新高考物理一輪復(fù)習(xí)提升練習(xí)導(dǎo)學(xué)案第23講 功和功率（原卷版）

第23講功和功率第23講功和功率學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)明確目標(biāo)確定方向功的理解和計(jì)算區(qū)分瞬時(shí)功率和平均功率機(jī)車啟動(dòng)【知識(shí)回歸】回歸課本夯實(shí)基礎(chǔ)第一部分基礎(chǔ)知識(shí)梳理一．功1定義：力和物體在力的方向上發(fā)生的位移．2．公式：W＝Flcos_α，適用于恒力做功，其中α為F、l方向間的夾角，l為物體對地的位移．3．功的正負(fù)（1）α<90°力對物體做正功（2）α>90°力對物體做負(fù)功，或者說物體克服這個(gè)力做了功（3）α＝90°力對物體不做功二．功率1．定義：功與完成這些功所用時(shí)間的比值．2．物理意義：描述做功的快慢．3．公式(1)P＝eq\f(W,t)，P為時(shí)間t內(nèi)的平均功率．(2)P＝Fvcosα(α為F與v的夾角)①v為平均速度，則P為平均功率．②v為瞬時(shí)速度，則P為瞬時(shí)功率．4．額定功率與實(shí)際功率(1)額定功率：動(dòng)力機(jī)械正常工作時(shí)輸出的最大功率．(2)實(shí)際功率：動(dòng)力機(jī)械實(shí)際工作時(shí)輸出的功率，要求小于或等于額定功率．第二部分重難點(diǎn)辨析一．功的計(jì)算1．恒力做功的計(jì)算方法：直接用W＝Flcosα計(jì)算2．合力做功的計(jì)算方法方法一：先求合力F合，再用W合＝F合lcosα求功．方法二：先求各個(gè)力做的功W1、W2、W3…，再應(yīng)用W合＝W1＋W2＋W3＋…求合力做的功．3．變力做功常用方法(1)應(yīng)用動(dòng)能定理求解．(2)機(jī)車類問題中用P·t求解，其中變力的功率P不變．(3)常用方法還有轉(zhuǎn)換法、微元法、圖象法、平均力法等．二、機(jī)車啟動(dòng)問題1、以恒定功率啟動(dòng)(1)運(yùn)動(dòng)過程分析(2)運(yùn)動(dòng)過程的速度—時(shí)間圖象如圖所示。2、以恒定加速度啟動(dòng)(1)運(yùn)動(dòng)過程分析(2)運(yùn)動(dòng)過程的速度—時(shí)間圖象如圖所示。3．兩種啟動(dòng)方式的比較兩種方式以恒定功率啟動(dòng)以恒定加速度啟動(dòng)P-t圖和v-t圖OA段過程分析v↑?F＝eq\f(P不變,v)↓?a＝eq\f(F－F阻,m)↓a＝eq\f(F－F阻,m)不變?F不變eq\o(?,\s\up6(v↑))P＝Fv↑直到P額＝Fv1兩種方式以恒定功率啟動(dòng)以恒定加速度啟動(dòng)OA段運(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＝eq\f(v1,a)AB段過程分析F＝F阻?a＝0?vm＝eq\f(P,F阻)v↑?F＝eq\f(P額,v)↓?a＝eq\f(F－F阻,m)↓運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以vm勻速直線運(yùn)動(dòng)加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)BC段無F＝F阻?a＝0?以vm＝eq\f(P額,F阻)勻速運(yùn)動(dòng)【典例分析】精選例題提高素養(yǎng)多選【例1】．武漢軌道交通5號線是武漢第一條采用全自動(dòng)駕駛模式運(yùn)行的地鐵線路，是連接武昌區(qū)至青山區(qū)的主要交通干線之一，2021年12月26日上午9時(shí)56分開通運(yùn)營。一名乘客上車后，在列車開動(dòng)前從車的后端加速向前端跑動(dòng)，設(shè)此時(shí)人受的摩擦力為SKIPIF1<0，車廂受到的摩擦力為SKIPIF1<0；列車開動(dòng)后，在一段平直軌道運(yùn)行時(shí)，他站在列車最前方欣賞隧道內(nèi)風(fēng)景，對車廂壁施加水平推力F。下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0、SKIPIF1<0均不做功B．當(dāng)車減速前進(jìn)時(shí)，人對車做的總功為正功C．當(dāng)車加速前進(jìn)時(shí)，人對車做的總功為正功D．當(dāng)車勻速前進(jìn)時(shí)，人對車做的總功為正功【例2】．如圖所示，建筑工地常使用打樁機(jī)將圓柱體打入地下一定深度，設(shè)定某打樁機(jī)每次打擊過程對圓柱體做功相同，圓柱體所受泥土阻力f與進(jìn)入泥土深度h成正比（即SKIPIF1<0，k為常量），圓柱體自重及空氣阻力可忽略不計(jì)，打樁機(jī)第一次打擊過程使圓柱體進(jìn)入泥土深度為SKIPIF1<0，則打樁機(jī)第n次打擊過程使圓柱體進(jìn)入泥土深度為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【例3】．