2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 第1課時(shí) 功 功率 動(dòng)能定理課件 教科版.ppt

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第五章機(jī)械能 第1課時(shí)功功率動(dòng)能定理 基礎(chǔ)回顧 核心探究 演練提升 基礎(chǔ)回顧自主梳理 融會(huì)貫通 知識(shí)梳理 一 功1 做功的兩個(gè)要素 1 物體受到 2 物體在上發(fā)生了位移 2 做功的實(shí)質(zhì) 就是的過(guò)程 力的作用 能量變化 力的方向 3 公式 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x 則恒力F做的功W 1 是力與之間的夾角 x為物體對(duì)地的位移 2 該公式只適用于 Fxcos Fxcos 位移方向 恒力做功 4 功的正負(fù)物體沿固定的粗糙斜面下滑時(shí)的受力示意圖如圖所示則重力G與位移方向的夾角為 重力對(duì)物體做 摩擦力f與位移方向的夾角為 摩擦力對(duì)物體做 支持力與位移方向的夾角為 支持力對(duì)物體 1 當(dāng)0 0 力對(duì)物體做 銳角 正功 180 負(fù)功 90 不做功 正功 2 當(dāng) 時(shí) W 0 力對(duì)物體做 或者說(shuō)物體這個(gè)力做功 負(fù)功 克服 二 功率1 物理意義 描述力對(duì)物體做功的 2 公式 1 P P為時(shí)間t內(nèi)的 快慢 平均功率 2 P 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)器長(zhǎng)時(shí)間允許的功率 4 實(shí)際功率 機(jī)器時(shí)的功率 要求不能大于功率 Fvcos 平均功率 瞬時(shí)功率 正常工作 實(shí)際工作 額定 三 動(dòng)能與動(dòng)能定理1 動(dòng)能 物體由于而具有的能 運(yùn)動(dòng) 2 動(dòng)能表達(dá)式 Ek mv2 3 動(dòng)能定理 1 內(nèi)容 合外力所做的功等于物體 動(dòng)能的變化 Ek2 Ek1 3 物理意義 的功是物體動(dòng)能變化的量度 4 適用條件 動(dòng)能定理既適用于直線運(yùn)動(dòng) 也適用于運(yùn)動(dòng) 既適用于恒力做功 也適用于做功 力可以是各種性質(zhì)的力 既可以同時(shí)作用 也可以作用 合外力 曲線 變力 分階段 自主檢測(cè) 1 思考判斷 1 只要物體受力且發(fā)生位移 則力對(duì)物體一定做功 2 如果一個(gè)力阻礙了物體的運(yùn)動(dòng) 則這個(gè)力一定對(duì)物體做負(fù)功 3 發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí) 機(jī)車的牽引力與運(yùn)行速度的大小成反比 4 物體的動(dòng)能不變 所受的合外力必定為零 5 人在上樓梯的過(guò)程中 支持力對(duì)人做正功 6 如果合外力對(duì)物體做功為零 那么物體所受的合外力一定為零 答案 1 2 3 4 5 6 2 多選 如圖所示 小球m用一條不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線拴住后懸于O點(diǎn) 小球置于一個(gè)斜面不光滑的斜劈M上 用水平力F向左推動(dòng)斜劈M在光滑水平桌面上由位置甲勻速向左移動(dòng)到位置乙 在此過(guò)程中 正確的說(shuō)法是 A M m間的摩擦力對(duì)m不做功B M m間的摩擦力對(duì)m做負(fù)功C F對(duì)M所做的功與m對(duì)M所做的功的絕對(duì)值相等D M m間的彈力對(duì)m做正功 CD 解析 小球在向左擺動(dòng)過(guò)程中 M對(duì)m的摩擦力方向與小球m的位移方向間夾角小于90 故摩擦力對(duì)m做正功 選項(xiàng)A B均錯(cuò)誤 因M勻速向左運(yùn)動(dòng) 地面對(duì)M的支持力和M的重力不做功 一定有F對(duì)M所做的功與m對(duì)M所做的功其總功為零 選項(xiàng)C正確 M對(duì)m的彈力方向與m位移方向夾角小于90 故對(duì)m做正功 選項(xiàng)D正確 3 2017 山東青島一模 有一質(zhì)量為m的木塊 從半徑為r的圓弧曲面上的a點(diǎn)滑向b點(diǎn) 如圖所示 如果由于摩擦使木塊的運(yùn)動(dòng)速率保持不變 