2020高考物理一轮总复习 第五章 机械能 基础课 功和功率课件 新人教版

第五章机械能考纲要求三年真题常考角度201820172016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卷Ⅰ·T14、T18卷Ⅱ·T14卷Ⅲ·T19、T25卷Ⅰ·T24卷Ⅱ·T10、T17卷Ⅲ·T16卷Ⅰ·T22、T25卷Ⅱ·T16、T19、T21、T25(1)功和功率的理解及计算(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功和功率栏目导航1234板块一双基巩固板块二考点突破板块三素养培优板块四跟踪检测双基巩固固双基、明易错、强化记忆板块一填一填|——知识体系一、功1．定义：一个物体受到力的作用，如果在____________上发生了一段位移，就说这个力对物体做了功．2．做功的两个要素(1)作用在物体上的____________；(2)物体在力的方向上发生的___________.力的方向力位移3．公式：W＝__________.如图所示．(1)α是力与____________方向之间的夹角，l为力的作用点的位移．(2)该公式只适用于____________做功．Flcosα位移恒力4．功的正负(1)当0°≤α90°时，W0，力对物体做____________.(2)当90°α≤180°时，W0，力对物体做____________，或者说物体____________这个力做了功．(3)当α＝90°时，W＝0，力对物体____________.正功负功克服不做功二、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____________.(2)P＝____________(α为F与v的夹角)①v为平均速度，则P为____________.②v为瞬时速度，则P为____________.比值快慢平均功率Fvcosα平均功率瞬时功率判一判|——易混易错(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)作用力做正功时，反作用力一定做负功．()(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．()×√×√√√记一记|——规律结论1．力对物体做不做功，关键是看力与物体的位移方向间的夹角，只要夹角不等于90°就做功．2．斜面对物体的支持力垂直于斜面，但不一定垂直于物体的位移，故斜面对物体的支持力可以做功．3．瞬时功率P＝Fvcosα，而发动机牵引力的功率P＝Fv，因为机车的牵引力方向与汽车运动方向相同，cosα＝1.4．汽车匀加速启动过程的末速度一定小于汽车所能达到的最大速度．5．作用力与反作用力等大反向，而作用力与反作用力做的功并不一定一正一负、大小相等，实际上二者没有必然联系．考点突破记要点、练高分、考点通关板块二考点一功的正负判断与计算——自主练透|记要点|1．功的正负的判断方法(1)恒力做功的判断：依据力与位移方向的夹角来判断．(2)曲线运动中做功的判断：依据F与v的方向夹角α来判断，0°≤α90°时，力对物体做正功，90°α≤180°时，力对物体做负功；α＝90°时，力对物体不做功．(3)依据能量变化来判断：功是能量转化的量度，若有能量转化，则必有力对物体做功．此法常用于判断两个相联系的物体之间的相互作用力做功的判断．2．恒力做功的计算方法3．合力做功的计算方法方法一：先求合力F合，再用W合＝F合lcosα求功．方法二：先求各个力做的功W1、W2、W3…，再应用W合＝W1＋W2＋W3＋…求合力做的功．|练高分|1.(2017年全国卷Ⅱ)如图，一光滑大圆环固定在桌面上，环面位于竖直平面内，在大圆环上套着一个小环．小环由大圆环的最高点从静止开始下滑，在小环下滑的过程中，大圆环对它的作用力()A．一直不做功B．一直做正功C．始终指向大圆环圆心D．始终背离大圆环圆心解析：选A由于大圆环是光滑的，因此小环下滑的过程中，大圆环对小环的作用力方向始终与速度方向垂直，因此作用力不做功，A项正确，B项错误；小环刚下滑时，大圆环对小环的作用力背离大圆环的圆心，滑到大圆环圆心以下的位置时，大圆环对小环的作用力指向大圆环的圆心，C、D项错误．2.(多选)(2018届宁夏银川一中月考)如图所示，水平路面上有一辆质量为m0的汽车，车厢中有一质量为m的人正用恒力F向前推车厢，在车以加速度a向前加速行驶距离L的过程中，下列说法正确的是()A．人对车的推力F做的功为FLB．人对车做的功为maLC．车对人的摩擦力做的功为(F＋ma)LD．车对人的作用力大小为ma解析：选AC人对车的推力为F，在力F方向上车行驶了L，则推力F做的功为FL，故A正确；在水平方向上，由牛顿第二定律可知车对人的力向左，大小为ma，则人对车水平方向上的作用力大小为ma，方向向右；车向左运动了L，故人对车做的功为－maL，故B错误；竖直方向车对人的作用力大小为mg，则车对人的作用力F′＝mg2＋ma2，故D错误；人在水平方向受到F的反作用力和车对人向左的摩擦力，则Ff－F＝ma，Ff＝ma＋F，则车对人的摩擦力做的功为(F＋ma)L，故C正确．3．(2018届南平质检)一物块放在水平地面上，受到水平推力F的作用，力F与时间t的关系如图甲所示，物块的运动速度v与时间t的关系如图乙所示，10s后的v­t图象没有画出，重力加速度g取10m/s2，下列说法正确的是()A．物块滑动时受到的摩擦力大小是6NB．物块的质量为1kgC．物块在0～10s内克服摩擦力做功为50JD．