2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 基礎(chǔ)課1 功和功率課件.ppt

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高考導(dǎo)航 基礎(chǔ)課1功和功率 功 1 定義 一個(gè)物體受到力的作用 如果在上發(fā)生了一段位移 就說(shuō)這個(gè)力對(duì)物體做了功 2 做功的兩個(gè)要素 1 作用在物體上的 2 物體在力的方向上發(fā)生的 知識(shí)排查 力的方向 力 位移 3 公式 W 如圖1所示 圖1 1 是力與方向之間的夾角 l為力的作用點(diǎn)的位移 2 該公式只適用于做功 4 功的正負(fù) 1 當(dāng)0 90 時(shí) W 0 力對(duì)物體做 2 當(dāng)90 180 時(shí) W 0 力對(duì)物體做 或者說(shuō)物體這個(gè)力做了功 3 當(dāng) 90 時(shí) W 0 力對(duì)物體 Flcos 位移 恒力 正功 負(fù)功 克服 不做功 功率 1 定義 功與完成這些功所用時(shí)間的 2 物理意義 描述力對(duì)物體做功的 3 公式 1 P P為時(shí)間t內(nèi)的 2 P 為F與v的夾角 v為平均速度 則P為 v為瞬時(shí)速度 則P為 比值 快慢 平均功率 Fvcos 平均功率 瞬時(shí)功率 1 2018 廣西南寧模擬 關(guān)于功的概念 下列說(shuō)法正確的是 A 物體受力越大 位移越大 力對(duì)物體做功越多B 合力的功等于各分力功的矢量和C 摩擦力可以對(duì)物體做正功D 功有正 負(fù) 但正 負(fù)不表示方向 而表示大小 小題速練 解析因功的決定因素為力 位移及二者的夾角 若力大 位移大 但兩者夾角為90 時(shí) 則做功為0 故選項(xiàng)A錯(cuò)誤 合力的功等于各分力功的代數(shù)和 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 摩擦力可以做正功 也可以做負(fù)功 這要看摩擦力與位移的方向關(guān)系 故選項(xiàng)C正確 功是標(biāo)量 有正 負(fù)之分 但功的正 負(fù)不是表示方向 而是表示力對(duì)物體做功的效果 所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案C 2 人教版必修2 P59 T1改編 如圖2所示 質(zhì)量分別為m1和m2的兩個(gè)物體 m1 m2 在大小相等的兩個(gè)力F1和F2的作用下沿水平方向移動(dòng)了相同的距離 若F1做的功為W1 F2做的功為W2 則 A W1 W2B W1 W2C W1 W2D 條件不足 無(wú)法確定 圖2 解析由題意可得F1和F2是恒力 物體移動(dòng)的位移相同 并且力與位移的夾角相等 所以由功的公式W FLcos 可知 它們對(duì)物體做的功是相同的 選項(xiàng)C正確 答案C 答案BD 功的分析與計(jì)算 1 判斷力是否做功及做正 負(fù)功的方法 1 看力F的方向與位移l的方向間的夾角 常用于恒力做功的情形 2 看力F的方向與速度v的方向間的夾角 常用于曲線運(yùn)動(dòng)的情形 3 根據(jù)動(dòng)能的變化 動(dòng)能定理描述了合外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系 即W合 Ek 當(dāng)動(dòng)能增加時(shí)合外力做正功 當(dāng)動(dòng)能減少時(shí)合外力做負(fù)功 2 恒力做功的計(jì)算方法直接用W Flcos 計(jì)算 3 合力做功的計(jì)算方法方法一 先求合力F合 再用W合 F合lcos 求功 方法二 先求各個(gè)力做的功W1 W2 W3 再應(yīng)用W合 W1 W2 W3 求合力做的功 1 多選 一個(gè)力對(duì)物體做了負(fù)功 則說(shuō)明 A 這個(gè)力一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)B 這個(gè)力不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)C 這個(gè)力與物體運(yùn)動(dòng)方向的夾角 90 D 這個(gè)力與物體運(yùn)動(dòng)方向的夾角 90 時(shí) cos 0 力對(duì)物體做負(fù)功 此力阻礙物體的運(yùn)動(dòng) 故選項(xiàng)A C正確 答案AC 