2020届高考物理总复习 第5章 机械能 第1课时 功 功率 动能定理课件 教科版

第五章机械能高考考纲备考建议内容要求说明1.抓住功是能量转化的量度这一主线,多角度、多方面理解功的概念.2.动能定理是适用范围很广的物理规律,复习中应结合牛顿运动定律,以动能定理和功能关系为依据分析、解决与实际生产、生活和现代科技相结合的物理问题.3.复习过程中要特别注意涉及弹簧问题、传送带模型以及以圆周运动模型为载体的题型.4.对实验的分析要注重对实验原理的理解和实验迁移能力的训练.功和功率Ⅱ动能和动能定理Ⅱ重力做功与重力势能Ⅱ功能关系、机械能守恒定律及其应用Ⅱ实验五:探究动能定理实验六:验证机械能守恒定律第1课时功功率动能定理基础回顾核心探究演练提升基础回顾自主梳理·融会贯通知识梳理一、功1.做功的两个要素(1)物体受到.(2)物体在上发生了位移.2.做功的实质:就是的过程.力的作用能量变化力的方向3.公式:W=.如图所示,物体在恒力F的作用下沿水平面向右运动了一段距离x,则恒力F做的功W=.(1)α是力与之间的夹角,x为物体对地的位移.(2)该公式只适用于.FxcosαFxcosα位移方向恒力做功4.功的正负物体沿固定的粗糙斜面下滑时的受力示意图如图所示则重力G与位移方向的夹角为,重力对物体做;摩擦力f与位移方向的夹角为,摩擦力对物体做;支持力与位移方向的夹角为,支持力对物体.(1)当0≤α时,W0,力对物体做.锐角正功π2180°负功90°不做功正功(2)当α≤π时,W0,力对物体做,或者说物体这个力做功.π2负功克服二、功率1.物理意义:描述力对物体做功的.2.公式(1)P=,P为时间t内的.Wt快慢平均功率(2)P=,若v为平均速度,则P为;若v为瞬时速度,则P为.3.额定功率:机器长时间允许的功率.4.实际功率:机器时的功率,要求不能大于功率.Fvcosα平均功率瞬时功率正常工作实际工作额定拓展思考发动机的功率指的是发动机的牵引力的功率还是机车所受合力的功率?答案:发动机的功率是指发动机的牵引力的功率.三、动能与动能定理1.动能:物体由于而具有的能.运动2.动能表达式:Ek=mv2.12知识解读物体的质量为m,在与运动方向相同的恒力F的作用下匀加速运动,速度由v1增加到v2,如图所示.这个过程中力F做的功为W.答案:由牛顿第二定律F=ma,而且22v-21v=2al,即物体的位移l=22212vva=22212mvvF.这个过程中力F做的功W=Fl,把l的值代入可得W=12m22v-12m21v.(2)表达式:W=12m22v-12m21v=.3.动能定理(1)内容:合外力所做的功等于物体.动能的变化Ek2-Ek1(3)物理意义:的功是物体动能变化的量度.(4)适用条件①动能定理既适用于直线运动,也适用于运动.②既适用于恒力做功,也适用于做功.③力可以是各种性质的力,既可以同时作用,也可以作用.合外力曲线变力分阶段自主检测1.思考判断(1)只要物体受力且发生位移,则力对物体一定做功.()(2)如果一个力阻碍了物体的运动,则这个力一定对物体做负功.()(3)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.()(4)物体的动能不变,所受的合外力必定为零.()(5)人在上楼梯的过程中,支持力对人做正功.()(6)如果合外力对物体做功为零,那么物体所受的合外力一定为零.()答案:(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×2.(多选)如图所示,小球m用一条不可伸长的轻质细线拴住后悬于O点,小球置于一个斜面不光滑的斜劈M上,用水平力F向左推动斜劈M在光滑水平桌面上由位置甲匀速向左移动到位置乙,在此过程中,正确的说法是()A.M,m间的摩擦力对m不做功B.M,m间的摩擦力对m做负功C.F对M所做的功与m对M所做的功的绝对值相等D.M,m间的弹力对m做正功CD解析:小球在向左摆动过程中,M对m的摩擦力方向与小球m的位移方向间夹角小于90°,故摩擦力对m做正功,选项A,B均错误;因M匀速向左运动,地面对M的支持力和M的重力不做功,一定有F对M所做的功与m对M所做的功其总功为零,选项C正确;M对m的弹力方向与m位移方向夹角小于90°,故对m做正功,选项D正确.3.