物理第五章 机械能及其守恒定律 第1讲 功和功率.ppt

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1、第1讲功功率动能定理第五章 机械能内容索引基础知识梳理命题点一功的分析与计算命题点二功率的理解和计算命题点三动能定理及其应用盘查拓展点课时作业基础知识梳理1一、功一、功1.定义：一个物体受到力的作用，如果在 上发生了一段位移，就说这个力对物体做了功.2.必要因素：力和物体在 上发生的位移.3.物理意义：功是能量转化的 .4.计算公式(1)恒力F的方向与位移l的方向一致时：W .(2)恒力F的方向与位移l的方向成某一夹角时：W .力的方向力的方向量度FlFlcos 5.功的正负(1)当00，力对物体做 .(2)当 时，W4WF1，Wf22Wf1B.WF24WF1，Wf22Wf1C.WF24WF1

2、，Wf22Wf1D.WF24WF1，Wf22Wf1【例1】答案解析分析题眼F1F2t vt 2v判断力是否做功及做正、负功的方法判断力是否做功及做正、负功的方法1.看力F的方向与位移l的方向间的夹角常用于恒力做功的情形.2.看力F的方向与速度v的方向间的夹角常用于曲线运动的情形.3.根据动能的变化：动能定理描述了合外力做功与动能变化的关系，即W合Ek，当动能增加时合外力做正功；当动能减少时合外力做负功.方法感悟方法感悟题组阶梯突破题组阶梯突破1.如图所示，质量为m的物体置于倾角为的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为，在外力作用下，斜面以加速度a沿水平方向向左做匀加速运动，运动中物体m与斜面体相

3、对静止.则关于斜面对m的支持力和摩擦力的下列说法中错误的是A.支持力一定做正功B.摩擦力一定做正功C.摩擦力可能不做功D.摩擦力可能做负功答案解析2.以一定的初速度竖直向上抛出一个小球，小球上升的最大高度为h，空气阻力的大小恒为F，则从抛出到落回到抛出点的过程中，空气阻力对小球做的功为A.0 B.FhC.Fh D.2Fh答案解析阻力与小球速度方向始终相反，故阻力一直做负功，WFh(Fh)2Fh，D选项正确.3命题点二 功率的理解和计算1.平均功率与瞬时功率(1)平均功率的计算方法利用 .利用 F cos，其中 为物体运动的平均速度.(2)瞬时功率的计算方法利用公式PFvcos，其中v为t时刻的

4、瞬时速度.PFvF，其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度.PFvv，其中Fv为物体受到的外力F在速度v方向上的分力.2.机车的两种启动模型启动方式恒定功率启动恒定加速度启动Pt图和vt图3.机车启动问题常用的三个公式(1)牛顿第二定律：FFfma.(2)功率公式：PFv.(3)速度公式：vat.说明：F为牵引力，Ff为机车所受恒定阻力.在检测某种汽车性能的实验中，质量为3103 kg的汽车由静止开始沿平直公路行驶，达到的最大速度为40 m/s，利用传感器测得此过程中不同时刻该汽车的牵引力F与对应速度v，并描绘出如图所示的F 图象(图线ABC为汽车由静止到达到最大速度的全过程，AB、BO均

5、为直线).假设该汽车行驶中所受的阻力恒定，根据图线ABC：(1)求该汽车的额定功率；(2)该汽车由静止开始运动，经过35 s达到最大速度40 m/s，求其在BC段的位移.【例2】答案解析分析75 m8104 W答案题眼题眼vmax40 m/s1.求解功率时应注意的求解功率时应注意的“三个三个”问题问题(1)首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率；(2)平均功率与一段时间(或过程)相对应，计算时应明确是哪个力在哪段时间(或过程)内做功的平均功率；(3)瞬时功率计算时应明确是哪个力在哪个时刻(或状态)的功率.2.机车启动中的功率问题机车启动中的功率问题(1)无论哪种启动过程，机车的最大速度都等于

