人教版高三物理总复习 4.1功和功率课件 鲁科.ppt

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1、第一节功和功率第一节功和功率2021/8/9 星期一1一、功一、功1做功的两个不可缺少的因素：力和物体在做功的两个不可缺少的因素：力和物体在_上发生的位移上发生的位移2功的公式：功的公式：W_，其中，其中F为恒力，为恒力，为为F的方向与位移的方向与位移s的方向夹角；功的单位是的方向夹角；功的单位是_(J)力的方向力的方向Fscos_焦耳焦耳2021/8/9 星期一23正功和负功：根据正功和负功：根据WFscos 可知：可知：09090900W0W0意意义义力力F对对物体做物体做正功正功力力F对对物物体不做体不做功功力力F对对物体做物体做负负功功力力F是是动动力力还还是阻是阻力力动动力力阻力阻力

2、2021/8/9 星期一3思考感悟思考感悟功有正功和负功之分，那么功是矢量吗？功有正功和负功之分，那么功是矢量吗？提示：提示：不是功虽有正、负，但正、负不表示不是功虽有正、负，但正、负不表示方向方向2021/8/9 星期一4二、功率二、功率1定义：功与完成功所用时间的定义：功与完成功所用时间的_2物理意义：描述力对物体物理意义：描述力对物体_3公式公式比值比值做功的快慢做功的快慢平均功率平均功率(2)PFvcos(为为F与与v的夹角的夹角)2021/8/9 星期一5v为平均速度，则为平均速度，则P为为_；v为瞬时速度，则为瞬时速度，则P为为_4额定功率：机械额定功率：机械_时输出的时输出的_功

3、率功率5实际功率：机械实际功率：机械_时输出的功率，要求时输出的功率，要求_额定功率额定功率平均功率平均功率瞬时功率瞬时功率正常工作正常工作最大最大实际工作实际工作小于或等于小于或等于2021/8/9 星期一6课堂互动讲练课堂互动讲练一、功的理解一、功的理解1功的概念是要明确物体在哪个力的作用下发生功的概念是要明确物体在哪个力的作用下发生的位移，哪个力对物体做功而位移可以是物体的位移，哪个力对物体做功而位移可以是物体在力的方向上对地的位移，也可以是力的作用点在力的方向上对地的位移，也可以是力的作用点对地的位移对地的位移2从计算功的公式上看功的概念从计算功的公式上看功的概念WFscos，若，若F

4、与与cos结合则是位移方向上力乘结合则是位移方向上力乘以位移；将以位移；将s与与cos结合则是力乘以力的方向的位结合则是力乘以力的方向的位移两种理解均包含了合成与分解中的等效观点移两种理解均包含了合成与分解中的等效观点2021/8/9 星期一73把握各种力做功的特点，会使功的计算变得简把握各种力做功的特点，会使功的计算变得简单，在用能量的观点解决问题时列起方程来更加单，在用能量的观点解决问题时列起方程来更加得心应手得心应手(1)重力做功的特点：只跟初末位置的高度差有关，重力做功的特点：只跟初末位置的高度差有关，而跟运动的路径无关而跟运动的路径无关(2)弹力做功的特点：对接触面间的弹力，由于弹弹

5、力做功的特点：对接触面间的弹力，由于弹力的方向与运动方向垂直，弹力对物体不做功；力的方向与运动方向垂直，弹力对物体不做功；对弹簧的弹力做的功，高中阶段没有给出相关的对弹簧的弹力做的功，高中阶段没有给出相关的公式，对它的求解要借助其他途径如动能定理、公式，对它的求解要借助其他途径如动能定理、机械能守恒、功能关系等机械能守恒、功能关系等2021/8/9 星期一8(3)摩擦力做功的特点：摩擦力做功跟物体运动的摩擦力做功的特点：摩擦力做功跟物体运动的路径有关，它可以做负功，也可以做正功，做正路径有关，它可以做负功，也可以做正功，做正功时起动力作用如用传送带把货物由低处运送功时起动力作用如用传送带把货物