(2017·山东青岛一模)有一质量为m的木块,从半径为r的圆弧曲面上的a点滑向b点,如图所示.如果由于摩擦使木块的运动速率保持不变,则以下叙述正确的是()A.木块的加速度不变B.木块所受的合外力为零C.木块所受的力都不对其做功D.木块所受的合外力不为零,但合外力对木块所做的功为零D解析:木块的运动速率保持不变,木块在下滑过程中做匀速圆周运动,加速度方向始终指向圆心,方向不断变化,加速度不断变化,选项A错误;木块做匀速圆周运动,合外力提供向心力,合外力不为零,合外力对木块做功为零,选项B错误,D正确;在下滑过程中,重力做正功,摩擦力做负功,选项C错误.4.在光滑的水平面上,用一水平拉力F使物体从静止开始移动x,平均功率为P,如果将水平拉力增加为4F,使同一物体从静止开始移动x,平均功率为()A.2PB.4PC.6PD.8PD解析:设第一次运动时间为t,则其平均功率表达式为P=Fxt;第二次加速度为第一次的4倍,由x=12at2可知时间为2t,其平均功率为42Fxt=8Fxt=8P,选项D正确.核心探究分类探究·各个击破考点一功的分析与计算1.恒力做功的计算方法2.变力做功的求解方法图示说明应用动能定理用力F把小球从A处缓慢拉到B处,F做功为WF,则有:WF-mgl(1-cosθ)=0,得WF=mgl(1-cosθ)微元法质量为m的木块在水平面内做圆周运动,运动一周克服摩擦力做功Wf=f·Δx1+f·Δx2+f·Δx3+…=f(Δx1+Δx2+Δx3+…)=f·2πR平均力法弹簧由伸长x1被继续拉至伸长x2的过程中,克服弹力做功W=122kxkx·(x2-x1)图像法一水平拉力F0拉着一物体在水平面上运动的位移为x0,图线与横轴所围面积表示拉力所做的功,W=F0x03.合外力做的功法一:先求合外力F合,再用W合=F合lcosα求功.适用于F合为恒力的过程.法二:先求各个力做的功W1,W2,W3,…,再应用W合=W1+W2+W3+…求合外力做的功.【典例1】(2018·辽宁大连质检)人在A点拉着绳通过一定滑轮吊起质量m=50kg的物体,如图所示,开始时绳与水平方向的夹角为60°.当人匀速提起物体由A点沿水平方向运动L=2m而到达B点时,绳与水平方向成30°角.则人对绳的拉力做了多少功?(取g=10m/s2)〚核心点拨〛(1)人对绳的拉力是变力,无法用功的定义式求解.(2)根据人对绳做的功与绳对物体做的功相等,将变力做功转换为恒力做功.(3)解决物体上升高度的方法是利用绳长的变化.解析:人对绳的拉力做功与绳对物体的拉力做功是相同的,而由于匀速提升物体,故物体处于平衡状态,可知绳上拉力F=mg.而物体上升的高度h等于右侧绳子的变化量ΔL,由几何关系得h(1tan30-1tan60)=L,ΔL=sin30h-sin60h,解得ΔL=1.46m.所以,人对绳子做的功W=mgΔL=500×1.46J=730J.答案:730J方法技巧化变力为恒力求变力做功有些变力做功问题通过转换研究对象,可转化为恒力做功.滑轮问题中,常利用绳长的变化来求物体上升或下降的高度,求出绳对物体做的功,进而求出变力做的功.多维训练1.[变力做功]一物体所受的力F随位移x变化的图像如图所示,求在这一过程中,力F对物体做的功为()A.3JB.6JC.7JD.8JB解析:力F对物体做的功等于x轴上方梯形“面积”所表示的正功与x轴下方三角形“面积”所表示的负功的代数和.W1=12×(3+4)×2J=7J,W2=-12×(5-4)×2J=-1J,所以力F对物体做的功为W=7J-1J=6J.故选项B正确.2.[恒力做功](2018·黑龙江哈尔滨模拟)如图所示,建筑工人通过滑轮装置将一质量是100kg的料车沿θ=30°角的斜面由底端匀速地拉到顶端,斜面长L是4m,若不计滑轮的质量和各处的摩擦力,g取10N/kg,求这一过程中解析:(1)工人拉绳子的力F=12mgsinθ工人将料车拉到斜面顶端时,拉绳子的长度为2L,工人拉绳子的力做的功W1=12mgsinθ·2L=2000J.