2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機械能及其守恒定律 第1講 功和功率學(xué)案.doc
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第1講功和功率板塊一主干梳理夯實基礎(chǔ)【知識點1】功1.做功的兩個必要條件(1)作用在物體上的力。(2)物體在力的方向上發(fā)生的位移。2.公式:WFlcos(1)是力與位移方向之間的夾角,l為物體對地的位移。(2)該公式只適用于恒力做功。(3)功是標(biāo)量。3.功的正負判斷夾角功的正負90力對物體做負功,或者說物體克服這個力做了功90力對物體不做功【知識點2】功率1.定義:功與完成這些功所用時間的比值。物理意義:描述力對物體做功的快慢。2.公式(1)P,P為時間t內(nèi)的平均功率。(2)PFvcos(為F與v的夾角)v為平均速度,則P為平均功率。v為瞬時速度,則P為瞬時功率。3.額定功率機械正常工作時的最大輸出功率。4.實際功率機械實際工作時的功率,要求不大于額定功率。板塊二考點細研悟法培優(yōu)考點1功的正負判斷與計算拓展延伸1.功的正負的判斷方法(1)恒力做功的判斷:若物體做直線運動,依據(jù)力與位移的夾角來判斷。(2)曲線運動中功的判斷:若物體做曲線運動,依據(jù)F與v的方向夾角來判斷。當(dāng)090,力對物體做正功;90180,力對物體做負功;90,力對物體不做功。2.功的計算方法(1)恒力做功(2)變力做功用動能定理:Wmvmv;當(dāng)變力的功率P一定時,可用WPt求功,如機車以恒定功率啟動時;將變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功:當(dāng)力的大小不變,而方向發(fā)生變化且力的方向與速度夾角不變時,這類力的功等于力和路程(不是位移)的乘積。如滑動摩擦力做功、空氣阻力做功等;用Fx圖象圍成的面積求功;用微元法(或分段法)求變力做功:可將整個過程分為幾個微小的階段,使力在每個階段內(nèi)不變,求出每個階段內(nèi)外力所做的功,然后再求和。(3)總功的計算先求物體所受的合力,再求合力的功;先求每個力做的功,再求各功的代數(shù)和;動能定理。例1(多選)如圖所示,輕繩一端受到大小為F的水平恒力作用,另一端通過定滑輪與質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點的小物塊相連。開始時繩與水平方向的夾角為。當(dāng)小物塊從水平面上的A點被拖動到水平面上的B點時,位移為L,隨后從B點沿斜面被拖動到定滑輪O處,BO間距離也為L。小物塊與水平面及斜面間的動摩擦因數(shù)均為,若小物塊從A點運動到O點的過程中,F(xiàn)對小物塊做的功為WF,小物塊在BO段運動過程中克服摩擦力做的功為Wf,則以下結(jié)果正確的是()AWFFL(cos1) BWF2FLcosC.WfmgLcos2DWfFLmgLsin2哪一段距離是沿力F方向的位移大?。刻崾荆篈O段的長度。嘗試解答選BC。小物塊從A點運動到O點,拉力F的作用點移動的距離為AO的長度,即拉力F的位移為x2Lcos,所以拉力F做的功WFFx2FLcos,A錯誤,B正確;由幾何關(guān)系知斜面的傾角為2,所以小物塊在BO段受到的摩擦力fmgcos2,則WffLmgLcos2,C正確,D錯誤??偨Y(jié)升華使用WFlcos應(yīng)注意的幾個問題(1)位移l“l(fā)”應(yīng)取作用點的位移,如例題中力F的作用點從A點移到O點,所以位移的大小是AO的長度;“l(fā)”的取值一般以地面為參考系。(2)力F力的獨立性原理,即求某個力做的功僅與該力及物體沿該力方向的位移有關(guān),而與其他力是否存在、是否做功無關(guān)。