6、其匀速运动时的速度，即vm (式中Fmin为最小牵引力，其值等于阻力F阻).(2)机车以恒定加速度启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，但速度不是最大，v vm .方法感悟方法感悟题组阶梯突破题组阶梯突破3.一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Ff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，可能正确的是答案4.一起重机的钢绳由静止开始匀加速提起质量为m的重物，当重物的速度为v1时，起重机的功率达到最大值P，以后起重机保持该功率不变，继续提升重物，直到以最大速度v2匀速上升，重物上升的高度为h，则整个过程中，下列

7、说法正确的是答案分析题眼解析mgFT4命题点三 动能定理及其应用1.动能定理(1)三种表述文字表述：所有外力对物体做的总功等于物体动能的增加量；数学表述：图象表述：如图所示，Ekl图象中的斜率表示合外力.(2)适用范围既适用于直线运动，也适用于曲线运动；既适用于恒力做功，也适用于变力做功；力可以是各种性质的力，既可同时作用，也可分阶段作用.2.解题的基本思路(1)选取研究对象，明确它的运动过程；(2)分析受力情况和各力的做功情况；(3)明确研究对象在过程的初末状态的动能Ek1和Ek2；(4)列动能定理的方程W合Ek2Ek1及其他必要的解题方程，进行求解.(2016天津理综10)我国将于2022

8、年举办冬奥会，跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一.如图所示，质量m60 kg的运动员从长直助滑道AB的A处由静止开始以加速度a3.6 m/s2匀加速滑下，到达助滑道末端B时速度vB24 m/s，A与B的竖直高度差H48 m，为了改变运动员的运动方向，在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道衔接，其中最低点C处附近是一段以O为圆心的圆弧.助滑道末端B与滑道最低点C的高度差h5 m，运动员在B、C间运动时阻力做功W1 530 J，取g10 m/s2.(1)求运动员在AB段下滑时受到阻力Ff的大小；【例3】答案解析144 NA到B过程：vB22ax 得Ff144 N (2)若运动员能够承受的最大压力为其所

9、受重力的6倍，则C点所在圆弧的半径R至少应为多大.答案解析12.5 m设运动员到达C点时的速度为vC，在由B到达C的过程中，设运动员在C点所受的支持力为FN，由题意和牛顿第三定律知FN6mg 联立式，代入数据解得R12.5 m.题组阶梯突破题组阶梯突破5.(多选)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1.110

10、6 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答案解析6.(多选)如图所示为一滑草场.某条滑道由上下两段高均为h，与水平面倾角分别为45和37的滑道组成，滑草车与草地之间的动摩擦因数为.质量为m的载人滑草车从坡顶由静止开始自由下滑，经过上、下两段滑道后，最后恰好静止于滑道的底端(不计滑草车在两段滑道交接处的能量损失，sin370.6，cos 370.8).则答案解析7.如图所示，用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一艘失去动力的小船沿直线拖向岸边.已知拖动缆绳的电动机功率恒为P，小船的质量为m，小

11、船受到的阻力大小恒为Ff，经过A点时的速度大小为v0，小船从A点沿直线加速运动到B点经历时间为t1，A、B两点间距离为d，缆绳质量忽略不计.求：(1)小船从A点运动到B点的全过程克服阻力做的功Wf；答案解析Ffd小船从A点运动到B点克服阻力做功WfFfd(2)小船经过B点时的速度大小v1；答案解析小船从A点运动到B点，电动机牵引缆绳对小船做功WPt1 由动能定理有(3)小船经过B点时的加速度大小a.答案解析设小船经过B点时缆绳的拉力大小为F，缆绳与水平方向的夹角为，电动机牵引缆绳的速度大小为v，则PFv由牛顿第二定律有vv1cos Fcos Ffma5盘查拓展点求解变力做功的五种方法求解变力做

