第六章　第1課時　功、功率　機車啟動問題-2025年高中物理大一輪復(fù)習(xí)

考情分析試題情境生活實踐類體育運動中功和功率問題，風(fēng)力發(fā)電功率計算，蹦極運動、過山車等能量問題，汽車啟動問題，生活、生產(chǎn)中能量守恒定律的應(yīng)用學(xué)習(xí)探究類變力做功的計算，機車啟動問題，單物體機械能守恒，用繩、桿連接的系統(tǒng)機械能守恒問題，含彈簧系統(tǒng)機械能守恒問題，傳送帶、板塊模型的能量問題第1課時功、功率機車啟動問題目標(biāo)要求1.理解功的概念，會判斷功的正負，會計算功的大小。2.理解功率的概念，掌握功率的兩個公式，會計算平均功率和瞬時功率。3.會分析兩種機車啟動方式中各物理量的變化并能進行相關(guān)計算?？键c一功的分析和計算1．做功的兩個要素(1)作用在物體上的________。(2)物體在力的方向上發(fā)生________。2．公式：W＝________。(1)α是力與________方向之間的夾角，l為____________的位移。(2)該公式只適用于________做功。3．功的正負(1)當(dāng)0≤α＜90°時，W＞0，力對物體做______。(2)當(dāng)90°＜α≤180°時，W＜0，力對物體做______，或者說物體________這個力做了功。(3)當(dāng)α＝90°時，W＝0，力對物體________。4．計算功的方法(1)恒力做的功①直接用W＝Flcosα計算。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：先求各個力做的功W1、W2、W3、…，再應(yīng)用W合＝W1＋W2＋W3＋…求合外力做的功。方法三：利用動能定理W合＝Ek2－Ek1。(2)求變力做功的常用方法①微元法求變力做功將物體的位移分割成許多小段，因每一小段很小，每一小段上作用在物體上的力可以視為恒力，這樣就將變力做功轉(zhuǎn)化為在無數(shù)個無窮小的位移上的恒力所做功的代數(shù)和。②平均值法求變力做功若物體受到的力的方向不變，而大小隨位移是呈線性變化的，即力隨位移均勻變化時，則可以認為物體受到一大小為eq\x\to(F)＝eq\f(F1＋F2,2)的恒力作用，F(xiàn)1、F2分別為物體初、末態(tài)所受的力，然后用公式W＝eq\x\to(F)l求此力所做的功。③用F－x圖像求變力做功在F－x圖像中，圖線與x軸所圍“面積”的代數(shù)和就表示力F在這段位移所做的功，且位于x軸上方的“面積”為正功，位于x軸下方的“面積”為負功。④用W＝Pt求變力做功若機車以恒定功率行駛，在一定時間內(nèi)機車牽引力做的功W＝Pt。⑤應(yīng)用動能定理求變力做功。1．只要物體受力的同時又發(fā)生了位移，則一定有力對物體做功。()2一個力對物體做了負功，則說明這個力一定阻礙物體的運動。()3．力F1、F2做的功分別為10J和－15J，則力F1比F2做功多。()4．功有正負，說明功是矢量，因此總功是所有外力做功的矢量和。()例1(2024·上海市模擬)如圖，一磁鐵吸附在鐵板AB的下方。現(xiàn)保持鐵板與水平面間的夾角θ不變，緩慢推動B端，使AB與磁鐵一起水平向左勻速移動，則()A．合外力對磁鐵做正功B．AB對磁鐵的作用力不做功C．AB對磁鐵的彈力不做功D．AB對磁鐵的摩擦力不做功例2如圖所示，升降機內(nèi)斜面的傾角θ＝30°，質(zhì)量為2kg的物體置于斜面上始終不發(fā)生相對滑動，在升降機以5m/s的速度勻速上升4s的過程中。g取10m/s2，求：(1)斜面對物體的支持力所做的功；(2)斜面對物體的摩擦力所做的功；(3)物體重力所做的功；(4)合外力對物體所做的功。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例3水平桌面上，長6m的輕繩一端固定于O點，如圖所示(俯視圖)，另一端系一質(zhì)量m＝2.0kg的小球?，F(xiàn)對小球施加一個沿桌面大小不變的力F＝10N，F(xiàn)拉著小球從M點運動到N點，F(xiàn)的方向始終與小球的運動方向成37°角。已知小球與桌面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，不計空氣阻力，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，則下列說法正確的是()A．拉力F對小球做的功為16πJB．拉力F對小球做的功為8πJC．小球克服摩擦力做的功為16πJD．小球克服摩擦力做的功為4πJ考點二功率的分析和計算1．定義：功與完成這些功所用________之比。