2 多選 小狗拉著雪橇在水平冰面上沿著圓弧形的道路勻速行駛 如圖3所示為雪橇受到的牽引力F及摩擦力Ff的示意圖 O為圓心 關(guān)于各力做功情況 下列說(shuō)法正確的是 A 牽引力F做正功B 摩擦力Ff做負(fù)功C F與Ff的合力做正功D F與Ff的合力不做功 圖3 解析牽引力做正功 選項(xiàng)A正確 由于雪橇在冰面上滑動(dòng) 其滑動(dòng)摩擦力方向必與運(yùn)動(dòng)方向相反 摩擦力做負(fù)功 所以選項(xiàng)B正確 雪橇做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 牽引力F及摩擦力Ff的合力提供向心力 指向圓心 所以不做功 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 D正確 答案ABD 3 2017 全國(guó)卷 14 如圖4所示 一光滑大圓環(huán)固定在桌面上 環(huán)面位于豎直平面內(nèi) 在大圓環(huán)上套著一個(gè)小環(huán) 小環(huán)由大圓環(huán)的最高點(diǎn)從靜止開(kāi)始下滑 在小環(huán)下滑的過(guò)程中 大圓環(huán)對(duì)它的作用力 A 一直不做功B 一直做正功C 始終指向大圓環(huán)圓心D 始終背離大圓環(huán)圓心 圖4 解析因?yàn)榇髨A環(huán)光滑 所以大圓環(huán)對(duì)小環(huán)的作用力只有彈力 且彈力的方向總是沿半徑方向 與速度方向垂直 故大圓環(huán)對(duì)小環(huán)的作用力一直不做功 選項(xiàng)A正確 B錯(cuò)誤 開(kāi)始時(shí)大圓環(huán)對(duì)小環(huán)的作用力背離圓心 到達(dá)圓心等高點(diǎn)及下方 大圓環(huán)對(duì)小環(huán)的作用力指向圓心 故選項(xiàng)C D錯(cuò)誤 答案A 4 如圖5所示 質(zhì)量為m的物體在恒力F的作用下從底端沿斜面向上一直勻速運(yùn)動(dòng)到頂端 斜面高h(yuǎn) 傾斜角為 現(xiàn)把物體放在頂端 發(fā)現(xiàn)物體在輕微擾動(dòng)后可勻速下滑 重力加速度大小為g 則在上升過(guò)程中恒力F做的功為 A FhB mghC 2mghD 無(wú)法確定 圖5 答案C 功率的理解與計(jì)算 2 瞬時(shí)功率的計(jì)算方法 1 利用公式P Fvcos 其中v為t時(shí)刻的瞬時(shí)速度 2 利用公式P FvF 其中vF為物體的速度v在力F方向上的分速度 3 利用公式P Fvv 其中Fv為物體受到的外力F在速度v方向上的分力 1 2017 佛山模擬 質(zhì)量為2kg的小鐵球從某一高度由靜止釋放 經(jīng)3s到達(dá)地面 不計(jì)空氣阻力 g取10m s2 則 A 2s末重力的瞬時(shí)功率為200WB 2s末重力的瞬時(shí)功率為400WC 2s內(nèi)重力的平均功率為100WD 2s內(nèi)重力的平均功率為400W 答案B 答案C 3 如圖6所示是具有登高平臺(tái)的消防車 具有一定質(zhì)量的伸縮臂能夠在5min內(nèi)使承載4人的登高平臺(tái) 人連同平臺(tái)的總質(zhì)量為400kg 上升60m到達(dá)滅火位置 此后 在登高平臺(tái)上的消防員用水炮滅火 已知水炮的出水量為3m3 min 水離開(kāi)炮口時(shí)的速率為20m s 取g 10m s2 則用于 A 水炮工作的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率約為1 104WB 水炮工作的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率約為4 104WC 水炮工作的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率約為2 4 106WD 伸縮臂抬升登高平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率約為800W 圖6 答案B 求解功率時(shí)應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題 1 首先要明確所求功率是平均功率還是瞬時(shí)功率 2 平均功率與一段時(shí)間 或過(guò)程 相對(duì)應(yīng) 計(jì)算時(shí)應(yīng)明確是哪個(gè)力在哪段時(shí)間 或過(guò)程 內(nèi)做功的平均功率 3 