 W 732J 答案 732J 2 瞬时功率瞬时功率表示力在一段短时间内做功的快慢程度 计算时应明确哪个力在哪个时刻 或状态 的功率 用公式P F v来计算瞬时功率 公式中v应为瞬时速度 案例4 2009 辽宁 宁夏理综 质量为m的物体静止在光滑水平面上 从t 0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 答案 B D 即时巩固4 如图所示 重物的质量为1kg 动滑轮质量不计 竖直向上拉动细绳 使重物从静止开始以5m s2的加速度上升 则拉力F在1s内对物体做的功为多大 拉力F在1s末的瞬时功率是多大 取g 10m s2 解析 对物体和滑轮受力分析 由牛顿第二定律得 2F mg ma 根据动滑轮的特点以及功的定义可得 在1s内力F做的功为W F 2h 1s末力F对物体做功的瞬时功率为P F 2v 联立上述方程 代入数据可得 W 37 5J P 75W 答案 37 5J75W 考点四机动车辆起动的两种方式1 机车以恒定功率起动的运动过程 2 机车以恒定加速度起动的运动过程 3 机车以恒定加速度起动时的分段处理方法上图 b 中 t0以前P均匀增加 P Fv a不变 v均匀增加 可按匀加速直线运动及平均功率处理 案例5 2009 四川理综 图示为修建高层建筑常用的塔式起重机 在起重机将质量m 5 103kg的重物竖直吊起的过程中 重物由静止开始向上做匀加速直线运动 加速度a 0 2m s2 当起重机输出功率达到其允许的最大值时 保持该功率直到重物做vm 1 02m s的匀速运动 取g 10m s2 不计额外功 求 1 起重机允许输出的最大功率 2 重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率 解析 1 设起重机允许输出的最大功率为P0 重物达到最大速度时拉力F0等于重力 P0 F0vm F0 mg 代入数据 有 P0 5 1 104W 2 匀加速运动结束时 起重机达到允许输出的最大功率 设此时重物受到的拉力为F 速度为v1 匀加速运动经历时间为t1 有 P0 Fv1 F mg ma v1 at1 由 代入数据 得 t1 5s t 2s时 重物处于匀加速运动阶段 设此时速度为v2 输出功率为P 则v2 at P Fv2 由 代入数据 得 P 2 04 104W 答案 1 5 1 104W 2 2 04 104W 即时巩固5 质量为m 5 103kg的汽车在水平公路上行驶 阻力是车重的10 让车保持额定功率为60kW从静止开始起动 1 若以额定功率起动 求汽车达到的最大速度vm及汽车车速v1 2m s时的加速度 2 若汽车以v 6m s的速度匀速行驶 求汽车的实际功率 取g 10m s2 2 由P Fv得 P F阻v mgv 0 1 5 103 10 6W 3 104W 30kW 答案 1 12m s5m s2 2 30kW 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全