適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能第1節(jié)功和功率課件

第1節(jié)功和功率第五章【課程標(biāo)準(zhǔn)】

1.理解功和功率。了解生產(chǎn)生活中常見機(jī)械的功率大小及其意義。2.理解動(dòng)能和動(dòng)能定理。能用動(dòng)能定理解釋生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象。3.理解重力勢(shì)能,知道重力勢(shì)能的變化與重力做功的關(guān)系。定性了解彈性勢(shì)能。4.通過實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。理解機(jī)械能守恒定律,體會(huì)守恒觀念對(duì)認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的重要性。能用機(jī)械能守恒定律分析生產(chǎn)生活中的有關(guān)問題。5.了解自然界中存在多種形式的能量。知道不同形式的能量可互相轉(zhuǎn)化,在轉(zhuǎn)化過程中能量總量保持不變,能量轉(zhuǎn)化是有方向性的。6.知道利用能量是人類生存和社會(huì)發(fā)展的必要條件之一。7.知道合理使用能源的重要性,具有可持續(xù)發(fā)展觀念,養(yǎng)成節(jié)能的習(xí)慣【核心素養(yǎng)】

【試題情境】

生活實(shí)踐類機(jī)車啟動(dòng)、各種交通工具、各種體育比賽項(xiàng)目、各種生產(chǎn)工具、各種娛樂項(xiàng)目等學(xué)習(xí)探索類功的正負(fù)判斷和大小計(jì)算、變力做功的計(jì)算、功率的分析與計(jì)算、動(dòng)能定理的應(yīng)用、機(jī)械能守恒的理解與應(yīng)用、功能關(guān)系的理解與應(yīng)用、能量守恒及轉(zhuǎn)化問題【考向預(yù)測】

本章內(nèi)容屬于高考考查的熱點(diǎn)和難點(diǎn),既有選擇題,又有計(jì)算題,甚至出現(xiàn)與電場、電磁感應(yīng)綜合的壓軸題?？疾榈木唧w內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:①功和功率的計(jì)算及機(jī)車啟動(dòng)問題;②動(dòng)能定理結(jié)合能量守恒定律處理變力及曲線運(yùn)動(dòng)問題;③功能關(guān)系、機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用;④驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn);⑤結(jié)合不同的運(yùn)動(dòng)形式——如平拋運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等綜合考查強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略一、功1.做功的兩個(gè)要素(1)作用在物體上的

。

(2)物體在

上發(fā)生的位移。

2.功的物理意義功是

的量度。

力力的方向能量轉(zhuǎn)化3.公式

力對(duì)物體做不做功,關(guān)鍵是看力的方向與位移方向之間的夾角W=

。

如圖所示,物體在恒力F的作用下沿水平面向右運(yùn)動(dòng)了一段距離l,則恒力F做的功W=

。

(1)α是力與

之間的夾角,l為物體對(duì)地的位移。

(2)該公式只適用于

做功。

FlcosαFlcosα位移方向恒力4.功的正負(fù)的判斷

作用力與反作用力做的功并不一定一正一負(fù)、大小相等,實(shí)際上二者沒有必然聯(lián)系

夾角功的正負(fù)0°≤α<90°W>0,力對(duì)物體做

功

90°<α≤180°W<0,力對(duì)物體做

功,也就是物體克服這個(gè)力做了功

α=90°W=0,力對(duì)物體

,也就是力對(duì)物體做功為零

正負(fù)不做功易錯(cuò)辨析

(1)凡是受力作用的物體,一定有力對(duì)物體做功。(

)(2)只要物體受力,又在力的方向上發(fā)生了位移,就一定有力對(duì)物體做功。(

)(3)作用力做正功時(shí),反作用力一定做負(fù)功。(

)(4)力對(duì)物體做功的正負(fù)是由力和位移間的夾角大小決定的。(

)×√×√應(yīng)用提升1.設(shè)一個(gè)恒力拉著一個(gè)物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng)一段距離,拉力做的功為W1,用同樣大小的力拉著物體沿斜面向下運(yùn)動(dòng)同樣的距離,拉力做的功為W2,已知拉力與物體運(yùn)動(dòng)方向相同。比較W1和W2的大小(