物块在10～15s内的位移为6.25m解析：选D由题图乙可知，在5～10s内物块做匀速运动，故受到的摩擦力与水平推力相同，故摩擦力f＝F′＝4N，故A错误；在0～5s内物块的加速度为a＝ΔvΔt＝55m/s2＝1m/s2，根据牛顿第二定律可得F－f＝ma，解得m＝2kg，故B错误；在0～10s内物块通过的位移为x＝12(5＋10)×5m＝37.5m，故克服摩擦力做功为Wf＝fx＝4×37.5J＝150J，故C错误；撤去外力后物块产生的加速度为a′＝－fm＝－2m/s2，减速到零所需时间为t′＝0－5－2s＝2.5s5s，减速到零通过的位移为x′＝0－v22a′＝0－522×－2m＝6.25m，故D正确．考点二功率的分析与计算——自主练透|记要点|1．平均功率的计算方法(1)利用P＝Wt.(2)利用P＝Fvcosα，其中v为物体运动的平均速度．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为物体受到的外力F在速度v方向上的分力．|练高分|1．(多选)(2019届海口模拟)从地面上方同一点向东与向西分别平抛出两个等质量的小物体，抛出速度大小分别为v和2v，不计空气阻力，则两个小物体()A．从抛出到落地重力做的功不同B．从抛出到落地重力做的功相同C．从抛出到落地重力的平均功率不同D．落地时重力做功的瞬时功率相同解析：选BD两物体均做平抛运动，只受重力作用，运动过程中只有重力做功．由W＝mgh可知，两物体的重力做功相同．由h＝12gt2可知，两物体下落时间相同，因此，重力做功的平均功率相同，故A、C错误，B正确；因物体在竖直方向上下落高度相同，落地时竖直分速度相同，由P＝mg·vy可知两物体落地时重力做功的瞬时功率相同，D正确．2.质量为m的物体P置于倾角为θ1的固定光滑斜面上，用一轻细绳跨过光滑定滑轮分别连接P与小车，P与滑轮间的细绳平行于斜面，小车以速率v水平向右做匀速直线运动，此过程中，下列判断正确的是()A．细绳的拉力等于mgsinθ1B．细绳的拉力小于mgsinθ1C．P受到的重力功率大小不变D．P受到的重力功率大小小于mgvsinθ1解析：选D将小车速度沿细绳方向和垂直细绳方向分解为v1、v2，则P的速率等于v1＝vcosθ2，小车水平向右做匀速直线运动，θ2将减小，v1将增大，P受到的合外力沿斜面向上，绳的拉力大于mgsinθ1，选项A、B错误；P受到的重力功率大小为mgsinθ1·v1＝mgvsinθ1cosθ2mgvsinθ1，选项C错误，D正确．3．(2019届潍坊调研)如图所示，滑板静止在水平轨道上，质量m＝2kg，板长L＝0.6m，左端A点到轨道上B点距离x＝6m，滑板与轨道间的动摩擦因数μ＝0.2.现对滑板施加水平向右的推力F＝10N，作用一段时间后撤去，滑板右端恰能到达B点，求：(1)推力F作用的时间；(2)推力F的最大功率．解析：(1)在外力F作用下，根据牛顿第二定律可知F－μmg＝ma1，解得a1＝F－μmgm＝10－0.2×2×102m/s2＝3m/s2经历的时间为t，则v＝a1t＝3t通过的位移为x1＝12a1t2＝32t2撤去外力后的加速度大小为a′＝μmgm＝μg＝2m/s2减速通过的位移为x′＝v22a′＝9t24x1＋x′＝x－L联立解得t＝1.2s，v＝3.6m/s.(2)推力的最大功率P＝Fv＝10×3.6W＝36W.答案：(1)1.2s(2)36W考点三机车启动问题——师生共研|记要点|1．两种启动方式的比较两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动P­t图象和v­t图象过程分析v↑⇒F＝Pv↓⇒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运动匀加速直线运动，维持时间t0＝v1a过程分析F＝F阻⇒a＝0⇒vm＝PF阻v↑⇒F＝P额v↓⇒a＝F－F阻m↓AB段运动性质以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2.三个重要关系式(1)无论哪种启动过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即vm＝PF阻.(2)机车以恒定加速度启动时，匀加速过程结束后功率最大，速度不是最大，即v＝PFvm＝PF阻.(3)机车以恒定功率运行时，牵引力做的功W＝Pt，由动能定理得Pt－F阻x＝ΔEk，此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移或速度．|析典例|【例】(2018届衡水月考)如图甲所示，在水平路段AB上有一质量为2×103kg的汽车(可视为质点)，正以10m/s的速度向右匀速运动，汽车前方的水平路段BC较粗糙，汽车通过整个ABC路段的v­t图象如图乙所示(在t＝15s处水平虚线与曲线相切)，运动过程中汽车发动机的输出功率保持20kW不变，假设汽车在两个路段上受到的阻力(含地面摩擦力和空气阻力等)各自有恒定的大小．求：(1)汽车在AB路段上运动时所受阻力f1的大小；(2)汽车刚好开过B点时加速度a的大小；(3)BC路段的长度．[解析](1)汽车在AB路段做匀速直线运动，根据平衡条件，有：F1＝f1P＝F1v1解得f1＝Pv1＝20×10310N＝2000N.(2)t＝15s时汽车处于平衡状态，有：F2＝f2P＝F2v2解得f2＝Pv2＝20×1035N＝4000N刚好开过B点时汽车的牵引力仍为F1，根据牛顿第二定律，有：f2－F1＝ma解得a＝1m/s2.(3)对于汽车在BC路段运动，由动能定理得：Pt－f2s＝12mv22－12mv12解得s＝68.75m.[答案](1)2000N(2)1m/s2(3)68.75m|反思总结|(1)在机车功率P＝Fv中，F是机车的牵引力而不是机车所受合力或阻力，所以P＝Ffvm只体现了一种数量关系用于计算，即牵引力与阻力平衡时达到最大运行速度．(2)恒定功率下的启动过程一定不是匀加速运动，匀变速直线运动的公式不再适用，启动过程发动机做的功可用W＝Pt计算，不能用W＝Fl计算(因为F为变力)．(3)以恒