高考物理一轮复习 第五章 第1单元 功和功率课件.ppt

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必考部分 第五章机械能及其守恒定律 第1单元功和功率 网控基础点提炼命题源 一 功1 做功的两个要素 1 作用在物体上的 2 物体在力的方向上发生的 2 公式 W Flcos 1 是力与 方向之间的夹角 l是物体对地的位移 2 该公式只适用于 做功 1 1 力位移2 1 位移恒力 读读教材 3 功的正负 2 正负克服不做功 二 功率1 物理意义 描述力对物体 2 公式 1 P P为时间t内的平均功率 2 P 为F与v的夹角 v为平均速度 则P为 v为瞬时速度 则P为 3 额定功率机械 时的最大输出功率 4 实际功率机械 时的输出功率 一般不大于 功率 3 正常工作4 实际工作额定 1 多选 如图所示 在皮带传送装置中 皮带把物体P匀速带至高处 在此过程中 下述说法正确的是 A 摩擦力对物体做正功B 摩擦力对物体做负功C 支持力对物体不做功D 合外力对物体做正功 练练基础 题组一 功的理解和计算 2 多选 如图所示的a b c d中 质量为M的物体甲受到相同的恒力F的作用 在力F作用下使物体甲在水平方向移动相同的位移 表示物体甲与水平面间的动摩擦因数 乙是随物体甲一起运动的小物块 比较物体甲移动的过程中力F对物体甲所做的功的大小 A Wa最小B Wd最大C Wa WcD 四种情况一样大 题组二 功率的理解和计算 4 多选 如图所示 物体A沿高为h 倾角为 的光滑斜面以初速度v0从顶端滑到底端 而相同的物体B以同样大小的初速度从等高处竖直上抛 则 A 两物体落地时速度的大小相同B 两物体落地时 重力的瞬时功率相同C 从开始运动至落地过程中 重力对它们做功相同D 从开始运动至落地过程中 重力对它们做功的平均功率相同 小思考微总结 研细核心点练透经典题 1 功的正负的判断方法 1 恒力做功的判断 若物体做直线运动 依据力与位移的夹角来判断 2 曲线运动中功的判断 若物体做曲线运动 依据F与v的方向夹角来判断 当0 90 力对物体做正功 90 180 力对物体做负功 90 力对物体不做功 考点一功的理解与计算 2 功的计算 1 恒力做功的计算方法根据公式W Flcos 直接计算 2 变力做功的计算方法 直接计算 对于满足特定条件的变力 可直接计算 详见 突出特色 强化技能 部分 间接计算 一般应用动能定理计算 3 总功的计算 1 总功等于合外力做的功 先求出物体所受各力的合力F合 再根据W总 F合lcos 计算总功 但应注意 应是合力与位移l的夹角 2 总功等于各力做功的代数和 分别求出每一个力做的功 W1 W2 W3 再把各个外力做的功求代数和 即W总 W1 W2 W3 调研1 如图所示 一质量为m的小球 用长为l的轻绳悬挂于O点 1 小球在水平拉力F的作用下从平衡位置P点缓慢地移动到Q点 此时悬线与竖直方向的夹角为 2 小球在水平恒力F作用下由P点移动到Q点 此时悬线与竖直方向的夹角为 求上述 1 2 两种情况下拉力F所做的功各为多大 试题调研 1 小球从P点缓慢移动到Q点的过程中 水平拉力F是恒力还是变力 如何计算水平拉力F做的功 提示 变力 根据动能定理计算 2 在水平恒力F作用下 小球从P点到Q点是做匀速圆周运动还是变速圆周运动 如何计算水平恒力做的功 提示 变速圆周运动 根据功的计算公式直接求解 解析 1 将小球 缓慢 地移动 可认为小球一直处于平衡状态 由平衡条件可求得 当轻绳与竖直方向夹角为 时 F mgtan 可见当 由零增大到 的过程中 F一直增大 小球由P移动到Q的过程中 动能不变 增加了势能 由于绳的拉力不做功 故拉力F做功的数值应与小球克服重力做功的数值相等 故有W mgl 1 cos 2 当小球在恒力F作用下由P运动到Q时 由公式知力F做的功为W Flsin 答案 1 mgl 1 cos 2 Flsin 1 首先明确哪一个力对哪一个物体做功 2 确定该力是恒力还是变力 针对不同情况采用不同的计算方法 