則以下敘述正確的是 A 木塊的加速度不變B 木塊所受的合外力為零C 木塊所受的力都不對(duì)其做功D 木塊所受的合外力不為零 但合外力對(duì)木塊所做的功為零 D 解析 木塊的運(yùn)動(dòng)速率保持不變 木塊在下滑過(guò)程中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 加速度方向始終指向圓心 方向不斷變化 加速度不斷變化 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 木塊做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 合外力提供向心力 合外力不為零 合外力對(duì)木塊做功為零 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 D正確 在下滑過(guò)程中 重力做正功 摩擦力做負(fù)功 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 4 在光滑的水平面上 用一水平拉力F使物體從靜止開始移動(dòng)x 平均功率為P 如果將水平拉力增加為4F 使同一物體從靜止開始移動(dòng)x 平均功率為 A 2PB 4PC 6PD 8P D 核心探究分類探究 各個(gè)擊破 考點(diǎn)一功的分析與計(jì)算 1 恒力做功的計(jì)算方法 2 變力做功的求解 3 合外力做的功法一 先求合外力F合 再用W合 F合lcos 求功 適用于F合為恒力的過(guò)程 法二 先求各個(gè)力做的功W1 W2 W3 再應(yīng)用W合 W1 W2 W3 求合外力做的功 典例1 2018 遼寧大連質(zhì)檢 人在A點(diǎn)拉著繩通過(guò)一定滑輪吊起質(zhì)量m 50kg的物體 如圖所示 開始時(shí)繩與水平方向的夾角為60 當(dāng)人勻速提起物體由A點(diǎn)沿水平方向運(yùn)動(dòng)L 2m而到達(dá)B點(diǎn)時(shí) 繩與水平方向成30 角 則人對(duì)繩的拉力做了多少功 取g 10m s2 核心點(diǎn)撥 1 人對(duì)繩的拉力是變力 無(wú)法用功的定義式求解 2 根據(jù)人對(duì)繩做的功與繩對(duì)物體做的功相等 將變力做功轉(zhuǎn)換為恒力做功 3 解決物體上升高度的方法是利用繩長(zhǎng)的變化 答案 730J 方法技巧化變力為恒力求變力做功有些變力做功問(wèn)題通過(guò)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象 可轉(zhuǎn)化為恒力做功 滑輪問(wèn)題中 常利用繩長(zhǎng)的變化來(lái)求物體上升或下降的高度 求出繩對(duì)物體做的功 進(jìn)而求出變力做的功 多維訓(xùn)練 1 變力做功 一物體所受的力F隨位移x變化的圖像如圖所示 求在這一過(guò)程中 力F對(duì)物體做的功為 A 3JB 6JC 7JD 8J B 2 恒力做功 2018 黑龍江哈爾濱模擬 如圖所示 建筑工人通過(guò)滑輪裝置將一質(zhì)量是100kg的料車沿 30 角的斜面由底端勻速地拉到頂端 斜面長(zhǎng)L是4m 若不計(jì)滑輪的質(zhì)量和各處的摩擦力 g取10N kg 求這一過(guò)程中 1 人拉繩子的力做的功 答案 1 2000J 解析 2 重力做功W2 mgh mgLsin 2000J 3 由于料車在斜面上勻速運(yùn)動(dòng) 則料車所受的合力為0 故W合 0 答案 2 2000J 3 0 2 料車的重力做的功 3 料車受到的合力對(duì)物體做的總功 考點(diǎn)二功率的理解與計(jì)算 2 瞬時(shí)功率的計(jì)算方法 1 利用公式P Fvcos 其中v為t時(shí)刻的瞬時(shí)速度 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為物體受的外力F在速度v方向上的分力 3 機(jī)車啟動(dòng)的兩種方式 1 兩種方式的比較 典例2 2018 江蘇徐州模擬 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為60kW 汽車的質(zhì)量為5 103kg 汽車在水平路面上行駛時(shí) 阻力是車重的0 1倍 g取10m s2 試求 1 若汽車保持額定功率不變從靜止啟動(dòng) 汽車所能達(dá)到的最大速度是多大 當(dāng)汽車的加速度為2m s2時(shí)速度是多大 答案 1 12m s4m s 2 若汽車從靜止開始 保持以0 5m