【优化方案】2014届高考物理(大纲版)一轮复习配套课件-第五章第一节-功和功率

第五章机械能目录2014高考导航考纲展示热点视角1.功、功率Ⅱ2.动能．做功与动能改变的关系(动能定理)Ⅱ3.重力势能．重力做功与重力势能改变的关系Ⅱ4.弹性势能Ⅰ5.机械能守恒定律Ⅱ6.实验六：验证机械能守恒定律1.对基本概念的考查往往涉及对概念的理解，一般以选择题的形式出现．2.动能定理是高考考查的重点，考查形式有选择题，也有计算题．计算题中单纯考查动能定理的题目较少，往往与其他知识综合在一起考查．3.机械能守恒定律的考查往往出现在综合题中，主要考查其在生产、生活和科技中的应用，题目中经常会涉及牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动等知识.第一节功和功率本节目录基础梳理•自学导引要点透析•直击高考考点探究•讲练互动知能演练•轻巧夺冠技法提炼•思维升华目录基础梳理•自学导引一、功1．做功的两个必要条件：_____和物体在力的方向上发生的_______．2．公式：W＝_________.适用于_______做功．其中α为F、s方向间夹角，s为物体对地的位移．力位移Fscosα恒力目录思考感悟一个力对物体做正功，另一个力做负功，这两个力的方向一定相反吗？提示：不一定，这两个力与v的夹角一个大于90°，一个小于90°，但这两个力的夹角不一定是180°.目录3．功的正负判断名师点拨：功是标量，正功表示对物体做功的力为动力,负功表示对物体做功的力为阻力，功的正负不表示功的大小．夹角功的正负0°≤α90°力对物体做正功90°α≤180°力对物体做负功，或者说物体克服这个力做了功α＝90°力对物体不做功目录二、功率1．定义：功与完成这些功所用时间的______．2．物理意义：描述力对物体做功的________．3．公式(1)P＝Wt，P为时间t内的_______功率．(2)P＝Fvcosα(α为F与v的夹角)①v为平均速度，则P为________功率；②v为瞬时速度，则P为_________功率．4．额定功率：机械___________时输出的最大功率．5．实际功率：机械_________时输出的功率，要求__________额定功率．比值快慢平均平均瞬时正常工作实际工作小于或等于目录要点透析•直击高考一、判断功正、负的方法1．若物体做直线运动，依据力与位移的夹角来判断．此法常用于恒力做功的判断．2．若物体做曲线运动，依据F与v的方向夹角来判断．当0°≤α90°，力对物体做正功；90°α≤180°，力对物体做负功；α＝90°，力对物体不做功．目录3．从能量的转化角度来进行判断．若有能量转化，则应有力做功．此法常用于判断两个相联系的物体．举例：如图所示，弧面体a放在光滑水平面上，弧面光滑，使物体b自弧面的顶端自由下滑，试判定a、b间弹力做功的情况．从能量转化的角度看，当b沿弧面由静止下滑时，a就由静止开始向右运动，即a的动能增大了，因此b对a的弹力做了正功．由于a和b组成的系统机械能守恒，a的机械能增加，b的机械能一定减少，因此a对b的支持力对b一定做了负功．目录特别提醒：判断力做功的正负问题，关键要明确哪个力做的功，应根据具体问题选择合适的方法.目录即时应用1人造地球卫星在椭圆轨道上运行，由图中的a点运动到b点的过程中()A．万有引力对卫星做正功B．万有引力对卫星做负功C．万有引力对卫星先做正功，再做负功D．万有引力对卫星一直不做功解析：选B.由于题图中万有引力与速度方向夹角始终大于90°，故在此过程中万有引力对卫星做负功．目录二、求功的几种方法1．恒力及合外力做功的计算(1)恒力的功：直接用W＝Fscosα计算．(2)合外力的功①先求合外力F合，再应用公式W合＝F合scosα求功，其中α为合力F合与位移的夹角．一般适用于整个过程中合力恒定不变的情况．②分别求出每个力的功W1、W2、W3…，再应用W合＝W1＋W2＋W3＋…求合外力的功．这种方法一般适用于在整个过程中，某些力分阶段作用的情况．③利用动能定理或功能关系求解．目录2．变力做功的计算(1)用动能定理W＝ΔEk或功能关系W＝ΔE，即用能量的增量等效代换变力所做的功．