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高考物理试题:专题五机械能

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    • 1、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

      2、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:

      3、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,

      4、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

      5、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

      6、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

      7、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,WFl,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P1F1v133 W9 W, 第2 s末外力的瞬时功率P2F2v214 W4 W,故P 1 P294.

      8、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:(201

      9、5 年广东阳东一中月考)一种氢气燃料的汽车, 质量为m2.0103 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F4103 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/

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