6、由低处运送到高处，摩擦力就充当动力摩擦力的大小不变、到高处，摩擦力就充当动力摩擦力的大小不变、方向变化方向变化(摩擦力的方向始终和速度方向相反摩擦力的方向始终和速度方向相反)时，时，摩擦力做功可以用摩擦力乘以路程来计算，即摩擦力做功可以用摩擦力乘以路程来计算，即Wfs.2021/8/9 星期一9(4)电场力做功的特点：与重力做功特点一样，电电场力做功的特点：与重力做功特点一样，电场力做功与运动路径无关，只与初末位置的电势场力做功与运动路径无关，只与初末位置的电势差有关，差有关，WABqUAB，不论是匀强电场，还是非，不论是匀强电场，还是非匀强电场匀强电场(5)洛伦兹力不做功：由于洛伦兹力始终跟

7、运动电洛伦兹力不做功：由于洛伦兹力始终跟运动电荷的速度方向垂直，因此始终不做功荷的速度方向垂直，因此始终不做功2021/8/9 星期一104判断正负功的方法判断正负功的方法(1)根据力和位移的方向的夹角判断，此法常用于根据力和位移的方向的夹角判断，此法常用于恒力做功的判断恒力做功的判断(2)根据力和瞬时速度方向的夹角判断此法常用根据力和瞬时速度方向的夹角判断此法常用于判断质点做曲线运动时变力的功，夹角为锐角于判断质点做曲线运动时变力的功，夹角为锐角时做正功，夹角为钝角时做负功，夹角为直角时时做正功，夹角为钝角时做负功，夹角为直角时不做功不做功(3)根据功能关系或能量转化与守恒定律进行判断根据功

8、能关系或能量转化与守恒定律进行判断若有能量转化，则应有力做功此法常用于判若有能量转化，则应有力做功此法常用于判断两个相联系的物体内力做功的情况断两个相联系的物体内力做功的情况2021/8/9 星期一11名师点睛：名师点睛：(1)功的正负表示力对物体做功的性质，功的正负表示力对物体做功的性质，即正功表示动力对物体做功，负功表示阻力对物即正功表示动力对物体做功，负功表示阻力对物体做功而力和速度体做功而力和速度 的正负表示方向，所以功的的正负表示方向，所以功的正负的意义与力、速度等矢量的意义有着本质的正负的意义与力、速度等矢量的意义有着本质的区别区别(2)作用力和反作用力虽然等大反向，但由于其作作用

9、力和反作用力虽然等大反向，但由于其作用在两个物体上，产生的位移效果无必然联系，用在两个物体上，产生的位移效果无必然联系，故作用力和反作用力的功不一定一正一负，大小故作用力和反作用力的功不一定一正一负，大小相等相等2021/8/9 星期一12即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.(2011年陕西宝鸡模拟年陕西宝鸡模拟)2010年年11月月24日在广州日在广州亚运会上刘翔以亚运会上刘翔以13秒秒09的成绩夺得的成绩夺得110 m跨栏冠军，跨栏冠军，刘翔在比赛中，主要有起跑加速、途中匀速跨栏刘翔在比赛中，主要有起跑加速、途中匀速跨栏和加速冲刺三个阶段，设他的脚与地面间不会发和加

10、速冲刺三个阶段，设他的脚与地面间不会发生相对滑动，以下说法正确的是生相对滑动，以下说法正确的是()A加速阶段地面对人的摩擦力做正功加速阶段地面对人的摩擦力做正功B匀速阶段地面对人的摩擦力做负功匀速阶段地面对人的摩擦力做负功2021/8/9 星期一13C由于人的脚与地面间不发生相对滑动，所以不由于人的脚与地面间不发生相对滑动，所以不论加速还是匀速，地面对人的摩擦力始终不对人论加速还是匀速，地面对人的摩擦力始终不对人做功做功D无论加速还是匀速阶段，地面对人的摩擦力始无论加速还是匀速阶段，地面对人的摩擦力始终做负功终做负功解析：解析：选选C.刘翔在整个运动过程中均受地面的摩刘翔在整个运动过程中均受地

