高考物理一轮复习资料 5.1 功与功率课件 沪科.ppt

第五章第五章 机械功与能量守恒机械功与能量守恒考考纲纲下下载载内容内容要求要求功和功率功和功率动能和动能定理动能和动能定理重力做功与重力势能重力做功与重力势能功能关系、机械能守恒定律及其应用功能关系、机械能守恒定律及其应用实验：探究动能定理实验：探究动能定理实验：验证机械能守恒定律实验：验证机械能守恒定律考考纲纲解解读读1.理解功和功率的概念，并掌握功和功率的计算方法。理解功和功率的概念，并掌握功和功率的计算方法。2.理解动能的概念及其公式，会用动能定理处理问题。理解动能的概念及其公式，会用动能定理处理问题。3.理解重力势能、弹性势能的概念以及重力做功与重力势能变化理解重力势能、弹性势能的概念以及重力做功与重力势能变化 的关系。的关系。4.理解功和能的关系以及各种不同形式能的相互转化和守恒定律。理解功和能的关系以及各种不同形式能的相互转化和守恒定律。2021/8/11 星期三1 复习本章内容时应注意把握：抓住复习本章内容时应注意把握：抓住“功和能的关系功和能的关系”这这一基本线索，通过一基本线索，通过“能量转化能量转化”把各部分知识联系在一起。把各部分知识联系在一起。复习时重点把握好功的概念：正功和负功、变力的功；功率复习时重点把握好功的概念：正功和负功、变力的功；功率的概念：平均功率和瞬时功率、发动机的额定功率和实际功的概念：平均功率和瞬时功率、发动机的额定功率和实际功率问题。动能定理是一条适用范围很广的物理规律，作为传率问题。动能定理是一条适用范围很广的物理规律，作为传统考点，历年高考在不同题型、不同难度的试题中，从不同统考点，历年高考在不同题型、不同难度的试题中，从不同角度，都对该定理有相当充分的考查，今后仍是高考命题的角度，都对该定理有相当充分的考查，今后仍是高考命题的重中之重。机械能的概念和机械能守恒定律是学习各种不同重中之重。机械能的概念和机械能守恒定律是学习各种不同形式的能量转化规律的起点，也是运动学知识的进一步综合形式的能量转化规律的起点，也是运动学知识的进一步综合和扩展，题目特点以学科内的综合为主，例如机械能守恒与和扩展，题目特点以学科内的综合为主，例如机械能守恒与圆周运动、平抛运动、动量守恒定律的综合，有时也出现与圆周运动、平抛运动、动量守恒定律的综合，有时也出现与生产和科技相结合的题目。高考中能熟练运用机械能守恒定生产和科技相结合的题目。高考中能熟练运用机械能守恒定律对问题进行分析、综合、推理和判断是重点考查的方向。律对问题进行分析、综合、推理和判断是重点考查的方向。2021/8/11 星期三2考点考点1 功及功的计算功及功的计算 1.力是否对物体做功及做功正负的判断力是否对物体做功及做功正负的判断 (1)做功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通做功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的位移。在做功的过程中，一定要有力的作用；但有力的作用，不一定对物体过的位移。在做功的过程中，一定要有力的作用；但有力的作用，不一定对物体做了功。做了功。(2)根据功的公式判断：看力根据功的公式判断：看力F与物体的位移与物体的位移(或速度或速度)之间的夹角的大小。之间的夹角的大小。(3)根据功能关系：由于功是能量的转化量度，所以可以由运动物体能量的转根据功能关系：由于功是能量的转化量度，所以可以由运动物体能量的转化来判断力对物体的做功情况。若有能量转化，则必有力做功。此法常用于两个化来判断力对物体的做功情况。若有能量转化，则必有力做功。此法常用于两个相联系的物体做曲线运动的情况。相联系的物体做曲线运动的情况。2.常见的功的计算方法常见的功的计算方法 (1)恒力做功恒力做功 对恒力作用下物体的运动，力对物体做的功用对恒力作用下物体的运动，力对物体做的功用W=Fscos 求解。该公式可写求解。该公式可写成成W=F(scos)=(Fcos)s，即功等于力与力方向上位移的乘积或功等于位，即功等于力与力方向上位移的乘积或功等于位移与位移方向上力的乘积。移与位移方向上力的乘积。学案学案1 功与功率功与功率2021/8/11 星期三3 (2)变力做功变力做功 用动能定理用动能定理W=Ek或功能关系或功能关系W=E，即用能量的增量等效代换变力所做的，即用能量的增量等效代换变力所做的功。功。