2011年高考物理一轮复习极品课件5-专题1功和功率

第五章机械能高考考纲·展示考纲下载27.功．功率(Ⅱ)28.动能．做功与动能改变的关系(动能定理)(Ⅱ)29.重力势能．重力做功与重力势能改变的关系(Ⅱ)30.弹性势能(Ⅰ)31.机械能守恒定律(Ⅱ)119.实验：验证机械能守恒定律命题规律从内容、题型和赋分上看：1.功和功率，是高中物理中最难理解的知识点，高考中考查这个知识点的题目，计算量一般很大，这类题目通常联系实际．例如2005年广东综合第33题、江苏物理第10题、2006年广东物理第15题、四川理综第23题、2007北京理综第23题、广东理科基础第9题分别以机车运动、电梯运动的情境考查这个知识点.2008年高考各地共出现了6个题，其中北京理综第23题、重庆理综第23题分别为18分、16分的计算题.2009年宁夏理综第17题、广东理基第8题也考查了此知识点．2.动能是基本概念之一，单独命题较少见，但动能定理作为高中物理最重要的规律之一，频繁出现在高考题中，考查知识面较广，常以综合题形式出现(以综合计算的力、电综合题为主)，题目类型以选择和计算为主．命题规律如2009年山东理综第22题、上海单科第5题、2008年上海单科第2l题、山东理综第24题、2007年江苏单科第19题、2005年全国Ⅱ卷第23题．3.机械能守恒定律为高考必考内容，考查的特点是：灵活性强，如变力功的求法；综合面大，如本考点知识与牛顿运动定律、圆周运动、动量守恒定律、电磁学、热学知识综合运用等.2005年广东物理14题、全国Ⅰ卷23题、北京理综23题、2006年在四川、北京、广东、全国Ⅱ卷出现，2007年在天津、江苏、上海单科出现，且均是纯力学综合性试题，分值较高.2008年上海、广东、海南、宁夏、全国Ⅱ卷，2009年全国Ⅰ卷25题，四川理综第23题，上海单科第20题，均有对本考点内容的考查．从能力上看：考查了学生分析和解决问题的能力．预测在2011年高考命题中以综合考查为主，题型多为计算题，考查功能关系、机械能守恒定律、能量守恒定律及动量等知识的综合运用等.专题一功和功率知识自主·梳理一、功1．做功的两个因素：和物体在上发生的位移．2．公式：.3．矢标性：功是，但有正、负之分．4．功的正负判断主要根据力的方向和位移的方向间的夹角α判断：力力的方向W＝Fscosα标量夹角功的正负α90°力对物体做α＝90°力对物体α90°力对物体做或说成物体克服这个力做了功正功不做功负功♦重点辨析(1)动的正负只表示动力对物体做功，还是阻力对物体做功．(2)重力势能、电势能、温度的正负表示相对零点的大小．(3)力、速度、加速度等矢量的正负表示方向，其绝对值表示大小．二、功率1．定义：功跟完成这些功的比值．2．物理意义：描述力．3．公式(1)P＝W/t，P为时间t内的平均功率．(2)P＝Fvcosa若v为平均速度，则P为．若v为瞬时速度，则P为．所用时间做功的快慢平均功率瞬时功率4．额定功率：机械时的．5．实际功率：机械时输出的功率，要求小于等于．正常工作最大功率实际工作额定功率方法规律·归纳一、功的物理含义关于功我们不仅要从定义式W＝Fscosθ上进行理解和计算，还应该理解它的物理含义．功是能量转化的量度，即：做功的过程是能量的一个转化过程，这个过程做了多少功，就有多少能量发生了转化．对物体做正功，物体的能量增加，做了多少正功，物体的能量就增加了多少；对物体做负功，也称物体克服阻力做功，物体的能量减少，做了多少负功，物体的能量就减少多少．因此功的正、负表示能的转化情况，表示物体是输入了能量还是输出了能量．二、一对作用力和反作用力做功的特点1．一对作用力和反作用力在同一段时间内，可以都做正功，或者都做负功，或者一个做正功、一个做负功，或者都不做功．2．一对作用力和反作用力在同一段时间内做的总功可能为正、可能为负、也可能为零．3．一对互为作用力与反作用力的摩擦力做的总功可能为零(静摩擦力)、可能为负(滑动摩擦力)，但不可能为正．二、常见的功的计算方法1．恒力做功在恒力作用下物体的运动，力对物体做的功用W＝Fscosα求解．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功等于位移与位移方向上力的乘积．2．变力做功(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．(也可计算恒力做功)(2)当变力的功率P一定时，可用W＝Pt求功，如机车以恒功率启动．(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．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(a)图表示恒力F做的功W，(b)图表示变力F做的功W.3．总功的求法(1)总功等于合外力做的功先求出物体所受各力的合力F合，再根据W总＝F合scosα计算总功，但应注意α是合力与位移s的夹角．(2)总功等于各力做功的代数和分别求出每一个力做的功：W1＝F1s1cosα1，W2＝F2s2cosα2，W3＝F3s3cosα3，…再把各个外力做的功求代数和即：W总＝W1＋W2＋W3＋…♦特别提醒在求解总功时，第(1)种情况一般用于各力都是恒力且作用时间相同．第(2)种情况一般用于各力分别作用或作用时间不同.机动车两种启动方式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P­t图和v­t图过程分析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＝Fv1OA段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＝v↑＝F＝↓⇒a＝↓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＝匀速运动♦特别提醒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.