2019届高考物理大一轮复习专题五机械能第1讲功和功率课件

专题五 机械能,第1讲,功和功率,一、功,位移,Fscos ,大小,1做功的必要条件,方向,阻力,力和物体在力的方向上发生_2公式：W_.适用于恒力做功其中 为 F、s方向间的夹角，s 为物体对地的位移3功的正负：功是标量，只有_，没有_，但有正负正功表示力对物体做动力功，负功表示力对物体做_功(往往说成是物体克服这个力做功),【基础检测】1(多选)质量为 m 的物体静止在倾角为的斜面上，斜面沿水平方向向右匀速移动了距离 s，如图 5-1-1 所示，物体 m 相,),图 5-1-1,对斜面静止则下列说法正确的是(A重力对物体 m 做正功B合力对物体 m 做功为零C摩擦力对物体 m 做负功D支持力对物体 m 做正功答案：BCD,二、功率,做功的快慢,1概念：功跟完成这些功所用时间的比值2功率的物理意义：描述物体_,3公式,Fvcos ,平均功率,瞬时功率,(1)P_，P 为时间 t 内的平均功率(2)P_，为 F 与 v 的夹角若 v 为平均速度，则 P 为_若 v 为瞬时速度，则 P 为_,4额定功率与实际功率,(1)额定功率：长时间正常工作而不损坏机械的最大输出功,率,(2)实际功率：机械实际工作时的输出功率，实际功率应该,小于或等于额定功率,【基础检测】2在光滑的水平面上，用一水平拉力 F 使物体从静止开始移动 x，平均功率为 P，如果将水平拉力增加为 4F，使同一物,体从静止开始移动 x，则平均功率为(,),A2P,B4P,C6P,D8P,考点1 功的正负判断与恒力做功的计算重点归纳,考向1 功的正负的判断,1根据力和位移方向之间的夹角判断：此法常用于恒力做,功的判断.,2.根据力和瞬时速度方向的夹角判断：此法常用于判断质点做曲线运动时变力做的功，夹角为锐角时做正功，夹角为钝角时做负功，夹角为直角时不做功,3根据能量变化来判断：根据功是能量转化的量度，若有能量转化，则必有力对物体做功系统的机械能增加，说明力对系统做正功，系统的机械能减少，说明力对系统做负功，此法常用于判断相关联的两个物体之间相互作用力做的功,【考题题组】1(多选)如图 5-1-2 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，下列说法中正确的是(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,图 5-1-2,D合力对物体做正功答案：AC,考向2,恒力做功的计算,(1)单个力做的功：直接用 WFlcos 计算(2)合力做的功方法一：先求合力 F 合，再用 W合F合 lcos 求功方法二：先求各个力做的功 W1、W2、W3、，再应用 W合W1W2W3求合力做的功,【考题题组】2(多选)如图 5-1-3 所示，水平路面上有一辆质量为 M 的汽车，车厢中有一个质量为 m 的人正用恒力 F 向前推车厢，在车以加速度 a 向前加速行驶距离 L 的过程中，下列说法正确的,是(,)A人对车的推力 F 做的功为 FLB人对车做的功为 maL,图 5-1-3,C车对人的作用力大小为 maD车对人的摩擦力做的功为(Fma)L,答案：C,考点2,几种求变力做功的方法,重点归纳1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(详见本章第 2 讲)2当变力的功率 P 一定时，可用 WPt 求功，如机车恒功率启动时(详见本讲考点 3),3将变力做功转化为恒力做功(1)当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，力所做的功等于力和路程(不是位移)的乘积如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等(2)当力的方向不变，大小随位移做线性变化时，可先求出,功如弹簧弹力做功(3)通过转换研究的对象，有时可化为恒力做功，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,4作出变力 F 随位移 l 变化的图象，图象与位移轴所围的“面积”即为变力做的功如图 5-1-4 所示图甲表示恒力 F 做的功 W，图乙表示变力 F 做的功 W，图丙中横轴上方的面积表示正功，横轴下方的面积表示负功，其总功等于正、负功的代数和,图 5-1-4,5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,【考题题组】,4(微元法)如图 5-1-5 所示，一质量为 m2.0 kg 的物体从半径为 R5.0 m 的圆弧轨道的 A 端，在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到 B 端(圆弧 AB 在竖直平面内)拉力 F 大小始终为 15 N，方向始终与物体在该点的切线方向成 37°角圆弧所对应的圆心角为 45°，BO 