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第五章机械能及其守恒定律高考总复习·物理考情分析考纲要求五年试题核心考点2017·全国卷Ⅱ,14016·全国卷Ⅱ,192016·全国卷Ⅱ,21015·全国卷Ⅱ,172014·全国卷Ⅱ,16018·全国卷Ⅰ,142016·全国卷Ⅲ,20015·全国卷Ⅰ,172018·全国卷Ⅰ,18018·全国卷Ⅱ,142017·全国卷Ⅰ,242017·全国卷Ⅱ,172016·全国卷Ⅱ,212016·全国卷Ⅱ,252018·全国卷Ⅲ,172018·全国卷Ⅲ,19(1)(变力)做功和功率问题(2)动能定理的应用(3)机械能守恒的条件(4)机械能守恒定律与平抛运动、圆周运动的综合(5)功能关系与能量守恒1.功和功率(Ⅱ)2.动能和动能定理(Ⅱ)3.力做功与重力势能(Ⅱ)4.功能关系、机械能守恒定律及其应用(Ⅱ)5.实验五:探究动能定理6.实验六:验证机械能守恒定律2016·全国卷Ⅰ,22第14讲功和功率高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿[知识梳理]1.功的概念及公式(1)做功的两个因素:力和物体在上发生的位移.(2)计算公式:恒力F的方向与位移l的方向一致时,W=;恒力F的方向与位移l的方向成某一夹角α时,W=.力的方向FlFlcosα2.功的正负(1)当0≤απ2时,W0,力对物体做.(2)当π2α≤π时,W0,力对物体做,或者说物体这个力做了功.(3)当α=π2时,W=0,力对物体.正功负功克服不做功3.平均功率(1)P-=Wt.(2)P-=F·v-cosα,其中v-为物体运动的.4.瞬时功率(1)P=Fvcosα,其中v为t时刻的.(2)P=F·vF,其中vF为物体的速度v在力F方向上的.(3)P=Fv·v,其中Fv为物体受到的外力F在速度v方向上的.平均速度瞬时速度分速度分力[基础小练]判断下列说法是否正确(1)只要物体受力的同时又发生了位移,则一定有力对物体做功.()(2)一个力对物体做了负功,则说明这个力一定阻碍物体的运动.()(3)作用力与反作用力不一定同时做功.()(4)力对物体做功的正负是由力和位移间的夹角大小决定的.()×√√√(5)由P=Fv可知,发动机功率一定时,机车的牵引力与运行速度的大小成反比.()(6)汽车上坡时换成低挡位,其目的是减小速度得到较大的牵引力.()√√板块二︿︿[考法精讲]考法一恒力功的分析与计算【自主练1】(2019·芜湖高三期末)如图所示,一个物体放在水平面上,在跟竖直方向成θ角的斜向上的拉力F的作用下沿水平面移动了距离s,若物体的质量为m,物体与水平面之间的摩擦力大小为Ff,则在此过程中()A.摩擦力做的功为FfsB.力F做的功为FscosθC.力F做的功为FssinθD.重力做的功为mgs答案C解析摩擦力方向水平向左,位移水平向右,故Wf=-Ffs,选项A错误;力F所做的功为WF=Fsinθ·s=Fssinθ,选项B错误,C正确;因为在竖直方向上没有发生位移,所以重力做功为零,选项D错误.【自主练2】(2019·清江中学高三期中)假如你用大小为F的水平推力推动物体对其做功,有下列三种情况:①推一质量为m的物体,在光滑水平面上前进s;②推一质量为2m的物体,在光滑水平面上前进s;③推一质量为2m的物体,在粗糙水平面上前进s.则关于你对物体做功多少的说法正确的是()A.①情况做功最多B.②情况做功最多C.③情况做功最多D.做功一样多D解析恒力做功是F和位移s在力方向上投影的乘积,即W=Fscosθ,当F和s方向相同时,F所做功即为W=Fs.①、②、③中力F与位移s方向都相同,且F、s的大小都是相等的,所以①、②、③中力F做功都相等.防错指要计算功时应注意的两个问题(1)计算恒力功的公式W=Fscosα中位移“s”的意义①“s”应取作用点的位移;②“s”的取值一般以大地为参考系.(2)力的独立性原理求某个力做的功仅与该力及物体沿该力方向的位移有关,而与其他力是否存在、是否做功无关.