2．物理意義：描述力對物體做功的________。3．公式：(1)P＝eq\f(W,t)，P描述時間t內(nèi)力對物體做功的________。(2)P＝Fvcosα①v為平均速度，則P為________功率。②v為瞬時速度，則P為________功率。1．由P＝eq\f(W,t)知，只要知道W和t就可求出任意時刻的功率。()2．由P＝Fv既能求某一時刻的瞬時功率，也可以求平均功率。()3．當(dāng)F為恒力時，v增大，F(xiàn)的功率一定增大。()例4如圖所示，質(zhì)量為m＝2kg的木塊在傾角θ＝37°的固定斜面上由靜止開始下滑，斜面足夠長，木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.5，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2，則前2s內(nèi)重力的平均功率和2s末重力的瞬時功率分別為()A．48W24W B．24W48WC．24W12W D．12W24W1．平均功率的計算方法(1)利用eq\x\to(P)＝eq\f(W,t)。(2)利用eq\x\to(P)＝F·eq\x\to(v)cosα，其中eq\x\to(v)為物體運動的平均速度，其中F為恒力，α不變。2．瞬時功率的計算方法(1)利用公式P＝Fvcosα求瞬時功率時，其中v為t時刻的瞬時速度。F可為恒力，也可為變力，α為F與v的夾角，α可以不變，也可以變化。(2)對公式P＝Fvcosα的理解：可認為Fcosα是力F在速度v方向上的分力，也可認為vcosα是速度v在力F方向上的分速度。例5(2023·山東卷·4)《天工開物》中記載了古人借助水力使用高轉(zhuǎn)筒車往稻田里引水的場景。引水過程簡化如下：兩個半徑均為R的水輪，以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動。水筒在筒車上均勻排布，單位長度上有n個，與水輪間無相對滑動。每個水筒離開水面時裝有質(zhì)量為m的水，其中的60%被輸送到高出水面H處灌入稻田。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，則筒車對灌入稻田的水做功的功率為()A.eq\f(2nmgω2RH,5) B.eq\f(3nmgωRH,5)C.eq\f(3nmgω2RH,5) D．nmgωRH考點三機車啟動問題兩種啟動方式以恒定功率啟動以恒定加速度啟動P－t圖像和v－t圖像OA段過程分析v↑?F＝eq\f(P不變,v)↓?a＝eq\f(F－F阻,m)↓a＝eq\f(F－F阻,m)不變?F不變eq\x(v↑,,,?)P＝Fv↑直到P＝P額＝Fv1運動性質(zhì)加速度減小的加速直線運動勻加速直線運動，持續(xù)時間t0＝eq\f(v1,a)AB段過程分析F＝F阻?a＝0?vm＝eq\f(P,F阻)v↑?F＝eq\f(P額,v)↓?a＝eq\f(F－F阻,m)↓運動性質(zhì)以vm做勻速直線運動加速度減小的加速直線運動BC段F＝F阻?a＝0?以vm＝eq\f(P額,F阻)做勻速直線運動例6氣墊登陸艇主要用于投送登陸部隊，為灘頭部隊提供火力支援，另外也可以執(zhí)行布雷任務(wù)，擁有強悍的運力。如圖所示，某重型氣墊船，自重達5.0×105kg，最高時速為108km/h，裝有額定輸出功率為9000kW的燃氣輪機。假設(shè)該重型氣墊船在海面直線航行過程所受的阻力Ff不變，下列說法正確的是()A．該重型氣墊船在海面直線航行過程加速度一定保持不變B．該重型氣墊船在海面直線航行過程所受的阻力Ff為3.0×105NC．以最高時速一半的速度勻速航行時，氣墊船所受的牽引力為6.0×105ND．以最高時速一半的速度勻速航行時，氣墊船發(fā)動機的輸出功率為9000kW例7(2023·遼寧錦州市模擬)隨著國產(chǎn)汽車的日益崛起，越來越多的人選擇購買國產(chǎn)汽車，某國產(chǎn)汽車發(fā)動機的額定功率為P，駕駛員和汽車的總質(zhì)量為m＝2000kg，當(dāng)汽車在水平路面上行駛時受到的阻力為車對路面壓力的0.1倍。若汽車從靜止開始在水平路面上勻加速啟動，t1＝5s時，速度v1＝10m/s，功率達到額定功率，此后汽車以額定功率運行，t2＝65s時速度達到最大值vm＝30m/s，汽車運動的v－t圖像如圖所示，取g＝10m/s2，求：(1)汽車的額定功率P；(2)汽車在0～t1期間牽引力的大小F及汽車在0～t1期間牽引力做的功W；(3)汽車在t1～t2期間的位移大小x2。__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________