2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題五 機(jī)械能 第1講 功和功率課件.ppt

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專題五機(jī)械能 第1講功和功率 考點(diǎn)1 功 力 位移 力 位移 1 定義 力對(duì)物體做的功 等于 的大小 的大小 與 之間夾角的余弦三者的乘積 2 做功的兩要素 力和物體在 發(fā)生的位移 3 定義式 W 僅適用于 做功 功的單位為 功是 填 矢 或 標(biāo) 量 力的方向上 Fscos 恒力 焦耳 J 標(biāo) 能量 動(dòng)力 阻力 克服 4 物理意義 功是 轉(zhuǎn)化的量度 正功表示 做功 負(fù)功表示 做功 功的正 負(fù)不表示大小 僅表示動(dòng)力做功還是阻力做功 一個(gè)力對(duì)物體做負(fù)功 一般表述為物體 該力做功 取負(fù)功的絕對(duì)值 考點(diǎn)2 功率 1 功率 描述做功 的物理量 2 定義 功跟完成功所用 的比值叫做功率 3 功率的計(jì)算 快慢 時(shí)間 1 P 只能計(jì)算t時(shí)間內(nèi)的平均功率 2 P 若v為平均速度 則P為平均功率 若v為瞬時(shí)速度 則P為瞬時(shí)功率 表示 Fv cos F與v的夾角 基礎(chǔ)自測(cè) 1 如圖5 1 1所示 重物P放在一長(zhǎng)木板OA上 將長(zhǎng)木板繞O端轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度的過程中 重物P相對(duì)于木板始終保持靜止 關(guān)于木板對(duì)重物P的摩擦力和支持力做功的情況 正確 的是 A 摩擦力對(duì)重物做正功B 摩擦力對(duì)重物做負(fù)功 圖5 1 1 C 支持力對(duì)重物不做功D 支持力對(duì)重物做正功答案 D 2 列車提速的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題是提高機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 已知?jiǎng)蛩龠\(yùn)動(dòng)時(shí) 列車所受阻力與速度的二次方成正比 即f kv2 設(shè)提速前勻速運(yùn)動(dòng)的速度為80km h 提速后勻速運(yùn)動(dòng)的速度為120km h 則提速前與提速后機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率之比為 A 23 B 49 C 827 D 1681 答案 C 3 一小球以初速度v0水平拋出 不計(jì)空氣阻力 小球在空 中運(yùn)動(dòng)的過程中重力做功的功率P隨時(shí)間t變化的圖象是 A B C D 答案 A 4 如圖5 1 2所示 質(zhì)量為20kg的小孩坐在雪橇上 現(xiàn)用一個(gè)與水平方向成 37 角 大小為60N的力F拉著雪橇沿水平地面從靜止開始以a 0 5m s2的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 已知雪橇的質(zhì)量為20kg 求2s內(nèi)雪橇上各力做的功 合力做的功是多少 圖5 1 2 解 在豎直方向上雪橇沒有移動(dòng)位移 故重力和支持力做 功都為零 在水平方向上 2s內(nèi)雪橇移動(dòng)的位移為 故拉力做功為WF Fscos 60 1 cos37 J 48J根據(jù)牛頓第二定律 有Fcos f m小孩 m雪橇 a代入數(shù)據(jù)解得f 28N 故摩擦力做的功Wf f s 28JW合 WF Wf 48 28J 20J 熱點(diǎn)1 功的正負(fù)判斷與恒力 合力做功的計(jì)算 熱點(diǎn)歸納 1 功的正負(fù)的判斷方法 1 恒力做功的判斷 依據(jù)力與位移的夾角來判斷 2 曲線運(yùn)動(dòng)中做功的判斷 依據(jù)F與v的方向夾角 來判斷 當(dāng)0 90 力對(duì)物體做正功 90 180 力對(duì)物體做負(fù)功 90 力對(duì)物體不做功 3 依據(jù)能量變化來判斷 功是能量轉(zhuǎn)化的量度 若有能量轉(zhuǎn)化 則必有力對(duì)物體做功 2 恒力做功的計(jì)算方法 1 定義法 用力乘以力方向上的位移 比如重力做功就是用重力乘以重力方向上的位移 根據(jù)力和力的方向上位移的方向關(guān)系判斷功的正負(fù) 2 計(jì)算式法 根據(jù)功的計(jì)算式W Fscos 需要注意的是位移s為對(duì)地位移 嚴(yán)格講是力的作用點(diǎn)的位移 為力的方向與位移方向的夾角 3 合力做功的計(jì)算方法 1 合力做的功等于各力做功的代數(shù)和 即W合 W1 W2 W3 2 先求出物體受到的合力F合 再由W合 F合scos 求解 