)A.W1>W2 B.W1=W2C.W1<W2 D.以上都不正確答案

B解析

根據(jù)W=Flcos

α得W1=FlW2=Fl故W1=W2,選項(xiàng)B正確。2.如圖所示,物塊A、B在外力F的作用下一起沿水平地面做勻速直線運(yùn)動(dòng),下列關(guān)于A對(duì)地面的滑動(dòng)摩擦力做功和B對(duì)A的靜摩擦力做功的說法正確的是(

)A.B對(duì)A的靜摩擦力做正功,A對(duì)地面的滑動(dòng)摩擦力做負(fù)功B.B對(duì)A的靜摩擦力不做功,A對(duì)地面的滑動(dòng)摩擦力做負(fù)功C.B對(duì)A的靜摩擦力做正功,A對(duì)地面的滑動(dòng)摩擦力不做功D.B對(duì)A的靜摩擦力做負(fù)功,A對(duì)地面的滑動(dòng)摩擦力做正功答案

C解析

A對(duì)地面雖然有摩擦力,但在力的作用下地面沒有發(fā)生位移,所以A對(duì)地面的滑動(dòng)摩擦力不做功,B對(duì)A的靜摩擦力的方向向右,A的位移也向右,所以B對(duì)A的靜摩擦力做正功,故C正確。二、功率1.物理意義:描述力對(duì)物體

。

2.公式(1),P為時(shí)間t內(nèi)的

;

機(jī)車啟動(dòng)類問題中F指牽引力(2)P=Fv,若v為平均速度,則P為

;若v為瞬時(shí)速度,則P為

。

3.額定功率:機(jī)械

時(shí)的最大輸出功率。

4.實(shí)際功率:機(jī)械

時(shí)的輸出功率,要求不大于

。

做功的快慢平均功率平均功率瞬時(shí)功率正常工作實(shí)際工作額定功率易錯(cuò)辨析

(5)由P=Fv知,當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí),牽引力與速度成反比。(

)(6)物體做功越多,其功率越大。(

)(7)在越野比賽中,汽車爬坡時(shí),常常換用低速擋。(

)√×√應(yīng)用提升3.(多選)關(guān)于功率公式

和P=Fv的說法正確的是(

)A.由

知,只要知道W和t就可求出任意時(shí)刻的功率B.由P=Fv既能求某一時(shí)刻的瞬時(shí)功率,也可以求平均功率C.由P=Fv知,隨著汽車速度增大,它的功率也可以無限制增大D.由P=Fv知,當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí),牽引力與速度成反比答案

BD解析

只適用于求平均功率,P=Fv雖是由前者推導(dǎo)得出,但可以用于求平均功率和瞬時(shí)功率,故A錯(cuò)誤,B正確。汽車運(yùn)行時(shí)不能長時(shí)間超過額定功率,故隨著汽車速度增大,它的功率并不能無限制增大,故C錯(cuò)誤。當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí),速度越大,牽引力越小,故牽引力與速度成反比,故D正確。4.如圖甲所示,滑輪質(zhì)量、摩擦均不計(jì),質(zhì)量為2kg的物體在拉力F的作用下由靜止向上做勻加速運(yùn)動(dòng),物體速度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示,由此可知(

