高中物理一轮复习 专题:机械能及其守恒定律 第1讲 功和功率 课件

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W (1)定义式:P=__t_____,P 为时间 t 内的_平__均__功__率___. (2)推论式:P=_F_v_c_o_s_α_.(α 为 F 与 v 的夹角)
【自我诊断】 判一判 (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)作用力做负功时,反作用力一定做正功.( × ) (4)静摩擦力一定对物体不做功.( × ) (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.( √ )
23F20t0 4m
D.在 t=0 到 3t0 这段时间内,水平力的平均功率为
25F20t0 6m
解析:选 BD.2t0 时刻速度大小 v2=a1·2t0=2mF0t0,3t0 时刻
的速度大小为 v3=v2+a2t0=Fm0·2t0+3mF0·t0=5Fm0t0,3t0 时 刻力 F=3F0,所以瞬时功率 P=3F0·v3=15mF20t0,A 错、B
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,然后明确 所用公式. (2)判断变力的瞬时功率的变化情况时,若 F 大小不变,根 据 F 与 v 的夹角的变化,由 P=F·v cos θ 判断,若 F 的大 小和 F、v 夹角均变化时,可先把 F 做功转换成其他恒力做 功,然后再判断.
想一想 汽车以不同方式启动,一次以恒定功率启动,一次以恒定加 速度启动.
(1)用公式 P=Fv 研究汽车启动问题时,力 F 是什么力? (2)以恒定功率启动时,汽车的加速度变化吗?做什么运动? (3)汽车上坡的时候,司机师傅必须换挡,其目的是什么?
提示:(1)牵引力 (2)加速度变化 做加速度减小的加速直线运动 (3)换挡的目的是减小速度,得到较大的牵引力
解析:选 B.货物运动的加速度 a=vt =42 m/s2=2 m/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=1.2×104 N 货物上升的位移 l=12at2=4 m 则拉力做的功 W=Fl=1.2×104×4 J=4.8×104 J 故 2 s 内的平均功率 P =Wt =2.4×104 W 2 s 末的瞬时功率 P=Fv=1.2×104×4 W=4.8×104 W.
求解变力做功的几种思路 (1)利用动能定理 W=Δ Ek 或功能关系 W=Δ E 计算能量变 化量Δ E 或Δ Ek,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.
解析:选 C.物体两次的加速度之比 a2∶a1=2tv∶vt =2∶1, 位移之比 l2∶l1=22vt∶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.
2.计算功的方法 (1)常用办法:对于恒力做功利用 W=Flcos α;对于变力做 功可利用动能定理(W=Δ Ek);对于机车启动问题中的恒定 功率启动问题,牵引力的功可以利用 W=Pt. (2)几种力做功比较 ①重力、弹簧弹力、电场力、分子力做功与位移有关,与路 径无关.
②滑动摩擦力、空气阻力、安培力做功与路径有关. ③摩擦力做功有以下特点: a.单个摩擦力(包括静摩擦力和滑动摩擦力)可以做正功,也 可以做负功,还可以不做功. b.相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零;相互 作用的一对滑动摩擦力做功的代数和不为零,且总为负值. c.相互作用的一对滑动摩擦力做功过程中会发生物体间机 械能转移和机械能转化为内能,内能 Q=Ffx 相对.
功 Wf=-fs,人对车厢的推力 F 方向向右,做的功为 WF= Fs,因为 f>F,所以人对车做的总功为负功,故 B 正确,D 错误;同理可以证明当车减速前进时,人对车做的总功为正 功,故 C 错误.
迁移 2 恒力做功的求解 2.(高考全国卷Ⅱ)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.WF2>4WF1,Wf2>2Wf1 B.WF2>4WF1,Wf2=2Wf1 C.WF2<4WF1,Wf2=2Wf1 D.WF2<4WF1,Wf2<2Wf1
3.功的正、负的判断 (1)α<90°,力对物体做_正___功. (2)α>90°,力对物体做_负___功,或说物体克服该力做功. (3)α=90°,力对物体不做功.
功是标量,比较做功多少要看功的绝对值.
二、功率 1.定义:功与完成这些功所用时间的__比__值___. 2.物理意义:描述力对物体做功的_快__慢____. 3.公式
【典题例析】
(2017·高考全国卷Ⅲ)如图,一质量为 m,
长度为 l 的均匀柔软细绳 PQ 竖直悬挂.用外力
将绳的下端 Q 缓慢地竖直向上拉起至 M 点,M
点与绳的上端 P 相距13l.重力加速度大小为 g.
在此过程中,外力做的功为( )
A.19mgl
B.16mgl
C.13mgl
D.12mgl
[审题指导] 题中所说外力经判断为变力,不好用公式直接 求解.但由于细绳为缓慢移动,就代表初末动能不变,仅从 重力势能方面考虑就可以.自然就转到重力做功方面来.
2.瞬时功率的计算 (1)利用公式 P=F·vcos α,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=Fvcos α 计算平 均功率.
提示:选 D.B 做自由落体运动,运动时间 tB= 2gh.A 做 匀加速直线运动,a=gsin θ,根据sinh θ=12gsin θt2A得,tA=
gs2inh2θ,可知 tA>tB.重力做功相等,根据 P=WtG知, P A < P B,A、B 错误.根据动能定理,mgh=12mv2 得,两物体 到达地面时的速度大小均为 v= 2gh.A 物体重力的瞬时功 率 PA=mgvsin θ,B 物体重力的瞬时功率 PB=mgv.则 PA <PB.C 错误,D 正确.
[解析] QM 段绳的质量为 m′=23m,未拉起时,QM 段绳的 重心在 QM 中点处,与 M 点距离为13l,绳的下端 Q 拉到 M 点时,QM 段绳的重心与 M 点距离为16l,此过程重力做功 WG=-m′g13l-16l=-19mgl,对绳的下端 Q 拉到 M 点的过 程,应用动能定理,可知外力做功 W=-WG=19mgl,可知 A 项正确,B、C、D 项错误. [答案] A
对功的正负判断和大小计算 【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°≤α<90°,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.
迁移 3 变力做功的求解 3.(多选)(2018·宁波模拟)如图所示,摆球质量为 m,悬线长 为 L,把悬线拉到水平位置后放手.设在摆球运动过程中空 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 mgL B.悬线的拉力做功为 0 C.空气阻力 F 阻做功为-mgL D.空气阻力 F 阻做功为-12F 阻 πL
解析:选 ABD.由重力做功特点得重力做功为:WG=mgL, A 正确;悬线的拉力始终与 v 垂直,不做功,B 正确;由微 元法可求得空气阻力做功为:WF 阻=-12F 阻 πL,D 正确.
功率的理解和计算 【知识提炼】 1.平均功率的计算 (1)利用 P =Wt . (2)利用 P =F·v cos α,其 v 为物体运动的平均速度,F 为恒 力.
做一做 (2018·福建闽粤联合体联考)如图所示,质量相同的两物体从 同一高度由静止开始运动,A 沿着固定在地面上的光滑斜面 下滑,B 做自由落体运动.两物体分别到达地面时,下列说 法正确的是( ) A.重力的平均功率 P A> P B B.重力的平均功率 P A= P B C.重力的瞬时功率 PA=PB D.重力的瞬时功率 PA<PB
对;0~3t0 时间段,水平力对物体做功 W=F0x1+3F0x2=F0
×
1 2
·Fm0
(2t0)2 +
3F0 ·
v2+v3 2
t0

