高考物理新課標(biāo)一輪復(fù)習(xí)(課件+習(xí)題)第六章機(jī)械能第1講功功率分析

1、課標(biāo)版課標(biāo)版 物理物理第1講功功率一、功一、功1.定義:物體受到力的作用,并在力的方向上發(fā)生一段位移,我們就說(shuō)力對(duì)物體做了功。2.做功的兩個(gè)必要因素:力和物體在力的方向上發(fā)生的位移。3.公式:W=。此式適用于恒力做功,其中是F與l方向之間的夾角,l為物體相對(duì)地面的位移。4.功的正負(fù)(1)正負(fù)號(hào)的意義功是標(biāo)量,但有正負(fù)之分,功的正負(fù)表示動(dòng)力對(duì)物體做功還是阻力對(duì)物體做功。比較功的大小時(shí),只比較其絕對(duì)值的大小。教材研讀教材研讀Fl cos (2)力對(duì)物體做正、負(fù)功的判斷a.00,力對(duì)物體做。b.90180時(shí),W90D.這個(gè)力與物體運(yùn)動(dòng)方向的夾角90時(shí),cos0,力對(duì)物體做負(fù)功,此力阻礙物體的運(yùn)動(dòng),選

2、項(xiàng)A、C正確。二、功率二、功率1.定義功率是表示物體的物理量,是力所做的功與完成這些功所用時(shí)間的比值。2.公式(1)平均功率:P=。(2)瞬時(shí)功率:P=。其中是F與v方向之間的夾角,v是物體相對(duì)地面的速度。注意 (1)若v是物體的平均速度,則可用P=Fv cos 計(jì)算平均功率。(2)在勻速直線運(yùn)動(dòng)中,平均功率等于瞬時(shí)功率。Wt做功快慢做功快慢Fv cos 3.額定功率與實(shí)際功率(1)額定功率:機(jī)械長(zhǎng)時(shí)間正常工作而不損壞機(jī)械的最大輸出功率。(2)實(shí)際功率:機(jī)器實(shí)際工作時(shí)的輸出功率。注意 (1)一般機(jī)器銘牌上標(biāo)明的功率表示該機(jī)器的額定功率。(2)實(shí)際功率一般小于或等于額定功率。自測(cè)3(多選)關(guān)于功

3、率,下列說(shuō)法正確的是()A.不同物體做相同的功,它們的功率一定相同B.物體做功越多,它的功率就越大C.物體做功越快,它的功率就越大D.發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率與實(shí)際功率可能相等,也可能不相等答案CD功率是表示物體做功快慢的物理量,不僅與做功的多少有關(guān),而且還跟做功所需的時(shí)間有關(guān),故C正確,A、B錯(cuò)。發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率可能等于額定功率,也可能不等于額定功率,故D正確。自測(cè)自測(cè)4如圖所示,質(zhì)量為m的小球以初速度v0水平拋出,恰好垂直打在傾角為的斜面上,(不計(jì)空氣阻力)則球落在斜面上時(shí)重力的瞬時(shí)功率為()A.mgv0tanB.C.D.mgv0cos0tanmgv0sinmgv答案B將小球速度分別沿水平方向和豎

4、直方向分解,如圖所示。由于v垂直于斜面,可求出小球落在斜面上時(shí)速度的豎直分量vy=,又vx=v0,此時(shí)重力的瞬時(shí)功率為P=mgvy=,選項(xiàng)B正確。tanxv0tanmgv考點(diǎn)一功的分析與計(jì)算考點(diǎn)一功的分析與計(jì)算1.功的正負(fù)的判斷方法(1)恒力做功的判斷:若物體做直線運(yùn)動(dòng),依據(jù)力與位移的夾角來(lái)判斷。(2)曲線運(yùn)動(dòng)中功的判斷:若物體做曲線運(yùn)動(dòng),依據(jù)F與v的方向的夾角來(lái)判斷。當(dāng)090,力對(duì)物體做正功;90180,力對(duì)物體做負(fù)功;=90,力對(duì)物體不做功。(3)依據(jù)能量變化來(lái)判斷:根據(jù)功是能量轉(zhuǎn)化的量度,若有能量轉(zhuǎn)化,則必有力對(duì)物體做功。此法常用于判斷兩個(gè)相聯(lián)系的物體之間的相互作用力做功的判斷?？键c(diǎn)突破

