高考物理總復習 （人教） 知識研習課件 第5章第1講 功和能功率

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歡迎進入物理課堂 1 舉例說明功是能量轉化的量度 理解功和功率 2 通過實驗 探究恒力做功與物體動能變化的關系 理解動能和動能定理 會用動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系 4 通過實驗 驗證機械能守恒定律 理解機械能守恒定律 會利用機械能守恒定律分析生活和生產(chǎn)中的有關問題 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化和轉移的方向性 認識提高效率的重要性 了解能源與人類生存和社會發(fā)展的關系 知道可持續(xù)發(fā)展的重要意義 本部分涉及的內(nèi)容是動力學內(nèi)容的深化 其中動能定理 機械能守恒定律及功能關系是高考考查的熱點和重點 這部分內(nèi)容除單獨命題外 還常與圓周運動 平拋運動 帶電粒子在電磁場中的運動 電磁感應等內(nèi)容相結合 從題型上看 可以是選擇題 也可以是計算題 要深刻理解有關的基本概念 牢固掌握應用兩個定理解題的步驟 深入理解它們的內(nèi)涵和外延 學會將復雜的物理過程分解成若干個子過程 分析每一個過程的始末運動狀態(tài)量及物理過程中力 加速度 速度 能量的變化 要學會建立相關物理模型 靈活運用牛頓運動定律 動能定理 機械能守恒定律及能量轉化的方法提高解決實際問題的能力 1 功 1 做功的兩個不可缺少的因素 和物體在上發(fā)生的位移 2 公式 l表示力的作用點相對地面的位移 3 單位 1J 1N m 4 矢標性 功是 但有正 負功之分 正功表示對物體做功 負功表示對物體做功 物體受到力的作用 力的方向 W Fl 焦耳 標量 動力 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為瞬時速度 則P為 為F與v的夾角 所用時間 快慢 平均功率 平均功率 瞬時功率 4 額定功率 機械工作時輸出的功率 一般在機械的銘牌上標明 5 實際功率 機械實際工作時輸出的功率 要求它小于等于額定功率 正常 最大 即時鞏固解析為教師用書獨有 考點一判斷功的正 負的方法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)力和瞬時速度方向的夾角判斷 此法常用于判斷質點做曲線運動時變力的功 夾角是銳角做正功 是鈍角做負功 是直角不做功 3 從能量的轉化角度來進行判斷 若有能量轉化 則應有力做功 此法常用于判斷兩個相聯(lián)系的物體做功的情況 案例1 2009 廣東理科基礎 物體在合外力作用下做直線運動的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 動能增大 合外力做正功 A項正確 同理分析 0 2s內(nèi)合外力先做正功后做負功 B項錯誤 1 2s內(nèi)合外力做負功 C項錯誤 0 3s內(nèi)合外力先做正功 后做負功 D項錯誤 答案 A 即時鞏固1 如圖所示 物體沿弧形軌道滑下后進入足夠長的水平傳送帶 傳送帶以圖示方向勻速運轉 則傳送帶對物體做功情況可能是 A 始終不做功B 先做負功后做正功C 先做正功后不做功D 先做負功后不做功 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 設傳送帶速度大小為v1 物體剛滑上傳送帶時的速度大小為v2 當v1 v2時 物體隨傳送帶一起勻速運動 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v1v2時 物體相對傳送帶向左運動 物體受到的滑動摩擦力方向向右 則物體先做勻加速運動直到速度達到v1 再做勻速運動 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 計算功 注意 應是合外力與位移l的夾角 先分別求出各個外力的功 W1 F1lcos 1 W2 F2lcos 2 再把各個外力的功求代數(shù)和 即 W W1 W2 W3 3 與勢能相關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 只與位移有關 或者說只與始 末點的位置有關 它們的功可以根據(jù)對應勢能的變化來求 4 變力做功的求解方法 用動能定理W Ek或功能關系W E 功是能量轉化的量度 即用能量的增量等效代換變力所做的功 可計算變力功或恒力功 當變力的功率P一定時 可用W Pt求功 如機車牽引力做的功 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個量有關 與物體是否還受其他力 物體的速度 加速度等其他因素無關 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動 合外力方向不變 大小隨時間的變化如圖所示 設該物體在t0和2t0時刻相對于出發(fā)點的位移分別是x1和x2 速度分別是v1和v2 合外力從開始至t0時刻做的功是W1 從t0至2t0時刻做的功是W2 則 A x2 5x1v2 3v1B x1 9x2v2 5v1C x2 5x1W2 8W1D v2 3v1W2 9W1 答案 A C 即時鞏固2 如圖所示 三個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 可視為質點 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 三個物體克服摩擦力做的功一樣多 解析 因為三個固定斜面的表面情況一樣 A B C又是完全相同的三個物體 因此A B C與斜面之間的動摩擦因數(shù)相同可設為 由功的定義 W Ffx mgLcos mgd 三個固定斜面底邊長度d都相等 所以摩擦力對三個物體做的功相等 都為 mgd 因此三個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 開始時與物體相連的繩和水平面間的夾角是 當拉力F作用一段時間后 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 假定繩的質量 滑輪質量及繩與滑輪間的摩擦不計 解析 設繩的拉力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的作用點的位移大小為 x x1 x2 技巧點撥 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變力做功問題轉化為求恒力F對繩做功的問題 即時鞏固3 人在A點拉著繩通過一定滑輪吊起質量為m 50kg的物體 如圖所示 開始時繩與水平方向的夾角為60 人勻速提起重物由A點沿水平方向運動x 2m而到達B點 此時繩與水平方向成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 瞬時功率瞬時功率表示力在一段短時間內(nèi)做功的快慢程度 計算時應明確哪個力在哪個時刻 或狀態(tài) 的功率 用公式P F v來計算瞬時功率 公式中v應為瞬時速度 案例4 2009 遼寧 寧夏理綜 質量為m的物體靜止在光滑水平面上 從t 0時刻開始受到水平力的作用 力的大小F與時間t的關系如圖所示 力的方向保持不變 則 答案 B D 即時鞏固4 如圖所示 重物的質量為1kg 動滑輪質量不計 豎直向上拉動細繩 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)動滑輪的特點以及功的定義可得 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 考點四機動車輛起動的兩種方式1 機車以恒定功率起動的運動過程 2 機車以恒定加速度起動的運動過程 3 機車以恒定加速度起動時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 可按勻加速直線運動及平均功率處理 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 在起重機將質量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動 加速度a 0 2m s2 當起重機輸出功率達到其允許的最大值時 保持該功率直到重物做vm 1 02m s的勻速運動 取g 10m s2 不計額外功 求 1 起重機允許輸出的最大功率 2 重物做勻加速運動所經(jīng)歷的時間和起重機在第2秒末的輸出功率 解析 1 設起重機允許輸出的最大功率為P0 重物達到最大速度時拉力F0等于重力 P0 F0vm F0 mg 代入數(shù)據(jù) 有 P0 5 1 104W 2 勻加速運動結束時 起重機達到允許輸出的最大功率 設此時重物受到的拉力為F 速度為v1 勻加速運動經(jīng)歷時間為t1 有 P0 Fv1 F mg ma v1 at1 由 代入數(shù)據(jù) 得 t1 5s t 2s時 重物處于勻加速運動階段 設此時速度為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 即時鞏固5 質量為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 1 若以額定功率起動 求汽車達到的最大速度vm及汽車車速v1 2m s時的加速度 2 若汽車以v 6m s的速度勻速行駛 求汽車的實際功率 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 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全