25F20t20 2m
,ห้องสมุดไป่ตู้
平均
功率
P

Wt =
256Fm20t0,C 错、D 对.
2.一台起重机从静止开始匀加速地将一质量 m=1.0×103 kg 的货物竖直吊起,在 2 s 末货物的速度 v=4 m/s.起重机 在这 2 s 内的平均输出功率及 2 s 末的瞬时功率分别为(g 取 10 m/s2)( ) A.2.4×104 W 2.4×104 W B.2.4×104 W 4.8×104 W C.4.8×104 W 2.4×104 W D.4.8×104 W 4.8×104 W
【迁移题组】 迁移 1 对功的正、负的判断 1.一辆正沿平直路面行驶的车厢内, 一个面向车前进方向站立的人对车厢 壁施加水平推力 F,在车前进 s 的过程 中,下列说法正确的是( ) A.当车匀速前进时,人对车做的总功为正功 B.当车加速前进时,人对车做的总功为负功 C.当车减速前进时,人对车做的总功为负功 D.不管车如何运动,人对车做的总功都为零
【跟进题组】 1.(多选)(2018·海口模拟)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
5F20t0 m
B.3t0 时刻的瞬时功率为
15F20t0 m
C.在 t=0 到 3t0 这段时间内,水平力的平均功率为
第五章 曲线曲机线械能运及动其第守万四恒有章定引律力与航天 运动 万有引力与航天
第曲1线讲运功动和功万率有引力与航天
第4讲 万有引力与航天
第五章 机械能及其守恒定律
第五章 机械能及其守恒定律
第五章 机械能及其守恒定律
第一节 功和功率
【基础梳理】 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_位__移____. 2.公式:W=_F_l_c_o_s_α___.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.
解析:选 B.人对车施加了三个力,分别为压力、推力 F、静 摩擦力 f,根据力做功的公式及作用力和反作用力的关系判 断做正功还是负功.当车匀速前进时,人对车厢壁的推力 F 做的功为 WF=Fs,静摩擦力做的功为 Wf=-fs,人处于平 衡状态,根据作用力与反作用力的关系可知,F=f,则人对 车做的总功为零,故 A 错误;当车加速前进时,人处于加 速状态,车厢对人的静摩擦力 f′向右且大于车厢壁对人的作 用力 F′,所以人对车厢的静摩擦力 f 向左,静摩擦力做的
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