高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5單元機(jī)械能第1講　功 功率課件 新人教版.ppt

第1講功功率 知識(shí)建構(gòu) 模塊建構(gòu) 技能建構(gòu) 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 一 功 1 做功的兩個(gè)要素 1 力 2 物體在 力的方向上發(fā)生的位移 2 公式 w flcos 是力和位移方向間的夾角 此公式只適用于恒力做功 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 3 功的正負(fù)判斷 主要根據(jù)力的方向和位移方向間的夾角 判斷 說(shuō)明 功是力在空間上的積累過(guò)程 它是一個(gè)過(guò)程量 功是標(biāo)量 正功表示對(duì)物體做功的力為動(dòng)力 負(fù)功表示對(duì)物體做功的力為阻力 功的正負(fù)不表示功的大小 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 定義 功與完成功所用時(shí)間的 比值 二 功率 2 物理意義 描述力對(duì)物體 做功的快慢 3 公式 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 p fvcos 為f與v的夾角 如v為平均速度 則p為 平均功率 如v為瞬時(shí)速度 則p為瞬時(shí)功率 1 p p為時(shí)間t內(nèi)的 平均功率 4 額定功率 機(jī)械正常工作時(shí)輸出的最大功率 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 5 實(shí)際功率 機(jī)械實(shí)際工作時(shí)輸出的功率 一般要求實(shí)際功率小于或等于額定功率 注意 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的表達(dá)式為p fv 其中f為機(jī)車(chē)的牽引力 而不是合力 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 如圖所示 重物p放在一長(zhǎng)木板oa上 將長(zhǎng)木板繞o端轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度的過(guò)程中 重物p相對(duì)于木板始終保持靜止 關(guān)于木板對(duì)重物p的摩擦力和支持力做功的情況是 a 摩擦力對(duì)重物不做功b 摩擦力對(duì)重物做負(fù)功 c 支持力對(duì)重物不做功d 支持力對(duì)重物做正功 解析 由做功的條件可知 只要有力 并且物體在力的方向上通過(guò)位移 則力對(duì)物體做功 由受力分析知 支持力fn做正功 摩擦力f不做功 選項(xiàng)a d正確 答案 ad 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 如圖所示 某力f 10n作用于半徑r 1m的轉(zhuǎn)盤(pán)的邊緣上 力f的大小保持不變 但方向始終保持與作用點(diǎn)的切線方向一致 則轉(zhuǎn)動(dòng)一周這個(gè)力f做的總功應(yīng)為 a 0jb 20 j c 10jd 20j 解析 把圓周分成無(wú)限個(gè)小元段 每個(gè)小元段可認(rèn)為與力在同一直線上 故 w f s 則轉(zhuǎn)一周中各個(gè)小元段做功的代數(shù)和為w f 2 r 10 2 j 20 j 62 8j 故b正確 答案 b 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 3 起重機(jī)的鋼索將重物由地面吊到空中某個(gè)高度 其速度圖象如圖甲所示 則鋼索拉力的功率隨時(shí)間變化的圖象可能是圖乙中的 解析 在0 t1時(shí)間內(nèi) 重物加速上升 設(shè)加速度為a1 則根據(jù)牛頓第二定律可得鋼索的拉力f1 mg ma1 速度vt a1t 所以拉力的功率p1 m a1 g a1t 在t1 t2時(shí)間內(nèi) 重物勻速上升 拉力f2 mg 速度為v1 a1t1 所以拉力的 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 功率p2 mga1t1 在t2 t3時(shí)間內(nèi) 重物減速上升 設(shè)加速度大小為a2 則根據(jù)牛頓第二定律可得鋼索的拉力f2 mg ma2 速度v2 a1t1 a2t 所以拉力的功率為 p1 m g a2 a1t1 a2t 綜上所述 只有b選項(xiàng)正確 答案 b 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 4 2011年廣東省汕尾市調(diào)研 2009年12月19日下午 聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)達(dá)成 哥本哈根協(xié)議 為減少二氧化碳排放 我國(guó)城市公交推出新型節(jié)能環(huán)保電動(dòng)車(chē) 在檢測(cè)某款電動(dòng)車(chē)性能的實(shí)驗(yàn)中 質(zhì)量為8 102kg的電動(dòng)車(chē)由靜止開(kāi)始沿平直公路行駛 達(dá)到的最大速度為15m s 利用傳感器測(cè)得此過(guò)程中不同時(shí)刻電動(dòng)車(chē)的牽引力f與對(duì)應(yīng)的速度v 并描繪出f 圖象 圖中ab bo均為直線 假設(shè)電動(dòng)車(chē)行駛中所受的阻力恒定 則 a 在全過(guò)程中 電動(dòng)車(chē)在b點(diǎn)時(shí)速度最大 b ba過(guò)程電動(dòng)車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng) c