高考物理總復(fù)習(xí) （人教） 知識研習(xí)課件 第5章第1講 功和能功率

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歡迎進(jìn)入物理課堂 1 舉例說明功是能量轉(zhuǎn)化的量度 理解功和功率 2 通過實(shí)驗(yàn) 探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 理解動(dòng)能和動(dòng)能定理 會(huì)用動(dòng)能定理解釋生活和生產(chǎn)中的現(xiàn)象 3 理解重力勢能 知道重力勢能的變化與重力做功的關(guān)系 4 通過實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 理解機(jī)械能守恒定律 會(huì)利用機(jī)械能守恒定律分析生活和生產(chǎn)中的有關(guān)問題 5 了解自然界中存在多種形式的能量 知道能量守恒是最基本 最普遍的自然規(guī)律之一 6 通過能量守恒以及能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性 認(rèn)識提高效率的重要性 了解能源與人類生存和社會(huì)發(fā)展的關(guān)系 知道可持續(xù)發(fā)展的重要意義 本部分涉及的內(nèi)容是動(dòng)力學(xué)內(nèi)容的深化 其中動(dòng)能定理 機(jī)械能守恒定律及功能關(guān)系是高考考查的熱點(diǎn)和重點(diǎn) 這部分內(nèi)容除單獨(dú)命題外 還常與圓周運(yùn)動(dòng) 平拋運(yùn)動(dòng) 帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng) 電磁感應(yīng)等內(nèi)容相結(jié)合 從題型上看 可以是選擇題 也可以是計(jì)算題 要深刻理解有關(guān)的基本概念 牢固掌握應(yīng)用兩個(gè)定理解題的步驟 深入理解它們的內(nèi)涵和外延 學(xué)會(huì)將復(fù)雜的物理過程分解成若干個(gè)子過程 分析每一個(gè)過程的始末運(yùn)動(dòng)狀態(tài)量及物理過程中力 加速度 速度 能量的變化 要學(xué)會(huì)建立相關(guān)物理模型 靈活運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律 動(dòng)能定理 機(jī)械能守恒定律及能量轉(zhuǎn)化的方法提高解決實(shí)際問題的能力 1 功 1 做功的兩個(gè)不可缺少的因素 和物體在上發(fā)生的位移 2 公式 l表示力的作用點(diǎn)相對地面的位移 3 單位 1J 1N m 4 矢標(biāo)性 功是 但有正 負(fù)功之分 正功表示對物體做功 負(fù)功表示對物體做功 物體受到力的作用 力的方向 W Fl 焦耳 標(biāo)量 動(dòng)力 阻力 2 功率 1 定義 功跟完成這些功的比值 2 物理意義 功率描述做功的 功率大則做功快 功率小則做功慢 P Fvcos 中 若v為平均速度 則P為 v為瞬時(shí)速度 則P為 為F與v的夾角 所用時(shí)間 快慢 平均功率 平均功率 瞬時(shí)功率 4 額定功率 機(jī)械工作時(shí)輸出的功率 一般在機(jī)械的銘牌上標(biāo)明 5 實(shí)際功率 機(jī)械實(shí)際工作時(shí)輸出的功率 要求它小于等于額定功率 正常 最大 即時(shí)鞏固解析為教師用書獨(dú)有 考點(diǎn)一判斷功的正 負(fù)的方法1 根據(jù)力和位移方向的夾角判斷 此法常用于恒力功的判斷 2 根據(jù)力和瞬時(shí)速度方向的夾角判斷 此法常用于判斷質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)變力的功 夾角是銳角做正功 是鈍角做負(fù)功 是直角不做功 3 從能量的轉(zhuǎn)化角度來進(jìn)行判斷 若有能量轉(zhuǎn)化 則應(yīng)有力做功 此法常用于判斷兩個(gè)相聯(lián)系的物體做功的情況 案例1 2009 廣東理科基礎(chǔ) 物體在合外力作用下做直線運(yùn)動(dòng)的v t圖象如圖所示 下列表述正確的是 A 在0 1s內(nèi) 合外力做正功B 在0 2s內(nèi) 合外力總是做負(fù)功C 在1 2s內(nèi) 合外力不做功D 在0 3s內(nèi) 合外力總是做正功 解析 從圖象上可知 0 1s內(nèi)物體的速度增大 動(dòng)能增大 合外力做正功 A項(xiàng)正確 同理分析 0 2s內(nèi)合外力先做正功后做負(fù)功 B項(xiàng)錯(cuò)誤 1 2s內(nèi)合外力做負(fù)功 C項(xiàng)錯(cuò)誤 0 3s內(nèi)合外力先做正功 后做負(fù)功 D項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 