11、面的摩擦力作用但由于没有力的方向上的位移，故摩擦擦力作用但由于没有力的方向上的位移，故摩擦力不做功，选项力不做功，选项C正确正确2021/8/9 星期一14二、功的计算方法二、功的计算方法1恒力及合力做功的计算恒力及合力做功的计算(1)恒力的功：直接用恒力的功：直接用WFscos计算计算(2)合外力的功合外力的功先求合外力先求合外力F合合，再应用公式，再应用公式W合合F合合scos求功，求功，其中其中为合力为合力F合合与位移的夹角一般适用于整个与位移的夹角一般适用于整个过程中合力恒定不变的情况过程中合力恒定不变的情况分别求出每个力的功分别求出每个力的功W1、W2、W3，再应用，再应用W合合W1

12、W2W3求合外力的功这种方法一求合外力的功这种方法一般适用于在整个过程中，某些力分阶段作用的情般适用于在整个过程中，某些力分阶段作用的情况况利用动能定理或功能关系求解利用动能定理或功能关系求解2021/8/9 星期一152变力做功的计算变力做功的计算(1)用动能定理用动能定理WEk或功能关系或功能关系WE，即用，即用能量的增量等效代换变力所做的功能量的增量等效代换变力所做的功(也可计算恒也可计算恒力功力功)(2)当变力的功率当变力的功率P一定时，可用一定时，可用WPt求功，如机求功，如机车恒功率启动时车恒功率启动时(3)将变力做功转化为恒力做功将变力做功转化为恒力做功当力的大小不变，而方向始终

13、与运动方向相同当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程或相反时，这类力的功等于力和路程(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2021/8/9 星期一16(4)作作出出变变力力F随随位位移移s变变化化的的图图象象，图图象象与与位位移移轴轴所所围围的的“面面积积”即即为为变变力力做做的的功功图图411中中甲甲图图表表示示恒恒力力F做做的的功功W，乙乙图图表表示示变变力力F做做的的功功W，丙丙图图中中横横轴轴上上方方的的面面积积表表示示正正功功，横横轴轴下下方方的的面面积表示负功，其总功等于正、负功的代数和积表

14、示负功，其总功等于正、负功的代数和2021/8/9 星期一17名师点睛：名师点睛：功的计算问题要注意两点：功的计算问题要注意两点：(1)对于求功的问题，要先分析是求恒力的功还是变对于求功的问题，要先分析是求恒力的功还是变力的功，还是求合外力的功，然后再选择合适的方力的功，还是求合外力的功，然后再选择合适的方法进行求解，同时注意做功的正负法进行求解，同时注意做功的正负图图4112021/8/9 星期一18(2)应应用用功功的的公公式式求求恒恒力力的的功功时时，由由于于力力和和位位移移都都是是矢矢量量，力力和和位位移移均均可可按按正正交交分分解解的的方方法法进进行行分分解解，既既可可以以把把力力分

15、分解解为为在在位位移移方方向向的的分分力力，也也可可以以把把位位移移分分解解为为在在力力的的方方向向上上的的分分位位移移进进行行计计算算2021/8/9 星期一19即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)图图4122如如图图412所所示示，质质量量为为m的的小小物物体体相相对对静静止止在在楔楔形形物物体体的的倾倾角角为为的的光光滑滑斜斜面面上上，楔楔形形物物体体在在水水平平推推力力F作作用用下下向向左左移移动动了了距距离离s，在在此此过过程程中中，楔形物体对小物体做的功等于楔形物体对小物体做的功等于()2021/8/9 星期一20A0BmgscosCFs Dmgstan解析：解

16、析：选选D.因为接触面光滑，所以小物体只受重因为接触面光滑，所以小物体只受重力和斜面的支持力，又小物体随楔形物体一起向力和斜面的支持力，又小物体随楔形物体一起向左移动，故二力合力方向水平向左，即重力和支左移动，故二力合力方向水平向左，即重力和支持力的竖直分力平衡，小物体所受的合外力就是持力的竖直分力平衡，小物体所受的合外力就是楔形物体对小物体支持力的水平分力，该力大小楔形物体对小物体支持力的水平分力，该力大小为为mgtan，又物体向左移动了距离，又物体向左移动了距离s，所以做功，所以做功为为mgstan，答案应选，答案应选D.2021/8/9 星期一21(2)PFv，是是决决定定式式，可可以以