cb過(guò)程電動(dòng)車(chē)做減速運(yùn)動(dòng) d cb過(guò)程電動(dòng)車(chē)牽引力的功率恒定 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 解析 汽車(chē)的瞬時(shí)功率p fv 在f 圖象中某點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率等于汽車(chē)牽引力的瞬時(shí)功率 可知d正確 根據(jù)題意及速度等于橫坐標(biāo)倒數(shù)可知c點(diǎn)時(shí)速度最大 等于15m s 故a錯(cuò)誤 電動(dòng)車(chē)行駛中所受的阻力不變 ba過(guò)程牽引力不變 所以電動(dòng)車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng) b正確 cb過(guò)程電動(dòng)車(chē)牽引力逐漸減小 做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng) c錯(cuò)誤 答案 bd 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 例1小物塊位于光滑的斜面上 斜面位于光滑的水平面上 如圖甲所示 從地面上看在物塊沿斜面下滑的過(guò)程中 斜面對(duì)物塊的作用力 a 垂直于接觸面 做功為零 b 垂直于接觸面 做功不為零 c 不垂直于接觸面 做功為零 d 不垂直于接觸面 做功不為零 一 是否做功及功的正負(fù)的判斷 甲 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 名師點(diǎn)金 斜面對(duì)小物塊彈力的方向垂直于支持面指向被支持的物體 無(wú)論這個(gè)物體是運(yùn)動(dòng)還是靜止 當(dāng)小物塊沿斜面下滑時(shí) 因水平面光滑 斜面在小物塊的緊壓下將向右加速運(yùn)動(dòng) 光滑斜面對(duì)物塊的作用力只有彈力 根據(jù)彈力的性質(zhì) 該力一定垂直于接觸面 討論物體對(duì)斜面的做功情況 可有多種思路 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 乙 答案 b 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 方法概述 功是標(biāo)量 只有大小 沒(méi)有方向 但功有正負(fù) 若力和位移的夾角為 當(dāng)0 0 即力對(duì)物體做正功 當(dāng) 90 時(shí) w 0 即力對(duì)物體不做功 當(dāng)90 180 時(shí) w 0 即力對(duì)物體做負(fù)功 或者說(shuō)物體 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 克服這個(gè)力做功 正功 功的正值與負(fù)值不是代表不同的方向 也不表示功的大小 而是表示所做功的性質(zhì) 反映力對(duì)物體產(chǎn)生位移所起的作用 反映不同的做功效果 在物體發(fā)生位移的過(guò)程中 各個(gè)力的作用不同 對(duì)這個(gè)物體發(fā)生位移起推動(dòng)作用的力 即動(dòng)力 做正功 反之 在對(duì)物體產(chǎn)生位移起阻礙作用的力 即阻力 做負(fù)功 也就是這個(gè)物體克服阻力做功 我們不能說(shuō) 正功與負(fù)功方向相反 也不能說(shuō) 正功大于負(fù)功 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 例2如圖甲所示 質(zhì)量m 2kg的物體放在水平面上 物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 2 現(xiàn)用與水平方向成 37 的斜向下f 10n的力推物體 使物體向右運(yùn)動(dòng) 物體從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)t 5s的時(shí)間內(nèi)合外力對(duì)物體做的功是多少 g 10m s2 二 功的計(jì)算 甲 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 名師點(diǎn)金 本題涉及合力做功的計(jì)算 功是一個(gè)標(biāo)量 只有大小沒(méi)有方向 功的求和是代數(shù)求和 所以 求合力的功有以下三種方法 1 先求合力 再求合力的功 2 先求各分力的功 再求各分力功的代數(shù)和 3 根據(jù)動(dòng)能定理 求物體動(dòng)能的改變量 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 乙 答案 49j 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 恒力及合力做功的計(jì)算 方法概述 1 恒力的功 直接用w flcos 計(jì)算 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 合外力的功 先求合外力f合 再應(yīng)用公式w合 f合lcos 求功 其中 為合力f合與位移的夾角 一般適用于整個(gè)過(guò)程中合力恒定不變的情況 分別求出每個(gè)力的功w1 w2 w3 再應(yīng)用w合 w1 w2 w3 求合外力的功 這種方法一般適用于在整個(gè)過(guò)程中 某些力分階段作用的情況 利用動(dòng)能定理或功能關(guān)系求解 2 變力做功的計(jì)算 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 當(dāng)變力的功率p一定時(shí) 可用w pt求功 如機(jī)車(chē)恒功率啟動(dòng)時(shí) 1 用動(dòng)能定理w ek或功能關(guān)系w e 即用能量的增量等效代換變力所做的功 也可計(jì)算恒力做的功 