[精品]2012年 高考物理一轮复习 专题五 第1讲 功和功率 [配套课件]

考纲考点要求热点考向1.功、功率Ⅱ1.关于功和功率的考查，多以选择题形式出现．2.功和能的关系、能量的转化和守恒是解决物理问题的一种重要途径．从近几年高考来看，本专题知识主要与电场、磁场、电磁感应等知识结合出题，并以多过程、多状态形式出现，常与平抛运动、圆周运动、临界条件等结合来考查，综合性强，能力要求较高．3.近几年高考试题与生产、生活实际相结合是一种命题趋向．本专题知识与实际生产、生活联系紧密，所以高考题往往将本专题知识，放在一些实际问题相结合的情景中考查，要求学生从实际情景中找出物理过程和状态，并正确运用物理原理来解决问题.2.动能和动能定理Ⅱ3.重力做功与重力势能Ⅱ4.功能关系、机械能守恒定律及其应用Ⅱ5.实验：探究动能定理6.实验：验证机械能守恒定律专题五机械能第1讲功和功率考点1功1．定义：一个物体受到力的作用，如果在___________发生一段位移就说这个力对物体做了功．力的方向上2．公式：功是标量，力对物体做的功等于力的大小、位移大小、以及力和位移夹角的余弦的乘积．W＝__________.Fscosα3．对功的理解(1)讲功必须分清楚是哪个力的功，在解题时一定要注意题目中求哪个力做的功，或合力的功．公式中s表示力所作用的物体的位移，α表示力的方向与位移方向的夹角．(2)功是标量，但有正负之分，根据W＝Fscosα：①当α＝90°，即力与位移方向垂直，则W＝0，力对物体不做功．②当α90°，则W0，力对物体做负功，力充当的是阻力．③当α90°，则W0，力对物体做正功，力充当的是动力．注意：力对物体做负功又可以说物体克服力做功．4．计算功的常用方法(1)用公式W＝Fscosα计算功．该方法只能求恒力的功．该公式可写成W＝F·(s·cosα)＝(F·cosα)·s，即功等于力与力方向上位移的乘积或等于位移与位移方向上力的乘积．(2)用公式W＝Pt来计算．该式一般用于求功率恒定但力变化的情况，例如恒定功率启动的汽车．(3)利用F－s图象求功．F－s图象与s轴所包围的面积即为力F的功的数值．该方法可求变力的功，尤其是F与s成线性变化关系时，例如弹簧弹力的功．(4)利用功能原理求功．该方法在考试中最常用，注意功是能量转化的量度，某个力做功对应某一能量转化，例如合外力的功对应物体动能的变化，重力做功对应重力势能的变化，电场力做功对应电势能的变化．(5)等值法求功．当求某个力的功比较困难(一般是变力)，且该力做功与某一力做功相同(一般是恒力)，可以用等值替代来求．1．(双选)某物体同时受到三个力作用而做匀减速直线运动，其中F1与加速度a的方向相同，F2与速度v的方向相同，F3与)速度v的方向相反，则(A．F1对物体做正功C．F3对物体做正功B．F2对物体做正功D．合外力对物体做负功解析：因物体做匀减速运动，a的方向与v的方向相反，故F1对物体做负功，A错；F2与速度v方向相同，做正功，B正确；F3与v方向相反，做负功，C错误；做匀减速直线运动时，合外力的方向与运动方向相反，做负功，故D正确．BD2．(单选)如图5－1－1所示，质量为m的小球用长L的细线悬挂而静止在竖直位置．现在用水平恒力F将小球拉到细线)B与竖直方向成θ角的位置．在此过程中，拉力F做的功是(图5－1－1A．FLcosθB．FLsinθC．FL(1－cosθ)D．mgL(1－cosθ)解析：由题知F为水平恒力，物体的位移为s＝Lsinθ，则W＝Fs＝FLsinθ.3．(单选)(2011年佛山一中月考)某人通过一个无摩擦的定滑轮，把一只猴子匀速提高h.第一次猴子相对绳子不动，人提拉所做的功为W1，功率为P1；第二次人拉动绳子的速率不变，猴子相对于绳匀速上爬，提拉的高度不变，人提拉所做的功为W2，功率为P2.则有()CA．P1＝P2，W1＝W2C．P1＝P2，W1≠W2B．P1≠P2，W1＝W2D．P1≠P2，W1≠W2解析：由平衡条件可知，人的拉力不变，拉绳的速率不变，因此功率相同；由于猴子往上爬，故猴子提高相同高度时，人提拉的高度较小，故做功较小．考点2功率1．功率：描述做功_____的物理量．快慢2．