高考物理一轮总复习 专题五 第1讲 功和功率课件 新人教版.ppt

专题五 机械能 第1讲功和功率 一 功 1 做功的必要条件 位移 Fscos 力和物体在力的方向上发生 2 公式 W 适用于恒力做功 其中 为F s 方向间的夹角 s为物体对地的位移 大小 方向 阻力 3 功的正负 功是标量 只有 没有 但有正负 正功表示力对物体做动力功 负功表示力对物体做 功 往往说成是物体克服这个力做功 二 功率 做功的快慢 1 概念 功跟完成这些功所用时间的比值 2 功率的物理意义 描述物体 3 公式 1 P P为时间t内的平均功率 2 P 为F与v的夹角 若v为平均速度 则P为 若v为瞬时速度 则P为 Fvcos 平均功率 瞬时功率 4 额定功率与实际功率 1 额定功率 长时间正常工作而不损坏机械的最大输出功率 2 实际功率 机械实际工作时的输出功率 实际功率应该小于或等于额定功率 基础检测 2016年安徽涡阳检测 如图5 1 1所示 质量相同的两物体从同一高度同时由静止开始运动 A沿着固定在地面上的光滑斜面下滑 B做自由落体运动 两物体分别到达地面时 下列说 法正确的是 图5 1 1 A 重力的功WA WBB 重力的平均功率PA PBC 重力的瞬时功率PA PBD A B同时到达地面 答案 C 考点1判断功的正负 重点归纳 1 根据力和位移方向之间的夹角判断 此法常用于恒力做 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做的功 夹角为锐角时做正功 夹角为钝角时做负功 夹角为直角时不做功 3 根据能量变化来判断 根据功是能量转化的量度 若有能量转化 则必有力对物体做功 系统的机械能增加 说明力对系统做正功 系统的机械能减少 说明力对系统做负功 此法常用于判断相关联的两个物体之间相互作用力做的功 典例剖析例1 2016年广东广州执信中学期中改编 如图5 1 2所示 滑块以速率v1沿斜面由底端向上滑行 至某一位置后返回 回到出发点时的速率变为v2 且v2 v1 则下列 A 全过程中重力做功为零 B 在上滑和下滑两过程中 摩擦力均做负功 图5 1 2 C 在上滑和下滑两过程中 摩擦力做功相等D 在上滑和下滑两过程中 摩擦力的平均功率相等 思维点拨 在滑块整个运动过程中 摩擦力的方向始终和滑块运动方向相反 是阻力 但摩擦力的大小 上滑位移和下滑位移的大小是相同的 但上滑 下滑时间不同 解析 因物体回到出发点 故位移为零 则全过程中重力做功为零 选项A正确 在上滑和下滑两过程中 都要克服摩擦力做功 选项B正确 在上滑和下滑两过程中 摩擦力做功均为Wf mgcos l 故在上滑和下滑两过程中 摩擦力做功相等 选项C正确 物体上滑的加速度a上 gsin gcos 下滑的加速度 a下 gsin gcos 因上滑的加速度大于下滑 答案 D 考点练透 1 人造地球卫星在椭圆轨道上运行 在由图5 1 3中的a点 运动到b点的过程中 A 万有引力对卫星做正功B 万有引力对卫星做负功 图5 1 3 C 万有引力对卫星先做正功 再做负功D 万有引力对卫星一直不做功答案 B 2 2016年福建师大附中期中 将质量为m的物体在高空中以速率v水平向右抛出 由于风力作用 经过时间t后 物体下落一段高度 速率仍为v 方向与初速度相反 如图5 1 4所示 在这一 运动过程中 下列关于风力做功的说法 正确的是 A 风力对物体不做功 图5 1 4 D 由于风力方向未知 不能判断风力的做功情况 答案 C 考点2 几种求功的方法 重点归纳1 恒力做功的计算 W Fscos 2 总功的计算 1 若物体在整个运动过程中 受力情况不变 则先求合外力F合 再应用公式W合 F合scos 求功 其中 为合力F合与位移s的夹角 2 若物体在每一运动阶段受力情况不同 则先求出每个力所做的功W1 W2 W3 Wn 再求W总 W1 W2 W3 Wn 3 变力做功的计算 1 当变力的功率P一定时 可用W Pt求功 如机车恒功率启动时 2 将变力做功转化为恒力做功 当力的大小不变 而方向始终与运动方向相同或相反时 力所做的功等于力和路程 不是位移 的乘积 如滑动摩擦力做功 空气阻力做功等 当力的方向不变 大小随位移做线性变化时 可先求出 功 如弹簧弹力做功 