)A.物體加速度大小為2m/s2B.F的大小為21NC.4s末F的功率為42WD.0~4s內(nèi)F的平均功率為42WC解析

v-t圖像的斜率表示物體加速度,由題圖乙可知,a=0.5

m/s2,由2F-mg=ma可得F=10.5

N,選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤;4

s末F的作用點(diǎn)的速度大小為vF=2v物=4

m/s,故4

s末F的功率為P=FvF=42

W,選項(xiàng)C正確;增素能精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一功的正負(fù)判斷和大小計(jì)算[自主探究]1.功的正負(fù)判斷方法(1)恒力功的判斷:依據(jù)力與位移方向的夾角來判斷。(2)曲線運(yùn)動(dòng)中功的判斷(3)依據(jù)能量變化來判斷:若有能量轉(zhuǎn)化,則必有力對(duì)物體做功。此法常用于兩個(gè)相聯(lián)系的物體之間的相互作用力做功的判斷。2.恒力功的計(jì)算方法3.總功的計(jì)算方法方法一:先求合力F合,再用W總=F合lcosα求功,此法要求F合為恒力。方法二:先求各個(gè)力做的功W1、W2、W3、…,再應(yīng)用W總=W1+W2+W3+…求總功,注意代入“+”“-”再求和?！緦?duì)點(diǎn)演練】1.光滑的水平面上放著一輛小車,站在小車上的人拉系在墻壁上的水平繩子,使小車和人一起向右加速移動(dòng)。則下列說法正確的是(

)A.繩子的拉力對(duì)人做負(fù)功B.繩子的拉力對(duì)小車做正功C.小車對(duì)人的摩擦力對(duì)人做正功D.人對(duì)小車的摩擦力對(duì)小車做正功答案

D解析

人受到繩子的拉力與人的位移方向相同,所以繩子的拉力對(duì)人做正功,由于繩子的拉力未作用在小車上,所以繩子的拉力對(duì)小車不做功,故A、B錯(cuò)誤;小車對(duì)人的摩擦力方向向左,則小車對(duì)人的摩擦力對(duì)人做負(fù)功,故C錯(cuò)誤;人對(duì)小車的靜摩擦力方向向右,則人對(duì)小車的靜摩擦力對(duì)小車做正功,故D正確。2.(2022廣東梅州期末)某廂式貨車在裝車時(shí),用木板做成斜面,將貨物沿斜面拉到車上,拉力方向始終平行于接觸面。第一次裝卸工人用長木板搭成與地面夾角較小的斜面,將貨物從所在位置直接沿斜面拉到車上;第二次裝卸工人用較短木板搭成與地面夾角較大的斜面,先沿水平地面拉動(dòng)貨物,再通過短木板搭成的斜面將貨物拉到貨車上。兩次拉動(dòng)過程中,貨物與貨車的水平距離保持不變,貨物與地面及兩斜面動(dòng)摩擦因數(shù)均相同,則兩次拉動(dòng)過程中,關(guān)于摩擦力對(duì)貨物所做的功,下列說法正確的是(

)A.第一次拉動(dòng)貨物過程中,貨物克服摩擦力做功較多B.第二次拉動(dòng)貨物過程中,貨物克服摩擦力做功較多C.兩次拉動(dòng)貨物過程中,貨物克服摩擦力做功相同D.兩次拉動(dòng)貨物過程中,貨物克服摩擦力做功多少無法比較答案

C

解析

第一次拉動(dòng)貨物過程中,貨物克服摩擦力做功Wf1=μmgcos

θ·l1,第二次拉動(dòng)貨物過程中,貨物克服摩擦力做功Wf2=μmgcos

α·l2+μmgx,由題意可知l1cos

θ=l2cos

α+x,則Wf1=Wf2,故選C。3.(2023重慶巴蜀中學(xué)高三月考)如圖所示,水平路面上有一輛汽車以加速度a向前加速行駛,車廂中有一個(gè)質(zhì)量為m的人正用恒力F向前推車廂,人始終相對(duì)于車靜止,在車行駛距離l的過程中,下列說法正確的是(