力只能是恒力。此公式只能求恒力做功。(3)是l與F之間的夾角。(多選)如圖所示,建筑工人通過滑輪裝置將一質(zhì)量是100 kg的料車沿30角的斜面由底端勻速地拉到頂端,斜面長L是4 m,若不計滑輪的質(zhì)量和各處的摩擦力,g取10 N/kg,則對這一過程下列說法哪些正確()A.人拉繩子的力做功為1000 JB.人拉繩子的力做功為2000 JC.料車的重力做功為2000 JD.料車受到的合力對料車做的總功為0答案BD解析工人拉繩子的力:Fmgsin30250 N,工人將料車?yán)叫泵骓敹藭r,力F作用點的位移:l2L8 m,人拉繩子的力做的功WFl2000 J,故A錯誤,B正確。重力做功:W2mghmgLsin302000 J。故C錯誤。由于料車在斜面上勻速運動,則料車所受的合力為0,故W合0,D正確??键c2功率的計算解題技巧1.平均功率的計算方法(1)利用。(2)利用Fcos,其中為物體運動的平均速度,F(xiàn)為恒力。2.瞬時功率的計算方法利用公式PFvcos,其中v為t時刻的瞬時速度。例22017??谀M(多選)質(zhì)量為m的物體靜止在光滑水平面上,從t0時刻開始受到水平力的作用。力的大小F與時間t的關(guān)系如圖所示,力的方向保持不變,則()A.3t0時刻的瞬時功率為B.3t0時刻的瞬時功率為C.在t0到3t0這段時間內(nèi),水平力的平均功率為D.在t0到3t0這段時間內(nèi),水平力的平均功率為(1)3t0時刻的瞬時功率如何求解?提示:P3F0v,v為3t0時刻的瞬時速度。(2)t0到3t0這段時間內(nèi),水平力的平均功率如何求解?提示:P,分段求力F的功。嘗試解答選BD。解法一:根據(jù)Ft圖線,在02t0時間內(nèi)的加速度a1,2t0時刻的速度v2a12t0t0,02t0時間內(nèi)位移x12t0t,故F0做的功W1F0x1t。在2t03t0時間內(nèi)的加速度a2,3t0時刻的速度v3v2a2t0t0,故3t0時刻的瞬時功率P33F0v3,A錯誤,B正確。在2t03t0時間內(nèi)位移,x2t0,故3F0做的功W23F0x2,因此在03t0時間內(nèi)的平均功率P,C錯誤,D正確。解法二:03t0圖象與坐標(biāo)軸圍成的面積為物體動量的變化。故mvF02t03F0t05F0t0,3t0時刻P3F0v,A錯誤,B正確。3t0時刻動能為mv2根據(jù)動能定理Wmv2平均功率P,C錯誤,D正確。總結(jié)升華求力做功的功率時應(yīng)注意的問題(1)明確所求功率是平均功率還是瞬時功率。求平均功率首選P,其次是用PFcos,應(yīng)容易求得,如求勻變速直線運動中某力的平均功率。(2)求瞬時功率用PFvcos要注意F與v方向間的夾角對結(jié)果的影響,功率是力與力的方向上速度的乘積。2017昆明七校調(diào)研(多選)物體受到水平推力F的作用在粗糙水平面上做直線運動。通過力和速度傳感器監(jiān)測到推力F、物體速度v隨時間t變化的規(guī)律分別如圖甲、乙所示。取g10 m/s2,則下列說法正確的是()A物體的質(zhì)量m0.5 kgB.物體與水平面間的動摩擦因數(shù)0.4C.第2 s內(nèi)物體克服摩擦力做的功W2 JD.前2 s內(nèi)推力F做功的平均功率3 W答案ABC解析由題圖甲、乙可知,在12 s內(nèi),推力F23 N,物體做勻加速直線運動,其加速度a2 m/s2,由牛頓運動定律可得,F(xiàn)2mgma;在23 s,推力F32 N,物體做勻速直線運動,由平衡條件可知,mgF3;聯(lián)立解得物體的質(zhì)量m0.5 kg,物體與水平面間的動摩擦因數(shù)0.4,A、B正確;由速度時間圖象所圍的面積表示位移可得,第2 s內(nèi)物體位移x1 m,克服摩擦力做的功Wfmgx2 J,C正確;第1 s內(nèi),由于物體靜止,推力不做功;第2 s內(nèi),推力做功WF2x3 J,即前2 s內(nèi)推力F做功為W3 J,前2 s內(nèi)推力F做功的平均功率 W1.5 W,D錯誤??