2019版高考物理大一轮复习 专题五 机械能 第1讲 功和功率课件.ppt

专题五机械能 第1讲 功和功率 一 功 位移 Fscos 大小 1 做功的必要条件 方向 阻力 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 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 基础检测 1 多选 质量为m的物体静止在倾角为 的斜面上 斜面沿水平方向向右匀速移动了距离s 如图5 1 1所示 物体m相 图5 1 1 对斜面静止 则下列说法正确的是 A 重力对物体m做正功B 合力对物体m做功为零C 摩擦力对物体m做负功D 支持力对物体m做正功答案 BCD 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 Fvcos 平均功率 瞬时功率 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 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 2 在光滑的水平面上 用一水平拉力F使物体从静止开始移动x 平均功率为P 如果将水平拉力增加为4F 使同一物 体从静止开始移动x 则平均功率为 A 2P B 4P C 6P D 8P 考点1功的正负判断与恒力做功的计算 重点归纳 考向1功的正负的判断 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 考题题组 1 多选 如图5 1 2所示 在皮带传送装置中 皮带把物 体P匀速带至高处 在此过程中 下列说法中正确的是 A 摩擦力对物体做正功B 摩擦力对物体做负功C 支持力对物体不做功 图5 1 2 D 合力对物体做正功答案 AC 考向2 恒力做功的计算 1 单个力做的功 直接用W Flcos 计算 2 合力做的功方法一 先求合力F合 再用W合 F合lcos 求功 方法二 先求各个力做的功W1 W2 W3 再应用W合 W1 W2 W3 求合力做的功 考题题组 2 多选 如图5 1 3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maL 图5 1 3 C 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 C 考点2 几种求变力做功的方法 重点归纳1 动能定理既适用于直线运动 也适用于曲线运动 既适用于求恒力做功也适用于求变力做功 因使用动能定理可由动能的变化来求功 所以动能定理是求变力做功的首选 详见本章第2讲 2 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 详见本讲考点3 3 将变力做功转化为恒力做功 1 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 2 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 通过转换研究的对象 有时可化为恒力做功 用W Flcos 求解 此法常常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中 4 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 4所示图甲表示恒力F做的功W 图乙表示变力F做的功W 图丙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 4 5 利用微元法求变力做功 将物体的位移分割成许多小段 因小段很小 每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力 这样就将变力做功转化为在无数多个无穷小的位移上的恒力所做功的代数和 此法在中学阶段常应用于求解大小不变 方向改变的变力做功问题 考题题组 4 微元法 如图5 1 5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 图5 1 5 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 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 5 化变力为恒力 如图5 1 6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 W2 图5 1 6 C W1 W2D 无法确定W1和W2的大小关系 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 根据W Fscos A到B的过程中绳子与滑块的运动方向之间的夹角小于B到C的过程中绳子与滑块的运动方向之间的夹角 所以W1 W2 A正确 答案 A 6 图象法 如图5 1 7甲所示 静止于光滑水平面上坐标原点处的小物块 在水平拉力F作用下 沿x轴方向运动 拉力F随物块所在位置坐标x的变化关系如图乙所示 图线为半 圆 则小物块运动到x0处时F做的总功为 甲 乙 图5 1 7 考点3功率的理解及计算 重点归纳 3 计算功率的3个注意 1 要弄清楚是平均功率还是瞬时功率 2 平均功率与一段时间 或过程 相对应 计算时应明确是 哪个力在哪段时间 或过程 内做功的平均功率 3 瞬时功率计算时应明确是哪个力在哪个时刻 或状态 的功率 求解瞬时功率时 如果F与v不同向 可用力F乘以F方向的分速度 或速度v乘以速度方向的分力求解 考题题组 7 如图5 1 8所示 质量相同的两物体从同一高度由静止开始运动 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 8 答案 D 模型 机车启动模型 重点归纳1 两种启动方式的比较 续表 考向1 以恒定功率启动 例1 2015年新课标 卷 一汽车在平直公路上行驶 从某时刻开始计时 发动机的功率P随时间t的变化如图5 1 9所示 假定汽车所受阻力的大小Ff恒定不变 下列描述该汽车的速度 v随时间t变化的图线中 可能正确的是 图5 1 9 F Ff A B C D 解析 由P t图象知 0 t1内汽车以恒定功率P1行驶 t1 t2内汽车以恒定功率P2行驶 设汽车所受牵引力为F 则由P Fv得 当v增加时 F减小 由a m 知a减小 又因速 度不可能突变 所以选项B C D错误 A正确 答案 A 触类旁通 1 多选 2017年山东济南模拟 汽车在平直公路上以速度v0匀速行驶 发动机功率为P 牵引力为F0 t1时刻 司机减小了油门 使汽车的功率立即减小一半 并保持该功率继续行驶 到t2时刻 汽车又恢复了匀速直线运动 下列能正确表示这一过程中汽车牵引力F随时间t 速度v随时间t变化的图象 是 A B C D Ff F 解析 到t1时刻功率立即减小一半 但速度减小有一个过程 不能直接变为原来的一半 所以牵引力立即变为原来的一半 根据公式P Fv 之后保持该功率继续行驶 速度减小 牵引力增大 根据a m 摩擦力恒定 所以加速度逐渐减 小 即v t图象的斜率减小 当加速度为零时 做匀速直线运动 故选项A D正确 答案 AD 考向2 以恒定加速度启动 例2 一辆汽车从静止出发 在平直的公路上加速前进 如果发动机的牵引力保持恒定 汽车所受阻力保持不变 在此 过程中 A 汽车的速度与时间成正比B 汽车的位移与时间成正比C 汽车做变加速直线运动D 汽车发动机做的功与时间成正比 触类旁通 2 2017年浙江舟山模拟 质量为1 0 103kg的汽车 沿倾角为30 的斜坡由静止开始运动 汽车在运动过程中所受摩擦阻力大小恒为2000N 汽车发动机的额定输出功率为5 6 104W 开始时以a 1m s2的加速度做匀加速运动 g 10m s2 求 1 汽车做匀加速运动的时间t1 2 汽车所能达到的最大速率 3 若斜坡长143 5m 且认为汽车到达坡顶之前 已达到 最大速率 则汽车从坡底到坡顶需多长时间 解 1 由牛顿第二定律得F mgsin30 Ff ma 设匀加速过程的末速度为v 则有P Fvv at1 解得t1 7s 2 当达到最大速度vm时 a 0 则有P mgsin30 Ff vm解得vm 8m s