17、计计算算功功率率的的平平均均值值(此此时时v代代入入平平均均速速度度)，也也可可以以计计算算瞬瞬时时值值(此此时时v代代入入瞬时速度瞬时速度)可以用下表形象记忆可以用下表形象记忆2021/8/9 星期一222额定功率与实际功率额定功率与实际功率额定功率反映了机械做功能力或机械所能承担的额定功率反映了机械做功能力或机械所能承担的“任务任务”，机械运行时的实际功率可以小于额定功率，机械运行时的实际功率可以小于额定功率，也可以等于额定功率也可以等于额定功率(称满负荷运行称满负荷运行)，还可以在，还可以在短时间内略大于额定功率短时间内略大于额定功率(称超负荷运行称超负荷运行)，但机，但机械不能长时间处

18、于超负荷运转，那样会损坏机械，械不能长时间处于超负荷运转，那样会损坏机械，缩短其寿命缩短其寿命2021/8/9 星期一233机车启动的两种方式的比较机车启动的两种方式的比较2021/8/9 星期一242021/8/9 星期一252021/8/9 星期一26名师点睛：名师点睛：(1)各类发动机铭牌上的额定功率指的各类发动机铭牌上的额定功率指的是该发动机正常工作时的最大输出功率，并不是是该发动机正常工作时的最大输出功率，并不是任何时候发动机的实际输出功率都等于额定功率任何时候发动机的实际输出功率都等于额定功率实际输出功率可在零和额定功率之间取值实际输出功率可在零和额定功率之间取值(2)解决机车启动

19、问题，首先要弄清是哪种启动方解决机车启动问题，首先要弄清是哪种启动方式，然后采用分段处理法在匀加速阶段，常用式，然后采用分段处理法在匀加速阶段，常用牛顿第二定律和运动学公式结合分析，在非匀加牛顿第二定律和运动学公式结合分析，在非匀加速阶段，一般用动能定理求解速阶段，一般用动能定理求解(3)在机车的功率在机车的功率PFv中，中，F是指机车的牵引力，是指机车的牵引力，而不是车所受的合力而不是车所受的合力2021/8/9 星期一27即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)图图4133(2009年年高高考考宁宁夏夏理理综综卷卷改改编编)质质量量为为m的的物物体体静静止止在在光光滑滑水水

20、平平面面上上，从从t0时时刻刻开开始始受受到到水水平平力力的的作作用用力力的的大大小小F与与时时间间t的的关关系系如如图图413所示，力的方向保持不变，则所示，力的方向保持不变，则()2021/8/9 星期一28A BC D2021/8/9 星期一292021/8/9 星期一302021/8/9 星期一31经典题型探究经典题型探究题型一题型一功的计算功的计算 (2011年年江江西西南南昌昌联联考考)一一滑滑块块在在水水平平地地面面上上沿沿直直线线滑滑行行，t0时时其其速速度度为为1 m/s.从从此此刻刻开开始始在在滑滑块块运运动动方方向向上上再再施施加加一一水水平平作作用用力力F，力力F和和滑

21、滑块块的的速速度度v随随时时间间的的变变化化规规律律分分别别如如图图414甲甲和和乙乙所所示示设设在在第第1秒秒内内、第第2秒秒内内、第第3秒秒内内力力F对对滑滑块块做做的的功功分分别别为为W1、W2、W3，则则以以下关系式正确的是下关系式正确的是()例例例例1 12021/8/9 星期一32图图414AW1W2W3BW1W2W3CW1W3W2 DW1W2W32021/8/9 星期一33【思思路路点点拨拨】解解决决此此题题注注意意两两点点：(1)根根据据vt图图象象判判断断滑滑块块在在第第1秒秒内内、第第2秒秒内内、第第3秒秒内内的的位位移移关关系系；(2)利利用用功功的的定定义义式式比比较较