(1)人拉绳子的力做的功;答案:(1)2000J解析:(2)重力做功W2=-mgh=-mgLsinθ=-2000J.(3)由于料车在斜面上匀速运动,则料车所受的合力为0,故W合=0.答案:(2)-2000J(3)0(2)料车的重力做的功;(3)料车受到的合力对物体做的总功.考点二功率的理解与计算1.平均功率的计算方法(1)利用P=Wt.(2)利用P=F·vcosα,其中v为物体运动的平均速度,F为恒力.2.瞬时功率的计算方法(1)利用公式P=Fvcosα,其中v为t时刻的瞬时速度.(2)利用公式P=FvF,其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度.(3)利用公式P=Fvv,其中Fv为物体受的外力F在速度v方向上的分力.3.机车启动的两种方式(1)两种方式的比较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图过程分析v↑⇒F=Pv不变↓⇒a=Ffm↓a=Ffm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=1va过程分析F=f⇒a=0⇒f=mPvv↑⇒F=Pv额↓⇒a=Ffm↓AB段运动性质以vm做匀速直线运动加速度减小的加速直线运动BC段无F=f⇒a=0⇒以vm=Pf额做匀速运动(2)三个重要的关系式①无论以哪种方式启动,机车的最大速度都等于其匀速运动的速度,即vm=Pf.②机车以恒定的加速度启动的过程中,匀加速过程结束时,功率最大(额定功率),速度不是最大,即v=PFvm.③机车以恒定的功率运行时,牵引力做的功为W=Pt,由动能定理有Pt-fx=12mv2,已知时间求位移,或已知位移求时间.【典例2】(2018·江苏徐州模拟)汽车发动机的额定功率为60kW,汽车的质量为5×103kg,汽车在水平路面上行驶时,阻力是车重的0.1倍,(g取10m/s2),试求:(1)若汽车保持额定功率不变从静止启动,汽车所能达到的最大速度是多大?当汽车的加速度为2m/s2时速度是多大?解析:汽车运动中所受的阻力大小为f=0.1mg=0.1×5×103×10N=5×103N(1)汽车保持恒定功率启动时,当a=0时速度最大,此时牵引力最小,其值为Fmin=f=5×103N则汽车的最大速度为vm=Pf=43610510m/s=12m/s.设汽车的加速度为2m/s2时牵引力为F1则F1-f=ma1故F1=f+ma1=(5×103+5×103×2)N=1.5×104N所以汽车的速度为v1=1PF=446101.510m/s=4m/s.答案:(1)12m/s4m/s(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?解析:(2)当汽车以恒定加速度0.5m/s2匀加速运动时,汽车的牵引力为F2,则F2=f+ma2=(5×103+5×103×0.5)N=7.5×103N.汽车匀加速运动的末速度为vt=2PF=436107.510m/s=8m/s匀加速运动的时间为t=2tva=80.5s=16s.答案:(2)16s多维训练1.[机车启动问题](多选)质量为m的汽车在平直公路上加速行驶,受到的阻力恒为f.当速度为v时,汽车发动机输出功率为P,则此时汽车的()ADA.牵引力为PvB.牵引力大于PvC.加速度为fmD.加速度小于Pmv解析:功率、牵引力、速度的关系为P=Fv,选项A正确,B错误;由牛顿第二定律有F-f=ma,F=Pv,aPmv,选项C错误,D正确.2.[平均功率和瞬时功率](2017·昆明二模)如图(甲)所示,滑轮质量、摩擦均不计,质量为2kg的物体在力F作用下由静止开始向上做匀加速运动,其速度随时间的变化关系如图(乙)所示,g取10m/s2.求:(1)4s末力F的瞬时功率;(2)4s内F