(江蘇專用)2020版高考物理新增分大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 第1講 功 功率講義(含解析).docx
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功 功率 考試內(nèi)容范圍及要求 高考統(tǒng)計(jì) 高考命題解讀 內(nèi)容 要求 說(shuō)明 2015 2016 2017 2018 1.考查方式 能量觀點(diǎn)是高中物理解決問(wèn)題的三大方法之一,既在選擇題中出現(xiàn),也在綜合性的計(jì)算題中應(yīng)用,常將功、功率、動(dòng)能、勢(shì)能等基礎(chǔ)知識(shí)融入其他問(wèn)題考查,也常將動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒、功能關(guān)系作為解題工具在綜合題中應(yīng)用. 2.命題趨勢(shì) 通過(guò)比較,動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、功能關(guān)系的應(yīng)用在近兩年有增加的趨勢(shì),常將功和能的知識(shí)和方法融入其他問(wèn)題考查,情景設(shè)置為多過(guò)程,具有較強(qiáng)的綜合性. 9.功和功率 Ⅱ T14 T7 10.動(dòng)能 動(dòng)能定理 Ⅱ T14 T3、 T14、T5 T4、T9 11.重力勢(shì)能 Ⅱ 12.彈性勢(shì)能 Ⅰ 彈性勢(shì)能的表 達(dá)式不作要求 13.機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用 Ⅱ T14 T9 T14、T9 14.能量守恒 Ⅰ T9 T7 實(shí)驗(yàn)四:探究動(dòng)能定理 T10 實(shí)驗(yàn)五:驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 T11 第1講 功 功率 一、功 1.做功的兩個(gè)要素:力和物體在力的方向上發(fā)生的位移. 2.公式:W=Flcosα,α代表力的方向和位移的方向間的夾角. 3.功是標(biāo)量:只有大小,沒(méi)有方向,但有正負(fù). 4.功的正負(fù)的判斷 夾角 功的正負(fù) 0≤α<90 W>0,力對(duì)物體做正功 90<α≤180 W<0,力對(duì)物體做負(fù)功,也就是物體克服這個(gè)力做了功 α=90 W=0,力對(duì)物體不做功,也就是力對(duì)物體做功為零 自測(cè)1 (多選)質(zhì)量為m的物體靜止在傾角為θ的斜面上,斜面沿水平方向向右勻速移動(dòng)了距離s,如圖1所示,物體m相對(duì)斜面靜止.則下列說(shuō)法正確的是( ) 圖1 A.重力對(duì)物體m做正功 B.合力對(duì)物體m做功為零 C.摩擦力對(duì)物體m做負(fù)功 D.支持力對(duì)物體m做正功 答案 BCD 二、功率 1.定義:功與完成這些功所用時(shí)間的比值叫功率.功率是表示做功快慢的物理量,是標(biāo)量. 2.公式:(1)P=,求的是平均功率. (2)P=Fvcosα,α為F與v的夾角. 若v是平均速度,則P為平均功率;若v是瞬時(shí)速度,則P為瞬時(shí)功率. 3.單位:瓦特(W).1W=1J/s,1kW=1000W. 4.額定功率:表示機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間正常工作時(shí)最大的輸出功率. 實(shí)際功率:表示機(jī)器實(shí)際工作時(shí)的輸出功率. 自測(cè)2 (多選)關(guān)于功率公式P=和P=Fv的說(shuō)法正確的是( ) A.由P=知,只要知道W和t就可求出任意時(shí)刻的功率 B.由P=Fv既能求某一時(shí)刻的瞬時(shí)功率,也可以求平均功率 C.由P=Fv知,隨著汽車速度的增大,它的功率也可以無(wú)限增大 D.由P=Fv知,當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí),牽引力與速度成反比 答案 BD 命題點(diǎn)一 恒力的功 1.公式W=Flcosα只適用于恒力做功 有兩種理解角度: (1)如圖2,把力按沿位移方向與垂直位移方向分解,垂直位移方向的力不做功,W=F∥l=Fcosαl適用于直線運(yùn)動(dòng)求功. 圖2 圖3 (2)如圖3,把位移按沿力方向與垂直力方向分解.在垂直力方向的位移上力不做功.功即為力與沿力方向的位移的乘積,W=Fl∥=Flcosα適用于曲線運(yùn)動(dòng)求功. 2.合外力做的功 方法一:先求合外力F合,再用W合=F合lcosα求功. 