物理第5章 机械能 第1节 功、功率 新人教版.ppt

20172017高三一轮总高三一轮总复习复习物物 理理必修二必修二第五章机械能第五章机械能考纲要求近三年命题分析备考策略201320142015功的考查主要涉及到恒力做功和变力做功的求解功率的考查要注意分清平均功率和瞬时功率，额定功率和实际功率动能定理应用的考查是重中之重，利用动能定理求解变力做功问题机械能守恒定律的考查，涉及到守恒条件的判断，单个物体的机械能守恒，系统的机械能守恒问题，合理的选择研究的对象是关键掌握常见的功能关系，这里涉及到了子弹打木块的模型，传送带的模型等，是能量观点解题的核心思想能量守恒定律作为普遍定律应用非常广泛，合理的分清能量的组成是解题的关键.功和功率新课标卷：第21题6分浙江卷：第17题6分新课标卷：第16题6分新课标卷：第17题6分天津卷：第10题16分浙江卷：第18题6分动能和动能定理新课标卷：第20题6分北京卷：第23题18分新课标卷：第17题6分北京卷：第23题18分浙江卷：第23题16分重力做功与重力势能没有单独命题功能关系、机械能守恒定律及其应用天津卷：第2题4分江苏卷：第9题4分北京卷：第22题16分新课标卷：第21题6分江苏卷：第9题4分天津卷：第5题6分第一节功功率第一节功功率栏目导航1 12 24 4基础知识基础知识整合整合热门考点研热门考点研析析考题随堂演练考题随堂演练3 3物理模型构物理模型构建建基础知识整合(多选)下列说法中正确的是()A相互摩擦的物体系统中摩擦力做功的代数和不一定为零B一质点受两个力作用且处于平衡状态(静止或匀速)，这两个力在同一段时间内做的功或者都为零，或者大小相等符号相反C在同样的时间内，作用力和反作用力的功大小不一定相等，但正负号一定相反D在同样的时间内，作用力和反作用力的功大小不一定相等，正负号也不一定相反【思路引导】1.一对平衡力和一对相互作用力的区别是什么？2回忆功的计算公式和功的正负的判断方法【解析】本题考查了摩擦力做功、一对平衡力做功以及作用力和反作用力做功的特点恒力做功等于力乘以在力的方向上的位移，一对静摩擦力作用的系统，组成系统的甲、乙物体间没有相对滑动，位移相等，根据功的定义可知，静摩擦力对物体甲做正功，对物体乙做负功，做功的代数和为零，一对滑动摩擦力作用的系统，组成系统的甲、乙物体间存在相对滑动，位移不等，滑动摩擦力对物体甲做正功，对物体乙做负功，做功的代数和不为零，A选项正确；一对平衡力具有大小相等、方向相反、作用在同一物体上的特性，故一对平衡力对物体要么不做功，要么一个做正功，另一个做负功，做功的代数和为零，B选项正确；如上所述，一对静摩擦力或滑动摩擦力是一对相互作用力，相互作用力作用在不同的物体上，他们的运动方式可能并不相同，如果一个物体移动，而另一个物体不移动的话，一个做功，另一个就不做功，所以在同样的时间内，作用力和反作用力的功大小不一定相等，正负号也不一定相反，C选项错误，D选项正确 功1定义：物体受到力的作用、并在_上发生了一段位移，就说力对物体做了功2做功的两个必要条件：力和物体在力的方向上发生的_3公式：W _，功的单位是焦耳，符号是J.本式适用于恒力做功，其中为F、l方向间夹角，l为物体对地的位移知识点知识点1 力的方向力的方向位移位移Flcos4变力做功(2)图象法：力F与位移l围成图象的面积，表示力做的功(3)功率法：机车恒定功率行驶，牵引力做功可表示为W_.(4)转换法：变换研究对象，化变力做功为恒力做功(5)功能法：利用动能定理求解变力做功力随位移线性变化力随位移线性变化 Pt5合力做功的求法(1)先求出合力，再求合力的功，W合_.(2)求出各个力做的功，再求代数和，W合 _(3)利用动能定理求合力的功，W合 _.F合合lcosW1W2W3.Ek 功率2瞬时功率：P_.3额定功率：机械正常工作时输出的最大功率，机械在额定功率下工作，F和 v是相互制约的4实际功率：机械实际工作时的输出功率，P实Fv，式中的力F和速度v都是同一时刻的_，实际功率应_知识点知识点2Fvcos瞬时值瞬时值小于或等于额定功率小于或等于额定功率特别提醒1.