3 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5 1 5所示甲图表示恒力F做的功W 乙图表示变力F做的功W 丙图中横轴上方的面积表示正功 横轴下方的面积表示负功 其总功等于正 负功的代数和 图5 1 5 4 应用动能定理W Ek或功能关系W E 既可以求恒 力做的功 又可以求变力做的功 典例剖析例2 如图5 1 6所示 一质量为m 2 0kg的物体从半径为R 5 0m的圆弧轨道的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大小始终为15N 方向始终与物体在该点的切线方向成37 角 圆弧所对应的圆心角为45 BO边在竖直方向 求在这一过程中 取g 10m s2 1 拉力F做的功 2 重力G做的功 3 圆弧面对物体的支持力FN做的功 4 圆弧面对物体的摩擦力Ff做的功 图5 1 6 思维点拨 根据各个力的特点 是恒力还是变力 选择相 应的计算功的方法 解 1 将圆弧AB分成很多小段l1 l2 ln 拉力在每小段上做的功为W1 W2 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 Fl1cos37 W2 Fl2cos37 Wn Flncos37 所以WF W1 W2 Wn F l1 l2 ln cos37 备考策略 在求解力做功的问题时 一定要注意分析是求恒力做的功还是变力做的功 如果是求变力做的功 看能否转化为求恒力做功的问题 不能转化的变力做功问题借助动能定理和能量守恒定律来求解 2 重力G做的功WG mgR 1 cos45 29 3J 3 物体所受的支持力FN始终与物体的运动方向垂直 所以 0 4 因物体在拉力F作用下缓慢移动 动能不变 由动能定理知WF WG Wf 0所以Wf WF WG 47 1J 29 3J 17 8J 考点练透 A 7J B 5J C 3 5J D 1J 答案 A 3 2016年甘肃天水期中 两个相互垂直的力F1和F2作用在同一物体上 使物体运动 物体通过一段位移时 力F1对物体做功4J 力F2对物体做功3J 则力F1与F2的合力对物体做的功为 4 如图5 1 7所示 固定的光滑竖直杆上套着一个滑块 用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮 以大小恒定的拉力F拉绳 使滑块从A点起由静止开始上升 若从A点上升至B点和从B点上升至C点的过程中拉力F做的功分别为W1和W2 滑块经 B C两点的动能分别为EkB和EkC 图中AB BC 则 A W1 W2B W1 W2C W1 W2 D 无法确定W1和W2的大小关系 图5 1 7 解析 绳子对滑块做的功为变力做功 可以通过转换研究对象 将变力的功转化为恒力的功 因绳子对滑块做的功等于拉力F对绳子做的功 而拉力F为恒力 W F l l为绳拉滑块过程中力F的作用点移动的位移 大小等于滑轮左侧绳长的缩短量 由图可知 lAB lBC 故W1 W2 A正确 答案 A 考点3 机车启动问题 典例剖析例3 多选 2014年山东实验中学模拟 一质量为1kg的质点静止于光滑水平面上 从t 0时刻开始 受到水平外力F 作用 如图5 1 8所示 下列判断正确的是 图5 1 8 A 0 2s内外力的平均功率是4WB 第2s内外力所做的功是4JC 第2s末外力的瞬时功率最大D 第1s末与第2s末外力的瞬时功率之比为9 4 选项A正确 选项B错误 第1s末外力的瞬时功率P1 F1v1 3 3W 9W 第2s末外力的瞬时功率P2 F2v2 1 4W 4W 故P1 P2 9 4 选项C错误 选项D正确 答案 AD 备考策略 求功率问题 1 首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率 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 2 求功率大小时要注意F与v方向间的夹角 对结果的影响 考点练透 5 2015年河南洛阳模拟 把A B两相同小球在离地面同一高度处以相同大小的初速度v0分别沿水平方向和竖直方向抛 出 不计空气阻力 