考法二变力做功1.Fx图象法【自主练3】(2019·重庆模拟)轻质弹簧右端固定在墙上,左端与一质量m=0.5kg的物块相连,如图甲所示,弹簧处于原长状态,物块静止且与水平面间的动摩擦因数μ=0.2.以物块所在处为原点,水平向右为正方向建立x轴,现对物块施加水平向右的外力F,F随x轴坐标变化的情况如图乙所示,物块运动至x=0.4m处时速度为零,则此时弹簧的弹性势能为(g=10m/s2)()A.3.1JB.3.5JC.1.8JD.2.0J答案A解析物块与水平面间的摩擦力为Ff=μmg=1N,现对物块施加水平向右的外力F,由F-x图象面积表示功可知F做功W=3.5J,克服摩擦力做功Wf=Ffx=0.4J,由功能关系可知,W-Wf=Ep,此时弹簧的弹性势能为Ep=3.1J,选项A正确.【自主练4】(2019·武汉模拟)一滑块在水平地面上沿直线滑行,t=0时其速度为1m/s,从此刻开始在滑块运动方向上再施加一水平作用力F,力F和滑块的速率v随时间的变化规律分别如图甲和乙所示,设在第1s内、第2s内、第3s内力F对滑块做的功分别为W1、W2、W3,则下列关系正确的是()A.W1=W2=W3B.W1W2W3C.W1W3W2D.W1=W2W3答案B解析在第1s内,滑块的位移为s1=12×1×1m=0.5m,力F做的功为W1=F1s1=1×0.5J=0.5J;第2s内,滑块的位移为s2=12×1×1m=0.5m,力F做的功为W2=F2s2=3×0.5J=1.5J;第3s内,滑块的位移为s3=1×1m=1m,力F做的功为W3=F3s3=2×1J=2J,所以W1W2W3,故选项B正确.2.等效转换法【自主练5】如图所示,固定的光滑竖直杆上套着一个滑块,用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮,以大小恒定的拉力F拉绳,使滑块从A点起由静止开始上升.若从A点上升至B点和从B点上升至C点的过程中绳子拉力对滑块做的功分别为W1和W2,图中AB=BC,则一定有()A.W1W2B.W1W2C.W1=W2D.W1与W2的大小关系无法确定A解析绳子对滑块做的功为变力做的功,求解比较复杂,但可通过转换研究对象,由于绳子对滑块做的功等于拉力F对绳子所做的功,因此,求绳子对滑块做的功时,可改求拉力F对绳子所做的功,这样就转化为恒力做功.如图所示,设滑块经A、B、C位置时左边的绳子的长度分别为l1、l2、l3,则滑块从A上升到B所做的功为W1=F(l1-l2),滑块从B上升到C所做的功为W2=F(l2-l3).过C点、A点分别作OA、OC的平行线CD、AD交于D点,OCDA为平行四边形,OB延长线必过D点,且OB=BD=l2在△OCD中有l1+l32l2,则l1-l2l2-l3,则W1W2,故选项A正确,B、C、D错误.【自主练6】(2019·廊坊校级月考)如图所示,用恒力F通过光滑的定滑轮,将静止于水平面上的物体从位置A拉到位置B,物体可视为质点,定滑轮距水平面高为h,物体在位置A、B时,细绳与水平面的夹角分别为α和β,从A到B绳的拉力对物体做的功为()A.Fh1tanα-1tanβB.Fh1sinα-1sinβC.Fh1cosα-1cosβD.Fh1cosβ-1cosαB解析根据几何知识可知,绳端点的位移大小为x=hsinα-hsinβ,恒力F做的功为W=Fx=Fh1sinα-1sinβ,而绳的拉力对物体做的功等于恒力F做的功,故选项B正确.3.微元法【自主练7】如图甲所示是我国农民过去磨面粉用的石磨,人们在磨杆两端沿圆周切线方向用力,使磨盘转动,压碎麦子,使其成为面粉和麸皮的混合物.然后用箩筛分离出面粉.石磨转动可简化为如图乙所示.已知从转轴O到力F的作用点的距离为L.转动磨盘的质量为M.磨盘转动时上下磨盘之间的摩擦力为Ff,在磨杆端施一与磨杆垂直且大小不变的作用力F.重力加速度为g.则转动一周过程中.下列说法正确的是()A.磨盘重力做功为Mg·2πLB.磨盘克服摩擦做功为Ff·2πLC.力F做功为F·2πLD.