12、功的五种方法一、一、用动能定理求变力做功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，既适用于求恒力做功，也适用于求变力做功，因为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.如图所示，质量为m的小球用长L的细线悬挂而静止在竖直位置.现用水平拉力F将小球缓慢拉到细线与竖直方向成角的位置.在此过程中，拉力F做的功为A.FLcos B.FLsin C.FL(1cos)D.mgL(1cos)【典例1】答案解析在小球缓慢上升过程中，拉力F为变力，由WFmgL(1cos)0得WFmgL(1cos)，故D正确.二、二、利用微元法求变力做功利用微元法求变力做功将物体的位

13、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个无穷小的位移上的恒力所做功的代数和，此法在中学阶段常应用于求解大小不变、方向改变的变力做功问题.如图所示，在一半径为R6 m的圆弧形桥面的底端A，某人把一质量为m8 kg的物块(可看成质点).用大小始终为F75 N的拉力从底端缓慢拉到桥面顶端B(圆弧AB在一竖直平面内)，拉力的方向始终与物块在该点的切线成37角，整个圆弧桥面所对的圆心角为120，g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.求这一过程中：(1)拉力F做的功；【典例2】答案分析376.8 J题眼解析(2)桥面对物块的

14、摩擦力做的功.答案解析136.8 J因为重力G做的功WGmgR(1cos 60)240 J，而因物块在拉力F作用下缓慢移动，动能不变，由动能定理知WFWGWf0所以WfWFWG376.8 J240 J136.8 J.三、三、化变力为恒力求变力做功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，但若通过转换研究对象，有时可化为恒力做功，可以用WFlcos 求解，此法常常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中.四、四、用平均力求变力做功用平均力求变力做功在求解变力做功时，若物体受到的力的方向不变，而大小随位移是成线性变化的，即为均匀变化，则可以认为物体受到一大小为 的恒力作用，F1、F2分别

15、为物体初、末状态所受到的力，然后用公式W lcos 求此力所做的功.五、五、用用Fx图象求变力做功图象求变力做功在Fx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(如三角形、矩形、圆等规则的几何图).轻质弹簧右端固定在墙上，左端与一质量m0.5 kg的物块相连，如图甲所示，弹簧处于原长状态，物块静止且与水平面间的动摩擦因数0.2.以物块所在处为原点，水平向右为正方向建立x轴，现对物块施加水平向右的外力F，F随x轴坐标变化的情况如图乙所示，物块运动至x0.4 m处时速度为零，

16、则此时弹簧的弹性势能为(g10 m/s2)A.3.1 J B.3.5 J C.1.8 J D.2.0 J【典例3】答案解析W3.5 J克服摩擦力做功WfFfx0.4 J.WWfEp，此时弹簧的弹性势能为Ep3.1 J6课时作业1.一个成年人以正常的速度骑自行车，受到的阻力为总重力的0.02倍，则成年人骑自行车行驶时的功率最接近于A.1 W B.10 WC.100 W D.1 000 W答案解析设人和车的总质量为100 kg，匀速行驶时的速率为5 m/s，匀速行驶时的牵引力与阻力大小相等F0.02mg20 N，则人骑自行车行驶时的功率为PFv100 W，故C正确.1234567892.(多选)一

17、质量为1 kg的质点静止于光滑水平面上，从t0时刻开始，受到水平外力F作用，如图所示.下列判断正确的是A.02 s内外力的平均功率是4 WB.第2 s内外力所做的功是4 JC.第2 s末外力的瞬时功率最大D.第1 s末与第2 s末外力的瞬时功率之比为94答案解析1234567893.如图所示，静止于光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力F作用下，沿x轴方向运动，拉力F随物块所在位置坐标x的变化关系如图乙所示，图线为半圆.则小物块运动到x0处时F所做的总功为答案解析123456789答案解析4.如图所示，光滑斜面的顶端固定一弹簧，一小球向右滑行，并冲上固定在地面上的斜面.设小球在斜面最低点A