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 3 將變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功 當(dāng)力的大小不變 而方向始終與運(yùn)動(dòng)方向相同或相反時(shí) 這類(lèi)力的功等于力和路程 不是位移 的乘積 如滑動(dòng)摩擦力做功 空氣阻力做功等 當(dāng)力的方向不變 大小隨位移呈線性變化時(shí) 可先求出力對(duì)位移的平均值f 再由w flcos 計(jì)算 如彈簧彈力做功 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 4 作出變力f隨位移l變化的圖象 圖象與位移軸所圍的 面積 即為變力做的功 圖中 a 圖表示恒力f做的功w b 圖表示變力f做的功w c 圖中橫軸上方的面積表示正功 橫軸下方的面積表示負(fù)功 其總功等于正負(fù)功的代數(shù)和 a b c 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 物體受到兩個(gè)力的作用 拉力f 和mg 由牛頓第二定律得 f mg ma 解得 f 120n 則力f f 60n 物體從靜止開(kāi)始勻加速上升 3s內(nèi)的位移為 l at2 9m 力f的作用點(diǎn)的位移為l 2l 18m 所以力f做的功為 w f l 1080j 答案 1080j 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 例3如圖所示為某傳送裝置示意圖 繃緊的水平傳送帶長(zhǎng)度l 2 0m 以v 3 0m s的恒定速率運(yùn)行 現(xiàn)有一物體 可視為質(zhì)點(diǎn) 質(zhì)量m 10kg 以v0 1 0m s的水平初速度從a端滑上傳送帶 被傳送到b端 物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 20 不計(jì)空氣阻力 重力加速度g取10m s2 設(shè)傳送帶與輪子間無(wú)相對(duì)滑動(dòng) 不計(jì)輪軸處的摩擦 求物體與傳送帶摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能 三 一對(duì)摩擦力做功的特點(diǎn) 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 名師點(diǎn)金 兩個(gè)物體相互摩擦而產(chǎn)生的熱量q 或說(shuō)系統(tǒng)內(nèi)能的增加量 等于物體之間滑動(dòng)摩擦力f與這兩個(gè)物體間相對(duì)滑動(dòng)位移的乘積 即q fs相對(duì) 這是一種典型的功能關(guān)系 利用這一結(jié)論可以簡(jiǎn)便地解答試題中的 摩擦生熱 問(wèn)題 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 物體剛滑上傳送帶時(shí)做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 設(shè)物體受到的摩擦力為ff 根據(jù)牛頓第二定律有ff mg ma 解得a g 2 0m s2 設(shè)物體速度達(dá)到v 3 0m s時(shí)的位移為s1 則v2 2as1 解得s1 2 0m 即物體在傳動(dòng)帶上剛好能加速達(dá)到傳送帶的速度3 0m s 在物體勻加速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 傳送帶上任意一點(diǎn)移動(dòng)的長(zhǎng)度s vt 3m 物體與傳送帶摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能q mg s s1 解得q 20j 答案 20j 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 方法概述 摩擦力做功問(wèn)題 是一些學(xué)生在學(xué)習(xí)中感到較為困難的一個(gè)問(wèn)題 其實(shí) 只要掌握摩擦力做功的特點(diǎn) 就可以順利的越過(guò)這一難關(guān) 下面就摩擦力做功的特點(diǎn)總結(jié)如下 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 靜摩擦力做功的特點(diǎn) 靜摩擦力可以做正功 也可以做負(fù)功 還可以不做功 在靜摩擦力做功的過(guò)程中 只有機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)移 靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用 而沒(méi)有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 在相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi) 一對(duì)靜摩擦力做功的和總是等于零 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 滑動(dòng)摩擦力做功的特點(diǎn) 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 例4額定功率為80kw的汽車(chē) 在平直的公路上行駛 行駛的最大速度為20m s 汽車(chē)的質(zhì)量m 2000kg 若汽車(chē)從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 加速度a 2m s2 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻力不變 求 1 汽車(chē)所受的阻力有多大 2 勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間多長(zhǎng) 