定义：功跟完成功所用时间的比值叫功率．3．功率的计算W/tFvcosα(1)P＝____，只能计算t时间内的平均功率．(2)P＝_________，若v为平均速度，P为平均功率，若v为瞬时速度，P为瞬时功率．4．额定功率和实际功率(1)额定功率：机械正常工作时能输出的最大功率．(2)实际功率：机械实际工作时输出的功率．P实≤P额．在此过程中，两力的平均功率分别为P1、P2，则(图5－1－2A．P1P2B．P1＝P2C．P1P2D．无法判断4．(单选)如图5－1－2所示，质量为m的物体放在光滑水平面上，都是从静止开始以相同的加速度移动同样的距离．第一次拉力F1方向水平，第二次拉力F2与水平成α角斜向上拉，)B解析：物体由静止开始，加速度相同、位移相同则时间、末速度相同，由动能定理，合外力做功相同，而物体所受重力、支持力都不做功，所以两次拉力做功相同．由P＝W/t，W相同、t相同，则P1＝P2，B正确．【教师参考·备选题】质量m＝1kg的物体以初速度v＝10m/s做平抛运动，运动中不计空气阻力，求经过1s后重力的瞬时功率和这1s中重力的平均功率．(g＝10m/s2)解：平抛运动中，竖直方向有：vy＝gt，所以1s后，vy＝10m/s重力的瞬时功率P瞬＝mgvy＝100W；考点3机车启动问题1．机车以恒定功率启动的运动过程(1)阶段一：变加速运动②运动规律：加速度逐渐减小的变加速直线运动，对应图5－1－3中的OA段．竖直方向位移y＝12gt2，代入数据得y＝5m重力所做的功WG＝mgy＝50J，重力的平均功率P平＝WG/t＝50W.①过程分析：v↑⇒F＝Pv↓⇒a＝F－fm↓.(2)阶段二：匀速运动①过程分析：P＝fvm.②运动规律：以速度vm做匀速直线运动，对应图5－1－3中的AB段．图5－1－3图5－1－42．机车以恒定的加速度启动的运动过程(1)阶段一：匀加速运动②运动规律：以加速度a做匀加速直线运动，对应图5－1－4中的OA段，匀加速运动能维持的时间t0＝vm′a.(2)阶段二：变加速运动①过程分析：a＝F－fm不变⇒F不变、v↑⇒P＝Fv↑，直到P＝P额＝Fvm′.(vm′为匀加速直线运动过程的最大速度)①过程分析：v↑⇒F＝P额v↓⇒a＝F－fm↓.②运动规律：加速度逐渐减小的变加速直线运动，对应图5－1－4中的AB段．(3)阶段三：匀速运动①过程分析：F＝f⇒a＝0⇒v达到最大值vm＝P额.f②运动规律：以速度vm做匀速直线运动，对应图5－1－4中的BC段．5．(双选)关于汽车在水平路上运动，下列说法中正确的是()CDA．汽车以额定功率启动，在速率达到最大以前，加速度是在不断增大的B．汽车以恒定加速度启动，在速度达到最大以前，牵引力是不断增大的C．汽车启动后以最大速度行驶，则牵引力等于阻力D．汽车以最大速度行驶后，若要减小速度，可减小牵引功率解析：汽车以额定功率启动，由P＝Fv，速度变大，牵引力变小，由F－Ff＝ma知加速度变小，A项错；汽车以恒定加速度启动，由F－Ff＝ma，F不变，只有当功率达到额定功率之后，力F才变小做变加速运动，所以B项错；汽车加速启动，当加速度为零时，速度最大，由F－Ff＝ma、a＝0，可知牵引力等于阻力，C项正确；汽车以最大速度行驶后，减小功率，由P＝Fv，F减小，汽车做减速运动，所以D项正确．6．(2011年广州增城中学检测)汽车发动机的功率为60kW，若其质量为5×103kg，在水平路面上行驶时，所受阻力恒为车重的0.1倍，g取10m/s2.求：(1)汽车保持其额定功率不变，从静止启动后能达到的最大速度是多大？(2)若汽车从静止开始，保持以0.5m/s2的加速度做匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？解：(1)设汽车能达到的最大速度为vm，达到最大速度时F牵＝F阻＝kmg.由P＝Fv得vm＝PF牵＝Pkmg＝12m/s(2)设汽车以加速度a2＝0.5m/s2做匀加速运动时的牵引力为F2，由牛顿第二定律得F2－kmg＝ma2所以F2＝kmg＋ma2＝7.5×103N设汽车匀加速能达到的最大速度为v′m，则P＝F2v′m设匀加速时间为t，由运动学规律v′m＝a2t所以t＝v′ma2＝PF2a2＝16s．