方法二:先求各個(gè)力做的功W1、W2、W3…,再應(yīng)用W合=W1+W2+W3+…求合外力做的功. 例1 人以20N的水平恒力推著小車在粗糙的水平面上前進(jìn)了5.0m,人放手后,小車又前進(jìn)了2.0m才停下來(lái),則小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,人的推力所做的功為( ) A.100J B.140J C.60J D.無(wú)法確定 答案 A 變式1 (2018南通中學(xué)高三期中)物體在兩個(gè)相互垂直的力作用下運(yùn)動(dòng),力F1對(duì)物體做功6J,物體克服力F2做功8J,則F1、F2的合力對(duì)物體做功為( ) A.14J B.10J C.2J D.-2J 答案 D 解析 力F1對(duì)物體做功6 J,物體克服力F2做功8 J,即F2做功-8 J,雖然兩力相互垂直但兩力的合力做的功仍是它們做功之和,為6 J+(-8 J)=-2 J,D正確. 變式2 (多選)如圖4所示,人站在自動(dòng)扶梯上不動(dòng),隨扶梯向上勻速運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法中正確的是( ) 圖4 A.重力對(duì)人做負(fù)功 B.摩擦力對(duì)人做正功 C.支持力對(duì)人做正功 D.合力對(duì)人做功為零 答案 ACD 命題點(diǎn)二 變力的功 方法 以例說(shuō)法 應(yīng)用動(dòng)能定理 用力F把小球從A處緩慢拉到B處,F(xiàn)做功為WF,則有:WF-mgL(1-cosθ)=0,得WF=mgL(1-cosθ) 微元法 質(zhì)量為m的木塊在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)一周克服摩擦力做功Wf=FfΔx1+FfΔx2+FfΔx3+…=Ff(Δx1+Δx2+Δx3+…)=Ff2πR 等效轉(zhuǎn)換法 恒力F把物塊從A拉到B,繩子對(duì)物塊做功W=F(-) 平均力法 彈簧由伸長(zhǎng)x1被繼續(xù)拉至伸長(zhǎng)x2的過(guò)程中,克服彈力做功W=(x2-x1) 圖象法 一水平拉力F0拉著一物體在水平面上運(yùn)動(dòng)的位移為x0,圖線與橫軸所圍面積表示拉力所做的功,W=F0x0 例2 (多選)如圖5所示,擺球質(zhì)量為m,懸線長(zhǎng)為L(zhǎng),把懸線拉到水平位置后放手.設(shè)在擺球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣阻力F阻的大小不變,則下列說(shuō)法正確的是( ) 圖5 A.重力做功為mgL B.懸線的拉力做功為0 C.空氣阻力F阻做功為-mgL D.空氣阻力F阻做功為-F阻πL 答案 ABD 解析 由重力做功特點(diǎn)得重力做功為:WG=mgL,A正確;懸線的拉力始終與v垂直,不做功,B正確;由微元法可求得空氣阻力做功為:WF阻=-F阻πL,D正確. 變式3 (多選)如圖6所示,木板可繞固定的水平軸O轉(zhuǎn)動(dòng),在木板從水平位置OA緩慢轉(zhuǎn)到OB位置的過(guò)程中,木板上重為5N的物塊始終相對(duì)于木板靜止,物塊的重力勢(shì)能增加了4J.用FN表示木板對(duì)物塊的支持力,F(xiàn)f表示木板對(duì)物塊的摩擦力,則( ) 圖6 A.物塊被抬高了0.8m B.FN對(duì)物塊做功4J,F(xiàn)f對(duì)物塊不做功 C.FN對(duì)物塊不做功,F(xiàn)f對(duì)物塊做功4J D.FN和Ff對(duì)物塊所做功的代數(shù)和為零 答案 AB 解析 重力勢(shì)能Ep=mgh,重力勢(shì)能增加了4 J,則物塊被抬高了0.8 m,A正確.物塊的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓弧,摩擦力的方向始終沿木板方向,即摩擦力的方向始終與物塊運(yùn)動(dòng)的方向垂直,摩擦力對(duì)物塊不做功,又由動(dòng)能定理知W支-mgh=0,所以FN對(duì)物塊做功為4 J,B正確,C、D錯(cuò)誤. 命題點(diǎn)三 功率的分析與計(jì)算 1.公式P=和P=Fv的區(qū)別 P=是功率的定義式,P=Fv是功率的計(jì)算式. 2.平均功率的計(jì)算方法 (1)利用=. (2)利用=Fcosα,其中為物體運(yùn)動(dòng)的平均速度. 3.瞬時(shí)功率的計(jì)算方法 (1)利用公式P=Fvcosα,其中v為t時(shí)刻的瞬時(shí)速度. (2)P=FvF,其中vF為物體的速度v在力F方向上的分速度. (3)P=Fvv,其中Fv為物體受到的外力F在速度v方向上的分力. 