高考物理试题：专题五机械能

专题五,机械能,第1讲 功和功率,一、功,1.做功的必要条件,位移,Fscos ,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.,大小,方向,阻力,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).,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,(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_.,Fvcos ,平均功率,瞬时功率,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】 (2016 年安徽涡阳检测)如图 5-1-1 所示，质量相同的两物体 从同一高度同时由静止开始运动，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 5-1-1,A.重力的功WAWB B.重力的平均功率PAPB C.重力的瞬时功率PAPB D.A、B同时到达地面,答案：C,考点 1 判断功的正负 重点归纳,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.,典例剖析 例1：(2016 年广东广州执信中学期中改编)如图 5-1-2 所示， 滑块以速率 v1 沿斜面由底端向上滑行，至某一位置后返回，回 到出发点时的速率变为v2，且v2 v1，则下列,A.全过程中重力做功为零,B.在上滑和下滑两过程中，摩擦力均做负功,图 5-1-2,C.在上滑和下滑两过程中，摩擦力做功相等 D.在上滑和下滑两过程中，摩擦力的平均功率相等,思维点拨：在滑块整个运动过程中，摩擦力的方向始终和 滑块运动方向相反，是阻力，但摩擦力的大小、上滑位移和下 滑位移的大小是相同的，但上滑、下滑时间不同.,解析：因物体回到出发点，故位移为零，则全过程中重力做功为零，选项A正确；在上滑和下滑两过程中，都要克服摩擦力做功，选项B正确；在上滑和下滑两过程中，摩擦力做功均为Wfmgcos ·l，故在上滑和下滑两过程中，摩擦力做功相等，选项C正确；物体上滑的加速度a上gsin gcos ；下滑的加速度：a下gsin gcos ，因上滑的加速度大于下滑,答案：D,【考点练透】 1.人造地球卫星在椭圆轨道上运行，在由图 5-1-3 中的 a 点,运动到 b 点的过程中(,),A.万有引力对卫星做正功 B.万有引力对卫星做负功,图 5-1-3,C.万有引力对卫星先做正功，再做负功 D.万有引力对卫星一直不做功 答案：B,2.(2016 年福建师大附中期中)将质量为 m 的物体在高空中以 速率 v 水平向右抛出，由于风力作用，经过时间 t 后，物体下落一 段高度，速率仍为 v，方向与初速度相反，如图 5-1-4 所示.在这一,),运动过程中，下列关于风力做功的说法，正确的是( A.风力对物体不做功,图 5-1-4,D.由于风力方向未知，不能判断风力的做功情况,答案：C,考点2,几种求功的方法,重点归纳 1.恒力做功的计算：WFscos . 2.总功的计算,(1)若物体在整个运动过程中，受力情况不变，则先求合外力F合，再应用公式W合F合scos 求功，其中为合力F合与位移s的夹角. (2)若物体在每一运动阶段受力情况不同，则先求出每个力所做的功W1、W2、W3、Wn，再求W总W1W2W3Wn,3.变力做功的计算 (1)当变力的功率 P 一定时，可用 WPt 求功，如机车恒功 率启动时. (2)将变力做功转化为恒力做功. 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. 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)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 5-1-5 所示甲图表示恒力 F 做的 功 W，乙图表示变力 F 做的功 W，丙图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 5-1-5,4.应用动能定理WEk或功能关系WE，既可以求恒,力做的功，又可以求变力做的功.,典例剖析 例 2：如图 5-1-6 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)： (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.,图 5-1-6,思维点拨：根据各个力的特点(是恒力还是变力)，选择相,应的计算功的方法.,解：(1)将圆弧AB分成很多小段l1、l2、ln，拉力在每小段上做的功为W1、W2、Wn，因拉力F大小不变，方向始终与物体在该点的切线成37°角，所以 W1Fl1cos 37°、W2Fl2cos 37°、WnFlncos 37° 所以WFW1W2Wn F(l1l2ln)cos 37°,备考策略：在求解力做功的问题时，一定要注意分析是求 恒力做的功还是变力做的功，如果是求变力做的功，看能否转 化为求恒力做功的问题，不能转化的变力做功问题借助动能定 理和能量守恒定律来求解.,(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.,【考点练透】,A.7 J,B.5 J,C.3.5 J,D.1 J,答案：A,3.