)A.人對(duì)車做的功為FlB.人對(duì)車做的功為malC.人對(duì)車做的功為-malD.人對(duì)車做的功為(F+ma)lC解析

車對(duì)人的合力大小為ma,方向水平向左,則人對(duì)車的合力大小也為ma,方向水平向右,人對(duì)車做負(fù)功,則有W=-mal,選項(xiàng)C正確?？键c(diǎn)二變力做功的計(jì)算方法[師生共研]【典例突破】如圖所示,在一半徑為R=6m的圓弧形橋面的底端A,某人用大小始終為F=75N的拉力把一質(zhì)量為m=8kg的物塊(可看成質(zhì)點(diǎn)),從底端沿橋面緩慢拉到頂端B(圓弧

在一豎直平面內(nèi)),拉力的方向始終與物塊的運(yùn)動(dòng)方向成37°角,整個(gè)圓弧橋面所對(duì)的圓心角為120°,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,π取3.14。求這一過程中:(1)拉力F做的功;(2)橋面對(duì)物塊的摩擦力做的功。思維點(diǎn)撥

拉力是變力,但大小不變,將運(yùn)動(dòng)過程分成無數(shù)小段,每一小段看作直線,這樣就將變力做功問題轉(zhuǎn)化成了恒力做功問題。答案

(1)376.8J

(2)-136.8J(2)重力G做的功WG=-mgR(1-cos

60°)=-240

J,因物塊在拉力F作用下緩慢移動(dòng),動(dòng)能不變,由動(dòng)能定理知WF+WG+Wf=0,所以Wf=-WF-WG=-376.8

J+240

J=-136.8

J?！緦?duì)點(diǎn)演練】4.(多選)(2023山東濰坊模擬)水平地面上質(zhì)量為m=7kg的物體,在水平拉力F的作用下開始做直線運(yùn)動(dòng),力F隨位移x的變化關(guān)系如圖所示,當(dāng)x=10m時(shí)拉力為零,物體恰好停下,重力加速度g取10m/s2,下列說法正確的是(

)A.物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2B.加速階段克服摩擦力做的功為81.2JC.加速階段拉力做的功為80JD.全過程摩擦力做的功為-140J答案

ABD解析

設(shè)恒力作用下物體運(yùn)動(dòng)位移為x1,變力作用下運(yùn)動(dòng)位移為x2,動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,全過程由動(dòng)能定理得Fx1+x2-μmg

(x1+x2)=0,解得μ=0.2,故A正確;當(dāng)F=Ff=14

N時(shí),速度最大,此后物體將做減速運(yùn)動(dòng),由圖像結(jié)合幾何關(guān)系可得此時(shí)x=5.8

m,故加速階段克服摩擦力做的功為Wf=μmg

x=81.2

J,故B正確;勻加速階段F做的功為W=Fx1=80

J,故加速階段F做的功大于80

J,故C錯(cuò)誤;全過程摩擦力做的功Wf'=-μmg

(x1+x2)=-140

J,故D正確。5.(2023河南洛陽第一中學(xué)高三檢測)質(zhì)量為2kg的物體靜止在光滑的水平面上,從某時(shí)刻起,對(duì)物體施加一方向不變的水平拉力F,該拉力F與物體的位移x的關(guān)系圖像如圖所示,則物體在x=7m處時(shí)的速度大小為(

)A6.(2023安徽滁州定遠(yuǎn)縣聯(lián)考)如圖所示,在水平桌面上,長R=5m的輕繩一端固定于O點(diǎn)(俯視圖),另一端系一質(zhì)量為m=2.0kg的小球,現(xiàn)對(duì)小球施加一個(gè)大小不變的力F=10N,方向始終與小球在該點(diǎn)的切線成37°角,F拉著物體從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn),已知小球與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,不計(jì)空氣阻力,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,則拉力F做的功與克服摩擦力做的功之比為(

)B解析

將圓弧分成很多小段l1、l2、…、ln,拉力F在每小段上做的功為W1、W2、…、Wn,因拉力F大小不變,方向始終與小球在該點(diǎn)的切線成37°角,所以W1=Fl1cos

