南方新高考高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題五 第1講 功和功率課件 新人教版

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1、專題五機械能考點內(nèi)容要求熱點1.功和功率1.關(guān)于功和功率的考查，多以選擇題形式出現(xiàn).2.功能關(guān)系、機械能守恒、能量的轉(zhuǎn)化和守恒是解決物理問題的重要途徑.從近幾年高考來看，經(jīng)常以多過程、多狀態(tài)形式出題，常與平拋運動、圓周運動、電場、磁場、電磁感應(yīng)等知識結(jié)合考查，綜合性強，能力要求較高.3.近幾年高考試題與生產(chǎn)、生活實際相結(jié)合是一種命題趨勢.本專題知識與實際生產(chǎn)、生活聯(lián)系緊密，所以高考題往往將本專題知識放在一些與實際問題相結(jié)合的情景中考查，要求考生從實際情景中找出物理過程和狀態(tài)，并正確運用物理原理來解題.2.動能和動能定理3.重力做功與重力勢能4.功能關(guān)系、機械能守恒定律及其應(yīng)用實驗五：探究動能定

2、理實驗六：驗證機械能守恒定律第1講功和功率一、功1.做功的必要條件位移Fscos 力和物體在力的方向上發(fā)生_.2.公式：W_.適用于恒力做功.其中為 F、s方向間的夾角，s 為物體對地的位移.大小方向阻力3.功的正負(fù)：功是標(biāo)量，只有_，沒有_，但有正負(fù).正功表示力對物體做動力功，負(fù)功表示力對物體做_功(往往說成是物體克服這個力做功).二、功率做功的快慢1.概念：功跟完成這些功所用時間的比值.2.功率的物理意義：描述物體_.3.公式(1)P_，P 為時間 t 內(nèi)的平均功率.(2)P_，為 F 與 v 的夾角.若 v 為平均速度，則 P 為_.若 v 為瞬時速度，則 P 為_.Fvcos 平均功率

3、瞬時功率4.額定功率與實際功率(1)額定功率：長時間正常工作而不損壞機械的最大輸出功率.(2)實際功率：機械實際工作時的輸出功率，實際功率應(yīng)該小于或等于額定功率.【基礎(chǔ)檢測】(2016 年安徽渦陽檢測)如圖 5-1-1 所示，質(zhì)量相同的兩物體從同一高度同時由靜止開始運動，A 沿著固定在地面上的光滑斜面下滑，B 做自由落體運動.兩物體分別到達地面時，下列說法正確的是()圖 5-1-1A.重力的功WAWBB.重力的平均功率PAPBC.重力的瞬時功率PAPBD.A、B同時到達地面答案：C夾角功的正負(fù)物理意義W0力對物體做正功W0力對物體做負(fù)功，或者說物體克服這個力做了功W0力對物體不做功考點 1 判

4、斷功的正負(fù)重點歸納1.根據(jù)力和位移方向之間的夾角判斷：此法常用于恒力做功的判斷.2.根據(jù)力和瞬時速度方向的夾角判斷：此法常用于判斷質(zhì)點做曲線運動時變力做的功，夾角為銳角時做正功，夾角為鈍角時做負(fù)功，夾角為直角時不做功.3.根據(jù)能量變化來判斷：根據(jù)功是能量轉(zhuǎn)化的量度，若有能量轉(zhuǎn)化，則必有力對物體做功.系統(tǒng)的機械能增加，說明力對系統(tǒng)做正功，系統(tǒng)的機械能減少，說明力對系統(tǒng)做負(fù)功，此法常用于判斷相關(guān)聯(lián)的兩個物體之間相互作用力做的功.典例剖析例1：(2016 年廣東廣州執(zhí)信中學(xué)期中改編)如圖 5-1-2 所示，滑塊以速率 v1 沿斜面由底端向上滑行，至某一位置后返回，回到出發(fā)點時的速率變?yōu)関2，且v2

