（浙江选考）2020版高考物理总复习 第五章 1 第1节 功和功率课件

知识内容考试要求真题统计2016.102017.42017.112018.42018.111.追寻守恒量——能量b2.功c210、2017、203.功率c104.重力势能c41355.弹性势能b5第五章机械能及其守恒定律知识内容考试要求真题统计2016.102017.42017.112018.42018.116.动能和动能定理d20202057.机械能守恒定律d20208.能量守恒定律与能源d1220第五章机械能及其守恒定律知识内容考试要求真题统计2016.102017.42017.112018.42018.11实验：探究做功与物体速度变化的关系17(1)实验：验证机械能守恒定律17(2)第五章机械能及其守恒定律第1节功和功率第五章机械能及其守恒定律一、功1．做功的两个必要条件：力和物体在力的方向上发生的________．2．公式：W＝________________．适用于恒力做功．其中α为F、l方向间夹角，l为物体对地的位移．位移Flcosα3．功的正负判断夹角功的正负0≤α90°力对物体做________90°α≤180°力对物体做________，或者说物体________这个力做了功α＝90°力对物体________正功负功克服不做功二、功率1．物理意义描述力对物体________________．2．公式(1)P＝Wt.(P为时间t内的平均功率)(2)P＝________________．(α为F与v的夹角)3．额定功率机械正常工作时输出的最大功率．4．实际功率机械__________时输出的功率，要求小于或等于___________．做功的快慢实际工作额定功率Fvcosα对功的判断和计算【知识提炼】1．功的正、负的判断方法(1)恒力做功的判断：依据力与位移的夹角来判断．(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°，力对物体做正功；90°α≤180°，力对物体做负功；α＝90°，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情况．2．合力做功的计算方法法一：先求合力F合，再用W合＝F合lcosα求功．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．【典题例析】如图所示，质量为m的小球用长为L的轻绳悬挂于O点，用水平恒力F拉着小球从最低点运动到使轻绳与竖直方向成θ角的位置，求此过程中，各力对小球做的功及总功．[审题指导]W＝F·lcosα可以理解为功等于力与力方向上的位移的乘积．[解析]如解析图，小球在F方向的位移为CB，方向与F同向，则WF＝F·CB＝F·Lsinθ小球在重力方向的位移为AC，方向与重力反向，则WG＝mg·AC·cos180°＝－mg·L(1－cosθ)绳的拉力FT时刻与运动方向垂直，则WFT＝0故W总＝WF＋WG＋WFT＝F·Lsinθ－mgL(1－cosθ)．[答案]见解析【题组过关】考向1对功的正、负的判断1．(2019·湖州质检)如图所示，质量为m的物体置于倾角为θ的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，在外力作用下，斜面体以加速度a沿水平方向向左做匀加速运动，运动中物体m与斜面体相对静止．则关于斜面对m的支持力和摩擦力的下列说法中不正确的是()A．支持力一定做正功B．摩擦力一定做正功C．摩擦力可能不做功D．摩擦力可能做负功解析：选B.支持力方向垂直斜面向上，故支持力一定做正功；而摩擦力是否存在需要讨论，若摩擦力恰好为零，物体只受重力和支持力，如图所示，此时加速度a＝gtanθ，当agtanθ，摩擦力沿斜面向下，摩擦力与位移夹角小于90°，则做正功；当agtanθ，摩擦力沿斜面向上，摩擦力与位移夹角大于90°，则做负功，综上所述，A、C、D正确．考向2恒力做功的求解2．(2019·杭州质检)一物体静止在粗糙水平地面上．现用一大小为F1的水平拉力拉动物体，经过一段时间后其速度变为v.若将水平拉力的大小改为F2，物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v.对于上述两个过程，用WF1、WF2分别表示拉力F1、F2所做的功，Wf1、Wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功，则()A．WF24WF1，Wf22Wf1B．WF24WF1，Wf2＝2Wf1C．WF24WF1，Wf2＝2Wf1D．WF24WF1，Wf22Wf1解析：选C.物体两次的加速度之比a2∶a1＝2vt∶vt＝2∶1，位移之比l2∶l1＝2v2t∶v2t＝2∶1，摩擦力之比f2∶f1＝1∶1，由牛顿第二定律得F－f＝ma，则拉力之比F2∶F1＝(ma2＋f)∶(ma1＋f)2，做功之比WF2∶WF1＝(F2·l2)∶(F1·l1)4，Wf2∶Wf1＝(－f2·l2)∶(－f1·l1)＝2∶1，故C正确．考向3变力做功的求解3．(2019·宁波调研)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、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，则以下关系正确的是()A．W1＝W2＝W3B．W1W2W3C．W1W3W2D．W1＝W2W3解析：选B.在第1s内，滑块的位移为x1＝12×1×1m＝0.5m，力F做的功为W1＝F1x1＝1×0.5J＝0.5J；第2s内，滑块的位移为x2＝12×1×1m＝0.5m，力F做的功为W2＝F2x2＝3×0.5J＝1.5J；第3s内，滑块的位移为x3＝1×1m＝1m，力F做的功为W3＝F3x3＝2×1J＝2J，所以W1W2W3.求解变力做功的几种思路(1)利用动能定理W＝ΔEk或功能关系W＝ΔE计算能量变化量ΔE或ΔEk，即等量替换的物理思想．(2)当变力的功率P一定时，可用W＝Pt求功，如机车以恒定功率启动．(3)当变力方向不变，大小与位移成正比时，可用力对位移的平均值F＝12(F初＋F末)来计算．