高中物理 功与功率

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3 2
m
图2
F
16.(10 分)两个人要将质量 M=1000 kg 的小车沿一小型铁轨推上长 l=5 m、高 h=1 m 的斜坡顶端。已知 车在任何情况下所受的摩擦阻力恒为车重的 0.12 倍,两人能发挥的最大推力各为 800 N。在不允许 2 使用别的工具的情况下,两人能否将车刚好推到坡顶?如果能,应如何办?(g=10 m/s )
图象法:在 F-l 图象中,图线与坐标轴所围成的“面积”表示功,作出变力变化的 F -l 图象,图象与位移轴所围的“面积”即为变力做的功。力学中叫作示功图。 [例 5] 放在地面上的木块与一劲度系数 k 200 N / m 的轻弹簧相连。现用手水平拉 弹簧,拉力的作用点移动 x1 0.2m 时,木块开始运动,继续拉弹簧,木块缓慢移动了
由运动学公式有:s= 根据功的公式
1 2 at =32m(1 分) 2
W=Fs=1600J(1 分)
(2)由运动学公式有: v=at=8m/s(2 分)
所以:EK=
1 2 mv =320J(1 分) 2
(3)对整个过程用动能定理:Fs-WF=0(2 分) 解得:WF=Fs=1600J。(1 分) 16.(10 分)【解析】车沿斜坡运动时所受阻力为
11.
1 n(n-1)mgh 2
12.1×10
5
13.
1 mg mgh ; 4 2
gh mg ; 2 4
gh 2
14.m2
1 1 (m1 m2 ) 2 )g2 g ; m1(m1+m2)( k2 k1 k 2
三、计算题 15.(10 分)【解析】(1)根据牛顿第二定律 解得:a=1m/s
2
F-μ mg=ma(2 分)
3.质量为 0.5kg 的小球从高空自由下落,经 2s 落到地面,在小球下落过程中重力做功的平均功率是 ( ) A.5W B.10W C.50W D.100W ( )
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4.一物体由 H 高处自由落下,当物体的动能等于势能时,物体所经历的时间为 A. 2 H B.
g
H g
C.
H 2g
D.以上都不对
5.一辆小车原先在平直公路上做匀速直线运动,从某时刻起,小车所受到的牵引力 F 和阻力 F1 随时间的 变化规律如图(甲)所示,则作用在小车上的牵引力的功率随时间变化规律是图(乙)( )
F O F1
F t O
(甲 )
P t O
P t
P O t O
C
P t
A D
(乙)
B
6.▲某物体做变速直线运动,则下列说法中不正确 的是 ... A.若改变物体速度的是重力,物体的机械能不变 B.若改变物体速度的是摩擦力,物体的机械能必定减少 C.若改变物体速度的是摩擦力,物体的机械能可能增加 D.在物体速度增加的过程中,物体的机械能必定增加
功与功率
一、功 1.概念:一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,这个力就对物体做了 功。功是能量转化的量度。 2.条件:力和在力的方向上有一段位移 3.公式:W=F S cos θ
W ——某力功,单位为焦耳( J )
F ——某力(要为恒力),单位为牛顿( N )
S——物体运动的位移,一般为对地位移,单位为米(m)
N f mg
图1
F
c.正确分析启动过程中 P、F、f、v、a 的变化抓住不变量、变化量及变化关系。 以恒定功率启动 汽车从静止开始,保持牵引力的功率不变,假设在运动过程中汽车所受的阻力 F′也 不变;随速度 v 的增大,牵引力会减小,加速度减小;当 F=F′时,加速度 a=0,此时速 度最大,且 ;以后以速度 做匀速直线运动,其过程可由下面的框图表示 (如图 3 所示机车以恒定功率启动的 P—t 图和 v—t 图):
注意:当机车以恒定的加速度启动时,机车做匀加速直线运动的最大速度 ,要小于机车的最大速度
v