但應(yīng)注意 應(yīng)為合力與位移s的夾角 F合在運(yùn)動(dòng)過程中保持不變 考向1 功的計(jì)算 典題1 2014年新課標(biāo) 卷 一物體靜止在粗糙水平地 面上 現(xiàn)用一大小為F1的水平拉力拉動(dòng)物體 經(jīng)過一段時(shí)間后其速度變?yōu)関 若將水平拉力的大小改為F2 物體從靜止開始經(jīng)過同樣的時(shí)間后速度變?yōu)?v 對(duì)于上述兩個(gè)過程 用WF1 WF2分別表示拉力F1 F2所做的功 Wf1 Wf2分別表示前后兩次克服摩擦力所做的功 則 A WF2 4WF1 Wf2 2Wf1B WF2 4WF1 Wf2 2Wf1C WF2 4WF1 Wf2 2Wf1D WF2 4WF1 Wf2 2Wf1 答案 C 考向2 正負(fù)功的判斷 典題2 多選 如圖5 1 3所示 質(zhì)量為m的物體置于傾角為 的斜面上 物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 在外力作用下 斜面體以加速度a沿水平方向向左做勻加速運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)中物體m與斜面體相對(duì)靜止 則關(guān)于斜面對(duì)物體的支持力和摩擦 力的下列說法正確的是 A 支持力一定做正功B 摩擦力一定做正功C 摩擦力可能不做功D 摩擦力可能做負(fù)功 圖5 1 3 解析 支持力方向垂直斜面向上 故支持力一定做正功 而摩擦力是否存在需要討論 若摩擦力恰好為零 物體只受重力和支持力作用 如圖D25所示 此時(shí)加速度a gtan 當(dāng)a gtan 摩擦力沿斜面向下 摩擦力與位移夾角小于90 做正功 當(dāng)a gtan 摩擦力沿斜面向上 摩擦力與位移夾角大于90 做負(fù)功 綜上所述 A C D正確 圖D25 答案 ACD 熱點(diǎn)2 機(jī)車的啟動(dòng)運(yùn)行 熱點(diǎn)歸納 1 模型一 以恒定功率啟動(dòng) 1 動(dòng)態(tài)過程 2 啟動(dòng)過程的速度 時(shí)間圖象如圖5 1 4所示 圖5 1 4 2 模型二 以恒定加速度啟動(dòng) 1 動(dòng)態(tài)過程 2 啟動(dòng)過程的速度 時(shí)間圖象如圖5 1 5所示 圖5 1 5 典題3 一列火車總質(zhì)量m 500t 發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率P 6 105W 在軌道上行駛時(shí) 軌道對(duì)列車的阻力f是車重的0 01 g取10m s2 1 求列車在水平軌道上行駛的最大速度 2 在水平軌道上 發(fā)動(dòng)機(jī)以額定功率P工作 求當(dāng)行駛速度為v1 1m s和v2 10m s時(shí) 列車的瞬時(shí)加速度a1 a2的大小 3 列車在水平軌道上以36km h的速度勻速行駛時(shí) 求發(fā) 動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率P 4 若列車從靜止開始 保持0 5m s2的加速度做勻加速運(yùn) 動(dòng) 求這一過程維持的最長(zhǎng)時(shí)間 遷移拓展 2015年新課標(biāo) 卷 一汽車在平直公路上行駛 從某時(shí)刻開始計(jì)時(shí) 發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P隨時(shí)間t的變化如圖5 1 6所示 假定汽車所受阻力的大小f恒定不變 下列描述該汽 車的速度v隨時(shí)間t變化的圖線中 可能正確的是 圖5 1 6 A B C D 解析 0 t1時(shí)間內(nèi) 功率P1不變 這一段時(shí)間如果勻速 變大 牽引力大于阻力 則汽車的速度增加 由P2 Fv得v增加時(shí)F減小 故應(yīng)做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)直至勻速 C錯(cuò)誤 如果0 t1時(shí)間內(nèi)加速 由P1 Fv得0 t1時(shí)間內(nèi)應(yīng)做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)直至勻速 故A正確 B D錯(cuò)誤 答案 A 變力做功的計(jì)算方法求力做功時(shí) 一定要注意分析是求恒力做的功還是變力做的功 如果是求變力做的功 看能否轉(zhuǎn)化為求恒力做功的問題 不能轉(zhuǎn)化的 還可以借助微元法 圖象法 平均力法 功能關(guān)系等求解 考向1 微元法 將物體的位移分割成許多小段 因小段很小 每一小段上作用在物體上的力可以視為恒力 這樣就將變力做功轉(zhuǎn)化為在無數(shù)多個(gè)無窮小的位移上的恒力所做元功的代數(shù)和 此法在中學(xué)階段 常應(yīng)用于求解大小不變 方向改變的變力做功問題 