高考物理鲁科版必修2 4.1《功和能功率》课件

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 s表示力的作用点相对地面的位移 3 单位 1J 1N m 物体受到力的作用 力的方向 W Fs 焦耳 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 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 功率小则做功 平均功率 标量 动力 阻力 所用时间 快 慢 快慢 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 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 平均功率 瞬时功率 正常 最大 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不可能的是 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 应选B项 答案 B 考点二几种求功的方法1 恒力做功的求解方法用W Fscos 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scos 二是用力F在位移s方向上的分力Fcos 乘以物体的位移s 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scos 计算功 注意 应是合外力与位移s的夹角 先分别求出各个外力的功 W1 F1scos 1 W2 F2scos 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 作出变力F随位移s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 s 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 如图所示 一质量为m 2 0kg的物体从半径为R 5 0m的圆弧的A端 在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到B端 圆弧AB在竖直平面内 拉力F大小不变 始终为15N 方向始终与物体在该点的切线成37 角 圆弧所对应的圆心角为60 BO边为竖直方向 g取10m s2 求这一过程中 1 拉力F做的功 2 重力mg做的功 3 圆弧面对物体的支持力做的功 4 圆弧面对物体的摩擦力做的功 解析 1 将圆弧分成很多小段l1 l2 l3 ln 拉力在每小段上做的功为W1 W2 W3 Wn 因拉力F大小不变 方向始终与物体在该点的切线成37 角 所以W1 F1lcos37 W2 Fl2cos37 W3 Fl3cos37 Wn Flncos37 所以WF W1 W2 Wn Fcos37 l1 l2 ln Fcos37 R 62 8J 2 重力mg做的功WG mgR 1 cos60 50J 3 物体受的支持力N始终与物体的运动方向垂直 所以WN 0 4 因物体在拉力F作用下缓慢移动 动能不变 由动能定理WF WG Wf 0所以Wf WF WG 12 8J 答案 1 62 8J 2 50J 3 0 4 12 8J 即时巩固2 如图所示 质量为m的物体沿倾角为 的粗糙斜面下滑了一段距离s 物体与斜面间的动摩擦因数为 试求物体所受各力在下滑过程中对物体所做的功及这些力所做的总功 解析 物体下滑过程中受重力G 弹力F1 滑动摩擦力F2作用 如图所示 重力做功W mgscos 90 mgssin 弹力做功W1 Flscos90 0 摩擦力做功为W2 F2scos180 mgscos 外力所做的总功为W总 W W1 W2 mgs sin cos 答案 重力做功为mgssin 弹力做功为零摩擦力做功为 mgscos 总功为mgs sin cos 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T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 技巧点拨 作用在物体上的拉力T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T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T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 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s又是人沿水平方向走的距离 所以无法利用W Fscos 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 答案 732J 案例4 2011 海南高考 一质量为1kg的质点静止于光滑水平面上 从t 0时起 第1秒内受到2N的水平外力作用 第2秒内受到同方向的1N的外力作用 下列判断正确的是 A 0 2s内外力的平均功率是WB 第2s内外力所做的功是JC 第2s末外力的瞬时功率最大D 第1s内与第2s内质点动能增加量的比值是 解析 由题意质点所受的水平外力即为合力 则知质点在这2秒内的加速度分别为a1 2m s2 a2 1m s2 则质点在第1s末与第2s末的速度分别为v1 2m s v2 3m s 每一秒内质点动能的增加量分别为 Ek1 2J Ek2 2 5J D正确 再由动能定理可知第2s内与0 2s内外力所做功分别为W2 Ek2 2 5J W 0 4 5J 则在0 2s内外力的平均功率P 2 25W A正确 B错误 由P Fv知质点在第1s末与第2s末的瞬时功率分别为P1 4W P2 3W 故C错误 答案 A 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 g取10m s2 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 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 g取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 g取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