s2的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 這一過(guò)程能維持多長(zhǎng)時(shí)間 答案 2 16s 多維訓(xùn)練 1 機(jī)車啟動(dòng)問(wèn)題 多選 質(zhì)量為m的汽車在平直公路上加速行駛 受到的阻力恒為f 當(dāng)速度為v時(shí) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為P 則此時(shí)汽車的 AD 2 導(dǎo)學(xué)號(hào)58826098 平均功率和瞬時(shí)功率 2017 昆明二模 如圖 甲 所示 滑輪質(zhì)量 摩擦均不計(jì) 質(zhì)量為2kg的物體在力F作用下由靜止開始向上做勻加速運(yùn)動(dòng) 其速度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖 乙 所示 g取10m s2 求 1 4s末力F的瞬時(shí)功率 2 4s內(nèi)F做功的平均功率 答案 1 42W 2 21W 考點(diǎn)三動(dòng)能定理及其應(yīng)用 1 應(yīng)用動(dòng)能定理的流程 2 注意事項(xiàng) 1 動(dòng)能定理的研究對(duì)象可以是單一物體 或者是可以看做單一物體的物體系統(tǒng) 2 動(dòng)能定理是求解物體的位移或速率的簡(jiǎn)捷公式 當(dāng)題目中涉及位移和速度而不涉及時(shí)間時(shí)可優(yōu)先考慮動(dòng)能定理 處理曲線運(yùn)動(dòng)中的速率問(wèn)題時(shí)也要優(yōu)先考慮動(dòng)能定理 3 應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí) 必須明確各力做功的正 負(fù) 當(dāng)一個(gè)力做負(fù)功時(shí) 可設(shè)物體克服該力做功為W 將該力做功表達(dá)為 W 也可以直接用字母W表示該力做功 使其字母本身含有負(fù)號(hào) 典例3 如圖所示 一輛汽車通過(guò)一根繩PQ跨過(guò)定滑輪提升井中質(zhì)量為m的物體 繩的P端拴在車后的掛鉤上 Q端拴在物體上 設(shè)繩的總長(zhǎng)不變 繩的質(zhì)量 定滑輪的質(zhì)量和尺寸 繩與滑輪間的摩擦都忽略不計(jì) 開始時(shí) 車在A處 滑輪左右兩側(cè)繩都已繃緊并且是豎直的 左側(cè)繩長(zhǎng)為H 提升時(shí)車水平向左加速運(yùn)動(dòng) 沿水平方向從A經(jīng)過(guò)B駛向C 設(shè)A到B的距離也為H 車經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度為v0 求車由A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中 繩對(duì)物體所做的功 反思總結(jié)解決涉及滑輪的繩連物體類問(wèn)題的方法 1 將繩連接的兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體看做整體研究 其中繩上的拉力對(duì)系統(tǒng)做功為零 2 位移的獲得 利用繩長(zhǎng)的變化解決某一物體的位移 3 速度的分解 繩兩端物體運(yùn)動(dòng)的速度不一定相等 有時(shí)要進(jìn)行速度的分解 多維訓(xùn)練 1 對(duì)動(dòng)能定理的理解 多選 如圖所示 電梯質(zhì)量為M 在它的水平地板上放置一質(zhì)量為m的物體 電梯在鋼索的拉力作用下豎直向上加速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)電梯的速度由v1增加到v2時(shí) 上升高度為H 則在這個(gè)過(guò)程中 下列說(shuō)法或表達(dá)式正確的是 BCD 2 求變力做功 2015 海南卷 如圖 一半徑為R的半圓形軌道豎直固定放置 軌道兩端等高 質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)自軌道端點(diǎn)P由靜止開始滑下 滑到最低點(diǎn)Q時(shí) 對(duì)軌道的正壓力為2mg 重力加速度大小為g 質(zhì)點(diǎn)自P滑到Q的過(guò)程中 克服摩擦力所做的功為 C 考點(diǎn)四應(yīng)用動(dòng)能定理解決多過(guò)程問(wèn)題 1 應(yīng)用動(dòng)能定理解決多過(guò)程問(wèn)題時(shí) 要根據(jù)題目所求解的問(wèn)題選取合適的過(guò)程 