磨盘重力做功和力F做功都为零答案C解析磨盘重力方向与速度方向垂直,所以磨盘重力做功为零,故选项A错误;转动一周过程中,磨盘所受的摩擦力等效作用点通过的路程小于2πL,所以磨盘克服摩擦做功小于Ff·2πL,故选项B错误;将圆周划分为无数段来分析,在每一段上F的方向与位移方向一致,则F做功为W=F·Δx1+F·Δx2+…+F·Δxn=F(Δx1+Δx2+…+Δxn)=F·2πL,故选项C正确,D错误.【自主练8】(2019·玉溪一中高三期中)(多选)如图所示,摆球质量为m,悬线的长为L,把悬线拉到水平位置后放手.设在摆球从A点运动到B点的过程中空气阻力F阻的大小不变,则下列说法正确的是()A.重力做功为-mgLB.绳的拉力做功为零C.空气阻力F阻做功为-12F阻πLD.空气阻力F阻做功为-mgLBC解析重力做功与初、末位置的高度差有关,所以重力做功为WG=mgL,故选项A错误;因为绳的拉力FT始终与球的运动方向垂直,不做功,故选项B正确;F阻所做的总功等于每个小弧段上F阻所做功的代数和,即WF阻=-(F阻x1+F阻x2+…)=-12F阻πL,故选项C正确,D错误.归纳总结变力做功的求解方法(1)Fx图象法:已知Fx图象,可以根据“面积”求变力做的功.(2)等效转换法:变力功与恒力功相等,即等效,可以用“化变为恒”的等效转换法求变力做的功.(3)微元法:变力作用下的曲线运动过程,其元过程可以看成恒力作用过程,可以用微元法求变力做的功.(4)动能定理法:无论直线运动还是曲线运动,只要知道了初、末状态动能的变化,就可以用动能定理法求变力做的功.(5)平均力法:力的方向恒定,大小随位移线性变化,可用平均力法求变力做的功.(6)用功率求功:机车类发动机保持功率P恒定做变速运动时,牵引力是变力,牵引力做的功W=Pt.考法三平均功率与瞬时功率【例题1】(2019·青冈一中高三开学考试)质量为m的物体静止在光滑水平面上,从t=0时刻开始受到水平力的作用.力的大小F与时间t的关系如图所示,力的方向保持不变,则()A.3t0时刻的瞬时功率为5F20t02mB.3t0时刻的瞬时功率为15F20t0mC.在t=0到3t0这段时间内,水平力的平均功率为23F20t04mD.在t=0到3t0这段时间内,水平力的平均功率为25F20t06m[思维导引]根据牛顿第二定律和匀变速直线运动公式求出3t0时刻的瞬时速度,然后根据瞬时功率的公式求出3t0时刻的瞬时功率;在t=0到3t0这段时间内,水平力做的功,由平均功率的表达式P=Wt得到这段时间内的平均功率.答案BD解析2t0时刻速度大小v2=a1·2t0=2F0mt0.3t0时刻的速度大小为v3=v2+a2t0=F0m·2t0+3F0m·t0=5F0t0m,3t0时刻力F=3F0,所以瞬时功率P=3F0·v3=15F20t0m,选项A错误,B正确;0~3t0时间段,水平力对物体做功W=F0x1+3F0x2=F0×12·F0m(2t0)2+3F0·v2+v32t0=25F20t202m,平均功率P=Wt=25F20t06m,选项C错误,D正确.归纳总结计算功率的基本思路(1)首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率,对应于某一过程的功率为平均功率,对应于某一时刻的功率为瞬时功率.(2)求瞬时功率时,如果F与v不同向,可用力F乘以F方向的分速度,或速度v乘以速度v方向的分力求解.【跟踪训练11】(2019·阜阳三中高三模拟)如图所示,四个相同的小球A、B、C、D,其中A、B、C位于同一高度h处,A做自由落体运动,B沿光滑斜面由静止滑下,C做平抛运动,D从地面开始做斜抛运动,其运动的最大高度也为h.在每个小球落地的瞬间,其重力的功率分别为PA、PB、PC、PD.则下列关系式正确的是()A.PA=PB=PC=PDB.PA=PCPB=PDC.PA=PC=PDPBD.PAPC=PDPBC解析小球落地时,A
本文标题:2020年物理高考大一轮复习 第5章 机械能及其守恒定律 第14讲 功和功率课件
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