做功具有独立性，与运动状态无关，与其他力的存在与否无关，比如物体在力F作用下沿力的方向移动位移l，无论该物体是加速运动、减速运动还是匀速运动，地面是否光滑，受不受摩擦力作用，力F做功均为WFl.2.瞬时功率关系式：PFv.从关系式可以看出，汽车、火车等交通工具，当发动机的功率P一定时，牵引力F与速度v成反比，要增大牵引力F就要减小速度v.热门考点研析1.正功与负功的判断功的正、负的判断功的正、负的判断考考 点点 12恒力和变力做功正负的区别(1)恒力做功时，正功与负功的判断看力与位移的夹角(2)变力做功时，正功与负功的判断看力与速度的夹角3从能的转化角度来进行判断判断相互联系的两个物体之间的相互作用力做功情况时，可以从能的转化角度判断 (多选)(2016届延安模拟)轻杆的一端通过光滑的铰链固定在地面上的A点，另一端固定一个质量为m的小球，最初杆处于水平地面上当杆在外力的作用下由水平位置缓慢转到竖直位置的过程中，下列关于小球说法正确的是()例例 1 A所受弹力的方向一定沿杆 B所受弹力一直减小C所受合力不变D所受弹力始终做正功【思路引导】1.杆缓慢转动，小球处于何种状态？2弹力是恒力吗？变力做功的正负如何判断？【解析】杆缓慢转动，小球始终处于平衡状态，重力和杆对小球的弹力等大反向，弹力方向竖直向上，A、B选项错误；合力始终为零，C选项正确；杆对球的弹力是变力，变力做功正负的判断看力与速度的夹角，小球由水平方向运动到竖直方向的过程中，力与速度的夹角为锐角，弹力始终做正功，D选项正确【答案】CD【总结提升】功是标量，但有正、负，正功表示该力对物体的运动起到促进作用，负功表示该力对物体的运动起到阻碍作用，在进行功的大小比较时，负号不参与比较 有人说在车厢内推车是没用的，如图所示，在沿水平地面运动的汽车车厢中，人用力推车(人与车厢始终保持静止)，则当车在倒车时刹车的过程中()A人对车做正功B人对车做负功C人对车不做功D车对人的作用力方向水平向右针对训练针对训练1解析：车在倒车时刹车的过程中，速度方向水平向右，加速度方向水平向左，人与车厢相对静止，则人具有水平向左的加速度，根据牛顿第二定律可知，车厢对人的合力水平向左，D选项错误；由牛顿第三定律可知，人对车厢的合力水平向右，根据功的正负的判断方法可知，人对车厢做正功，A选项正确，B、C选项错误答案：A计算功时，必须注意是恒力做功还是变力做功，对于恒力做功可以根据自身的特点直接套用公式，比如重力、电场力、分子力做功与路径无关，只与初、末位置有关对于变力做功，一个重要的思路就是化变力为恒力功的计算功的计算考考 点点 21一类变力具有大小恒定，方向时刻改变的特点，比如空气阻力，滑动摩擦力等，小球竖直向上抛出，空气阻力大小恒定，无论上升还是下降过程，方向时刻与相对运动方向相反，这样求解小球运动过程中克服空气阻力做的功，可以用力乘以路程表示；同理沿斜面上滑的小物块，返回底端的过程中，克服摩擦力做功等于摩擦力乘以路程，这类力做功与位移无关，与路径有关2一类变力具有方向不变，大小随位移线性变化的特点，比如弹簧弹力等，求解此类力做功，如前面所述，可以用平均值法或是图象法 (2015年四川高考)严重的雾霾天气，对国计民生已造成了严重的影响，汽车尾气是形成雾霾的首要污染源，“铁腕治污”已成为国家的工作重点地铁列车可实现零排放，大力发展地铁，可以大大减少燃油公交车的使用，减少汽车尾气排放若一地铁列车从甲站由静止启动后做直线运动，先匀加速运动20 s达最高速度72 km/h，再匀速运动80 s，接着匀减速运动15 s到达乙站停住，设列车在匀加速运动阶段牵引力为1106 N，匀速运动阶段牵引力的功率为6103 kW，忽略匀减速运动阶段牵引力所做的功(1)求甲站到乙站的距离；(2)如果燃油公交车运行中做的功与该列车从甲站到乙站牵引力做的功相同，求公交车排放气态污染物的质量(燃油公交车每做1焦耳功排放气态污染物3106克)【思路引导】1.列车在甲、乙两站做匀加速、匀速和匀减速直线运动，如何根据运动学公式求解位移？2如何求解牵引力做功？