5、v1，則下列A.全過程中重力做功為零B.在上滑和下滑兩過程中，摩擦力均做負(fù)功圖 5-1-2C.在上滑和下滑兩過程中，摩擦力做功相等D.在上滑和下滑兩過程中，摩擦力的平均功率相等思維點撥：在滑塊整個運動過程中，摩擦力的方向始終和滑塊運動方向相反，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、下滑時間不同.解析：因物體回到出發(fā)點，故位移為零，則全過程中重力做功為零，選項A正確；在上滑和下滑兩過程中，都要克服摩擦力做功，選項B正確；在上滑和下滑兩過程中，摩擦力做功均為Wfmgcos l，故在上滑和下滑兩過程中，摩擦力做功相等，選項C正確；物體上滑的加速度a上gsin gcos ；

6、下滑的加速度：a下gsin gcos ，因上滑的加速度大于下滑答案：D【考點練透】1.人造地球衛(wèi)星在橢圓軌道上運行，在由圖 5-1-3 中的 a 點運動到 b 點的過程中()A.萬有引力對衛(wèi)星做正功B.萬有引力對衛(wèi)星做負(fù)功圖 5-1-3C.萬有引力對衛(wèi)星先做正功，再做負(fù)功D.萬有引力對衛(wèi)星一直不做功答案：B2.(2016 年福建師大附中期中)將質(zhì)量為 m 的物體在高空中以速率 v 水平向右拋出，由于風(fēng)力作用，經(jīng)過時間 t 后，物體下落一段高度，速率仍為 v，方向與初速度相反，如圖 5-1-4 所示.在這一)運動過程中，下列關(guān)于風(fēng)力做功的說法，正確的是(A.風(fēng)力對物體不做功圖 5-1-4D.由于

7、風(fēng)力方向未知，不能判斷風(fēng)力的做功情況答案：C考點2幾種求功的方法重點歸納1.恒力做功的計算：WFscos .2.總功的計算(1)若物體在整個運動過程中，受力情況不變，則先求合外力F合，再應(yīng)用公式W合F合scos 求功，其中為合力F合與位移s的夾角.(2)若物體在每一運動階段受力情況不同，則先求出每個力所做的功W1、W2、W3、Wn，再求W總W1W2W3Wn3.變力做功的計算(1)當(dāng)變力的功率 P 一定時，可用 WPt 求功，如機車恒功率啟動時.(2)將變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功.當(dāng)力的大小不變，而方向始終與運動方向相同或相反時，力所做的功等于力和路程(不是位移)的乘積.如滑動摩擦力做功、空氣阻力做

8、功等.當(dāng)力的方向不變，大小隨位移做線性變化時，可先求出功.如彈簧彈力做功.(3)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 5-1-5 所示甲圖表示恒力 F 做的功 W，乙圖表示變力 F 做的功 W，丙圖中橫軸上方的面積表示正功，橫軸下方的面積表示負(fù)功，其總功等于正、負(fù)功的代數(shù)和.圖 5-1-54.應(yīng)用動能定理WEk或功能關(guān)系WE，既可以求恒力做的功，又可以求變力做的功.典例剖析例 2：如圖 5-1-6 所示，一質(zhì)量為 m2.0 kg 的物體從半徑為 R5.0 m 的圓弧軌道的 A 端，在拉力作用下沿圓弧緩慢運動到 B 端(圓弧 AB 在豎直平面內(nèi)).

9、拉力 F 大小始終為 15 N，方向始終與物體在該點的切線方向成 37角.圓弧所對應(yīng)的圓心角為45，BO 邊在豎直方向.求在這一過程中(取g10 m/s2)：(1)拉力 F 做的功.(2)重力 G 做的功.(3)圓弧面對物體的支持力 FN 做的功.(4)圓弧面對物體的摩擦力 Ff 做的功.圖 5-1-6思維點撥：根據(jù)各個力的特點(是恒力還是變力)，選擇相應(yīng)的計算功的方法.解：(1)將圓弧AB分成很多小段l1、l2、ln，拉力在每小段上做的功為W1、W2、Wn，因拉力F大小不變，方向始終與物體在該點的切線成37角，所以W1Fl1cos 37、W2Fl2cos 37、WnFlncos 37所以WF