A 即時(shí)鞏固1 如圖所示 物體沿弧形軌道滑下后進(jìn)入足夠長的水平傳送帶 傳送帶以圖示方向勻速運(yùn)轉(zhuǎn) 則傳送帶對物體做功情況可能是 A 始終不做功B 先做負(fù)功后做正功C 先做正功后不做功D 先做負(fù)功后不做功 解析 要判斷傳送帶對物體的做功情況需分析物體所受摩擦力的可能方向 設(shè)傳送帶速度大小為v1 物體剛滑上傳送帶時(shí)的速度大小為v2 當(dāng)v1 v2時(shí) 物體隨傳送帶一起勻速運(yùn)動(dòng) 故傳送帶與物體之間不存在摩擦力 即傳送帶對物體始終不做功 A正確 當(dāng)v1v2時(shí) 物體相對傳送帶向左運(yùn)動(dòng) 物體受到的滑動(dòng)摩擦力方向向右 則物體先做勻加速運(yùn)動(dòng)直到速度達(dá)到v1 再做勻速運(yùn)動(dòng) 故傳送帶對物體先做正功后不做功 C正確 答案 A C D 考點(diǎn)二幾種求功的方法1 恒力做功的求解方法用W Flcos 求解 處理方法有兩種 一是用力F乘以物體在力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 乘以物體的位移l 2 合外力的功求解方法 先用平行四邊形定則求出合外力 再根據(jù)W F合lcos 計(jì)算功 注意 應(yīng)是合外力與位移l的夾角 先分別求出各個(gè)外力的功 W1 F1lcos 1 W2 F2lcos 2 再把各個(gè)外力的功求代數(shù)和 即 W W1 W2 W3 3 與勢能相關(guān)的力的功的求法如重力 彈簧的彈力 電場力等 它們的功與路徑無關(guān) 只與位移有關(guān) 或者說只與始 末點(diǎn)的位置有關(guān) 它們的功可以根據(jù)對應(yīng)勢能的變化來求 4 變力做功的求解方法 用動(dòng)能定理W Ek或功能關(guān)系W E 功是能量轉(zhuǎn)化的量度 即用能量的增量等效代換變力所做的功 可計(jì)算變力功或恒力功 當(dāng)變力的功率P一定時(shí) 可用W Pt求功 如機(jī)車牽引力做的功 作出變力F隨位移l變化的圖象 圖象與位移軸所圍的 面積 即為變力做的功 如圖 a 表示恒力F做的功W 圖 b 表示變力F做的功W 技巧提示 恒力做功的大小只與F l 這3個(gè)量有關(guān) 與物體是否還受其他力 物體的速度 加速度等其他因素?zé)o關(guān) 案例2 2009 海南高考 一物體在外力的作用下從靜止開始做直線運(yùn)動(dòng) 合外力方向不變 大小隨時(shí)間的變化如圖所示 設(shè)該物體在t0和2t0時(shí)刻相對于出發(fā)點(diǎn)的位移分別是x1和x2 速度分別是v1和v2 合外力從開始至t0時(shí)刻做的功是W1 從t0至2t0時(shí)刻做的功是W2 則 A x2 5x1v2 3v1B x1 9x2v2 5v1C x2 5x1W2 8W1D v2 3v1W2 9W1 答案 A C 即時(shí)鞏固2 如圖所示 三個(gè)固定的斜面底邊長度都相等 斜面傾角分別為30 45 60 斜面的表面情況都一樣 完全相同的物體 可視為質(zhì)點(diǎn) A B C分別從三斜面的頂部滑到底部的過程中 A 物體A克服摩擦力做的功最多B 物體B克服摩擦力做的功最多C 物體C克服摩擦力做的功最多D 三個(gè)物體克服摩擦力做的功一樣多 解析 因?yàn)槿齻€(gè)固定斜面的表面情況一樣 A B C又是完全相同的三個(gè)物體 因此A B C與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同可設(shè)為 由功的定義 W Ffx mgLcos mgd 三個(gè)固定斜面底邊長度d都相等 所以摩擦力對三個(gè)物體做的功相等 都為 mgd 因此三個(gè)物體克服摩擦力做的功一樣多 都為 mgd 答案 D 案例3 如圖所示 某人用大小不變的力F拉著放在光滑平面上的物體 開始時(shí)與物體相連的繩和水平面間的夾角是 當(dāng)拉力F作用一段時(shí)間后 繩與水平面間的夾角為 已知圖中的高度是h 求繩的拉力FT對物體所做的功 假定繩的質(zhì)量 滑輪質(zhì)量及繩與滑輪間的摩擦不計(jì) 解析 設(shè)繩的拉力FT對物體做的功為WFT 人的拉力F對繩做的功為WF 由圖可知 在繩與水平面的夾角由 變到 的過程中 拉力F的作用點(diǎn)的位移大小為 x x1 x2 技巧點(diǎn)撥 作用在物體上的拉力FT大小不變 方向變化 是變力做功問題 人對繩的拉力F對繩做的功就等于繩的拉力FT對物體做的功 而F的大小和方向都不變 利用等效法改變研究對象 就把求FT變力做功問題轉(zhuǎn)化為求恒力F對繩做功的問題 即時(shí)鞏固3 人在A點(diǎn)拉著繩通過一定滑輪吊起質(zhì)量為m 50kg的物體 如圖所示 開始時(shí)繩與水平方向的夾角為60 人勻速提起重物由A點(diǎn)沿水平方向運(yùn)動(dòng)x 2m而到達(dá)B點(diǎn) 此時(shí)繩與水平方向成30 角 