高三物理專題課件

第5課時(shí)功與功率動(dòng)能定理

“功與功率”為Ⅱ類要求，雖然不是高考主要考點(diǎn)，但要求考生在理解該知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用并能解決實(shí)際問題．這部分知識(shí)的考查可與受力分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)中速度、位移的計(jì)算、圓周運(yùn)動(dòng)、電場力的計(jì)算、安培力的計(jì)算等知識(shí)結(jié)合起來．歷年高考，不論新、舊教材都有涉及．動(dòng)能定理在考綱中也是Ⅱ類要求，歷來高考中出現(xiàn)頻率較高，既有選擇題的形式，也會(huì)出現(xiàn)綜合題，考生應(yīng)足夠重視這一內(nèi)容．四、動(dòng)能定理1．內(nèi)容及表達(dá)式內(nèi)容：合外力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的變化．表達(dá)式：W合＝Ek2－Ek1.2．對(duì)動(dòng)能定理的進(jìn)一步理解(1)W總是所有外力對(duì)物體做的總功，這些力對(duì)物體所做功的代數(shù)和等于物體動(dòng)能的增量．(2)動(dòng)能定理與參考系的選取有關(guān)．中學(xué)物理中一般取地面為參考系．

(3)動(dòng)能定理既適用于物體的直線運(yùn)動(dòng)，也適用于曲線運(yùn)動(dòng)；既適用于恒力的功，也適用于變力的功．力可以是各種性質(zhì)的力，既可以同時(shí)作用，也可以分段作用；只要求出在作用過程中各力做功的多少和正負(fù)即可．動(dòng)能定理是計(jì)算物體的位移或速率的簡捷公式，當(dāng)題目中涉及到位移時(shí)可優(yōu)先考慮動(dòng)能定理．這些正是運(yùn)用動(dòng)能定理解題的優(yōu)越性所在．(4)若物體的運(yùn)動(dòng)過程包含幾個(gè)不同的過程，應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)，可以分段考慮，也可以全程作為一個(gè)整體考慮．3．一般應(yīng)用步驟(1)選取研究對(duì)象，明確它的運(yùn)動(dòng)過程．(2)分析研究對(duì)象的受力情況和各力做功情況，然后求各個(gè)外力做功的代數(shù)和．(3)明確物體運(yùn)動(dòng)過程中初、末狀態(tài)的動(dòng)能Ek1和Ek2.(4)列出動(dòng)能定理的方程W合＝Ek2－Ek1，及其他必要的解題方程，進(jìn)行求解．一、求變力做功的幾種方法功的計(jì)算在中學(xué)物理中占有重要的地位，中學(xué)階段所學(xué)的功的計(jì)算公式W＝Fscosα只能用于恒力做功情況，對(duì)于變力做功的計(jì)算則沒有一個(gè)固定公式可用，變力做功問題可歸納如下：(1)等值法等值法即若某一變力的功和某一恒力的功相等，則可以通過計(jì)算該恒力的功，求出該變力的功．而恒力做功又可以用W＝Fscosα計(jì)算，從而使問題變得簡單．

(2)微元法當(dāng)物體在變力的作用下作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，若力的方向與物體運(yùn)動(dòng)的切線方向之間的夾角不變，且力與位移的方向同步變化，可用微元法將曲線分成無限個(gè)小元段，每一小元段可認(rèn)為恒力做功，總功即為各個(gè)小元段做功的代數(shù)和．(3)平均力法如果力的方向不變，力的大小對(duì)位移按線性規(guī)律變化時(shí)，可用力的算術(shù)平均值(恒力)代替變力，利用功的定義式求功．(4)用動(dòng)能定理求變力做功例1用鐵錘將一鐵釘擊入木塊，設(shè)木塊對(duì)鐵釘?shù)淖枇εc鐵釘進(jìn)入木塊內(nèi)的深度成正比．在鐵錘擊第一次時(shí)，能把鐵釘擊入木塊內(nèi)1cm.問擊第二次時(shí)，能擊入多少深度？(設(shè)鐵錘每次做功相等)二、求某力的平均功率和瞬時(shí)功率例2質(zhì)量為m＝0.5kg的物體從高處以v0＝5m/s的初速度水平拋出，求：拋出后2s內(nèi)重力對(duì)物體做的功是多少？這2s內(nèi)重力對(duì)物體做功的平均功率是多少？2s末重力對(duì)物體做功的瞬時(shí)功率是多少？(g取10m/s2)三、機(jī)車起動(dòng)問題例3汽車在平直的公路上由靜止啟動(dòng)，開始做直線運(yùn)動(dòng)，題中兩圖分別表示汽車運(yùn)動(dòng)的速度、功率和時(shí)間的關(guān)系．設(shè)汽車在運(yùn)動(dòng)過程中阻力不變，在16s末汽車的速度恰好達(dá)到最大．(1)定性描述汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；(2)求汽車受到的阻力和最大牽引力；(3)求汽車的質(zhì)量；(4)求汽車從靜止到開始做勻速運(yùn)動(dòng)的總位移．【命題立意】本題考查了汽車起動(dòng)過程中的一些問題，例如當(dāng)汽車達(dá)到最大速度時(shí)的受力情況，變力做功的求法等等，要求學(xué)生對(duì)汽車起動(dòng)的模型有較清晰地理解．【分析與解答】(1)由速度圖象可看出，汽車開始時(shí)做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，6s末再做加速度減小的變加速運(yùn)動(dòng)，16s末后做勻速運(yùn)動(dòng)．四、用動(dòng)能定理解題(1)利用動(dòng)能定理巧解機(jī)車脫鉤問題例4總質(zhì)量為M的列車，沿水平直線軌道勻速前進(jìn)，其末節(jié)車廂質(zhì)量為m，中途脫鉤，司機(jī)發(fā)覺時(shí)，機(jī)車已行駛L的距離，于是立即關(guān)閉油門，除去牽引力，如圖所示．設(shè)運(yùn)動(dòng)的阻力與重量成正比，機(jī)車的牽引力是恒定的．當(dāng)列車的兩部分都停止時(shí)，它們的距離是多少？