3 根据力的方向和运动方向确定做正功还是做负功或不做功 这是在功的计算时容易忽略之处 名师归纳点题破疑 1 1 2015 河北邯郸一模 如图所示 自动卸货车静止在水平地面上 车厢在液压机的作用下 角缓慢增大 在货物相对车厢仍然静止的过程中 下列说法正确的是 A 货物受到的支持力变小B 货物受到的摩擦力变小C 货物受到的支持力对货物做负功D 货物受到的摩擦力对货物做负功 类题练熟 解析 对货物受力分析 货物受到重力 支持力和静摩擦力的作用 由平衡条件得FN mgcos Ff mgsin 由于 角缓慢增大 所以FN减小 Ff增大 A正确 B错误 货物受到的支持力的方向与瞬时速度方向相同 所以支持力对货物做正功 C错误 摩擦力的方向与位移方向垂直 不做功 D错误 1 2 2014 新课标全国卷 一物体静止在粗糙水平地面上 现用一大小为F1的水平拉力拉动物体 经过一段时间后其速度变为v 若将水平拉力的大小改为F2 物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v 对于上述两个过程 用WF1 WF2分别表示拉力F1 F2所做的功 Wf1 Wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功 则 A WF2 4WF1 Wf2 2Wf1B WF2 4WF1 Wf2 2Wf1C WF2 4WF1 Wf2 2Wf1D WF2 4WF1 Wf2 2Wf1 考点二功率的理解与计算 试题调研 解题探究 1 A B两物体从开始到落地 重力做的功相等吗 运动时间相等吗 提示 重力做的功相等 运动时间不相等 2 A B两物体落地时速度大小相等吗 重力做功的瞬时功率相等吗 提示 落地速度大小相等 但方向不同 重力做功的瞬时功率不同 答案 D 求力做功的功率时应注意的问题 1 首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率 对应于某一过程的功率为平均功率 对应于某一时刻的功率为瞬时功率 2 求功率大小时要注意F与v方向间的夹角 对结果的影响 3 用P Fcos 求平均功率时 应容易求得 如求匀变速直线运动中某力的平均功率 名师归纳点题破疑 2 1 2012 江苏单科 如图所示 细线的一端固定于O点 另一端系一小球 在水平拉力作用下 小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点 在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是 A 逐渐增大B 逐渐减小C 先增大 后减小D 先减小 后增大 类题练熟 解析 因小球速率不变 所以小球以O点为圆心做匀速圆周运动 受力如图所示 因此在切线方向上应有 mgsin Fcos 得F mgtan 则拉力F的瞬时功率P F vcos mgvsin 从A运动到B的过程中 拉力的瞬时功率随 的增大而增大 A项正确 2 2 质量为m的物体从倾角为 且固定的光滑斜面顶端由静止开始下滑 斜面高为h 当物体滑至斜面底端时 重力做功的瞬时功率为 1 两种启动方式对比 考点三机车启动问题 试题调研 解题探究 1 AB段表示什么不变 电动车做什么运动 提示 AB段表示牵引力不随速度变化 说明电动车做匀加速直线运动 2 BC段的斜率表示哪个物理量 是否变化 电动车做什么运动 提示 BC段的直线斜率表示电动车的输出功率 即额定功率 电动车做变加速直线运动 加速度减小 3 图线中的C点的含义是什么 提示 在状态C 速度不再增加 即电动车行驶的最大速度为15m s 做匀速直线运动 此时牵引力为400N 即阻力为400N 分析机车启动问题时应注意的三点 1 机车启动的方式不同 机车运动的规律就不同 因此机车启动时 其功率 速度 加速度 牵引力等物理量的变化规律也不相同 分析图象时应注意坐标轴的意义及图象变化所描述的规律 2 恒定功率下的加速运动一定不是匀加速运动 这种加速过程发动机做的功可用W Pt计算 