202X學(xué)年高中物理第3章動(dòng)能的變化與機(jī)械功習(xí)題課功與功率課件滬科版必修2

1、習(xí)題課功與功率第3章動(dòng)能的變化與機(jī)械功學(xué)習(xí)目標(biāo)1.熟練掌握恒力做功的計(jì)算方法.2.能夠分析摩擦力做功的情況，并會(huì)計(jì)算一對(duì)摩擦力對(duì)兩物體所做的功.3.能區(qū)分平均功率和瞬時(shí)功率.內(nèi)容索引重點(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān)重點(diǎn)探究1.恒力的功恒力的功功的公式WFscos ，只適用于恒力做功.即F為恒力，s是物體相對(duì)地面的位移，流程圖如下：一、功的計(jì)算2.變力做功的計(jì)算變力做功的計(jì)算(1)將變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功將變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功.在曲線運(yùn)動(dòng)或有往復(fù)的運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)力的大小不變，而方向始終與運(yùn)動(dòng)方在曲線運(yùn)動(dòng)或有往復(fù)的運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)力的大小不變，而方向始終與運(yùn)動(dòng)方向一樣或相反時(shí)，這類力的

2、功等于力和路程的乘積，力向一樣或相反時(shí)，這類力的功等于力和路程的乘積，力F與與v同向時(shí)做正同向時(shí)做正功，力功，力F與與v反向時(shí)做負(fù)功反向時(shí)做負(fù)功.(2)當(dāng)變力做功的功率當(dāng)變力做功的功率P一定時(shí)，如機(jī)車恒定功率啟動(dòng)，可用一定時(shí)，如機(jī)車恒定功率啟動(dòng)，可用WPt求功求功.圖1例例1在水平面上，有一彎曲的槽道在水平面上，有一彎曲的槽道AB，由半徑分別為，由半徑分別為 和和R的兩個(gè)半圓構(gòu)成的兩個(gè)半圓構(gòu)成.如圖如圖2所示，現(xiàn)用大小恒為所示，現(xiàn)用大小恒為F的拉的拉力將一光滑小球從力將一光滑小球從A點(diǎn)拉至點(diǎn)拉至B點(diǎn)，假設(shè)拉力點(diǎn)，假設(shè)拉力F的方向總是的方向總是與小球運(yùn)動(dòng)方向一致，那么此過程中拉力所做的功為與小球

3、運(yùn)動(dòng)方向一致，那么此過程中拉力所做的功為 A.零零 B.FR圖2答案解析 解析解析小球受到的拉力F在整個(gè)過程中大小不變，方向時(shí)刻變化，是變力.但是，如果把圓周分成無數(shù)微小的弧段，每一小段可近似看成直線，拉力F在每一小段上方向不變，每一小段上可用恒力做功的公式計(jì)算，然后將各段做功累加起來.設(shè)每一小段的長(zhǎng)度分別為l1，l2，l3ln，拉力在每一段上做的功W1Fl1，W2Fl2WnFln，拉力在整個(gè)過程中所做的功WW1W2WnF(l1l2ln)例例2某人利用如圖某人利用如圖3所示的裝置，用所示的裝置，用100 N的恒力的恒力F作作用于不計(jì)質(zhì)量的細(xì)繩的一端，將物體從水平面上的用于不計(jì)質(zhì)量的細(xì)繩的一端，

4、將物體從水平面上的A點(diǎn)點(diǎn)移到移到B點(diǎn)點(diǎn).130，237，h1.5 m，不計(jì)滑輪，不計(jì)滑輪質(zhì)量及繩與滑輪間的摩擦質(zhì)量及繩與滑輪間的摩擦.求繩的拉力對(duì)物體所做的功求繩的拉力對(duì)物體所做的功(sin 370.6，cos 370.8).圖3答案解析 答案答案50 J解析由于不計(jì)繩與滑輪的質(zhì)量及摩擦，所以恒力解析由于不計(jì)繩與滑輪的質(zhì)量及摩擦，所以恒力F做的功和繩對(duì)物體做的功和繩對(duì)物體的拉力做的功相等的拉力做的功相等.此題可以通過求恒力此題可以通過求恒力F所做的功求出繩對(duì)物體的拉力所做的功求出繩對(duì)物體的拉力所做的功所做的功.由于恒力由于恒力F作用在繩的端點(diǎn)，故需先求出繩的端點(diǎn)的位移作用在繩的端點(diǎn)，故需先求出

5、繩的端點(diǎn)的位移s，再，再求恒力求恒力F做的功做的功.由幾何關(guān)系知，繩的端點(diǎn)的位移為由幾何關(guān)系知，繩的端點(diǎn)的位移為在物體從在物體從A移到移到B的過程中，恒力的過程中，恒力F做的功為做的功為WFs1000.5 J50 J.故繩的拉力對(duì)物體所做的功為故繩的拉力對(duì)物體所做的功為50 J.1.無論是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力，都可以做正功，也可以做負(fù)功，或者不做功.如下面幾個(gè)實(shí)例：(1)如圖4所示，在一與水平方向夾角為的傳送帶上，有一袋水泥相對(duì)于傳送帶靜止.當(dāng)水泥隨傳送帶一起勻速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜摩擦力f對(duì)水泥做負(fù)功；當(dāng)水泥隨傳送帶一起勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜摩擦力f對(duì)水泥做正功.二、摩擦力做功的特點(diǎn)圖4(2)如圖5