请在掌握的“规律方法”后打“√”1．判断功的正负可根据力和位移的夹角，也可根据力和速度的夹角，还可根据能量转化与守恒()2．总功的计算(1)先确定合力F合，再利用W＝F合lcosα计算总功(2)先计算出每个力做的功，则W总＝W1＋W2＋…Wn(3)根据动能定理求总功W总＝ΔEk()3．变力功的计算：(1)转化成恒力做功问题；(2)动能定理；(3)功能关系，(4)功率恒定时W＝Pt()4．功率的计算：(1)平均功率P＝W/t＝Fv－cosα，(2)瞬时功率P＝Fvcosα；(3)对机车而言，F、v共线，牵引力的功率P＝Fv()请在走过的“思维误区”后打“！”1．易把作用力和反作用力做的功错误地认为大小相等，一正一负，也常认为摩擦力一定做负功(阻力)()2．易把变力的功当作恒力的功计算()3．误将机车的功率当成机车所受的合力的功率；也常把匀加速启动过程的最大速度当成了机车能达到的最()4．分不清P＝Fv中“谁”变，“谁”不变，不能结合动力学规律分析机车运动情况及特点()真题典例·探究题型1恒力功的计算【例1】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．－mglcosθsinθD．mglsinθcosθ(2)斜面对物体的弹力做的功为()A．0B．mglsinθcos2θC．－mglcos2θD．mglsinθcosθ(3)重力对物体做的功()A．0B．mglC．mgltanθD．mglcosθ(4)斜面对物体做的总功是多少？各力对物体所做的总功是多少？【解析】(1)斜面对物体的摩擦力和弹力与物体位移的夹角分别为多大？答摩擦力沿斜面向上，弹力垂直斜面向上，位移水平向左，所以摩擦力与位移夹角为π－θ，弹力与位移夹角为－θ.(2)斜面对物体的弹力N和摩擦力f多大？答N＝mgcosθ'f＝mgsinθ(3)求出N与f的功．答WN＝mglsinθcosθWf＝－mglsinθcosθ(4)重力与位移的夹角是什么关系？重力做功为多少？答'重力垂直于位移，WG＝0(5)斜面对物体的摩擦力和弹力做功和为多少？答W斜＝WN＋Wf＝0(6)各力对物体的总功为多少？答W总＝WN＋Wf＋WG＝0【答案】(1)C'(2)D'(3)A'(4)0'0♦思维拓展上例中，能否先求斜面对物体的弹力和摩擦力的合力，再求此合力的功？答案由平衡条件得N与f的合力是重力的平衡力，所以二力的合力与位移垂直，做功为零．【方法归纳】恒力做功的计算方法：(1)一个恒力F对物体做功W＝Fscosα有两种处理方法：一种是W等于力F乘物体在力F方向上的分位移scosα，即将物体的位移分解为沿F方向上和垂直于F方向上的两个分位移s1和s2，则F做的功W＝F·s1＝Fscosα；另一种是W等于力F在位移s方向上的分力Fcosα乘物体的位移s，即将力F分解为沿s方向上和垂直s方向上的两个分力F1和F2，则F做的功W＝F1s＝Fcosα·s.(2)多个力做的总功一是先用平行四边形定则求出合外力，再根据W＝F合scosα计算功，注意α应是合外力与位移s间的夹角．二是先分别求各个外力的功：W1＝F1scosα1，W2＝F2scosα2……再把各个外力的功代数相加．【备选例题1】在光滑的水平地面上有质量为M的长平板A，如右图所示，平板上放一质量m的物体B，A、B之间动摩擦因数为μ.今在物体B上加一水平恒力F，B和A发生相对滑动，经过时间t，B未滑离木板A.求：(1)摩擦力对A所做的功．(2)摩擦力对B所做的功．(3)若长木板A固定，B对A的摩擦力对A做的功．【解析】(1)平板A在滑动摩擦力的作用下，向右做匀加速直线运动，经过时间t，A的位移为sA＝12aAt2＝12·fMt2＝μmgt22M.因为摩擦力f的方向和位移sA相同，即时A做正功，其大小为Wf＝fsA＝(μmgt)22M(2)物体B在水平恒力F和摩擦力的合力作用下向右做匀加速直线运动，B的位移为sB＝12aBt2＝12·F－f′mt2摩擦力f′方向和位移sB方向相反，所以f′对B做负功，Wf＝f′sB＝－μmgsB.即Wf＝(μmgt)2－μmgFt22m(3)若长木板A固定，则A的位移sA′＝0，所以摩擦力对A做功为0.即时A不做功．【答案】(1)(μmgt)22M(2)(μmgt)2－μmgFt22m(3)0题型2变力功的计算【例2】用铁锤将一铁钉击入木块，设木块对铁钉的阻力与铁钉进入木块内的深度成正比．在铁锤击打第一次后，能把铁钉击入木块内1cm.则击第二次后，能击入多少深度？(设铁锤每次做功相等)【解析】(1)写出阻力与位移的数学表达式，并做出阻力f与位移s的关系图线．答f＝ks，关系图线如下图所示．(2)图线与横轴所夹面积有什么物理意义？答表示变力f的功．(3)设第一次打击后，钉子进入深度s1.第二次打击后，钉子进入深度s2，在所做图象上标出s1、s2并说明哪块面积表示第一次打击时，阻力f的功，哪块面积表示第二次打击时，阻力f的功．答‘如右图所示．三角形OAs1表示第一次打击f的功．梯形ABs2s1表示第二次打击f的功．(4)每次打击力的功与阻力功是什么关系？答大小相等．因为钉子动能没有变化，所以两功大小相等．(5)由两次功相等求出s2.答12ks21＝12k(s1＋s2)(s2－s1)s2＝1.41cm(6)第二次打入的深度为多大？答Δs＝s2－s1＝0.41cm.【答案】0.41cm♦思维拓展用平均力如何求第二次打入深度？【方法归纳】变力做功的求解方法：(1)用动能定理或功能关系(功是能量