例3 (2018揚(yáng)州市一模)一石塊在空中由靜止釋放并開始計(jì)時(shí),不計(jì)空氣阻力,則其所受重力在第1s末與第2s末的功率之比為( ) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶4 答案 B 解析 物體做自由落體運(yùn)動(dòng),由v=gt知第1 s末、第2 s末的瞬時(shí)速度之比為v1∶v2=1∶2,根據(jù)P=mgv得知:其所受重力在第1 s末與第2 s末的功率之比P1∶P2=v1∶v2=1∶2,故選B. 變式4 (2018淮安中學(xué)期中)如圖7所示,小物塊甲從豎直固定的光滑圓弧軌道頂端由靜止滑下,軌道半徑為R,圓弧底端切線水平.小物塊乙從高為R的光滑斜面頂端由靜止滑下.下列判斷正確的是( ) 圖7 A.兩物塊到達(dá)底端時(shí)速度相同 B.兩物塊運(yùn)動(dòng)到底端的過(guò)程中重力做功相同 C.兩物塊到達(dá)底端時(shí)動(dòng)能相同 D.兩物塊到達(dá)底端時(shí),乙重力做功的瞬時(shí)功率大于甲重力做功的瞬時(shí)功率 答案 D 例4 (2019射陽(yáng)二中月考)已知某汽車的質(zhì)量為1000kg,額定功率為90kW.該汽車由靜止開始啟動(dòng),運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的阻力始終為1500N.求: (1)該汽車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所能達(dá)到的最大速度是多大; (2)若汽車由靜止開始以1.5m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng),則勻加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)最多能保持多長(zhǎng)時(shí)間. 答案 (1)60m/s (2)20s 解析 (1)汽車所能達(dá)到的最大速度:vm== m/s=60 m/s (2)根據(jù)牛頓第二定律F-Ff=ma,可得汽車牽引力F=Ff+ma=(1 500+1 0001.5) N=3 000 N 汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)的末速度:v== m/s= 30 m/s 勻加速運(yùn)動(dòng)保持的時(shí)間:t== s=20 s. 變式5 (多選)(2018泰州中學(xué)月考)某興趣小組對(duì)一輛自制遙控小車的性能進(jìn)行研究.他們讓這輛小車在水平的直軌道上由靜止開始運(yùn)動(dòng),并將小車運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程記錄下來(lái),通過(guò)處理轉(zhuǎn)化為v-t圖象,如圖8所示(除2~10s時(shí)間段圖象為曲線外,其余時(shí)間段圖象均為直線).已知在小車運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,2~14s時(shí)間段內(nèi)小車的功率保持不變,在14s末停止遙控而讓小車自由滑行,小車的質(zhì)量為1.0kg,可認(rèn)為在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小車所受的阻力大小不變.則下列說(shuō)法正確的是( ) 圖8 A.小車受到的阻力大小為1.5N B.小車勻加速階段的牽引力為4N C.小車加速過(guò)程中位移大小為39m D.小車勻速行駛階段的功率為9W 答案 AD 1.如圖9所示,完全相同的四個(gè)木塊放于水平地面上,在大小相等的恒力F作用下沿水平地面發(fā)生了相同的位移.關(guān)于力F做功,下列表述正確的是( ) 圖9 A.甲圖中,因?yàn)槟緣K與地面間沒(méi)有摩擦力,所以力F做的功最少 B.乙圖中,力F做的功等于摩擦力對(duì)木塊做的功 C.丙圖中,力F做的功等于木塊重力所做的功 D.丁圖中,力F做的功最少 答案 D 解析 由W=Flcos α可知,F(xiàn)、l相同,α越大,力F做的功越小,所以應(yīng)選D. 2.(2018徐州市期中)高臺(tái)跳水被認(rèn)為是世界上最難、最美的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之一.一運(yùn)動(dòng)員在十米跳臺(tái)跳水比賽中,觸水時(shí)重力的功率約為( ) A.7000WB.700WC.70WD.7W 答案 A 解析 運(yùn)動(dòng)員在跳水過(guò)程中看做自由落體運(yùn)動(dòng),故落水時(shí)的速度為:v==10 m/s,運(yùn)動(dòng)員的體重約為:m=50 kg,故重力的瞬時(shí)功率為:P=mgv≈7 000 W,故A正確. 3.