(2)利用動(dòng)能定理解答變力做功問題例5一輛車通過一根跨過定滑輪的繩PQ提升井中質(zhì)量為m的物體，如圖所示．繩的P端拴在車后的掛鉤上，Q端拴在物體上．設(shè)繩的總長不變，繩的質(zhì)量、定滑輪的質(zhì)量和尺寸、滑輪上的摩擦都忽略不計(jì)．開始時(shí)，車在A點(diǎn)，左右兩側(cè)繩都已繃緊并且是豎直的，左側(cè)繩長為H.提升時(shí)，車加速向左運(yùn)動(dòng)，沿水平方向從A經(jīng)過B駛向C.設(shè)A到B的距離也為H，車過B點(diǎn)時(shí)的速度為vB.求在車由A移到B的過程中，繩Q端的拉力對(duì)物體做的功．1．如圖所示，在加速運(yùn)動(dòng)的車廂中，一人用力向前推車廂，人相對(duì)車廂未移動(dòng)，則()A．人對(duì)車不做功B．人對(duì)車做負(fù)功C．推力對(duì)車做負(fù)功D．車對(duì)人做負(fù)功B【解析】人對(duì)車的推力做正功，人對(duì)車的摩擦力做負(fù)功．因人所受的合外力向左，故車廂對(duì)人的合力做正功．選項(xiàng)C、D錯(cuò)．靜摩擦力大于推力，故人對(duì)車做負(fù)功，選項(xiàng)B對(duì)，A錯(cuò)．2．如圖所示，在傾角為30°的斜面上，一條輕繩的一端固定在斜面上，繩子跨過連在滑塊上的定滑輪，繩子另一端受到一個(gè)方向總是豎直向上，大小恒為F＝100N的拉力，使物塊沿斜面向上滑行1m(滑輪右邊的繩子始終與斜面平行)的過程中，拉力F做的功是()

A．100J B．150JC．200J D．條件不足，無法確定B【解析】拉力F做的功等效為圖中F1、F2兩個(gè)恒力所做功的代數(shù)和．即W＝F1s＋F2s，而F1＝F＝100N，F(xiàn)2＝F·cos60°所以W＝Fs(1＋cos60°)＝150J.即B選項(xiàng)正確．AC【解析】m受的摩擦力沿斜面向下，m的運(yùn)動(dòng)方向與細(xì)線垂直，這樣兩者夾角小于90°，故摩擦力對(duì)m做正功．M與m間相互作用的彈力是一對(duì)作用力與反作用力，在移動(dòng)過程中，m沿垂直于斜面方向的位移等于斜面體沿垂直于斜面方向上的位移，相互作用的彈力對(duì)m做正功，對(duì)M做負(fù)功，但絕對(duì)值相等．故AC正確．BC【解析】依題意，人靜止不動(dòng)，重物速度為零，人對(duì)重物不做功，A錯(cuò)；由力的平衡條件和牛頓第三定律，B對(duì)；人對(duì)傳送帶的摩擦力為G，相對(duì)速度為v，在t時(shí)間內(nèi)人對(duì)傳送帶做功為Gvt(使化為內(nèi)能)，增大傳送帶速度，做功功率也增大，C對(duì)，D錯(cuò)．ABCAAD10．某日有霧的清晨，一艘質(zhì)量為m＝500t的輪船，從某碼頭由靜止起航做直線運(yùn)動(dòng)，并保持發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率等于額定功率且保持不變，經(jīng)t0＝10min后，達(dá)到最大行駛速度vm＝20m/s，霧也恰好散開，此時(shí)船長突然發(fā)現(xiàn)航線正前方s＝480m處，有一只拖網(wǎng)漁船以v＝5m/s的速度沿垂直航線方向勻速運(yùn)動(dòng)，且此時(shí)漁船船頭恰好位于輪船的航線上，輪船船長立即下令采取制動(dòng)措施，附加了恒定的制動(dòng)力