不能用W Fl计算 因为F为变力 3 以恒定牵引力加速时的功率一定不恒定 这种加速过程发动机做的功常用W Fl计算 不能用W Pt计算 因为功率P是变化的 名师归纳点题破疑 3 1 2015 浙江金华模拟 一列火车总质量m 500t 机车发动机的额定功率P 6 105W 在水平轨道上行驶时 轨道对列车的阻力Ff是车重的0 01倍 取g 10m s2 求 1 列车在水平轨道上行驶的最大速度vm 2 在水平轨道上 发动机以额定功率P工作 当行驶速度为v1 1m s时 列车的瞬时加速度a1 3 在水平轨道上以36km h速度匀速行驶时 发动机的实际功率P 4 若火车从静止开始 保持a 0 5m s2的加速度做匀加速运动 这一过程维持的最长时间t 答案 1 12m s 2 1 1m s2 3 5 105W 4 4s 求解变力做功的常用方法 名师点睛 功的计算在中学物理中占有十分重要的地位 中学阶段所学的功的计算公式W Flcos 只能用于恒力做功情况 对于变力做功的计算则没有一个固定公式可用 但高考中变力做功问题也是经常考查的一类题目 现结合例题分析变力做功的五种求解方法 1 利用微元法求变力做功将物体的位移分割成许多小段 因小段很小 每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力 这样就将变力做功转化为在无数多个无穷小的位移上的恒力所做元功的代数和 此法在中学阶段 常应用于求解力的大小不变 方向改变的变力做功问题 经典范例1 如图所示 一个人推磨 其推磨杆的力的大小始终为F 与磨杆始终垂直 作用点到轴心的距离为r 磨盘绕轴缓慢转动 则在转动一周的过程中推力F做的功为 A 0B 2 rFC 2FrD 2 rF 解析 磨盘转动一周 力的作用点的位移为0 但不能直接套用W Flcos 求解 因为在转动过程中推力F为变力 我们可以用微元的方法来分析这一过程 由于F的方向在每时刻都保持与作用点的速度方向一致 因此可把圆周划分成很多小段来研究 如图所示 当各小段的弧长 si足够小 si 0 时 F的方向与该小段的位移方向一致 所以有 WF F s1 F s2 F s3 F si F 2 r 2 rF 这等效于把曲线拉直 答案 B 2 用动能定理求变力做功动能定理既适用于直线运动 也适用于曲线运动 既适用于求恒做力做功也适用于求变力做功 因使用动能定理可由动能的变化来求功 所以动能定理是求变力做功的首选 经典范例2 2015 上海崇明检测 质量为m的物体被绳经过光滑小孔而牵引在光滑的水平面上做匀速圆周运动 当绳子拉力为某个值F时 转动半径为R 当拉力逐渐减小到时 物体仍做匀速圆周运动 半径为2R 则此过程中物体克服外力所做的功为 答案 D 3 利用F x图象求变力做功在F x图象中 图线与x轴所围 面积 的代数和就表示力F在这段位移所做的功 且位于x轴上方的 面积 为正 位于x轴下方的 面积 为负 但此方法只适用于便于求图线所围面积的情况 答案 C 4 化变力为恒力求变力做功变力做功直接求解时 通常都比较复杂 但若通过转换研究的对象 有时可化为恒力做功 可以用W Flcos 求解 此法常常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中 经典范例4 如图所示 某人用大小不变的力F拉着放在光滑水平面上的物体 开始时与物体相连接的绳与水平面间的夹角是 当拉力F作用一段时间后 绳与水平面间的夹角为 已知图中的高度是h 求绳的拉力FT对物体所做的功 假设绳的质量 滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦不计 虽然求变力做功的方法较多 但不同的方法所适用的情况不相同 如化变力为恒力求变力的方法适用于力的大小不变方向改变的情况 利用平均力求变力做功的方法 适用于力的方向不变 其大小随位移均匀变化的情况 利用F x图象求功的方法 适用于已知所求的力的功对应的力随位移x变化的图象已知 且面积易于计算的情况 多维思考技法提炼