6、所示，人和物體隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，人和物體受到的靜摩擦力的方向始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功.(3)如圖6所示，汽車加速行駛時(shí)，假設(shè)車上的貨物相對(duì)車向后發(fā)生了滑動(dòng)，那么貨物受到的滑動(dòng)摩擦力f方向向前，與貨物相對(duì)于地的位移方向一樣，對(duì)貨物做正功.2.一對(duì)相互作用的靜摩擦力做功的代數(shù)和一定為零，如果一個(gè)做了W的正功，另一個(gè)必做W的負(fù)功.圖5圖63.一對(duì)相互作用的滑動(dòng)摩擦力做功的代數(shù)和一定是負(fù)值.例例3質(zhì)量為質(zhì)量為M的木板放在光滑水平面上，如圖的木板放在光滑水平面上，如圖7所示所示.一個(gè)質(zhì)量為一個(gè)質(zhì)量為m的滑的滑塊以某一初速度沿木板外表從塊以某一初速度沿木板外表從A點(diǎn)滑至點(diǎn)滑至B點(diǎn)，在木板上前進(jìn)了

7、點(diǎn)，在木板上前進(jìn)了l，同時(shí)木板，同時(shí)木板前進(jìn)了前進(jìn)了s，假設(shè)滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，假設(shè)滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，求摩擦力對(duì)滑塊、對(duì)木，求摩擦力對(duì)滑塊、對(duì)木板所做的功各為多少？滑動(dòng)摩擦力對(duì)滑塊、木板做的總功為多少？板所做的功各為多少？滑動(dòng)摩擦力對(duì)滑塊、木板做的總功為多少？答案答案mg(ls)mgsmgl答案圖7解析 解析解析由題圖可知，木板的位移為sMs時(shí)，滑塊的對(duì)地位移為smls，m與M之間的滑動(dòng)摩擦力fmg.由公式WFscos 可得，摩擦力對(duì)滑塊所做的功為Wmmgsmcos 180mg(ls)，負(fù)號(hào)表示做負(fù)功.摩擦力對(duì)木板所做的功為WMmgsMmgs.滑動(dòng)摩擦力做的總功為WWmWMm

8、g(ls)mgsmgl針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練在光滑的水平地面上有質(zhì)量為M的長(zhǎng)木板A，如圖8所示，木板上放一質(zhì)量為m的物體B，A、B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為.今在物體B上加一水平恒力F，B和A發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間t，B未滑離木板A.(1)求摩擦力對(duì)A所做的功；解析 答案圖8解析解析木板A在滑動(dòng)摩擦力的作用下，向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得mgMaA，因?yàn)槟Σ亮的方向和位移sA的方向一樣，即對(duì)A做正功，(2)求摩擦力對(duì)B所做的功；解析 答案解析解析物體B在水平恒力F和摩擦力f的合力作用下向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)B的加速度為aB，由牛頓第二定律得FmgmaB摩擦力f的方向和位移sB的方向相反，所以f

9、對(duì)B做負(fù)功，(3)假設(shè)木板A固定，求B對(duì)A的摩擦力對(duì)A做的功.解析 答案解析假設(shè)長(zhǎng)木板解析假設(shè)長(zhǎng)木板A固定，那么固定，那么A的位移的位移sA0，所以摩擦力對(duì)，所以摩擦力對(duì)A做功為做功為0，即對(duì)，即對(duì)A不做功不做功.答案答案0三、功率的計(jì)算2.瞬時(shí)功率的計(jì)算：計(jì)算瞬時(shí)功率只能用PFvcos 求解，其中為力F與速度v的夾角.例例4(多項(xiàng)選擇多項(xiàng)選擇)質(zhì)量為質(zhì)量為m的物體靜止在光滑水平面上，的物體靜止在光滑水平面上，從從t0時(shí)刻開場(chǎng)受到水平力的作用時(shí)刻開場(chǎng)受到水平力的作用.水平力水平力F與時(shí)間與時(shí)間t的的關(guān)系如圖關(guān)系如圖9所示，力的方向保持不變，那么所示，力的方向保持不變，那么 圖9答案解析1.兩種

10、啟動(dòng)方式的過程分析兩種啟動(dòng)方式的過程分析四、機(jī)車的兩種啟動(dòng)方式以恒定功率啟動(dòng)以恒定牽引力啟動(dòng)Pt圖和vt圖OA段過程分析運(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t0AB段過程分析運(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FF阻a0F阻 ， 以vm做勻速直線運(yùn)動(dòng)2.機(jī)車啟動(dòng)問題中幾個(gè)物理量的求法機(jī)車啟動(dòng)問題中幾個(gè)物理量的求法例例5汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為60 kW，汽車的質(zhì)量為，汽車的質(zhì)量為5 t，汽車在水平，汽車在水平路面上行駛時(shí)，阻力是車重的路面上行駛時(shí)，阻力是車重的0.1倍，倍，g取取10 m/s2.(1)汽車保持額定功率不變從靜止啟動(dòng)后：汽