求人對繩的拉力做了多少功 取g 10m s2 解析 人對繩的拉力大小雖然始終等于物體的重力 但方向卻時(shí)刻在變 而已知的位移x又是人沿水平方向走的距離 所以無法利用W Flcos 直接求拉力做的功 若轉(zhuǎn)換一下研究對象則不難發(fā)現(xiàn) 人對繩的拉力的功與繩對物體的拉力的功相等 而繩對物體的拉力是恒力 這種轉(zhuǎn)換研究對象的辦法也是求變力做功的有效途徑之一 人對繩子做的功為W Fl mg h 代入數(shù)據(jù)可得 W 732J 答案 732J 2 瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率表示力在一段短時(shí)間內(nèi)做功的快慢程度 計(jì)算時(shí)應(yīng)明確哪個(gè)力在哪個(gè)時(shí)刻 或狀態(tài) 的功率 用公式P F v來計(jì)算瞬時(shí)功率 公式中v應(yīng)為瞬時(shí)速度 案例4 2009 遼寧 寧夏理綜 質(zhì)量為m的物體靜止在光滑水平面上 從t 0時(shí)刻開始受到水平力的作用 力的大小F與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示 力的方向保持不變 則 答案 B D 即時(shí)鞏固4 如圖所示 重物的質(zhì)量為1kg 動(dòng)滑輪質(zhì)量不計(jì) 豎直向上拉動(dòng)細(xì)繩 使重物從靜止開始以5m s2的加速度上升 則拉力F在1s內(nèi)對物體做的功為多大 拉力F在1s末的瞬時(shí)功率是多大 取g 10m s2 解析 對物體和滑輪受力分析 由牛頓第二定律得 2F mg ma 根據(jù)動(dòng)滑輪的特點(diǎn)以及功的定義可得 在1s內(nèi)力F做的功為W F 2h 1s末力F對物體做功的瞬時(shí)功率為P F 2v 聯(lián)立上述方程 代入數(shù)據(jù)可得 W 37 5J P 75W 答案 37 5J75W 考點(diǎn)四機(jī)動(dòng)車輛起動(dòng)的兩種方式1 機(jī)車以恒定功率起動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程 2 機(jī)車以恒定加速度起動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程 3 機(jī)車以恒定加速度起動(dòng)時(shí)的分段處理方法上圖 b 中 t0以前P均勻增加 P Fv a不變 v均勻增加 可按勻加速直線運(yùn)動(dòng)及平均功率處理 案例5 2009 四川理綜 圖示為修建高層建筑常用的塔式起重機(jī) 在起重機(jī)將質(zhì)量m 5 103kg的重物豎直吊起的過程中 重物由靜止開始向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 加速度a 0 2m s2 當(dāng)起重機(jī)輸出功率達(dá)到其允許的最大值時(shí) 保持該功率直到重物做vm 1 02m s的勻速運(yùn)動(dòng) 取g 10m s2 不計(jì)額外功 求 1 起重機(jī)允許輸出的最大功率 2 重物做勻加速運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間和起重機(jī)在第2秒末的輸出功率 解析 1 設(shè)起重機(jī)允許輸出的最大功率為P0 重物達(dá)到最大速度時(shí)拉力F0等于重力 P0 F0vm F0 mg 代入數(shù)據(jù) 有 P0 5 1 104W 2 勻加速運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí) 起重機(jī)達(dá)到允許輸出的最大功率 設(shè)此時(shí)重物受到的拉力為F 速度為v1 勻加速運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷時(shí)間為t1 有 P0 Fv1 F mg ma v1 at1 由 代入數(shù)據(jù) 得 t1 5s t 2s時(shí) 重物處于勻加速運(yùn)動(dòng)階段 設(shè)此時(shí)速度為v2 輸出功率為P 則v2 at P Fv2 由 代入數(shù)據(jù) 得 P 2 04 104W 答案 1 5 1 104W 2 2 04 104W 即時(shí)鞏固5 質(zhì)量為m 5 103kg的汽車在水平公路上行駛 阻力是車重的10 讓車保持額定功率為60kW從靜止開始起動(dòng) 1 若以額定功率起動(dòng) 求汽車達(dá)到的最大速度vm及汽車車速v1 2m s時(shí)的加速度 2 若汽車以v 6m s的速度勻速行駛 求汽車的實(shí)際功率 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 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全