热点1类似机车启动问题的分析与计算【例1】(2010年福建卷)如图5－1－5所示，物体A放在足够长的木板B上，木板B静止置于水平面上．t＝0时，电动机通过水平细绳以恒力F拉木板B，使它做初速度为零、加速度aB＝1.0m/s2的匀加速直线运动．已知A的质量mA和B的质量mB均为2.0kg，A、B之间的动摩擦因数μ1＝0.05，B与水平面之间的动摩擦因数μ2＝0.1，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等，重力加速度g取10m/s2.求：图5－1－5(1)物体A刚运动时的加速度aA；(2)t＝1.0s时，电动机的输出功率P；(3)若t＝1.0s时，将电动机的输出功率立即调整为P′＝5W，并在以后的运动过程中始终保持这一功率不变，t＝3.8s时物体A的速度为1.2m/s.则在t＝1.0s到t＝3.8s这段时间内木板B的位移为多少？解析：(1)物体A在水平方向上受到向右的摩擦力，由牛顿第二定律得μ1mAg＝mAaA代入数据解得aA＝0.5m/s2(2)t1＝1.0s，木板B的速度大小为v1＝aBt1＝1m/s木板B所受拉力F，由牛顿第二定律有F－μ1mAg－μ2(mA＋mB)g＝mBaB解得F＝7N电动机输出功率P＝Fv1＝7W(3)电动机的输出功率调整为5W时，设细绳对木板B的拉力为F′，则P′＝F′v1，解得F′＝5N木板B受力满足F′－μ1mAg－μ2(mA＋mB)g＝0所以木板B将做匀速直线运动，而物体A则继续在B上做匀加速直线运动直到A、B速度相等．设这一过程时间为t′，有v1＝aA(t1＋t′)①这段时间内B的位移s1＝v1t′②A、B速度相同后，由于F＞μ2(mA＋mB)g且电动机输出功率恒定，A、B将一起做加速度逐渐减小的变加速运动，由动能定理有：P′(t2-t′-t1)-μ2(mA+mB)gs2=12(mA+mB)v2A－12(mA+mB)v21③由①～③代入数据解得木板B在t1=1.0s到t2=3.8s这段时间内的位移为：s＝s1+s2=3.03m.不管对哪种启动方式，机动车的功率均是指牵引力的功率(P＝F牵v)，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(F牵－f阻＝ma)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，尤其是恒定功率这个过程求功可用W＝Pt来求．1．(2009年四川卷)图5－1－6为修建高层建筑常用的塔式起重机．在起重机将质量m＝5×103kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a＝0.2m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做vm＝1.02m/s的匀速运动．取g＝10m/s2，不计额外功．求：(1)起重机允许输出的最大功率．(2)重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率．图5－1－6解：(1)设起重机允许输出的最大功率为P0，重物达到最大速度时，拉力F0等于重力．P0＝F0vm①F0＝mg②代入数据，有：P0＝5.1×104W③(2)匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，设此时重物受到的拉力为F，速度为v1，匀加速运动经历时间为t1，有：P0＝Fv1④F－mg＝ma⑤v1＝at1⑥由③④⑤⑥式并代入数据，得：t1＝5s⑦t＝2s时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为v2，输出功率为P，则v2＝at⑧P＝Fv2⑨由⑤⑧⑨式并代入数据，得：P＝2.04×104W.热点2根据图象解决功及功率问题【例2】(双选)(2010年新课标卷)如图5－1－7所示，在外力)作用下某质点运动的v－t图象为正弦曲线．从图中可以判断(图5－1－7A．在0～t1时间内，外力做正功ADB．