(也可计算恒力功也可计算恒力功)当变力的功率当变力的功率P一定时，可用一定时，可用W=Pt求功，如机车以恒定功率启动时。求功，如机车以恒定功率启动时。将变力做功转化为恒力做功。将变力做功转化为恒力做功。a.当力的大小不变当力的大小不变,而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功的大小等而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功的大小等于力和路程于力和路程(不是位移不是位移)的乘积。如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等。的乘积。如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等。b.当力的方向不变，大小随位移作线性变化时，可先求出力对位移的平均值当力的方向不变，大小随位移作线性变化时，可先求出力对位移的平均值F=(F1+F2)/2，再由，再由W=Fscos 计算，如弹簧弹力做功。计算，如弹簧弹力做功。作出变力作出变力F随位移随位移s变化的图像，图像与位移轴变化的图像，图像与位移轴所围的所围的“面积面积”即为变力做的功。图中即为变力做的功。图中(a)图表示恒力图表示恒力F做的功做的功W，(b)图表示变力图表示变力F做的功做的功W。(3)总功的求法总功的求法 总功等于合外力的功总功等于合外力的功 先求出物体所受各力的合力先求出物体所受各力的合力F合合，再根据，再根据W总总=F合合scos 计算总功，但应注意计算总功，但应注意 应应是合力与位移是合力与位移s的夹角。的夹角。总功等于各力做功的代数和总功等于各力做功的代数和 分别求出每一个力做的功：分别求出每一个力做的功：W1=F1s1cos 1，W2=F2s2cos 2，W3=F3s3cos 3，再把各个外力的功求代数和即：再把各个外力的功求代数和即：W总总=W1+W2+W3+2021/8/11 星期三4【例【例1】如图所示，一质量】如图所示，一质量m=4.0 kg的物体，由高的物体，由高h=2.0 m，倾角，倾角=53的的 斜面顶端滑到底端。物体与斜面间的动摩擦因数为斜面顶端滑到底端。物体与斜面间的动摩擦因数为=0.2。求物体所受。求物体所受 合外力的功。合外力的功。(g取取10 m/s2)【解析】【解析】以物体为研究对象。物体受重力以物体为研究对象。物体受重力mg、摩擦力摩擦力f、支持力、支持力N作用，其受力情况如图所示。作用，其受力情况如图所示。解法一：解法一：先求出各个力所做的功，再求总功。先求出各个力所做的功，再求总功。N=mgcos f=N=mgcos 物体的位移为物体的位移为s=h/sin 根据功的公式可求出根据功的公式可求出 重力的功为重力的功为 WG=mgssin=mgh=4.0102.0 J=80 J 摩擦力的功为摩擦力的功为Wf=-fs=-mgcos(h/sin)=-0.24.0102.0(3/4)J=-12 J 支持力的功为支持力的功为WN=0 故物体所受合外力的功为故物体所受合外力的功为 W总总=WG+WN+Wf=(80-12)J=68 J2021/8/11 星期三5解法二：解法二：先求物体的合外力，再求合外力的功。先求物体的合外力，再求合外力的功。如上图所示，物体所受的合外力为如上图所示，物体所受的合外力为F合合=mgsin-f=mgsin-mgcos=4.010(0.8-0.20.6)N=27.2 N物体的位移为物体的位移为s=h/sin=2/0.8 m=2.5 m故物体所受合外力的功为故物体所受合外力的功为W总总=F合合s=27.22.5 J=68 J。若合力为恒力，则求合力的功时可以有两种方法：若合力为恒力，则求合力的功时可以有两种方法：(1)先求合力，再利用先求合力，再利用W=Fscos 求合力的功。求合力的功。(2)先求各分力做的功，再求各分力做功的代数和即为先求各分力做的功，再求各分力做功的代数和即为合力的功。合力的功。2021/8/11 星期三6 1如图所示，质量为如图所示，质量为m的物体静止在倾角为的物体静止在倾角为 的斜面上，物体与斜面的动摩擦因数为的斜面上，物体与斜面的动摩擦因数为，现使斜面水平向左匀速移动距离现使斜面水平向左匀速移动距离l。求：。求：(1)摩擦力对物体做的功为多少？摩擦力对物体做的功为多少？(物体与斜物体与斜 面相对静止面相对静止)(2)斜面对物体的弹力做的功为多少？斜面对物体的弹力做的功为多少？