(2018南通市等七市三模)如圖10所示,不可伸長(zhǎng)的細(xì)線一端固定,另一端系一小球,小球從與懸點(diǎn)等高處由靜止釋放后做圓周運(yùn)動(dòng),不計(jì)空氣阻力,則小球從釋放位置運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過(guò)程中( ) 圖10 A.水平方向加速度不斷增大 B.豎直方向加速度不斷增大 C.重力做功的瞬時(shí)功率先增大后減小 D.拉力做功的瞬時(shí)功率先增大后減小 答案 C 4.(2018蘇州市模擬)如圖11所示,某同學(xué)斜向上拋出一石塊,空氣阻力不計(jì).下列關(guān)于石塊在空中運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的水平位移x、速率v、加速度a和重力的瞬時(shí)功率P隨時(shí)間t變化的圖象,正確的是( ) 圖11 答案 A 解析 石塊做斜拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成和分解的規(guī)律將其分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的上拋運(yùn)動(dòng),故水平分位移與時(shí)間成正比,故A正確;石塊做斜上拋運(yùn)動(dòng),機(jī)械能守恒,重力勢(shì)能先增大后減小,故動(dòng)能先減小后增大,速度先減小后增大,故B錯(cuò)誤;石塊只受重力,加速度保持不變,為g,方向向下,故C錯(cuò)誤;速度的水平分量不變,豎直分量先減小到零,后反向增大,故根據(jù)P=Gvy知,重力的瞬時(shí)功率先減小后增大,故D錯(cuò)誤. 5.(多選)(2018常熟市期中)如圖12甲所示,靜止在水平地面上的物塊A,受到水平拉力F的作用,F(xiàn)與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示,設(shè)物塊與地面之間的最大靜摩擦力Ffm大小與滑動(dòng)摩擦力大小相等,則( ) 圖12 A.0~t1時(shí)間內(nèi)力F的功率逐漸增大 B.t2~t3時(shí)間內(nèi)物塊A做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng) C.t3時(shí)刻物塊A的動(dòng)能最大 D.t3時(shí)刻后物體做反方向運(yùn)動(dòng) 答案 BC 解析 0~t1時(shí)間內(nèi),由于F小于最大靜摩擦力,可知物塊A仍然靜止,功率始終為零,故A錯(cuò)誤;t2~t3時(shí)間內(nèi),拉力F大于最大靜摩擦力,加速度方向向右,由于F在減小,則加速度減小,做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),故B正確;在t1~t3時(shí)間內(nèi),拉力F大于摩擦力,加速度方向向右,一直做加速運(yùn)動(dòng),在t3時(shí)刻以后,由于拉力小于摩擦力,向右做減速運(yùn)動(dòng),可知t3時(shí)刻物塊A的動(dòng)能最大,故C正確,D錯(cuò)誤. 1.如圖1所示,質(zhì)量為m的物體置于傾角為θ的斜面上,物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,在外力作用下,斜面體以加速度a沿水平方向向左做勻加速運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)中物體m與斜面體相對(duì)靜止.則關(guān)于斜面對(duì)m的支持力和摩擦力,下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是( ) 圖1 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.摩擦力可能做負(fù)功 答案 B 解析 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討論,若摩擦力恰好為零,物體只受重力和支持力,如圖所示,此時(shí)加速度a=gtanθ,摩擦力不做功.當(dāng)a>gtanθ時(shí),摩擦力沿斜面向下,摩擦力與位移夾角小于90,則做正功;當(dāng)a- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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