11、車保持額定功率不變從靜止啟動(dòng)后：汽車所能到達(dá)的最大速度是多大？汽車所能到達(dá)的最大速度是多大？答案答案12 m/s解析汽車運(yùn)動(dòng)中所受的阻力解析汽車運(yùn)動(dòng)中所受的阻力f0.1mg0.1510310 N5103 N汽車保持額定功率啟動(dòng)時(shí)，做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度減汽車保持額定功率啟動(dòng)時(shí)，做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度減小到零時(shí)，速度到達(dá)最大小到零時(shí)，速度到達(dá)最大.此時(shí)汽車的牽引力此時(shí)汽車的牽引力F1f5103 N答案解析 當(dāng)汽車的速度為6 m/s時(shí)加速度為多大？答案答案1 m/s2答案解析 由牛頓第二定律得F2fma(2)假設(shè)汽車從靜止開場(chǎng)，保持以0.5 m/s2的加速度做勻加速直線

12、運(yùn)動(dòng)，這一過程能維持多長(zhǎng)時(shí)間？答案答案16 s答案解析 解析當(dāng)汽車以恒定加速度解析當(dāng)汽車以恒定加速度0.5 m/s2勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)汽車的牽引力為勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)汽車的牽引力為F3，由牛頓第二定律得，由牛頓第二定律得F3fma即即F3Ffma5103 N51030.5 N7.5103 N汽車勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其功率逐漸增大，當(dāng)功率增大到等于額定功率時(shí)，汽車勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其功率逐漸增大，當(dāng)功率增大到等于額定功率時(shí)，勻加速運(yùn)動(dòng)完畢，此時(shí)汽車的速度勻加速運(yùn)動(dòng)完畢，此時(shí)汽車的速度分析機(jī)車啟動(dòng)問題，要注意幾個(gè)關(guān)系(以水平路面行駛為例)：(1)抓住兩個(gè)核心方程：牛頓第二定律方程Ffma聯(lián)系著力和加速度，PFv

13、聯(lián)系著力和速度.一般解題流程為：加速度(2)注意兩個(gè)約束條件：假設(shè)功率P一定，那么牽引力F隨速度v的變化而變化，假設(shè)加速度a(即牽引力F)一定，那么功率P隨速度v的變化而變化. 總結(jié)提升總結(jié)提升達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(功的計(jì)算)一物體在運(yùn)動(dòng)中受水平拉力F的作用，F(xiàn)隨運(yùn)動(dòng)距離s的變化情況如圖10所示，那么在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中F做的功為 A.4 J B.18 JC.20 J D.22 J答案解析1234圖101234解析方法一由題圖可知解析方法一由題圖可知F在整個(gè)過程中做功分為三個(gè)小過程，分別在整個(gè)過程中做功分為三個(gè)小過程，分別做功為做功為W122 J4 J，W212 J2 JW344 J16 J，所以所以WW

14、1W2W34 J(2)J16 J18 J.方法二方法二Fs圖像中圖線與圖像中圖線與s軸所圍成的面積表示做功的多少，軸所圍成的面積表示做功的多少，s軸上方軸上方為正功，下方為負(fù)功，總功為三局部的代數(shù)和，即為正功，下方為負(fù)功，總功為三局部的代數(shù)和，即(222144)J18 J，B正確正確.2.(摩擦力做功的特點(diǎn))如圖11所示，平板車放在光滑水平面上，一個(gè)人從車的左端加速向右端跑動(dòng)，設(shè)人受到的摩擦力為f，平板車受到的摩擦力為f，以下說法正確的選項(xiàng)是 A.f、f均做負(fù)功B.f、f均做正功C.f做正功，f做負(fù)功D.因?yàn)槭庆o摩擦力，f、f做功均為零答案解析1234圖11解析解析人在移動(dòng)過程中，人對(duì)車的摩擦力向左，車向后退，故人對(duì)小車的摩擦力做正功；但對(duì)于人來說，人在蹬車過程中，人受到的其實(shí)是靜摩擦力，方向向右，位移也向右，故摩擦力對(duì)人做的功是正功，選項(xiàng)B正確.12343.(功率的計(jì)算)如圖12所示，質(zhì)量為2 kg的物體以10 m/s的初速度水平拋出，經(jīng)過2 s落地.取g10 m/s2.關(guān)于重力做功的功率，以下說法正確的選項(xiàng)是 A.下落過程中重力的平均功率是400 WB.下落過程中重力的平均功率是100 WC.落地前的瞬間重力的瞬時(shí)功率是400 WD.落地前的瞬間重