5、考點(diǎn)突破(1)恒力做功:(2)變力做功:用動(dòng)能定理:W=m-m當(dāng)變力的功率P一定時(shí),可用W=Pt求功,如機(jī)車恒功率啟動(dòng)時(shí)。將變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功:當(dāng)力的大小不變,而方向始終與運(yùn)動(dòng)方向相同或相反時(shí),這類力的功等于力和路程(不是位移)的乘積。如滑動(dòng)摩擦力做功、空氣阻力做功等。1222v1221v2.功的計(jì)算方法(3)總功的計(jì)算:先求物體所受的合外力,再求合外力的功;先求每個(gè)力做的功,再求各功的代數(shù)和。典例典例1(2015天津理綜,10,16分)某快遞公司分揀郵件的水平傳輸裝置示意如圖,皮帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下保持v=1m/s的恒定速度向右運(yùn)動(dòng),現(xiàn)將一質(zhì)量為m=2kg的郵件輕放在皮帶上,郵件和皮帶間的

6、動(dòng)摩擦因數(shù)=0.5。設(shè)皮帶足夠長(zhǎng),取g=10m/s2,在郵件與皮帶發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程中,求(1)郵件滑動(dòng)的時(shí)間t;(2)郵件對(duì)地的位移大小x;(3)郵件與皮帶間的摩擦力對(duì)皮帶做的功W。答案(1)0.2s(2)0.1m(3)-2J解析(1)設(shè)郵件放到皮帶上與皮帶發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)過(guò)程中受到的滑動(dòng)摩擦力為F,則F=mg由牛頓第二定律知郵件的加速度為a=g則郵件滑動(dòng)的時(shí)間t=0.2s(2)郵件與皮帶發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程中,對(duì)郵件應(yīng)用動(dòng)能定理,有FmvaFx=mv2-0由式并代入數(shù)據(jù)得x=0.1m(3)郵件與皮帶發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程中,設(shè)皮帶相對(duì)地面的位移為s,則s=vt摩擦力對(duì)皮帶做的功W=-Fs由式并代入數(shù)

7、據(jù)得W=-2J12涉及傳送帶做功問(wèn)題,一定要注意功的定義式中位移是指對(duì)地位移,而不是相對(duì)傳送帶的位移,這是此類問(wèn)題的易錯(cuò)點(diǎn),要避免出現(xiàn)此類錯(cuò)誤。1-1如圖所示,某人用大小不變的力F拉著放在光滑水平面上的物體,開(kāi)始時(shí)與物體相連的繩和水平面間的夾角是,當(dāng)拉力F作用一段時(shí)間后,繩與水平面間的夾角為,已知圖中的高度是h,求繩的拉力FT對(duì)物體所做的功。假定繩的質(zhì)量、滑輪質(zhì)量及繩與滑輪間的摩擦不計(jì)。答案Fh11sinsin解析設(shè)繩的拉力FT對(duì)物體做的功為,人的拉力F對(duì)繩做的功為WF,由題圖可知,在繩與水平面的夾角由變到的過(guò)程中,拉力F的作用點(diǎn)的位移大小為s=s1-s2,則WF=Fs=Fh,故繩子的拉力FT

8、對(duì)物體做的功為=WF=Fh。TFW11sinsinTFW11sinsin答案20J解析由F-x圖像可知,在木塊運(yùn)動(dòng)之前,彈簧彈力隨彈簧伸長(zhǎng)量的變化是線性關(guān)系,木塊緩慢移動(dòng)時(shí)彈簧彈力不變,圖線與橫軸所圍梯形面積即為拉力所做的功,即W=(0.6+0.4)40J=20J。121-2放在地面上的木塊與一輕彈簧相連,彈簧處于自由伸長(zhǎng)狀態(tài)?，F(xiàn)用手水平拉彈簧,拉力的作用點(diǎn)移動(dòng)x1=0.2m時(shí),木塊開(kāi)始運(yùn)動(dòng),繼續(xù)拉彈簧,木塊緩慢移動(dòng)了x2=0.4m的位移,其F-x圖像如圖所示,求上述過(guò)程中拉力所做的功。1-3如圖甲所示,一質(zhì)量為m=1kg的物塊靜止在粗糙水平面上的A點(diǎn),從t=0時(shí)刻開(kāi)始,物塊受到按如圖乙所示規(guī)

9、律變化的水平力F作用并向右運(yùn)動(dòng),第3s末物塊運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度剛好為0,第5s末物塊剛好回到A點(diǎn),已知物塊與粗糙水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2(g取10m/s2),求:(1)A與B間的距離;(2)水平力F在5s內(nèi)對(duì)物塊所做的功。答案(1)4m(2)24J解析(1)在35s內(nèi)物塊在水平恒力F作用下由B點(diǎn)勻加速運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn),設(shè)加速度為a,A與B間的距離為s,則F-mg=ma,解得a=2m/s2s=at2=4m(2)設(shè)物塊回到A點(diǎn)時(shí)的速度為vA,由=2as得vA=4m/s設(shè)整個(gè)過(guò)程中F做的功為WF,由動(dòng)能定理得:WF-2mgs=m解得:WF=24J122Av122Av1-4如圖所示,半徑為R,孔徑均勻的