键c3機車啟動問題對比分析1.兩種啟動方式的比較兩種方式以恒定功率啟動以恒定加速度啟動Pt圖和v t圖OA段過程分析vFaa不變F不變vPFv直到P額Fv1運動性質(zhì)加速度減小的加速直線運動勻加速直線運動,維持時間t0AB段過程分析FF阻a0F阻vFa運動性質(zhì)以vm勻速直線運動加速度減小的加速直線運動BC段無FF阻a0以vm勻速運動2.三個重要關(guān)系式(1)無論哪種啟動過程,機車的最大速度都等于其勻速直線運動時的速度,即vm(式中Fmin為最小牽引力,其值等于阻力F阻)。(2)機車以恒定加速度啟動的運動過程中,勻加速過程結(jié)束時,功率最大,速度不是最大,即vvm。(3)機車以恒定功率運行時,牽引力做的功WPt。由動能定理:PtF阻xEk。此式經(jīng)常用于求解機車以恒定功率啟動過程的位移大小。例32018河北高三月考(多選)下列各圖是反映汽車(額定功率P額)從靜止開始勻加速啟動,最后做勻速直線運動的過程中,其速度隨時間以及加速度、牽引力和功率隨速度變化的圖象,其中正確的是()(1)汽車從靜止開始勻加速啟動,能一直勻加速嗎?提示:不能。當(dāng)PP額時再勻加速,機車則會燒毀。(2)汽車最后勻速階段,有什么典型特征?提示:a0,F(xiàn)f。嘗試解答選ACD。從靜止開始勻加速啟動,由公式PFv及題意知,當(dāng)力恒定,隨著速度的增加功率P增大,當(dāng)PP額時,功率不再增加,此時,牽引力F大于阻力f,速度繼續(xù)增加,牽引力減小,此后汽車做加速度逐漸減小的加速運動,當(dāng)Ff時,速度達最大,做勻速直線運動。由以上分析知,B錯誤,A、C、D正確??偨Y(jié)升華解決機車啟動問題時的四點注意(1)首先弄清是勻加速啟動還是恒定功率啟動。(2)若是勻加速啟動過程,機車功率是不斷改變的,但該過程中的最大功率是額定功率,勻加速直線運動階段的最大速度小于機車所能達到的最大速度,達到額定功率后做加速度減小的加速運動。(3)若是以額定功率啟動的過程,機車做加速度減小的加速運動,勻變速直線運動的規(guī)律不能用,速度最大值等于,牽引力是變力,牽引力做的功可用WPt,但不能用WFlcos計算。(4)無論哪種啟動方式,最后達到最大速度時,均滿足PFfvm,P為機車的額定功率。一列火車總質(zhì)量m500 t,發(fā)動機的額定功率P6105 W,在軌道上行駛時,軌道對列車的阻力Ff是車重的0.01倍。(取g10 m/s2)(1)求列車在水平軌道上行駛的最大速度;(2)在水平軌道上,發(fā)動機以額定功率P工作,求當(dāng)行駛速度為v11 m/s和v210 m/s時,列車的瞬時加速度a1、a2的大?。?3)列車在水平軌道上以36 km/h的速度勻速行駛時,求發(fā)動機的實際功率P;(4)若列車從靜止開始,保持0.5 m/s2的加速度做勻加速運動,求這一過程維持的最長時間。答案(1)12 m/s(2)1.1 m/s20.02 m/s2(3)5105 W(4)4 s解析(1)列車以額定功率行駛,當(dāng)牽引力等于阻力,即FFfkmg時,列車的加速度為零,速度達到最大值vm,則vm12 m/s。(2)當(dāng)vmv2,D錯誤。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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