(2016年甘肃天水期中)两个相互垂直的力F1和F2作用在同一物体上，使物体运动，物体通过一段位移时，力F1对物体做功4 J，力F2对物体做功3 J，则力F1与F2的合力对物体做的功为( ),4.如图 5-1-7 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ABBC，则( ) A.W1W2 B.W1W2 C.W1W2,D.无法确定 W1 和 W2 的大小关系,图 5-1-7,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，WF·l，l为绳拉 滑块过程中力 F 的作用点移动的位移，大小等于滑轮左侧绳长 的缩短量，由图可知，lABlBC，故W1W2，A正确.,答案：A,考点3,机车启动问题,典例剖析 例 3：(多选，2014 年山东实验中学模拟)一质量为 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 5-1-8 所示.下列判断正确的是( 图 5-1-8,A.02 s 内外力的平均功率是 4 W B.第 2 s 内外力所做的功是 4 J C.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,选项 A 正确，选项 B 错误； 第1 s末外力的瞬时功率P1F1v13×3 W9 W， 第2 s末外力的瞬时功率P2F2v21×4 W4 W，故P 1 P294.选项 C 错误，选项 D 正确.,答案：AD,备考策略：求功率问题：(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 间的夹角对结果的影响.,【考点练透】 5.(2015 年河南洛阳模拟)把 A、B 两相同小球在离地面同一 高度处以相同大小的初速度 v0 分别沿水平方向和竖直方向抛,),出，不计空气阻力，如图 5-1-9 所示，则下列说法正确的是( A.两小球落地时速度相同 B.两小球落地时，重力的瞬时功率相同 C.从开始运动至落地，重力对两小球做的,功相同,图 5-1-9,D.从开始运动至落地，重力对两小球做功的平均功率相同 答案：C,6.(2016 年甘肃天水期中)用长度为 l 的不可伸长的轻质细绳 悬挂一个质量为 m 的小球，将小球移至和悬点等高的位置使绳 自然伸直，放手后小球在竖直平面内做圆周运动，小球在最低 点的势能记为零，则小球运动过程中第一次动能和势能相等时,),重力的瞬时功率为(,答案：C,机车启动模型,模型 重点归纳,(续表),(续表),典例剖析,例 4：(2015 年广东阳东一中月考)一种氢气燃料的汽车， 质量为m2.0×103 kg，发动机的额定输出功率为 80 kW，汽 车行驶在平直公路上时所受阻力恒为车重的 0.1 倍.若汽车从静 止开始先匀加速启动，加速度的大小为 a1.0 m/s2.达到额定输 出功率后，汽车保持功率不变又加速行驶了 800 m，直到获得 最大速度后才匀速行驶.试求：,(1)汽车的最大行驶速度.,(2)汽车匀加速启动阶段结束时的速度.,(3)当速度为 5 m/s 时，汽车牵引力的瞬时功率. (4)当汽车的速度为 32 m/s 时的加速度.,(5)汽车从静止到获得最大行驶速度所用的总时间.,审题突破：(1)当牵引力等于阻力时，汽车的速度最大，由,功率公式可求得最大行驶速度.,(2)由牛顿第二定律可求得匀速运动时的牵引力，匀加速启 动阶段结束时功率达额定功率，由功率公式可求得匀加速结束 时的速度.,(3)由(2)可知，速度为 5 m/s 时仍为匀加速过程，则由功率,公式可求得牵引力的瞬时功率.,(4)由功率公式可求得速度为 32 m/s 时的牵引力，由牛顿第,二定律可求得汽车的加速度.,(5)汽车行驶的总时间分为匀加速直线运动和变加速运动,的时间，变加速运动过程由动能定理可求得时间.,解：(1)汽车的最大行驶速度,汽车的最大行驶速度为40 m/s. (2)设汽车匀加速启动阶段结束时的速度为 v1， 由Ffma，得F4×103 N,匀加速启动的最后速度为 20 m/s.,(3)当速度为 5 m/s 时，处于匀加速阶段， 牵引力的瞬时功率为 PFv20 kW. (4)当速度为 32 m/s 时，处于恒定功率启动阶段，设牵引力 为 F，加速度为 a,由Ffma，得a0.25 m/s2 速度为32 m/