(4)当变力大小不变，方向在变化且力的方向始终与速度方向相同或相反时，功可用力与路程的乘积计算．(5)用变力F随位移x的变化图象与x轴所围的“面积”计算功．注意x轴上下两侧分别表示正、负功．对功率的理解与计算【题组过关】1．(多选)(2019·台州高二期中)我国科学家正在研制航母舰载机使用的电磁弹射器．舰载机总质量为3.0×104kg，设起飞过程中发动机的推力恒为1.0×105N；弹射器有效作用长度为100m，推力恒定．要求舰载机在水平弹射结束时速度大小达到80m/s.弹射过程中舰载机所受总推力为弹射器和发动机推力之和，假设所受阻力为总推力的20%，则()A．弹射器的推力大小为1.1×106NB．弹射器对舰载机所做的功为1.1×108JC．弹射器对舰载机做功的平均功率为8.8×107WD．舰载机在弹射过程中的加速度大小为32m/s2解析：选ABD.对舰载机应用运动学公式v2－02＝2ax，即802＝2·a·100，得加速度a＝32m/s2，选项D正确；设总推力为F，对舰载机应用牛顿第二定律可知：F－20%F＝ma，得F＝1.2×106N，而发动机的推力为1.0×105N，则弹射器的推力为F推＝(1.2×106－1.0×105)N＝1.1×106N，选项A正确；弹射器对舰载机所做的功为W＝F推·l＝1.1×108J，选项B正确；弹射过程所用的时间为t＝va＝8032s＝2.5s，平均功率P＝Wt＝1.1×1082.5W＝4.4×107W，选项C错误．2．(2019·杭州调研)一台起重机从静止开始匀加速地将一质量m＝1.0×103kg的货物竖直吊起，在2s末货物的速度v＝4m/s.起重机在这2s内的平均输出功率及2s末的瞬时功率分别为(g取10m/s2)()A．2.4×104W2.4×104WB．2.4×104W4.8×104WC．4.8×104W2.4×104WD．4.8×104W4.8×104W解析：选B.货物运动的加速度a＝vt＝42m/s2＝2m/s2，设起重机吊绳的拉力为F，根据牛顿第二定律，有F－mg＝ma所以F＝m(g＋a)＝1.0×103×(10＋2)N＝1.2×104N货物上升的位移l＝12at2＝4m则拉力做的功W＝F·l＝1.2×104×4J＝4.8×104J故2s内的平均功率P－＝Wt＝2.4×104W2s末的瞬时功率P＝Fv＝1.2×104×4W＝4.8×104W.1．平均功率的计算(1)利用P－＝Wt.(2)利用P－＝F·v－cosα，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(1)利用公式P＝F·vcosα，其中v为t时刻的瞬时速度．(2)P＝F·vF，其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度．(3)P＝Fv·v，其中Fv为物体受的外力F在速度v方向上的分力．对于α变化的不能用公式P＝Fvcosα计算平均功率．机车启动问题【知识提炼】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P－t图和v－t图两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动OA段段过程分析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＝Fv1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＝Pvmv↑⇒F＝P额v↓⇒a＝F－F阻m↓运动性质以vm做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【典题例析】(2019·绍兴调研)某汽车发动机的额定功率为60kW，汽车质量为5t，汽车在运动中所受阻力的大小恒为车重的0.1倍．(g取10m/s2)(1)若汽车以额定功率启动，则汽车所能达到的最大速度是多少？当汽车速度达到5m/s时，其加速度是多少？(2)若汽车以恒定加速度0.5m/s2启动，则其匀加速过程能维持多长时间？[审题指导](1)达到最大速度时，汽车处于什么状态？(2)v＝5m/s时，牵引力多大？(3)以加速度0.5m/s2启动时，牵引力多大？此阶段能达到的最大速度为多少？[解析](1)当汽车的加速度为零时，汽车的速度v达到最大值vm，此时牵引力与阻力相等，故最大速度为vm＝PF＝PFf＝60×1030.1×5000×10m/s＝12m/sv＝5m/s时的牵引力F1＝Pv＝60×1035N＝1.2×104N，由F1－Ff＝ma得：a＝F1－Ffm＝1.2×104－0.1×5×103×105×103m/s2＝1.4m/s2.(2)当汽车以a′＝0.5m/s2的加速度启动时的牵引力F2＝ma′＋Ff＝(5000×0.5＋0.1×5×103×10)N＝7500N匀加速运动能达到的最大速度为v′m＝PF2＝60×1037500m/s＝8m/s由于此过程中汽车做匀加速直线运动，满足v′m＝a′t故匀加速过程能维持的时间t＝v′ma′＝80.5s＝16s.[答案](1)12m/s1.4m/s2(2)16s机车启动问题中的三个重要关系式(1)无论哪种运动过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即vm＝PFmin＝PF阻(式中Fmin为最小牵引力，其值等于阻力F阻)．(2)机车以恒定加速度启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，速度不是最大，即v＝PF＜vm＝PF阻.(3)机车以恒定功率运动时，牵引力做的功W＝Pt.由动能定理：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大小．【题组过关】考向1以恒定功率启动方式的求解1．(2019·嘉兴质检)质量为m的汽车，以恒定的功率P从静止开始在平直路面上行驶一段距离s后达到最大速度vm，经历时间为t.若行驶中阻力Ff恒定，则以下关系式正确的是()A．vm＝stB．P＝FfvmC．Pt＝12mv2mD．Pt＝Ffs解析：选B.根据P＝Fv，F－Ff＝ma，若保持功率P不变，可知汽车做加速度减小的加速运动，达到最