18、的速度为v，压缩弹簧至C点时弹簧最短，C点距地面高度为h，则小球从A到C的过程中弹簧弹力做功是1234567895.(多选)质量为1 kg的物体静止在水平粗糙的地面上，在一水平外力F的作用下运动，如图甲所示，外力F和物体克服摩擦力Ff做的功W与物体位移x的关系如图乙所示，重力加速度g取10 m/s2.下列分析正确的是A.物体与地面之间的动摩擦因数为0.2B.物体运动的位移为13 mC.物体在前3 m运动过程中的加速度为 3 m/s2D.x9 m时，物体的速度为3 m/s答案解析1234567896.(多选)如图所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块，

19、并最终留在木块中与木块一起以速度v运动.已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d，若木块对子弹的阻力Ff视为恒定，则下列关系式中正确的是答案解析1234567897.如图所示为某游乐场内水上滑梯轨道示意图，整个轨道在同一竖直平面内，表面粗糙的AB段轨道与四分之一光滑圆弧轨道BC在B点水平相切.点A距水面的高度为H，圆弧轨道BC的半径为R，圆心O恰在水面.一质量为m的游客(视为质点)可从轨道AB的任意位置滑下，不计空气阻力.(1)若游客从A点由静止开始滑下，到B点时沿切线方向滑离轨道落在水面D点，OD2R，求游客滑到B点时的速度vB大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功W

20、f；答案解析(mgH2mgR)123456789(2)某游客从AB段某处滑下，恰好停在B点，又因受到微小扰动，继续沿圆弧轨道滑到P点后滑离轨道，求P点离水面的高度h.(提示：在圆周运动过程中任一点，质点所受的向心力与其速率的关系为F向m )答案解析1234567898.如图甲所示，轻弹簧左端固定在竖直墙上，右端点在O位置.质量为m的物块A(可视为质点)以初速度v0从距O点右方x0处的P点向左运动，与弹簧接触后压缩弹簧，将弹簧右端压到O点位置后，A又被弹簧弹回.A离开弹簧后，恰好回到P点.物块A与水平面间的动摩擦因数为.求：(1)物块A从P点出发又回到P点的过程，克服摩擦力所做的功.答案解析物块

21、A从P点出发又回到P点的过程，根据动能定理得克服摩擦力所做的功为Wf mv02.123456789(2)O点和O点间的距离x1.答案解析物块A从P点出发又回到P点的过程，根据动能定理得123456789(3)如图乙所示，若将另一个与A完全相同的物块B(可视为质点)与弹簧右端拴接，将A放在B右边，向左推A、B，使弹簧右端压缩到O点位置，然后从静止释放，A、B共同滑行一段距离后分离.分离后物块A向右滑行的最大距离x2是多少？答案解析1234567899.如图所示，半径R0.5 m的光滑圆弧面CDM分别与光滑斜面体ABC和斜面MN相切于C、M点，斜面倾角分别如图所示.O为圆弧圆心，D为圆弧最低点，C

22、、M在同一水平高度.斜面体ABC固定在地面上，顶端B安装一定滑轮，一轻质软细绳跨过定滑轮(不计滑轮摩擦)分别连接小物块P、Q(两边细绳分别与对应斜面平行)，并保持P、Q两物块静止.若PC间距为L10.25 m，斜面MN足够长，物块P的质量m13 kg，与MN间的动摩擦因数 ，重力加速度g10 m/s2，求：(sin 370.6，cos 370.8)123456789(1)小物块Q的质量m2；答案解析4 kg根据共点力平衡条件，两物块的重力沿斜面的分力相等，有：m1gsin 53m2gsin 37解得：m24 kg即小物块Q的质量m2为4 kg.123456789(2)烧断细绳后，物块P第一次到达D点时对轨道的压力大小；答案解析78 NhL1sin 53R(1cos 53)在D点，支持力和重力的合力提供向心力：解得：FD78 N由牛顿第三定律得，物块P对轨道的压力大小为78 N.根据几何关系，有：123456789(3)物块P在MN斜面上滑行的总路程.答案解析1.0 m分析可知最终物块在CDM之间往复运动，C点和M点速度为零.由全过程动能定理得：m1gL1sin 53m1gcos 53L总0解得L总1.0 m即物块P在MN斜面上滑行的总路程为1.0 m.123456789