(3)重力对物体做的功为多少？重力对物体做的功为多少？(4)斜面对物体做的功又是多少？各力对物体所做的总功是多斜面对物体做的功又是多少？各力对物体所做的总功是多 少？少？【答案】【答案】(1)-mglsin cos (2)mglsin cos (3)0 (4)0 02021/8/11 星期三7【例【例2】如图定滑轮至滑块的高度为】如图定滑轮至滑块的高度为h，已知人对细绳的拉力为，已知人对细绳的拉力为F(恒定恒定)，滑，滑 块沿水平面由块沿水平面由A点前进点前进s至至B点，滑块在初、末位置时细绳与水平方向夹点，滑块在初、末位置时细绳与水平方向夹 角分别为角分别为 和和。求滑块由。求滑块由A点运动到点运动到B点过程中，绳的拉力对滑块所做点过程中，绳的拉力对滑块所做 的功。的功。【解析】【解析】设绳对物体的拉力为设绳对物体的拉力为T，显然人对，显然人对绳的拉力绳的拉力F等于等于T。T在对物体做功的过程中大在对物体做功的过程中大小虽然不变，但其方向时刻在改变，因此该问小虽然不变，但其方向时刻在改变，因此该问题是变力做功的问题。但是在滑轮的质量以及题是变力做功的问题。但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的情况下，人对绳做的功就等于绳的拉力对物滑轮与绳间的摩擦不计的情况下，人对绳做的功就等于绳的拉力对物体做的功。而拉力体做的功。而拉力F的大小和方向都不变，所以的大小和方向都不变，所以F做的功可以用公式做的功可以用公式W=Fscos 直接计算。由题图可知，在绳与水平面的夹角由直接计算。由题图可知，在绳与水平面的夹角由 变到变到 的的过程中，拉力过程中，拉力F的作用点的位移大小为的作用点的位移大小为 s=s1-s2=h/sin-h/sin WT=WF=F s=Fh(1/sin-1/sin）2021/8/11 星期三8 利用几何关系求出拉过去的绳长，即利用几何关系求出拉过去的绳长，即F的作用点的位移，的作用点的位移，是求解本题的关键，也是此类题目易出现错误的地方。是求解本题的关键，也是此类题目易出现错误的地方。2人在人在A点拉着绳通过一定滑轮吊起质量点拉着绳通过一定滑轮吊起质量m=50 kg的物体如图所的物体如图所示。开始绳与水平方向夹角为示。开始绳与水平方向夹角为60，当人匀速提起重物由，当人匀速提起重物由A点点沿水平方向运动沿水平方向运动s=2 m而到达而到达B点，此时点，此时绳与水平方向成绳与水平方向成30 角，求人对绳的拉力角，求人对绳的拉力做了多少功？做了多少功？(g取取10 m/s2)【答案】【答案】732 J2021/8/11 星期三9考点考点2 功率及功率的计算功率及功率的计算 1.根据根据P=W/t求得的功率表示的是物体在一段时间内做求得的功率表示的是物体在一段时间内做功快慢的平均效果，即平均功率。当功快慢的平均效果，即平均功率。当t0时，时，P表示物体某表示物体某瞬间做功的快慢，即瞬时功率。瞬间做功的快慢，即瞬时功率。2.公式公式P=Fvcos 有两种用法：有两种用法：(1)求某一时刻的瞬时功率。这时求某一时刻的瞬时功率。这时F是该时刻的作用力是该时刻的作用力大小，大小，v取瞬时值，对应的取瞬时值，对应的P为为F在该时刻的瞬时功率；在该时刻的瞬时功率；(2)当当v为某段位移为某段位移(时间时间)内的平均速度时，则要求这内的平均速度时，则要求这段位移段位移(时间时间)内内F必须为恒力，对应的必须为恒力，对应的P为为F在该段时间内在该段时间内的平均功率。的平均功率。2021/8/11 星期三10【例【例3】如图所示，将质量为】如图所示，将质量为m的小球以初速度的小球以初速度v0从从A点水平抛出，正好垂点水平抛出，正好垂 直于斜面落在斜面上的直于斜面落在斜面上的B点。已知斜面的倾角为点。已知斜面的倾角为。(1)小球落到斜面上小球落到斜面上B点时重力做功的瞬点时重力做功的瞬 时功率是多少？时功率是多少？(2)小球从小球从A点到点到B点过程中重力做功的点过程中重力做功的 平均功率是多少？平均功率是多少？【解析】【解析】(1)将小球落在斜面上时的速将小球落在斜面上时的速度进行正交分解，如图所示。度进行正交分解，如图所示。小球在竖直方向上的分速度为小球在竖直方向上的分速度为vy=v0cot，所以，小球落到斜面上所以，小球落到斜面上B点时重力做功的瞬时点时重力做功的瞬时功率为：功率为：P=mgvy=mgv0cot。