22、力力F对对滑滑块块做做的的功功【解解析析】力力F做做功功等等于于每每段段恒恒力力F与与该该段段滑滑块块运运动动的的位位移移(vt图图象象中中图图象象与与坐坐标标轴轴围围成成的的面面积积)的的乘乘积积第第1秒秒内内，位位移移为为一一个个小小三三角角形形面面积积S.第第2秒秒内内，位位移移也也为为一一个个小小三三角角形形面面积积S.第第3秒秒内内，位位移移为为两两个个小小三三角角形形面面积积2S.由由功功的的公公式式可可得得W11S，W23S，W322S，W1W2W3.2021/8/9 星期一34【答案答案】B【规律总结规律总结】计算结果中功的正负要保留，因计算结果中功的正负要保留，因为它具有特定

23、的物理意义，若只求做功的多少就为它具有特定的物理意义，若只求做功的多少就取绝对值取绝对值2021/8/9 星期一35题型二题型二功率的计算功率的计算图图415 (2011年年福福建建三三中中第第二二次次月月考考)如如图图415所所示示，重重物物的的质质量量为为1 kg，动动滑滑轮轮质质量量不不计计，竖竖直直向向上上拉拉动动细细绳绳，使使重重物物从从静静止止开开始始以以5 m/s2的的加加速速度度上上升升，则则拉拉力力F在在1 s内内对对物物体体做做的的功功为为多多少少？拉拉力力F在在1 s末末的的瞬瞬时时功率是多大？功率是多大？(g取取10 m/s2)例例例例2 22021/8/9 星期一36

24、2021/8/9 星期一371 s末力末力F对物体做功的瞬时功率为对物体做功的瞬时功率为PFvF2v2Fv联立上述方程，代入数据可得联立上述方程，代入数据可得W37.5 J，P75 W.【答案答案】37.5 J75 W2021/8/9 星期一382021/8/9 星期一39题型三题型三机车启动模型的计算机车启动模型的计算 (满满分分样样板板13分分)(2011年年福福州州模模拟拟)一一汽汽车车的的额额定定功功率率P06104 W，质质量量m5103 kg，在在平平直直路路面面上上行行驶驶时时阻阻力力是是车车重重的的0.1倍倍若若汽汽车车从从静静止止开开始始以以加加速速度度a0.5 m/s2做做

25、匀匀加加速速直直线线运运动动，(g取取10 m/s2)求：求：(1)汽车保持加速度不变的时间；汽车保持加速度不变的时间；(2)汽车实际功率随时间变化的关系；汽车实际功率随时间变化的关系；例例例例3 32021/8/9 星期一40(3)此后汽车运动所能达到的最大速度此后汽车运动所能达到的最大速度【思路点拨思路点拨】汽车开始做匀加速运动，牵引力汽车开始做匀加速运动，牵引力F和阻力恒定，随着速度增加，它的实际功率逐渐和阻力恒定，随着速度增加，它的实际功率逐渐增大，直到增大，直到Fv等于额定功率为止；此后汽车保持等于额定功率为止；此后汽车保持额定功率不变，速度增大，牵引力减小，做加速额定功率不变，速度

26、增大，牵引力减小，做加速度逐渐减小的加速运动，直到牵引力等于阻力为度逐渐减小的加速运动，直到牵引力等于阻力为止止2021/8/9 星期一41解题样板解题样板(1)设汽车做匀加速直线运动时的牵引力为设汽车做匀加速直线运动时的牵引力为F，阻，阻力为力为f，匀加速过程中的最大速度为，匀加速过程中的最大速度为vt，有，有Ffma(1分分)fmg(1分分)P0Fvt(1分分)由以上各式可求得由以上各式可求得2021/8/9 星期一422021/8/9 星期一43【答案答案】(1)16 s(2)m(ga)at(3)12 m/s【规律总结规律总结】(1)在机车类问题中，匀加速启动在机车类问题中，匀加速启动时，匀加速运动刚结束时有两大特点：时，匀加速运动刚结束时有两大特点：牵引力仍是匀加速运动时的牵引力，即牵引力仍是匀加速运动时的牵引力，即Ffma仍满足仍满足PP额额Fv.(2)注意匀加速运动的末速度并不是整个运动过程注意匀加速运动的末速度并不是整个运动过程的最大速度的最大速度2021/8/9 星期一442021/8/9 星期一45