边在竖直方向求在这一过程中(取 g10 m/s2)：,图 5-1-5,(1)拉力 F 做的功(2)重力 G 做的功,(3)圆弧面对物体的支持力 FN 做的功(4)圆弧面对物体的摩擦力 Ff 做的功,(2)重力 G 做的功 WGmgR(1cos 45°)29.3 J(3)物体所受的支持力 FN 始终与物体的运动方向垂直，所以,0.,(4)因物体在拉力 F 作用下缓慢移动，动能不变，由动能定,理知 WFWGWf0,所以 WfWFWG47.1 J29.3 J17.8 J.,5(化变力为恒力)如图 5-1-6 所示，固定的光滑竖直杆上套着一个滑块，用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮，以大小恒定的拉力 F 拉绳，使滑块从 A 点起由静止开始上升若从 A 点上升至 B 点和从 B 点上升至 C 点的过程中拉力 F 做的功分别为W1 和 W2，滑块经 B、C 两点的动能分别为 EkB 和 EkC，图中 AB,BC，则(,),AW1W2BW1W2,图 5-1-6,CW1W2D无法确定 W1 和 W2 的大小关系,解析：绳子对滑块做的功为变力做功，可以通过转换研究对象，将变力的功转化为恒力的功；因绳子对滑块做的功等于拉力 F 对绳子做的功，而拉力 F 为恒力，根据 WFscos ，A到 B 的过程中绳子与滑块的运动方向之间的夹角小于 B 到 C 的过程中绳子与滑块的运动方向之间的夹角，所以 W1>W2，A 正确,答案：A,6(图象法)如图 5-1-7 甲所示，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 做的总功为(,),甲,乙,图5-1-7,考点3 功率的理解及计算重点归纳,3计算功率的 3 个注意,(1)要弄清楚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)的功率求解瞬时功率时，如果 F 与 v 不同向，可用力 F 乘以 F方向的分速度，或速度 v 乘以速度方向的分力求解,【考题题组】7如图 5-1-8 所示，质量相同的两物体从同一高度由静止开始运动，A 沿着固定在地面上的光滑斜面下滑，B 做自由落,),体运动两物体分别到达地面时，下列说法正确的是(,图 5-1-8,答案：D,模型,机车启动模型,重点归纳 1两种启动方式的比较,（续表）,考向1,以恒定功率启动,例1: (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 5-1-9 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(图 5-1-9,FFf,A,B,C,D,解析：由 P-t 图象知：0t1 内汽车以恒定功率 P1 行驶，t1t2 内汽车以恒定功率 P2 行驶设汽车所受牵引力为 F，则由 P,Fv 得，当v增加时，F减小，由 a,m,知 a 减小，又因速,度不可能突变，所以选项 B、C、D 错误，A 正确答案：A,【触类旁通】1(多选，2017 年山东济南模拟)汽车在平直公路上以速度v0 匀速行驶，发动机功率为 P，牵引力为 F0，t1 时刻，司机减小了油门，使汽车的功率立即减小一半，并保持该功率继续行驶，到 t2 时刻，汽车又恢复了匀速直线运动下列能正确表示这一过程中汽车牵引力 F 随时间 t、速度 v 随时间 t 变化的图象,是(,),A,B,C,D,FfF,解析：到 t1 时刻功率立即减小一半，但速度减小有一个过程，不能直接变为原来的一半，所以牵引力立即变为原来的一半，根据公式 PFv，之后保持该功率继续行驶，速度减小，,牵引力增大，根据 a,m,，摩擦力恒定，所以加速度逐渐减,小，即 v-t 图象的斜率减小，当加速度为零时，做匀速直线运动，故选项 A、D 正确答案：AD,考向2,以恒定加速度启动,例 2：一辆汽车从静止出发，在平直的公路上加速前进，如果发动机的牵引力保持恒定，汽车所受阻力保持不变，在此,过程中(,),A汽车的速度与时间成正比B汽车的位移与时间成正比C汽车做变加速直线运动D汽车发动机做的功与时间成正比,【触类旁通】,2(2017 年浙江舟山模拟)质量为 1.0×103 kg 的汽车，沿倾角为30°的斜坡由静止开始运动，汽车在运动过程中所受摩擦阻力大小恒为 2 000 N，汽车发动机的额定输出功率为 5.6×104W，开始时以 a1 m/s2 的加速度做匀加速运动(g10 m/s2)求：,(1)汽车做匀加速运动的时间 t1.(2)汽车所能达到的最大速率,(3)若斜坡长 143.5 m，且认为汽车到达坡顶之前，已达到,最大速率，则汽车从坡底到坡顶需多长时间？,解：(1)由牛顿第二定律得Fmgsin 30°Ffma,设匀加速过程的末速度为 v，则有 PFvvat1,解得 t17 s.,(2)当达到最大速度 vm 时，a0，则有P(mgsin 30°Ff)vm解得 vm8 m/s.,