3 3s末汽車(chē)的瞬時(shí)功率多大 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 名師點(diǎn)金 汽車(chē)從靜止開(kāi)始以恒定牽引力啟動(dòng) 有時(shí)也說(shuō)成以恒定加速度啟動(dòng) 由于牽引力f恒定 根據(jù)牛頓第二定律f f ma 可知 加速度a恒定 汽車(chē)的瞬時(shí)速度vt at 汽車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 實(shí)際功率pt fvt隨著時(shí)間的推移將不斷增大 由于汽車(chē)的實(shí)際功率不能超過(guò)其額定功率 汽車(chē)的勻加速直線運(yùn)動(dòng)只能維持到其實(shí)際功率等于其額定功率時(shí) 此時(shí)汽車(chē)的速度達(dá)到它勻加速直線運(yùn)動(dòng)階段的最大速度v1m 其后汽車(chē)只能以額定功率啟動(dòng)的方式進(jìn)行再加速 其運(yùn)動(dòng)方式和第一種啟動(dòng)形式完全相同 即汽車(chē)?yán)^續(xù)做加速度越來(lái)越小的變加速直線運(yùn)動(dòng) 直至汽車(chē)進(jìn)入勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 速度達(dá)到最終的最大速度vm 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 1 當(dāng)速度最大時(shí) 牽引力f1與阻力f大小相等f(wàn) f1 4000n 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 以恒定的加速度a 2m s2啟動(dòng)時(shí)的牽引力為f2 由f f ma 則f2 ma f 8000n 當(dāng)汽車(chē)達(dá)到額定功率時(shí)加速過(guò)程結(jié)束 設(shè)加速運(yùn)動(dòng)末速度為v1 則v1 10m s 所以勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t 5s 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 3 3s末汽車(chē)為勻加速運(yùn)動(dòng) 3s末的速度v at 6m s 3s末的瞬時(shí)功率p f2v 48kw 答案 1 4000n 2 5s 3 48kw 方法概述 機(jī)動(dòng)車(chē)等交通工具在啟動(dòng)的時(shí)候 通常有兩種啟動(dòng)方式 即以恒定功率啟動(dòng)和以恒定加速度啟動(dòng) 現(xiàn)比較如下 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 注意 表中的v1為機(jī)車(chē)以恒定加速度啟動(dòng)時(shí)勻加速運(yùn)動(dòng)的末速度 而vm為機(jī)車(chē)以額定功率運(yùn)動(dòng)時(shí)所能達(dá)到的最大速度 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 高考真題1 2011年高考 海南物理卷 一質(zhì)量為1kg的質(zhì)點(diǎn)靜止于光滑水平面上 從t 0時(shí)起 第1秒內(nèi)受到2n的水平外力作用 第2秒內(nèi)受到同方向的1n的外力作用 下列判斷正確的是 a 0 2s內(nèi) 外力的平均功率是w b 第2秒內(nèi) 外力所做的功是j c 第2秒末 外力的瞬時(shí)功率最大 d 第1秒內(nèi)與第2秒內(nèi)質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能增加量的比值是 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 解析提示 在通讀題目的基礎(chǔ)上 畫(huà)出運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖 結(jié)合功和功率的定義求解 命題分析 本題考查學(xué)生對(duì)功和功率這兩個(gè)基本概念的理解和計(jì)算 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 根據(jù)牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 很容易得出質(zhì)點(diǎn)在第2秒末的速度為3m s 根據(jù)動(dòng)能定理判斷外力對(duì)質(zhì)點(diǎn)做的功為4 5j 所以平均功率為2 25w a項(xiàng)正確 第2秒內(nèi)外力做的功為2 5j b項(xiàng)錯(cuò)誤 第1秒末外力的瞬時(shí)功率為4w 第2秒末外力的瞬時(shí)功率為3w c項(xiàng)錯(cuò)誤 第1秒內(nèi)與第2秒內(nèi)外力做功之比為4 5 故相應(yīng)的動(dòng)能增量之比也為4 5 d項(xiàng)正確 答案 ad 模塊建構(gòu) 知識(shí)建構(gòu) 技能建構(gòu) 考向預(yù)測(cè)1 2011年湖南嘉禾一模 據(jù)報(bào)道 我國(guó)一家廠商制作了一種特殊的手機(jī) 在電池能耗盡時(shí) 搖晃手機(jī) 即可產(chǎn)生電能維持通話 搖晃手機(jī)的過(guò)程是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 如果將該手機(jī)搖晃一次 相當(dāng)于將100g的重物舉高20cm 若每秒搖兩次 則搖晃手機(jī)的平均功率為 g 10m s2 a 0 04wb 0 4wc 4wd 40w 解析 搖晃手機(jī)每秒做的功w 2mgh 0 4j 則平均功率p 0 4w 故b正確