例例 2(2)列车匀加速阶段牵引力做功，W1Fx12108 J，匀速阶段牵引力做功，W2Pt24.8108 J，做功为W1W26.8108 J，燃油公交车每做1焦耳功排放气态污染物3109 kg，解得排放污染物的质量为M2.04 kg.【答案】(1)1 950 m(2)2.04 kg【总结提升】1在求力做功时，首先区分是求恒力的功还是变力的功，是求某个力的功还是合外力的功2如果是求变力做功，要优先考虑应用动能定理或将变力的功转化为恒力的功进行求解 (多选)(2015年浙江高考)我国科学家正在研制航母舰载机使用的电磁弹射器，舰载机总质量为3.0104 kg，设起飞过程中发动机的推力恒为1.0105 N，弹射器有效作用长度为100 m，推力恒定，要求舰载机在水平弹射结束时速度大小达到80 m/s.弹射过程中舰载机所受总推力为弹射器和发动机推力之和，假设所受阻力为总推力的20%，则()A弹射器的推力大小为1.1106 NB弹射器对舰载机所做的功为1.1108 JC弹射器对舰载机做功的平均功率为8.8107 WD舰载机在弹射过程中的加速度大小为32 m/s2针对训练针对训练2答案：ABD计算功率时，要明确所求的是瞬时功率还是平均功率，求瞬时功率要确定是哪一时刻或哪一位置，求平均功率时要确定是哪段时间内的平均功率涉及到图象问题时，要注意图象的物理意义，根据图象求解加速度，确定力的变化规律，特别注意速度时间图象中的拐点，对应着力的突变点功率的计算功率的计算考考 点点 3 物体放在水平地面上，在水平拉力的作用下，沿水平方向运动，在06 s内其速度与时间关系的图象和拉力的功率与时间关系的图象如图所示，由图象可以求得物体的质量为多少？(取g10 m/s2)【思路引导】1.02 s内，物体做匀加速直线运动，如何根据速度时间图象确定加速度？22 s6 s内，物体做匀速直线运动，如何根据功率时间图象求解拉力？例例 3【答案】1 kg【总结提升】功率求解的注意点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方向的夹角对结果的影响3用PFvcos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 (2015年海南高考)假设摩托艇受到的阻力的大小正比于它的速率，如果摩托艇发动机的输出功率变为原来的2倍，则摩托艇的最大速率变为原来的()A4倍 B2倍答案：D针对训练针对训练3物理模型构建机车启动模型机车启动问题在高考中出现的几率并不是太高，但是该知识比较综合，既涉及到了功率的计算，又考查功能关系求解变力做功，同时兼顾了匀变速运动规律以及牛顿运动定律等知识1处理此类问题的关键是明确两种启动的方式(1)恒定功率P启动：机车先做加速度减小的加速运动，后做匀速运动，速度图象如下：(2)恒定加速度a启动，机车先做加速度恒定的匀加速运动，达到额定功率后，做加速度减小的加速运动，最后做匀速运动，速度图象如右：2机车启动模型的注意点(1)机车达到额定功率后，做加速度减小的加速运动，牵引力是变力，计算牵引力做功问题时，不能利用力乘以位移，可以根据公式WPt求解(3)机车的功率就是牵引力的功率，公式PFv中的F是机车的牵引力，不是机车受到的合力3机车启动的变形题高考对本部分的考查形式灵活多变，同学们在学习知识时，不要死记公式和结论，一定要掌握解题思路和解题方法(1)比如把机车行驶的情景由水平面改为倾斜斜面，这样在求解机车行驶的最大速度时，会出现两种情况 (2015年新课标卷)一汽车在平直公路上行驶从某时刻开始计时，发动机的功率P随时间t的变化如图所示假定汽车所受阻力的大小f恒定不变下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图线中，可能正确的是()例例 4【思路引导】1.分析功率时间图象，找出对应的速度随时间变化的关系2汽车功率变化的瞬间，速度可以突变吗？【答案】A 有一辆新颖电动汽车，总质量为1 000 kg，行驶中，该车速度在14 m/s至20 m/s范围内可保持恒定功率20 kW不变，一位同学坐在驾驶员旁观察车内里程表和速度表，记录了该车在位移120 m至400 m范围内做直线运动时的一组数据如下根据上面的数据回答下列问题(设汽车在上述范围内受到的阻力大小不变)(1)估算该汽车受到的阻力为多大？