(2)小球从小球从A点到点到B点过程中重力做功的平点过程中重力做功的平均功率为：均功率为：2021/8/11 星期三11 (1)区分所求功率是平均功率还是瞬时功率是分析解答功区分所求功率是平均功率还是瞬时功率是分析解答功率问题的首要环节。率问题的首要环节。(2)对应于某一过程的功率为平均功率，对应于某一时刻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。的功率为瞬时功率。(3)瞬时功率等于力与物体在沿该力方向上分速度的乘积。瞬时功率等于力与物体在沿该力方向上分速度的乘积。3将一质量为将一质量为m的物体从离平地的物体从离平地h距离高处，以速度距离高处，以速度v0水平抛出，水平抛出，求在物体从抛出到落地过程中重力的平均功率和物体刚要落求在物体从抛出到落地过程中重力的平均功率和物体刚要落地时重力的功率。地时重力的功率。(不计空气阻力不计空气阻力)【答案】【答案】2021/8/11 星期三12【例【例4】汽车的质量为】汽车的质量为2000 kg，汽车发动机的额定功率为，汽车发动机的额定功率为80kW，它在平直的公路，它在平直的公路 上行驶时所受的阻力是上行驶时所受的阻力是4000 N。试求：。试求：(1)汽车保持额定功率从静止起动后达到的最大速度是多少？汽车保持额定功率从静止起动后达到的最大速度是多少？(2)若汽车以若汽车以2 m/s2的加速度做匀加速直线运动，可维持多长时间？的加速度做匀加速直线运动，可维持多长时间？(3)3 s末汽车的瞬时功率是多大？末汽车的瞬时功率是多大？(4)若汽车达到最大速度后，突然进入另一种路面，阻力变为原来的两倍，将若汽车达到最大速度后，突然进入另一种路面，阻力变为原来的两倍，将 做什么运动？做什么运动？考点考点3 机动车辆的两种起动方式机动车辆的两种起动方式 【解析】【解析】(1)汽车以额定功率运行，其牵引力汽车以额定功率运行，其牵引力 F=P/v 由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得F-f=ma 当当F=f时，时，a=0，此时汽车达到最大速度，此时汽车达到最大速度vm=P/F=P/f=80103/4 000 m/s=20 m/s。2021/8/11 星期三13 (2)汽车以恒定加速度启动后，则有汽车以恒定加速度启动后，则有 F-f=ma 所以所以F=f+ma=4000 N+20002 N=8000 N 匀加速运动可达到的最大速度匀加速运动可达到的最大速度 vm=P/F=80103/8000 m/s=10 m/s 所以匀加速运动的时间所以匀加速运动的时间t=vm/a=10/2 s=5 s。(3)由由(2)知汽车匀加速运动所需时间为知汽车匀加速运动所需时间为5 s，所以所以3 s末汽车仍处于匀加速阶段，故末汽车仍处于匀加速阶段，故 3 s末汽车的瞬时速度为：末汽车的瞬时速度为：v3=at=6 m/s。3 s末汽车的瞬时功率为：末汽车的瞬时功率为：P3=F v3=48 kW。(4)阻力突然增倍后，汽车做加速度逐渐减小的减速运动，最终做匀速阻力突然增倍后，汽车做加速度逐渐减小的减速运动，最终做匀速运动，速度为运动，速度为 vm=P/F=P/(2f)=80103/(24 000)m/s=10 m/s。(1)汽车发动机的额定功率是发动机的最大输出功率。汽车发动机的额定功率是发动机的最大输出功率。(2)发动机的输出功率就是牵引力的功率，即发动机的输出功率就是牵引力的功率，即P=Fv。2021/8/11 星期三14 4提高汽车运动速率的有效途径是增大发动机的功率和减小提高汽车运动速率的有效途径是增大发动机的功率和减小阻力因数阻力因数(设阻力与物体运动速率的平方成正比，即设阻力与物体运动速率的平方成正比，即f=kv2,k是阻力因数是阻力因数)。当发动机的额定功率为。当发动机的额定功率为P0时，物体运动的最时，物体运动的最大速率为大速率为vm，如果要使汽车运动的速率增大到，如果要使汽车运动的速率增大到2vm，则下列，则下列办法可行的是办法可行的是()A.阻力因数不变，使发动机额定功率增大到阻力因数不变，使发动机额定功率增大到2P0B.发动机额定功率不变，使阻力因数减小到发动机额定功率不变，使阻力因数减小到k/4C.阻力因数不变，使发动机额定功率增大到阻力因数不变，使发动机额定功率增大到8P0D.发动机额定功率不变，使阻力因数减小到发动机额定功率不变，使阻力因数减小到k/8C D2021/8/11 星期三152021/8/11 星期三16