37°,W2=Fl2cos

37°,…,Wn=Flncos

37°,考點(diǎn)三功率的分析與計(jì)算[自主探究]1.平均功率的計(jì)算方法(1)利用

。(2)利用P=Fvcosα,其中v為物體運(yùn)動(dòng)的平均速度,α為F與v的夾角。2.瞬時(shí)功率的計(jì)算方法(1)利用公式P=Fvcosα,其中v為t時(shí)刻的瞬時(shí)速度,α為F與v的夾角。(2)利用公式P=FvF,其中vF為物體的速度v在力F方向上的分速度。(3)利用公式P=Fvv,其中Fv為物體受到的外力F在速度v方向上的分力?！緦?duì)點(diǎn)演練】7.(2023湖南株洲期末)某中學(xué)戶外研學(xué)活動(dòng)中,同學(xué)們開展助農(nóng)春耕,深度體驗(yàn)農(nóng)耕文化及勞動(dòng)人民的艱辛。如圖所示,學(xué)生相互合作用一根繩子拉犁,繩子斜向上與水平方向成37°,拉力大小為200N,犁位移10m,經(jīng)歷時(shí)間10s。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,則下列關(guān)于該過程拉力做功及功率的說法正確的是(

)A.拉力做功為1800JB.拉力做功為1200JC.拉力做功的平均功率為160WD.拉力做功的平均功率為120WC解析

該過程拉力做功為W=Flcos

37°=200×10×0.8

J=1

600

J,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;拉力做功的平均功率P==160

W,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。8.(2021浙江卷)中國制造的某一型號(hào)泵車如圖所示,表中列出了其部分技術(shù)參數(shù)。已知混凝土密度為2.4×103kg/m3,假設(shè)泵車的泵送系統(tǒng)以150m3/h的輸送量給30m高處輸送混凝土,則每小時(shí)泵送系統(tǒng)對(duì)混凝土做的功至少為(

)發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率/kW332最大輸送高度/m63整車滿載質(zhì)量/kg5.4×104最大輸送量/(m3·h-1)180A.1.08×107J B.5.04×107

JC.1.08×108J D.2.72×108

J答案

C解析

每小時(shí)內(nèi)克服混凝土重力做功W=mgh=ρVgh=2.4×103×150×10×30

J=1.08×108

J,每小時(shí)泵送系統(tǒng)對(duì)混凝土做的最小的功與克服混凝土重力做功相等,即W'=W=1.08×108

J,故選C。9.(2023廣東高安期末)如圖為湯池鎮(zhèn)金湯湖五一假期期間水幕電影的場景。主噴泉豎直噴出的最高水柱約45m,噴管的橫截面積約為6.0×10-3m2,已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度g取10m/s2。據(jù)此估計(jì)主噴管噴水時(shí)的輸出功率約為(

)A.2.7×103W B.8.1×104WC.2.7×105

W D.8.1×105WB考點(diǎn)四機(jī)車啟動(dòng)問題[名師破題]1.機(jī)車的兩種啟動(dòng)方式

2.三個(gè)重要關(guān)系式(3)機(jī)車以恒定功率運(yùn)行時(shí),牽引力做的功W=P額t,由動(dòng)能定理得P額t-F阻x=ΔEk,此式經(jīng)常用于求解機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)過程的位移、速度或時(shí)間?！镜淅黄啤康淅?.(2023陜西安康高三月考)某汽車質(zhì)量為m=2000kg,發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為P,汽車在路面上行駛時(shí)受到的阻力為車對(duì)路面壓力的

。若汽車從靜止開始以a=1m/s2的加速度在水平路面上勻加速啟動(dòng),t1=20s時(shí),達(dá)到額定功率。此后汽車以額定功率運(yùn)動(dòng),t2=100s時(shí)速度達(dá)到最大