瞬時(shí)功率計(jì)算時(shí)應(yīng)明確是哪個(gè)力在哪個(gè)時(shí)刻 或狀態(tài) 的功率 1 模型一以恒定功率啟動(dòng) 1 此過(guò)程中 機(jī)車的速度v 牽引力F和機(jī)車的加速度a的變化情況如下 機(jī)車啟動(dòng)問(wèn)題 2 機(jī)車的速度v隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖7所示 圖7 2 模型二以恒定加速度啟動(dòng) 1 動(dòng)態(tài)變化過(guò)程如下 2 機(jī)車的速度v隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖8所示 3 四個(gè)常用規(guī)律 1 P Fv 2 F Ff ma 3 v at a恒定 4 Pt Ffx Ek P恒定 圖8 典例 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為60kW 汽車的質(zhì)量為5 103kg 汽車在水平路面上行駛時(shí) 阻力是車重力的0 1倍 g取10m s2 試求 1 若汽車保持額定功率不變從靜止啟動(dòng) 汽車所能達(dá)到的最大速度是多大 當(dāng)汽車的加速度為2m s2時(shí)速度是多大 2 若汽車從靜止開(kāi)始 保持以0 5m s2的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 這一過(guò)程能維持多長(zhǎng)時(shí)間 解析汽車運(yùn)動(dòng)中所受阻力大小為Ff 0 1mg 1 當(dāng)a 0時(shí)速度最大 牽引力等于Ff的大小 聯(lián)立 解得vmax 12m s 設(shè)汽車加速度為2m s2時(shí)牽引力為F1由牛頓第二定律得F1 Ff ma 聯(lián)立 并代入數(shù)據(jù)得v1 4m s 2 當(dāng)汽車以加速度a 0 5m s2勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí) 設(shè)牽引力為F2由牛頓第二定律得F2 Ff ma 答案 1 12m s4m s 2 16s 答案B A 汽車的加速度 時(shí)間圖象可用圖乙描述B 汽車的速度 時(shí)間圖象可用圖甲描述C 汽車的加速度 時(shí)間圖象可用圖丁描述D 汽車的速度 時(shí)間圖象可用圖丙描述 2 多選 汽車在平直的公路上以恒定的功率啟動(dòng) 設(shè)阻力恒定 則圖9中關(guān)于汽車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度 速度隨時(shí)間變化的關(guān)系 以下判斷正確的是 圖9 答案AB 變力做功的計(jì)算方法 科學(xué)思維能力的培養(yǎng) 例 2015 海南單科 如圖10所示 一半徑為R的半圓形軌道豎直固定放置 軌道兩端等高 質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)自軌道端點(diǎn)P由靜止開(kāi)始滑下 滑到最低點(diǎn)Q時(shí) 對(duì)軌道的正壓力為2mg 重力加速度大小為g 質(zhì)點(diǎn)自P滑到Q的過(guò)程中 克服摩擦力所做的功為 圖10 答案C 針對(duì)訓(xùn)練 輕質(zhì)彈簧右端固定在墻上 左端與一質(zhì)量m 0 5kg的物塊相連 如圖11甲所示 彈簧處于原長(zhǎng)狀態(tài) 物塊靜止 物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 2 以物塊所在處為原點(diǎn) 水平向右為正方向建立x軸 現(xiàn)對(duì)物塊施加水平向右的外力F F隨x軸坐標(biāo)變化的情況如圖乙所示 物塊運(yùn)動(dòng)至x 0 4m處時(shí)速度為零 則此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為 g 10m s2 A 3 1JB 3 5JC 1 8JD 2 0J 圖11 解析物塊與水平面間的摩擦力為Ff mg 1N 現(xiàn)對(duì)物塊施加水平向右的外力F 由F x圖象面積表示功可知 物塊運(yùn)動(dòng)至x 0 4m處時(shí)F做功W 3 5J 克服摩擦力做功Wf Ffx 0 4J 由功能關(guān)系可知W Wf Ep 此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep 3 1J 選項(xiàng)A正確 答案A