(2)在位移120 m至320 m过程中牵引力所做的功约为多大？(3)在位移120 m至320 m过程中所花的时间是多少？(4)位移为120 m时的加速度为多大？针对训练针对训练4s/m120160200240280320360400v/ms114.516.518.019.019.720.020.020.0答案：(1)1 000 N(2)294 875 J(3)14.74 s(4)0.379 m/s2考题随堂演练1(2016届天水市秦安县月考)如图，质量分别为M和m的两物块(均可视为质点，且M m)分别在同样大小的恒力作用下，沿水平面由静止开始做直线运动，两力与水平面的夹角相同，两物块经过的位移相同设此过程中F1对M做的功为W1，F2对m做的功为W2，则()A无论水平面光滑与否，都有W1W2B若水平面光滑，则W1W2C若水平面粗糙，则W1W2D若水平面粗糙，则W1W2解析：功是力与力的方向上位移的乘积，WFscos，题干中两种情况下，力的大小，方向和物体运动位移均相等，故无论水平面光滑与否，都有W1W2，A选项正确答案：A2(2016届鄂豫晋冀陕五省第二次联考)如图甲所示，某女士第一次站立在台阶式自动扶梯上，扶梯将她送上楼，第二次如图乙所示，该女士乘相同自动扶梯的同时，她还相对于扶梯匀速向上走，两次到达同一高度两次自动扶梯匀速运动的速度相同，下列关于两次自动扶梯的牵引力做功和功率的说法正确的是()A两次牵引力做功相同，牵引力的功率第一次的较大B牵引力做功第一次的较大，两次牵引力功率相同C牵引力做功第一次的较大，功率也是第一次的大D两次牵引力做功相同，功率也相同解析：功等于力和力的方向上通过的距离的乘积，两种情况力的大小相同，但扶梯牵引力的移动距离不同，两次扶梯运客所做的功不同，第一次扶梯运动的距离长，牵引力做功多；功率等于力与力方向上速度的乘积，两种情况下均做匀速运动，力的大小相同，扶梯移动的速度也相同，牵引力的功率相同，B选项正确答案：B3.(多选)(2016届衡水中学调研)一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5 s内做匀加速直线运动，5 s末达到额定功率，之后保持以额定功率运动其vt图象如图所示已知汽车的质量为m2103 kg，汽车受到地面的阻力为车重的0.1倍，则以下说法正确的是()A汽车在前5 s内的牵引力为4103 NB汽车在前5 s内的牵引力为6103 NC汽车的额定功率为40 kWD汽车的最大速度为30 m/s答案：BDA两物块到达底端时速度相同B两物块运动到底端的过程中重力做功相同C两物块到达底端时动能相同D两物块到达底端时，乙重力做功的瞬时功率大于甲重力做功的瞬时功率解析：两物体到达底端的速度方向不同，故速度不同，A选项错误；两物块的质量大小未知，故到达底端时动能不等，C选项错误；两物块运动到底端的过程中，下落的高度相同，但质量大小不确定，重力做功大小不确定，故B选项错误；两物块到达底端时，甲重力与速度方向垂直，瞬时功率为零，乙重力做功的瞬时功率大于甲重力做功的瞬时功率，故D选项正确答案：D5质量为M的长木板静止在光滑的水平地面上，如图所示，一个质量为m的滑块以某一初速度沿木板表面从A端滑向B点在木板上前进了L，而木板前进了s.若滑块与木板间的动摩擦因数为，这整个过程中木板与滑块之间一直有摩擦力求：(1)木板与滑块之间的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力？(2)摩擦力对滑块所做功多大？(3)摩擦力对木板所做功多大？解析：(1)滑块与木板具有相对运动，滑块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力(2)分析题意可知，滑块的位移为Ls，根据做功公式得，Wf1mg(sL)(3)木板的位移为s，摩擦力对木板做功Wf2mgs.答案：(1)滑动摩擦力(2)mg(sL)(3)mgs课时强化作业十八