可以分幾個(gè)過(guò)程 也可以對(duì)整體過(guò)程研究 值得注意的是雖然列式時(shí)忽略了中間復(fù)雜過(guò)程 但不能忽略對(duì)每個(gè)過(guò)程的分析 2 當(dāng)涉及重力 大小恒定的阻力或摩擦力做功時(shí) 要注意它們的做功特點(diǎn) 1 重力的功取決于物體的初 末位置 與路徑無(wú)關(guān) 2 大小恒定的阻力或摩擦力做的功等于力的大小與路程的乘積 典例4 2018 河北唐山模擬 小孩玩冰壺游戲 如圖所示 將靜止于O點(diǎn)的冰壺 視為質(zhì)點(diǎn) 沿直線OB用水平恒力推到A點(diǎn)放手 此后冰壺沿直線滑行 最后停在B點(diǎn) 已知冰面與冰壺的動(dòng)摩擦因數(shù)為 冰壺質(zhì)量為m OA x AB L 重力加速度為g 求 1 冰壺在A點(diǎn)的速率vA 2 冰壺從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的過(guò)程中受到小孩施加的水平推力F 誤區(qū)警示利用動(dòng)能定理解決多過(guò)程問(wèn)題的注意點(diǎn)若過(guò)程包含了幾個(gè)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同的分過(guò)程 既可分段考慮 也可整個(gè)過(guò)程考慮 但求功時(shí) 有些力不是全過(guò)程都做功 必須根據(jù)不同的情況分別對(duì)待求出總功 1 直線與圓周運(yùn)動(dòng)組合的多過(guò)程問(wèn)題 2016 天津卷 10 我國(guó)將于2022年舉辦冬奧會(huì) 跳臺(tái)滑雪是其中最具觀賞性的項(xiàng)目之一 如圖所示 質(zhì)量m 60kg的運(yùn)動(dòng)員從長(zhǎng)直助滑道AB的A處由靜止開始以加速度a 3 6m s2勻加速滑下 到達(dá)助滑道末端B時(shí)速度vB 24m s A與B的豎直高度差H 48m 為了改變運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)方向 在助滑道與起跳臺(tái)之間用一段彎曲滑道銜接 其中最低點(diǎn)C處附近是一段以O(shè)為圓心的圓弧 助滑道末端B與滑道最低點(diǎn)C的高度差h 5m 運(yùn)動(dòng)員在B C間運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力做功W 1530J 取g 10m s2 多維訓(xùn)練 1 求運(yùn)動(dòng)員在AB段下滑時(shí)受到阻力f的大小 答案 1 144N 2 若運(yùn)動(dòng)員能夠承受的最大壓力為其所受重力的6倍 則C點(diǎn)所在圓弧的半徑R至少應(yīng)為多大 答案 2 12 5m 2 導(dǎo)學(xué)號(hào)58826099 涉及彈簧的物體運(yùn)動(dòng)多過(guò)程問(wèn)題 2018 廣東汕頭質(zhì)檢 在賽車場(chǎng)上 為了安全起見 車道外圍都固定上廢舊輪胎作為圍欄 當(dāng)車碰撞圍欄時(shí)起緩沖器作用 為了檢驗(yàn)廢舊輪胎的緩沖效果 在一次模擬實(shí)驗(yàn)中用彈簧來(lái)代替廢舊輪胎 實(shí)驗(yàn)情況如圖所示 水平放置的輕彈簧左側(cè)固定于墻上 處于自然狀態(tài) 開始賽車在A處處于靜止 距彈簧自由端的距離為L(zhǎng)1 1m 當(dāng)賽車啟動(dòng)時(shí) 產(chǎn)生水平向左的牽引力恒為F 24N 使賽車向左做勻加速前進(jìn) 當(dāng)賽車接觸彈簧的瞬間立即關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)撤去F 賽車?yán)^續(xù)壓縮彈簧 最后被彈回到B處停下 已知賽車的質(zhì)量為m 2kg A B之間的距離為L(zhǎng)2 3m 賽車被彈回離開彈簧時(shí)的速度大小為v 4m s 水平向右 取g 10m s2 求 1 賽車和地面間的動(dòng)摩擦因數(shù) 2 彈簧被壓縮的最大距離 答案 1 0 2 2 0 5m 答案 3 18J 3 彈簧的最大彈性勢(shì)能 演練提升真題體驗(yàn) 強(qiáng)化提升 1 發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 2015 海南卷 3 假設(shè)摩托艇受到的阻力的大小正比于它的速率 如果摩托艇發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率變?yōu)樵瓉?lái)的2倍 