在籃球課上，某同學(xué)先后兩次投出同一個(gè)籃球，兩次籃球均垂直打在籃板上，第二次打在籃板上的位置略低一點(diǎn)，假設(shè)兩次籃球出手位置相同，打到籃板前均未碰到籃圈，不計(jì)空氣阻力，則（）A．兩次籃球打在籃板的速度大小相等B．第二次籃球在空中上升的時(shí)間較長C．兩次投籃，該同學(xué)對籃球做的功可能相等D．兩次籃球被拋出后瞬間，籃球重力的功率相等【例4】．動(dòng)車組又稱“動(dòng)車組列車”，為現(xiàn)代火車的一種類型，由若干帶動(dòng)力的車輛（動(dòng)車）和不帶動(dòng)力的車輛（拖車）組成，列車在正常使用期限內(nèi)以固定編組模式運(yùn)行。某動(dòng)拖比（動(dòng)車與拖車的數(shù)量之比）為SKIPIF1<0的動(dòng)車組以速率SKIPIF1<0沿直線軌道勻速行駛，為了提速，將動(dòng)拖比提高為SKIPIF1<0，若提速前后每節(jié)動(dòng)車勻速行駛時(shí)的功率均為SKIPIF1<0，動(dòng)車組行駛中受到的阻力SKIPIF1<0與行駛速度的平方SKIPIF1<0成正比，則該動(dòng)車組提速后的最大速度為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【鞏固練習(xí)】舉一反三提高能力1．物體在大小為F與水平方向夾角為θ的拉力作用下沿水平向右發(fā)生了一段位移，位移大小為l，物體與水平面間的摩擦力大小為f，設(shè)此過程拉力對物體做功為W1，摩擦力對物體做功為W2，合力對物體做功為W合，下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<02．金山鐵路上運(yùn)行的CRH6F型動(dòng)車組列車共8節(jié)車廂，通常采用4動(dòng)4拖模式運(yùn)行（其中4節(jié)是動(dòng)力車廂）。設(shè)列車運(yùn)行過程中的阻力與其速率成正比，每節(jié)動(dòng)車均以相等的額定功率運(yùn)行，若列車在平直的軌道上采用4動(dòng)4拖模式勻速行駛的速率為v0，某時(shí)刻改為采用1動(dòng)7拖模式后，列車的速率v隨時(shí)間t的變化關(guān)系可能是（）A． B．C． D．3．為了更好適應(yīng)市場需求，長安公司推出某新能源純電版汽車，該電動(dòng)汽車的質(zhì)量為SKIPIF1<0、其電池每次充滿電后的總電能為SKIPIF1<0。某次汽車電池電能耗盡時(shí)，采用直流充電樁對汽車進(jìn)行充電，充電的平均電流為SKIPIF1<0、平均電壓為SKIPIF1<0，需要用時(shí)SKIPIF1<0才能將電池充滿電。當(dāng)汽車在平直道路上以SKIPIF1<0的額定輸出功率行駛，其最大車速為SKIPIF1<0，重力加速度SKIPIF1<0取SKIPIF1<0，假設(shè)汽車所受阻力與汽車的速率成正比。根據(jù)以上信息，下列說法中正確的是（）A．當(dāng)汽車電池電能耗盡后，直流充電樁對汽車的充電效率為92%B．當(dāng)汽車的輸出功率減半，汽車在平直道路上行駛時(shí)的最大車速也會(huì)減半C．若汽車以額定輸出功率行駛，當(dāng)車速為SKIPIF1<0時(shí)，汽車的加速度約為SKIPIF1<0D．若汽車以額定輸出功率行駛，當(dāng)車速為SKIPIF1<0時(shí)，汽車的加速度為SKIPIF1<04．如圖所示，一小電動(dòng)機(jī)用輕繩通過動(dòng)滑輪將一重物由靜止開始以2m／s2的加速度勻加速向上提起。已知重物的質(zhì)量為1kg，重力加速度g=10m／s2，不計(jì)滑輪的質(zhì)量及繩與滑輪間的摩擦，運(yùn)動(dòng)過程中滑輪未碰到天花板，小電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率P=60W，則重物勻加速運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間和重物能獲得的最大速度分別為（）A．2s，10m/s B．2.5s，6m/s C．2s，6m/s D．2.5s，12m/s5．新能源汽車具有廣闊的發(fā)展前景，主要優(yōu)點(diǎn)是低能耗、輕污染。某新能源汽車生產(chǎn)廠家為了測試一款新能源汽車的性能，司機(jī)駕駛該汽車以恒定的加速度由靜止開始沿平直的公路行駛，達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率后保持功率不變，最終勻速行駛。假設(shè)汽車所受的阻力不變，則汽車的速度v、加速度a、牽引力F、發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P隨時(shí)間t的變化規(guī)律正確的是（）A． B．C． D．6．我國新能源電動(dòng)汽車越來越受到大眾的喜愛。一款電動(dòng)家用轎車在某次測試中先勻加速啟動(dòng)達(dá)到額定功率后以額定功率繼續(xù)加速運(yùn)動(dòng)。