10、W1W2Wn F(l1l2ln)cos 37備考策略：在求解力做功的問題時，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)化的變力做功問題借助動能定理和能量守恒定律來求解.(2)重力G做的功WGmgR(1cos 45)29.3 J.(3)物體所受的支持力FN始終與物體的運動方向垂直，所以 0.(4)因物體在拉力F作用下緩慢移動，動能不變，由動能定理知WFWGWf0所以WfWFWG47.1 J29.3 J17.8 J.NFW【考點練透】A.7 JB.5 JC.3.5 JD.1 J答案：A3.(2016年甘肅天水期中)兩個相互垂直的力F1和F2

11、作用在同一物體上，使物體運動，物體通過一段位移時，力F1對物體做功4 J，力F2對物體做功3 J，則力F1與F2的合力對物體做的功為()4.如圖 5-1-7 所示，固定的光滑豎直桿上套著一個滑塊，用輕繩系著滑塊繞過光滑的定滑輪，以大小恒定的拉力 F 拉繩，使滑塊從 A 點起由靜止開始上升.若從 A 點上升至 B 點和從 B點上升至 C 點的過程中拉力 F 做的功分別為 W1 和 W2，滑塊經(jīng)B、C兩點的動能分別為EkB和EkC，圖中ABBC，則() A.W1W2B.W1W2C.W1W2D.無法確定 W1 和 W2 的大小關(guān)系圖 5-1-7解析：繩子對滑塊做的功為變力做功，可以通過轉(zhuǎn)換研究對象，

12、將變力的功轉(zhuǎn)化為恒力的功；因繩子對滑塊做的功等于拉力F對繩子做的功，而拉力F為恒力，WFl，l為繩拉滑塊過程中力 F 的作用點移動的位移，大小等于滑輪左側(cè)繩長的縮短量，由圖可知，lABlBC，故W1W2，A正確.答案：A考點3機車啟動問題典例剖析例 3：(多選，2014 年山東實驗中學(xué)模擬)一質(zhì)量為 1 kg 的質(zhì)點靜止于光滑水平面上，從 t0 時刻開始，受到水平外力 F)作用，如圖 5-1-8 所示.下列判斷正確的是(圖 5-1-8A.02 s 內(nèi)外力的平均功率是 4 WB.第 2 s 內(nèi)外力所做的功是 4 JC.第 2 s 末外力的瞬時功率最大D.第 1 s 末與第 2 s 末外力的瞬時功

13、率之比為 9 4選項 A 正確，選項 B 錯誤；第1 s末外力的瞬時功率P1F1v133 W9 W，第2 s末外力的瞬時功率P2F2v214 W4 W，故P 1P29 4.選項 C 錯誤，選項 D 正確.答案：AD備考策略：求功率問題：(1)首先要明確所求功率是平均功率還是瞬時功率，對應(yīng)于某一過程的功率為平均功率，對應(yīng)于某一時刻的功率為瞬時功率.(2)求功率大小時要注意F 與v 方向間的夾角對結(jié)果的影響.【考點練透】5.(2015 年河南洛陽模擬)把 A、B 兩相同小球在離地面同一高度處以相同大小的初速度 v0 分別沿水平方向和豎直方向拋)出，不計空氣阻力，如圖 5-1-9 所示，則下列說法正

14、確的是(A.兩小球落地時速度相同B.兩小球落地時，重力的瞬時功率相同C.從開始運動至落地，重力對兩小球做的功相同圖 5-1-9D.從開始運動至落地，重力對兩小球做功的平均功率相同答案：C6.(2016 年甘肅天水期中)用長度為 l 的不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩懸掛一個質(zhì)量為 m 的小球，將小球移至和懸點等高的位置使繩自然伸直，放手后小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動，小球在最低點的勢能記為零，則小球運動過程中第一次動能和勢能相等時)重力的瞬時功率為(答案：C方式恒定功率啟動恒定加速度啟動vt圖象機車啟動模型模型 重點歸納方式恒定功率啟動恒定加速度啟動過程分析(續(xù)表)方式恒定功率啟動恒定加速度啟動運動規(guī)律加速度