10、圓形彎管水平放置,小球在管內(nèi)以足夠大的初速度在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的一周內(nèi),小球與管壁間的摩擦力大小恒為Ff,求小球在運(yùn)動(dòng)的這一周內(nèi),克服摩擦力所做的功。答案2RFf解析將小球運(yùn)動(dòng)的軌跡分割成無(wú)數(shù)個(gè)小段,設(shè)每小段的長(zhǎng)度為x,且與摩擦力方向共線,如圖所示,元功W=Ffx,而在小球運(yùn)動(dòng)的一周內(nèi)小球克服摩擦力所做的功等于各個(gè)元功的和,即W=W=Ffx=2RFf。1.平均功率的計(jì)算方法(1)利用=。(2)利用=Fcos,其中為物體運(yùn)動(dòng)的平均速度,F為恒力。2.瞬時(shí)功率的計(jì)算方法(1)利用P=Fvcos,其中v為t時(shí)刻的瞬時(shí)速度。(2)利用P=FvF,其中vF為物體的速度v在力F方向上的分速度

11、。(3)利用P=Fvv,其中Fv為物體受的外力F在速度v方向上的分力。PWtPvv考點(diǎn)二功率分析與計(jì)算考點(diǎn)二功率分析與計(jì)算典例典例2(2015浙江理綜,18,6分)(多選)我國(guó)科學(xué)家正在研制航母艦載機(jī)使用的電磁彈射器。艦載機(jī)總質(zhì)量為3.0104kg,設(shè)起飛過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)的推力恒為1.0105N;彈射器有效作用長(zhǎng)度為100m,推力恒定。要求艦載機(jī)在水平彈射結(jié)束時(shí)速度大小達(dá)到80m/s。彈射過(guò)程中艦載機(jī)所受總推力為彈射器和發(fā)動(dòng)機(jī)推力之和,假設(shè)所受阻力為總推力的20%,則()A.彈射器的推力大小為1.1106NB.彈射器對(duì)艦載機(jī)所做的功為1.1108JC.彈射器對(duì)艦載機(jī)做功的平均功率為8.8107WD

12、.艦載機(jī)在彈射過(guò)程中的加速度大小為32m/s2答案ABD艦載機(jī)彈射過(guò)程中的加速度a=m/s2=32m/s2,選項(xiàng)D正確;對(duì)艦載機(jī)在水平方向受力分析,根據(jù)牛頓第二定律得:F彈+F發(fā)-20%(F彈+F發(fā))=ma,解得:F彈=1.1106N,選項(xiàng)A正確;由功的定義得:W彈=F彈x=1.1108J,選項(xiàng)B正確;由速度公式得彈射器對(duì)艦載機(jī)的作用時(shí)間t=s=2.5s,由功率的定義得:P彈=4.4107W,選項(xiàng)C錯(cuò)。22vx2802 100va8032Wt彈2-1(2015山西考前質(zhì)量監(jiān)測(cè),21)(多選)在傾角為的光滑斜面上有兩個(gè)用輕彈簧連接的物塊A和B,它們的質(zhì)量分別為m和2m,彈簧的勁度系數(shù)為k,C為一

13、固定擋板,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用一沿斜面方向的恒力拉物塊A使之沿斜面向上運(yùn)動(dòng),當(dāng)B剛離開(kāi)C時(shí),A的速度為v,加速度方向沿斜面向上、大小為a,則()A.從靜止到B剛離開(kāi)C的過(guò)程中,A發(fā)生的位移為B.從靜止到B剛離開(kāi)C的過(guò)程中,重力對(duì)A做的功為-C.B剛離開(kāi)C時(shí),恒力對(duì)A做功的功率為(mgsin+ma)vD.當(dāng)A的速度達(dá)到最大時(shí),B的加速度大小為3sinmgk223sinm gk2a答案AD開(kāi)始系統(tǒng)靜止時(shí),設(shè)彈簧壓縮量為x,對(duì)A受力分析有kx=mgsin,解得:x=。當(dāng)B剛離開(kāi)擋板時(shí),設(shè)彈簧伸長(zhǎng)量為x,對(duì)B受力分析有kx=2mgsin,解得:x=,所以從靜止到B剛離開(kāi)C的過(guò)程中,A的位移為x+x=