(也可计算恒力的功)(2)当变力的功率P一定时，可用W＝Pt求功，如机车以恒定功率启动时．(3)将变力做功转化为恒力做功①当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程(不是位移)的乘积．如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等．目录②当力的方向不变，大小随位移做线性变化时，可先求出力对位移的平均值F＝F1＋F22，再由W＝Fscosα计算，如弹簧弹力做功．(4)作出变力F随位移s变化的图象，图象与位移轴所围的“面积”即为变力做的功．图中甲图表示恒力F做的功W，乙图表示变力F做的功W，丙图中横轴上方的面积表示正功，横轴下方的面积表示负功，其总功等于正、负功的代数和．目录即时应用2如图所示，用恒力F通过光滑的定滑轮把静止在水平面上的物体(大小可忽略)从位置A拉到位置B，物体的质量为m，定滑轮离水平地面的高度为h，物体在位置A、B时细绳与水平方向的夹角分别为θ1和θ2，求绳的拉力对物体做的功．目录解析：人拉绳的力是恒力，但绳拉物体的力的方向不断变化，故绳拉物体的力F′是变力，但此力对物体所做的功与恒力F所做的功相等．力F作用的位移与物体的位移相关联，即s＝h1sinθ1－1sinθ2，则细绳对物体的拉力F′所做的功为W＝WF＝Fh1sinθ1－1sinθ2.答案：Fh1sinθ1－1sinθ2目录三、机车两种启动方式的比较对机动车等交通工具，在启动的时候，通常有两种启动方式，即以恒定功率启动和以恒定加速度启动．现比较如下：两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动P－t图和v－t图目录两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动OA段过程分析v↑⇒F＝P不变v↓⇒a＝F－F阻m↓a＝F－F阻m不变⇒F不变⇒v↑P＝Fv↑直到P额＝Fv1运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动，维持时间t0＝v1a目录两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动AB段过程分析F＝F阻⇒a＝0⇒F阻＝Pvmv↑⇒F＝P额v↓⇒a＝F－F阻m↓运动性质以vm匀速直线运动加速度减小的加速运动BC段无F＝F阻⇒a＝0⇒以vm＝P额F阻匀速运动目录即时应用3一汽车额定功率为100kW，质量为1.0×104kg，设阻力恒为车重的0.1倍，g取10m/s2.(1)若汽车保持恒定功率运动，求运动的最大速度；(2)若汽车以0.5m/s2的加速度匀加速运动，求其匀加速运动的最长时间．解析：(1)当a＝0，即F＝Ff时速度最大，设为vmax，vmax＝PFf＝Pkmg＝100×1030.1×1.0×104×10m/s＝10m/s，以后汽车保持vmax匀速运动．目录答案：(1)10m/s(2)13.4s(2)匀加速启动时，汽车牵引力恒定，随着v↑→F一定P↑，直到达到额定功率后，v↑→P一定F↓，汽车改做a减小的变加速运动，直到a＝0，达到最大速度vmax后做匀速运动．匀加速运动中，由F－Ff＝ma得汽车牵引力F＝ma＋Ff＝1.5×104N．刚达到额定功率时的速度v1＝PF＝100×1031.5×104m/s≈6.7m/s，此为匀加速运动的末速度,所以匀加速运动的最长时间t＝v1a＝13.4s.目录考点探究•讲练互动例1考点1功的分析与计算如图所示，质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，现使斜面水平向左匀速移动距离l.(1)摩擦力对物体做的功为(物体与斜面相对静止)()A．0B．μmglcosθC．－mglsinθcosθD．mglsinθcosθ(2)斜面对物体的弹力做的功为()A．0B．mglsinθcos2θC．－mglcos2θD．mglsinθcosθ目录(3)重力对物体做的功为()A．0B．mglC．mgltanθD．