v
P0
vm
O
t
O
t
图4 [例 7]汽车发动机的额定牵引功率为 60kW,汽车质量为 5 10 kg ,汽车在水平路面
3
1 2 上行驶时,阻力是车重的 10 倍,试问(取 g 10m / s ):
(1)汽车保持以额定功率从静止起动后能达到的最大速度是多少? (2)若汽车从静止开始,保持以 0.5m / s 的加速度做匀加速直线运动,这一过程能 维持多长时间?
A.人对物体做的功为 21J B.合外力对物体做的功为 21J C.合外力对物体做功 20J D.物体的重力势能增加 20J 9.放在光滑水平面上的静止物体,在水平拉力 F1 作用下,移动距离 s 时做功 W。如拉力改为 F2,与水平 方向间夹角为 30°,使物体移动距离 2s 时做功也是 W,则 F1 和 F2 的大小之比为 ( ) A.2∶1 B. 2 ∶1 C.3∶1 D. 3 ∶1
Fμ =Mgsinα +kMg=1000×10×
1 5
N+0.12×1000×10 N=3200 N(3 分)
而两人的推力合力最大为:F=800×2 N=1600 N<Fμ (1 分) 所以,如果两人直接沿斜坡推物体,不可能将物体推到坡顶。但因物体在水平面上所受阻力为 Fμ ′ =kMg=0.12×1000×10 N=1200 N,故可先在水平面上推一段距离后再上斜坡。(2 分) 设在水平面上先推 s 的距离,则据动能定理有