如图5 1 9所示 则下列说法正确的是 A 两小球落地时速度相同B 两小球落地时 重力的瞬时功率相同C 从开始运动至落地 重力对两小球做的 功相同 图5 1 9 D 从开始运动至落地 重力对两小球做功的平均功率相同答案 C 6 2016年甘肃天水期中 用长度为l的不可伸长的轻质细绳悬挂一个质量为m的小球 将小球移至和悬点等高的位置使绳自然伸直 放手后小球在竖直平面内做圆周运动 小球在最低点的势能记为零 则小球运动过程中第一次动能和势能相等时 重力的瞬时功率为 答案 C 机车启动模型 模型 重点归纳 续表 续表 典例剖析 例4 2015年广东阳东一中月考 一种氢气燃料的汽车 质量为m 2 0 103kg 发动机的额定输出功率为80kW 汽车行驶在平直公路上时所受阻力恒为车重的0 1倍 若汽车从静止开始先匀加速启动 加速度的大小为a 1 0m s2 达到额定输出功率后 汽车保持功率不变又加速行驶了800m 直到获得最大速度后才匀速行驶 试求 1 汽车的最大行驶速度 2 汽车匀加速启动阶段结束时的速度 3 当速度为5m s时 汽车牵引力的瞬时功率 4 当汽车的速度为32m s时的加速度 5 汽车从静止到获得最大行驶速度所用的总时间 审题突破 1 当牵引力等于阻力时 汽车的速度最大 由 功率公式可求得最大行驶速度 2 由牛顿第二定律可求得匀速运动时的牵引力 匀加速启动阶段结束时功率达额定功率 由功率公式可求得匀加速结束时的速度 3 由 2 可知 速度为5m s时仍为匀加速过程 则由功率 公式可求得牵引力的瞬时功率 4 由功率公式可求得速度为32m s时的牵引力 由牛顿第 二定律可求得汽车的加速度 5 汽车行驶的总时间分为匀加速直线运动和变加速运动 的时间 变加速运动过程由动能定理可求得时间 解 1 汽车的最大行驶速度 汽车的最大行驶速度为40m s 2 设汽车匀加速启动阶段结束时的速度为v1 由F f ma 得F 4 103N 匀加速启动的最后速度为20m s 3 当速度为5m s时 处于匀加速阶段 牵引力的瞬时功率为P Fv 20kW 4 当速度为32m s时 处于恒定功率启动阶段 设牵引力为F 加速度为a 由F f ma 得a 0 25m s2速度为32m s时 加速度为0 25m s2 得t2 35s所以 总的时间为t t1 t2 55s汽车加速的总时间为55s 备考策略 1 解决机车启动问题 首先要弄清是哪种启动方式 然后采用分段处理法 在匀加速运动阶段常用牛顿第二定律和运动学公式结合分析 在非匀加速阶段 一般用动能定理 求解 2 在机车的功率P Fv中 F是指机车的牵引力 而不是车所受的合力 触类旁通 1 2016年黑龙江哈尔滨期中 水平路面上行驶的汽车所受到的阻力大小与汽车行驶的速率成正比 若汽车从静止出发 先做匀加速直线运动 达到额定功率后保持额定功率行驶 则在整个行驶过程中 汽车受到的牵引力大小与阻力大小的关系图 象正确的是 A B C D 答案 A 易错点 对力做功的理解 例5 2014年新课标卷 一物体静止在粗糙水平地面上 现用一大小为F1的水平拉力拉动物体 经过一段时间后其速度变为v 若将水平拉力的大小改为F2 物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v 对于上述两个过程 用WF1 WF2分别表示拉力F1 F2所做的功 Wf1 Wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功 则 A WF2 4WF1 Wf2 2Wf1B WF2 4WF1 Wf2 2Wf1C WF2 4WF1 Wf2 2Wf1D WF2 4WF1 Wf2 2Wf1 答案 C 指点迷津 求解功的问题一般来说有三条思路 一是从定义出发 利用W Fscos 求解 二是利用功能关系求解 如本题用动能定理求FN做的功 三是利用W Pt求解 触类旁通 2 多选 2015年浙江宁波模拟 如图5 1 10所示 摆球质量为m 悬线的长为L 把悬线拉到水平位置后放手 设在摆球从A点运动到B点的过程中空气阻力F阻的大小不变 则下列 说法正确的是 A 重力做功为mgLB 绳的拉力做功为0 图5 1 10 C 空气阻力F阻做功为 mgL 答案 ABD