測得轎車由靜止加速到30m/s時(shí)間僅為3s，則轎車在該段時(shí)間內(nèi)（）A．牽引力不斷增大 B．位移大于SKIPIF1<0C．平均速度為SKIPIF1<0 D．勻加速階段的加速度為SKIPIF1<07．福建平潭長江澳風(fēng)力發(fā)電場如圖所示，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為r的圓面，風(fēng)向可視為垂直于圓面。強(qiáng)風(fēng)季節(jié)的風(fēng)速為v，空氣密度為SKIPIF1<0，發(fā)電機(jī)將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，效率為SKIPIF1<0，則（）A．發(fā)電機(jī)的電功率表達(dá)式為SKIPIF1<0B．若半徑變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí)，功率變?yōu)樵瓉淼?倍C．若風(fēng)速變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí)，功率變?yōu)樵瓉淼?倍D．若一年中強(qiáng)風(fēng)時(shí)間延長到2倍，發(fā)電量增加到4倍8．在多年前的農(nóng)村，人們往往會(huì)選擇讓驢來拉磨把食物磨成面，假設(shè)驢對磨桿的平均拉力為SKIPIF1<0，半徑SKIPIF1<0為SKIPIF1<0，轉(zhuǎn)動(dòng)一周為SKIPIF1<0，則（）A．驢轉(zhuǎn)動(dòng)一周拉力所做的功為0B．驢轉(zhuǎn)動(dòng)一周拉力所做的功為SKIPIF1<0C．驢轉(zhuǎn)動(dòng)一周拉力的平均功率為SKIPIF1<0D．磨盤邊緣的線速度為SKIPIF1<09．鐵鍬、斧頭、鋤頭是常用農(nóng)具，其長柄多為木制。為其安裝木制手柄的過程基本一致，以斧頭為例對該過程進(jìn)行簡化：距地面一定高度，金屬頭在上，用手抓住手柄向下快速砸向地面，手柄碰到地面立即停止運(yùn)動(dòng)，反復(fù)4次，金屬頭“砸入”手柄的總深度為d。已知金屬頭所受阻力與其進(jìn)入手柄的深度成正比，每次動(dòng)作完全相同，全程認(rèn)為斧頭只有豎直方向運(yùn)動(dòng)。則第一次金屬頭“砸入”手柄的深度為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<010．人直接用F1的力勻速提升重物，所做的功是W1；若人使用滑輪勻速提升該重物到同一高度，人的拉力為F2，所做的功是W2。則下列說法正確的是（）A．F1一定大于F2B．F1一定小于F2C．W2一定大于W1D．只有F2大于F1，W2才大于W111．如圖所示為某款磁吸式車載手機(jī)支架，手機(jī)支架本身具有磁性，在手機(jī)背面貼上貼片后，手機(jī)放在支架上后便會(huì)被牢牢吸住，兩者始終保持相對靜止，給司機(jī)帶來很大方便。若手機(jī)面向司機(jī)按如圖所示角度放置，汽車在水平路面上（）A．靜止時(shí)，手機(jī)受到三個(gè)力的作用B．沿直線加速前進(jìn)時(shí)，支架對手機(jī)的力的方向豎直向上C．沿直線勻減速前進(jìn)時(shí)，手機(jī)受到的合力不斷減小D．沿直線勻速前進(jìn)時(shí)，摩擦力對手機(jī)做正功，支持力對手機(jī)做負(fù)功12．如圖所示，一輕質(zhì)立方體被從水表面緩慢壓入水中，直至其上表面沒入水中，已知立方體的棱長為SKIPIF1<0，水的密度為SKIPIF1<0，重力加速度為SKIPIF1<0，不考慮水面高度的變化。該過程中，立方體克服水的浮力所做的功為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0多選13．2021年3月28日，洛陽地鐵1號線正式通車，千年古都進(jìn)入“地鐵時(shí)代”。假設(shè)一列地鐵列車的質(zhì)量為m=200t，牽引電機(jī)的額定總功率為P=2000kW，該列車在平直的軌道上啟動(dòng)過程中的速度-時(shí)間圖像如圖所示，0~t1時(shí)間內(nèi)的圖像為傾斜直線，t1~t2時(shí)間內(nèi)的圖像為曲線，t2時(shí)刻之后的圖像為水平直線。若這列地鐵運(yùn)動(dòng)過程中所受阻力大小恒定，t1時(shí)刻的速度v1=10m/s，t2時(shí)刻的速度v2=20m/s，t1~t2這段時(shí)間內(nèi)列車通過的位移為1200m，t1時(shí)刻牽引電機(jī)的功率達(dá)到額定功率且保持不變。則下列判斷正確的是（）A．t1=20sB．t2=90sC．列車運(yùn)動(dòng)過程中所受的阻力大小為1.0×105ND．列車啟動(dòng)過程中的最大加速度為1m/s2多選14．動(dòng)車由若干帶動(dòng)力的車廂和不帶動(dòng)力的車廂組成，一列質(zhì)量為m的動(dòng)車共有10節(jié)車廂，其中3節(jié)車廂提供