15、逐漸減小的變加速直線運動(對應(yīng)圖象中的OA 段)以 vm 做勻速直線運動(對應(yīng)圖象中的 AB 段)以加速度 a 做勻加速直線運動(對應(yīng)圖象中的 OA 段，勻加速運動的時間 t0加速度逐漸減小的變加速直線運動(對應(yīng)圖象中的 AB 段)以 vm 勻速直線運動(對應(yīng)圖象中的 BC段)(續(xù)表) 典例剖析例 4：(2015 年廣東陽東一中月考)一種氫氣燃料的汽車，質(zhì)量為m2.0103 kg，發(fā)動機的額定輸出功率為 80 kW，汽車行駛在平直公路上時所受阻力恒為車重的 0.1 倍.若汽車從靜止開始先勻加速啟動，加速度的大小為 a1.0 m/s2.達到額定輸出功率后，汽車保持功率不變又加速行駛了 800 m

16、，直到獲得最大速度后才勻速行駛.試求：(1)汽車的最大行駛速度.(2)汽車勻加速啟動階段結(jié)束時的速度.(3)當(dāng)速度為 5 m/s 時，汽車牽引力的瞬時功率.(4)當(dāng)汽車的速度為 32 m/s 時的加速度.(5)汽車從靜止到獲得最大行駛速度所用的總時間.審題突破：(1)當(dāng)牽引力等于阻力時，汽車的速度最大，由功率公式可求得最大行駛速度.(2)由牛頓第二定律可求得勻速運動時的牽引力，勻加速啟動階段結(jié)束時功率達額定功率，由功率公式可求得勻加速結(jié)束時的速度.(3)由(2)可知，速度為 5 m/s 時仍為勻加速過程，則由功率公式可求得牽引力的瞬時功率.(4)由功率公式可求得速度為 32 m/s 時的牽引力

17、，由牛頓第二定律可求得汽車的加速度.(5)汽車行駛的總時間分為勻加速直線運動和變加速運動的時間，變加速運動過程由動能定理可求得時間.解：(1)汽車的最大行駛速度汽車的最大行駛速度為40 m/s.(2)設(shè)汽車勻加速啟動階段結(jié)束時的速度為 v1，由Ffma，得F4103 N勻加速啟動的最后速度為 20 m/s.(3)當(dāng)速度為 5 m/s 時，處于勻加速階段，牽引力的瞬時功率為 PFv20 kW.(4)當(dāng)速度為 32 m/s 時，處于恒定功率啟動階段，設(shè)牽引力為 F，加速度為 a由Ffma，得a0.25 m/s2速度為32 m/s時，加速度為0.25 m/s2.得t235 s所以，總的時間為tt1t

18、255 s汽車加速的總時間為55 s.備考策略：(1)解決機車啟動問題，首先要弄清是哪種啟動方式，然后采用分段處理法.在勻加速運動階段常用牛頓第二定律和運動學(xué)公式結(jié)合分析，在非勻加速階段，一般用動能定理求解.(2)在機車的功率 PFv 中，F(xiàn) 是指機車的牽引力，而不是車所受的合力.【觸類旁通】1.(2016 年黑龍江哈爾濱期中)水平路面上行駛的汽車所受到的阻力大小與汽車行駛的速率成正比.若汽車從靜止出發(fā)，先做勻加速直線運動，達到額定功率后保持額定功率行駛，則在整個行駛過程中，汽車受到的牽引力大小與阻力大小的關(guān)系圖象正確的是()ABCD答案：A易錯點對力做功的理解例5：(2014年新課標(biāo)卷)一物

19、體靜止在粗糙水平地面上.現(xiàn)用一大小為F1的水平拉力拉動物體，經(jīng)過一段時間后其速度變?yōu)関.若將水平拉力的大小改為F2，物體從靜止開始經(jīng)過同樣的時間后速度變?yōu)?v.對于上述兩個過程，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.WF24WF1，Wf22Wf1 B.WF24WF1，Wf22Wf1C.WF24WF1，Wf22Wf1 D.WF24WF1，Wf22Wf1答案：C指點迷津：求解功的問題一般來說有三條思路.一是從定義出發(fā)，利用WFscos 求解；二是利用功能關(guān)系求解，如本題用動能定理求FN做的功；三是利用WPt求解.【觸類旁通】2.(多選，2015 年浙江寧波模擬)如圖 5-1-10 所示，擺球質(zhì)量為 m，懸線的長為 L，把懸線拉到水平位置后放手.設(shè)在擺球從 A 點運動到 B 點的過程中空氣阻力 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 0圖 5-1-10C.空氣阻力F阻做功為mgL答案：ABD