14、,A項(xiàng)正確;重力對(duì)A做的功WG=-mgh=-,B項(xiàng)錯(cuò);Bsinmgk2sinmgk3sinmgk2223sinm gk剛離開(kāi)C時(shí),對(duì)A、B及彈簧組成的系統(tǒng),由牛頓第二定律有:F-3mgsin=maF=3mgsin+ma,所以拉力做功的功率P=Fv=(3mgsin+ma)v,C項(xiàng)錯(cuò);當(dāng)A的速度達(dá)到最大時(shí),A所受合外力為零,對(duì)A受力分析有:F彈+mgsin=F,解得:F彈=2mgsin+ma,對(duì)B,根據(jù)牛頓第二定律有:F彈-2mgsin=2ma,解得:a=,D項(xiàng)正確。2a考點(diǎn)三機(jī)車啟動(dòng)問(wèn)題考點(diǎn)三機(jī)車啟動(dòng)問(wèn)題1.機(jī)車的輸出功率P=Fv,其中F為機(jī)車的牽引力,v為機(jī)車運(yùn)動(dòng)速度。2.兩種啟動(dòng)方式對(duì)比以恒

15、定功率啟動(dòng)以恒定加速度啟動(dòng)P-t圖和v-t圖OA段vF=a=a=不變F不變P=Fv直到P額=Fv1運(yùn)動(dòng)性質(zhì)加速度減小的加速直線運(yùn)動(dòng)勻加速直線運(yùn)動(dòng),維持時(shí)間t0=P()v不變FFm阻FFm阻v1vaAB段F=F阻a=0F阻=vF=a=運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以vm做勻速直線運(yùn)動(dòng)加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)BC段F=F阻a=0F阻=,運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以vm做勻速直線運(yùn)動(dòng)PvmPv額FFm阻Pvm額3.三個(gè)重要關(guān)系式(1)無(wú)論哪種運(yùn)行過(guò)程,機(jī)車的最大速度都等于其勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度,即vm=(式中Fmin為最小牽引力,其值等于阻力F阻)。(2)機(jī)車以恒定加速度啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,勻加速過(guò)程結(jié)束時(shí),功率最大,速度不是最大,即v=vm=。(

16、3)機(jī)車以恒定功率運(yùn)行時(shí),牽引力做的功W=Pt。由動(dòng)能定理:Pt-F阻l=Ek,此式經(jīng)常用于求解機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)過(guò)程的位移大小。minPFPF阻PFPF阻典例典例3高速連續(xù)曝光照相機(jī)可在底片上重疊形成多個(gè)圖像?，F(xiàn)利用這架照相機(jī)對(duì)MD-2000家用汽車的加速性能進(jìn)行研究,如圖所示為汽車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)連續(xù)曝光三次的照片,圖中的標(biāo)尺單位為米,照相機(jī)每?jī)纱纹毓獾臅r(shí)間間隔為1.0s。已知該汽車的質(zhì)量為2000kg,額定功率為72kW,汽車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的阻力始終為1600N。(1)求該汽車的加速度。(2)若汽車由靜止以此加速度開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),勻加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)最多能保持多長(zhǎng)時(shí)間?(3)求汽車所能

17、達(dá)到的最大速度。答案(1)1.0m/s2(2)20s(3)45m/s解析(1)汽車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有x1=v0T+aT2v1=v0+aTx2=v1T+aT2由以上幾式可得x=x2-x1=aT2a=m/s2=1.0m/s2(2)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的汽車所受合外力為恒力,由牛頓第二定律有F-Ff=ma12122xT23.002.001.0得F=ma+Ff=3600N隨著速度的增大,汽車的輸出功率增大,當(dāng)達(dá)到額定功率時(shí),由P=Fv得v1=m/s=20m/s由勻加速運(yùn)動(dòng)公式v=at得t=20s(3)當(dāng)汽車達(dá)到最大速度時(shí),有F=Ff=1600N由P=Fvmax得vmax=m/s=45m/s。PF372 1036001vaPF372 1016003-1(2015江西百所重點(diǎn)中學(xué)診斷)如圖所示為某汽車啟動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功率P隨時(shí)間t變化的圖像,圖中P0為發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率,若已知汽車在t2時(shí)刻之前已達(dá)到最大速度vm,據(jù)此可知()A.t1t2時(shí)間內(nèi)汽車做勻速運(yùn)動(dòng)B.0t1時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)做的功為P0t1C.0t2時(shí)間