圖5 1 7 解析 因?yàn)镕的方向不斷改變 不能用W Fscos 求解 但由于拉力F的方向時(shí)刻與小球運(yùn)動(dòng)方向一致 可采用微元法 把小球的位移分割成許多的小段 在每一小段位移上作用在小球上的力F可視為恒力 F做的總功即為F在各個(gè)小段上做功 答案 D 觸類旁通 多選 2016年浙江寧波模擬 如圖5 1 8所示 擺球質(zhì)量為m 懸線的長(zhǎng)為L(zhǎng) 把懸線拉到水平位置后放手 設(shè)在擺球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中空氣阻力F阻的大小不變 則下列說法正確的是 A 重力做功為mgLB 繩的拉力做功為0C 空氣阻力F阻做功為 mgL 圖5 1 8 答案 AB 考向2 轉(zhuǎn)換法 變力做功直接求解時(shí) 通常都比較復(fù)雜 但若通過轉(zhuǎn)換研究的對(duì)象 有時(shí)可化為恒力做功 用W Fscos 求解 此法常常應(yīng)用于輕繩通過定滑輪拉物體的問題中 典題5 如圖5 1 9所示 固定的光滑豎直桿上套著一個(gè)滑塊 滑塊用輕繩系著繞過光滑的定滑輪O 現(xiàn)以大小不變的拉力F拉繩 使滑塊從A點(diǎn)起由靜止開始上升 滑塊運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)速度最大 已知滑塊質(zhì)量為m 滑輪O到豎直桿的距離為d OAO 37 OCO 53 重力加速度為g 求 sin37 0 6 cos37 0 8 1 拉力F的大小 2 滑塊由A到C過程中拉力F做的功 圖5 1 9 解 1 對(duì)滑塊進(jìn)行受力分析 其到C點(diǎn)時(shí)速度最大 則此時(shí)其所受合力為零 正交分解滑塊在C點(diǎn)受到的拉力 根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件得 2 根據(jù)能量轉(zhuǎn)換思想 拉力F對(duì)繩的端點(diǎn)做的功就等于繩的拉力F對(duì)滑塊做的功 有 滑輪與A間的繩長(zhǎng)L1 dsin37 考向3 圖象法 在F x圖象中 圖線與x軸所圍 面積 的代數(shù)和就表示力F在這段位移所做的功 且位于x軸上方的 面積 為正 位于x軸下方的 面積 為負(fù) 但此方法只適用于便于求圖線所圍面積的情況 如三角形 矩形 圓等規(guī)則的幾何圖形 典題6 物體在水平拉力F作用下 沿x軸方向由坐標(biāo)原點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng) 設(shè)拉力F隨x的變化分別如圖5 1 10甲 乙 丙所示 其中圖甲為一半圓圖形 對(duì)應(yīng)拉力做功分別為W甲 W乙 W丙 則以下說法正確的是 甲 丙 乙圖5 1 10 A W甲 W乙 W丙C W甲 W乙 W丙 B W甲 W乙 W丙D 無法比較它們的大小 解析 由于F x圖象中 圖象與位移軸所圍成的 面積 即為力做的功 所以W甲 W乙 W丙 B項(xiàng)正確 答案 B 觸類旁通 如圖5 1 11甲所示 質(zhì)量為4kg的物體在水平推力作用下開始運(yùn)動(dòng) 推力大小F隨位移大小x變化的情況如圖乙所示 物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 0 5 g取10m s2 則 甲 乙 圖5 1 11A 物體先做加速運(yùn)動(dòng) 推力撤去后才開始做減速運(yùn)動(dòng)B 運(yùn)動(dòng)過程中推力做的功為200JC 物體在運(yùn)動(dòng)過程中的加速度先變小后不變D 因推力是變力 無法確定推力做功的大小 解析 滑動(dòng)摩擦力Ff mg 20N 物體先加速 當(dāng)推力減小到20N時(shí) 加速度減小為零 之后推力逐漸減小 物體做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)推力減小為零后做勻減速運(yùn)動(dòng) 選項(xiàng)A C錯(cuò)誤 F x圖象與橫軸所圍圖形的面積表示推力做的功 答案 B 考向4 平均力 求變力做功 當(dāng)力的方向不變而大小隨位移做線性變化時(shí) 可先求出力 F1 F22 再由W Fscos 計(jì)算 如彈簧彈 對(duì)位移的平均值F 力做功 典題7 多選 2017年江西九江三十校聯(lián)考 如圖5 1 12所示 n個(gè)完全相同 邊長(zhǎng)足夠小且互不粘連的小方塊依次排列 總長(zhǎng)度為l 總質(zhì)量為M 它們一起以速度v在光滑水平面上滑動(dòng) 某時(shí)刻開始滑上粗糙水平面 小方塊與粗糙水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 重力加速度為g 若小方塊恰能完全進(jìn)入粗 糙水平面 則所有小方塊克服摩擦力做的功為 圖5 1 12 答案 AC