7.▲质量为 m 的汽车,发动机的功率恒为 P,摩擦阻力恒为 F1,牵引力为 F,汽车由静止开始,经过时间 t 行驶了位移 s 时,速度达到最大值 vm,则发动机所做的功为 ( ) A.Pt B.Fs C.
1 mvm 2 2
D.
mP 2 Ps 2 F12 vm
8.▲某人把原来静止于地面上的质量为 2kg 的物体向上提起 1m,并使物体获得 1m/s 的速度,取 g=10m/s2,则这过程中下列说法中正确的是 ( )
O
R
F
等值法:若某一变力的功和某一恒力的功相等,则可以通过计算该恒力的功,求出该变 力的功。由于恒力做功又可以用 W=FScosa 计算,从而使问题变得简单。也是我们常说的: 通过关连点,将变力做功转化为恒力做功。 [例 3] 用细绳通过定滑轮把质量为 m 的物体匀速提起。人从细绳成竖直方向开始,沿 水平面前进 s,使细绳偏转θ 角,如图所示。这一过程中,人对物体所做的功为
1 mgh 2
11.在水平地面上铺着 n 块砖,每块砖的质量为 m,厚度为 h,如将砖一块一块地叠放起来,至少需做的 功为_________。 12.某地强风的风速约为 v=20 m/s,设空气密度为 ρ =1.3 kg/m ,如果把通过横截面积为 S=20m 的风的 动能全部转化为电能,则电功率的大小约为_________W(取一位有效数字)。 13.一个倾角为 30º的光滑斜面长为 L 高为 h,一质量为 m 的物体从顶端静止开始下滑,当所用时间是滑 到底端的时间的一半时,重力做功为___________,重力做功的瞬时功率为___________,重力做功的 平均功率为___________。 14.如图所示,劲度系数为 k1 的轻质弹簧两端分别与质量为 m1,m2 的物块 1、2 拴接, 劲度系数为 k2 的轻质弹簧上端与物块 2 拴接,下端压在桌面上(不拴接),整个 系统处于平衡状态.现施力将物块 1 缓慢地竖直上提,直到下面那个弹簧的下端刚 脱离桌面.在此过程中,物块 2 的重力势能增加了________,物块 1 的重力势能增 加了________。 三、计算题(共 36 分。要求写出必要的文字说明、主要方程式和重要演算步骤,有数 值计算的要明确写出数值和单位,只有最终结果的不得分。) 15.(10 分)如图 2 所示,质量 m=10kg 的物体放在水平面上,物体与水平面间动摩擦因数为 μ =0.4,取 g=10m/s2,今用大小为 F=50N 的水平恒力作用于物体,使物体由静止开始作匀加速直线运动,经 t=8s 后撤去 F,求: (1)力 F 所做的功: (2)8s 末物体的动能; (3)物体从开始运动直到最终静止的整个过程中克服摩擦力所做的功。
P
v
P0
vm
O
t
O
t
图3 以恒定加速度启动
由 知,保持 a 不变,则牵引力 F 也不变,而由 P=Fv 知,随着速度 v 的增大, 机车的功率增大,但任何机械的功率都是有限的,故机车的功率达到额定功率后将保持不 变,以后速度虽继续增大,但并非做匀加速直线运动,因为 F 会变小,当 F=F′时,机车 就以 做匀速直线运动。由以上分析可知,车能保持加速度恒定运动一段时间, 以后加速度将减小直至为零,其过程可由下面的框图表示:
平均力法:如果一个过程,若 F 是位移 l 的线性函数时,即 F=kl+b 时,可以用 F 的平 均值 F (F1 +F1)/2 来代替 F 的作用效果来计算。 [例 4] 如图所示,轻弹簧一端与竖直墙壁相连,另一端与一质量为 m 的木块连接,放 在光滑的水平面上。弹簧劲度系数为 k,开始时处于自然长度。现用水平力缓慢拉木块, 使木块前进 x,求拉力对木块做了多少功?
x2 0.4m 的位移,求上述过程中拉力所做的功。
二、功率 1.概念:功跟完成该功所用时间的比值,表示力(或物体)做功的快慢。 2.公式: P
W (平均功率) t
P F cos (平均功率或瞬时功率)
(计算)
3.单位:瓦特 (W) 4.分类:额定功率:指发动机正常工作时最大输出功率 实际功率:指发动机实际输出的功率即发动机产生牵引力的功率,P 实≤P 额。 6.机车启动问题 正确分析汽车启动问题,关键抓住三点: a.正确分析物理过程。 b.抓住两个基本公式: (1)功率公式: P Fv ,其中 P 是汽车的功率,F 是汽车 的牵引力,v 是汽车的速度。 (2) 牛顿第二定律: F f ma ,如图 1 所示。
2
一、选择题(带“▲”为多选题) 1.足球运动员一脚把足球踢出,足球沿水平地面运动,速度逐渐变小,在球离开运动员以后的运动过程 中 ( ) A.运动员对球做了功 C.重力对球做了功 B.球克服支持力做了功 D.球克服阻力做了功 )
2.▲质量为 m 的物体,受水平力 F 的作用,在粗糙的水平面上运动,下列说法中正确的是( A.如果物体做加速直线运动,F 一定对物体做正功 B.如果物体做加速直线运动,F 也可能对物体做负功 C.如果物体做减速直线运动,F 一定对物体做负功 D.如果物体做匀速直线运动,F 一定对物体做正功
17.(16 分)额定功率为 8W 的玩具汽车,质量为 2kg,汽车在水平桌面上由静止开始以 a=0.5m/s 做匀加 速直线运动,在运动过程中汽车的最大速率可达 2m/s,求: (1)汽车牵引力为多大?匀加速运动过程可维持多长时间? (2)汽车在匀加速运动过程中,牵引力、摩擦力对其各做多少功?
2
参考答案 一、选择题 1.D 二 2.AD 、填空题 3.C 4.B 5.C 6.BD 7.AD 8.AD 9.D 10.ACD
F m
θ
M
图1 6.变力做功的计算 微元法:一些变力(指大小不变,方向改变,如滑动摩擦阻力,空气阻力),在物体做曲线运 动或往复运动过程中,这些力虽然方向变,但每时每刻与速度反向,此时可化成恒力做功,方 法是分段考虑,然后求和.
[例 2]如图,某人用大小不变的力 F 转动半径为 R 的圆盘,但力的方向始终与过力的 作用点的转盘的切线一致,则转动转盘一周该力做的功。
10.▲如图所示,质量均为 m 的小球 A、B 用长为 L 的细线相连,放在高为 h 的光滑水平桌面上(L>2h), A 球刚好在桌边。从静止释放两球,若 A、B 两球落地后均不再弹起,则下面说法中正确的是( ) A.A 球落地前的加速度为
g 2
2 gh
2h
B
L
A h
B.B 球到达桌边的速度为
C.A、B 两落地的水平距离为 D.绳 L 对 B 球做的功为 二、填空题
——力与位移的夹角
4.功是标量,但它有正功、负功。 当 [0, 当

2
) 时,即力与位移成锐角,功为正;动力做功;

2
时,即力与位移垂直功为零,力不做功;
当 (

2
, ] 时,即力与位移成钝角,功为负,阻力做功(物体克服阻力做功);
5.合外力的功的求法: 方法 1:先求出合外力,再利用 W=Flcosα 求出合外力的功。 方法 2:先求出各个分力的功,合外力的功等于物体所受各力功的代数和。 [例 1] 如图 1 所示,质量为 m 的物体静止于倾角为 ,质量为 M 的斜面体上,现对该斜 面体施一水平向左的推力 F,使物体随斜面体一起沿水平方向向左匀速运动,位移为 s,求 在此过程中物体所受重力、支持力、摩擦力各对物体做了多少功?
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