mglcosθ(4)斜面对物体做的功是多少?各力对物体所做的总功是多少?【审题指导】解此题应注意以下两点：(1)通过受力分析判断是恒力做功．(2)根据功的定义计算各力的功和总功．【解析】对物体进行受力分析如图所示,物体m受到重力mg、摩擦力Ff和支持力FN的作用,物体有沿斜面下滑的趋势,Ff为静摩擦力,位移l的方向与速度v的方向相同.据物体的平衡条件有Ff＝mgsinθ,FN＝mgcosθ.由功的计算公式W＝Flcosα有:目录(1)摩擦力Ff对物体做功WFf＝Ff·lcos(180°－θ)＝－mglsinθcosθ，故C对．(2)弹力N对物体做功WFN＝FNlcos(90°－θ)＝mglsinθcosθ，故D对．(3)重力G做功WG＝mglcos90°＝0，故A对．(4)斜面对物体的作用力即FN和Ff的合力，方向竖直向上，大小等于mg(物体处于平衡状态)，则W斜＝F合·lcos90°＝mglcos90°＝0.各力对物体所做的总功是求各力做功的代数和,即W总＝WFf＋WFN＋WG＝0.【答案】(1)C(2)D(3)A(4)00目录【总结提升】求解恒力做功的流程图受力分析找出力运动分析找出位移→确定力和位移方向的夹角→根据公式W＝Fscosα计算目录例2考点2功率的分析和计算跳绳运动员质量m＝50kg,1min跳N＝180次．假设每次跳跃中，脚与地面的接触时间占跳跃一次所需时间的2/5，试估算该运动员跳绳时克服重力做功的平均功率多大？【思路点拨】克服重力做功，应判断物体上升的高度，同时平均功率中应明确时间是跳跃一次的时间，而不是克服重力做功的时间．目录【解析】跳跃的周期T＝60180s＝13s每个周期内在空中停留的时间t1＝35T＝15s.运动员跳起时视为竖直上抛运动，设起跳初速度为v0，由t1＝2v0g得v0＝12gt1.每次跳跃人克服重力做的功为W＝12mv20＝18mg2t21＝25J克服重力做功的平均功率为P＝WT＝2513W＝75W.目录【答案】75W【规律总结】(1)对较复杂的问题进行定性、定量的分析，进行合理估算，把实际问题模型化，然后用已学物理规律进行求解．(2)此题求平均功率P＝WT，T不是实际克服重力做功的时间，而是跳跃一次所用的时间．目录考点3机车启动问题的计算汽车发动机的功率为60kW，汽车的质量为4t，当它行驶在坡度为0.02(sinα＝0.02)的长直公路上时，如图所示，所受摩擦阻力为车重的0.1倍(g＝10m/s2)，求：(1)汽车所能达到的最大速度vm.(2)若汽车从静止开始以0.6m/s2的加速度做匀加速直线运动，则此过程能维持多长时间？例3目录【解析】(1)汽车在坡路上行驶，所受阻力由两部分构成．即Ff＝μmg＋mgsinα＝4000N＋800N＝4800N.又因为F＝Ff时，P＝Ff·vm，所以vm＝PFf＝60×1034800m/s＝12.5m/s.(2)汽车从静止开始，以a＝0.6m/s2匀加速行驶，由F＝ma，有F′－Ff＝ma.所以F′＝ma＋Ff＝4×103×0.6N＋4800N＝7.2×103N.保持这一牵引力，汽车可达到匀加速行驶的最大速度v′m，有v′m＝PF′＝60×1037.2×103m/s＝8.33m/s.由运动学规律可以求出匀加速行驶的时间t＝v′ma＝8.330.6s＝13.9s.目录【答案】见解析【规律总结】不管对哪种启动方式，机动车的功率均是指牵引力的功率，对启动过程的分析也都是用分段分析法，并且将牛顿第二定律和运动学公式相结合进行综合分析．有时也应用动能定理求解．目录技法提炼•思维升华方法技巧求变力做功的几种方法【范例】(12分)如图所示，一质量为m＝2.0kg的物体从半径为R＝5.0m的圆弧的A端，在拉力作用下沿圆弧缓慢运动①到B端(圆弧AB在竖直平面内)．拉力F大小不变②，始终为15N，方向始终与物体在该点的切线成37°角．圆弧所对应的圆心角为60°，BO边为竖直方向，g取10m/s2.求这一过程中:(1)拉力F做的功；(2)重力mg做的功；(3)圆弧面对物体的支持力做的功③；(4)圆弧面对物体的摩擦力做的功④.目录寻规探法批注①：说明运动过程中速度大小不变，可看成动态平衡；批