則摩托艇的最大速率變?yōu)樵瓉?lái)的 A 4倍B 2倍C 倍D 倍 D 高考模擬 2 動(dòng)能定理的應(yīng)用 2016 全國(guó) 卷 20 多選 如圖 一固定容器的內(nèi)壁是半徑為R的半球面 在半球面水平直徑的一端有一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)P 它在容器內(nèi)壁由靜止下滑到最低點(diǎn)的過(guò)程中 克服摩擦力做的功為W 重力加速度大小為g 設(shè)質(zhì)點(diǎn)P在最低點(diǎn)時(shí) 向心加速度的大小為a 容器對(duì)它的支持力大小為N 則 AC 3 導(dǎo)學(xué)號(hào)58826100 機(jī)車啟動(dòng)的圖像問(wèn)題 2015 全國(guó) 卷 17 一汽車在平直公路上行駛 從某時(shí)刻開始計(jì)時(shí) 發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P隨時(shí)間t的變化如圖所示 假定汽車所受阻力的大小f恒定不變 下列描述該汽車的速度v隨時(shí)間t變化的圖線中 可能正確的是 A 4 多過(guò)程的動(dòng)能定理的應(yīng)用 2017 海南卷 6 將一小球豎直向上拋出 小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受到的空氣阻力不可忽略 a為小球運(yùn)動(dòng)軌跡上的一點(diǎn) 小球上升和下降經(jīng)過(guò)a點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能分別為Ek1和Ek2 從拋出開始到小球第一次經(jīng)過(guò)a點(diǎn)時(shí)重力所做的功為W1 從拋出開始到小球第二次經(jīng)過(guò)a點(diǎn)時(shí)重力所做的功為W2 下列選項(xiàng)正確的是 A Ek1 Ek2 W1 W2B Ek1 Ek2 W1 W2C Ek1Ek2 W1 W2 B 解析 從拋出開始到第一次經(jīng)過(guò)a點(diǎn)和拋出開始第二次經(jīng)過(guò)a點(diǎn) 上升的高度相等 可知重力做功相等 即W1 W2 對(duì)兩次經(jīng)過(guò)a點(diǎn)的過(guò)程運(yùn)用動(dòng)能定理得 Wf Ek2 Ek1 可知Ek1 Ek2 故B正確 A C D錯(cuò)誤 拓展增分 巧用動(dòng)能定理求解往復(fù)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題在某些物體的運(yùn)動(dòng)中 其運(yùn)動(dòng)的過(guò)程具有重復(fù)性 往復(fù)性 而在這一過(guò)程中 描述物體的物理量多數(shù)是變化的 而重復(fù)的次數(shù)又往往是不能確定的或者是無(wú)限的 求解這類問(wèn)題時(shí) 若運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律即運(yùn)動(dòng)學(xué)公式將非常繁瑣 甚至無(wú)法解出 由于動(dòng)能定理只關(guān)注物體的初末狀態(tài)而不涉及運(yùn)動(dòng)過(guò)程的細(xì)節(jié) 所以用動(dòng)能定理分析這類問(wèn)題可使解題過(guò)程簡(jiǎn)化 1 往復(fù)次數(shù)可確定的情形 示例1 如圖所示 MNP為豎直面內(nèi)一固定軌道 其圓弧段MN與水平段NP相切于N P端固定一豎直擋板 M相對(duì)于N的高度為h NP長(zhǎng)度為s 一物塊從M端由靜止開始沿軌道下滑 與擋板只發(fā)生一次碰撞 碰撞后物塊速度大小不變 方向相反 最后停止在水平軌道上某處 若在MN段的摩擦可忽略不計(jì) 物塊與NP段軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 求物塊停止的地方距N點(diǎn)的距離的可能值 2 往復(fù)次數(shù)不能確定的情形 示例2 如圖所示 斜面的傾角為 質(zhì)量為m的滑塊距擋板P的距離為s0 滑塊以初速度v0沿斜面上滑 滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 滑塊所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力 若滑塊每次與擋板相碰均無(wú)機(jī)械能損失 求滑塊經(jīng)過(guò)的總路程 答案 見解析