高考物理一轮复习第五章机械能第1讲功功率教案.doc

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1、- 1 - / 14【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习第五章机械能第精选高考物理一轮复习第五章机械能第 1 1 讲功讲功功率教案功率教案【研透全国卷】近几年高考既有对本章内容的单独考查，也有与牛顿运动定律、曲线运动、电磁学等内容相结合的综合考查，对本章单独考查的题目多为选择题.高考中将本章内容与其他知识相结合，与实际生产、生活和现代科技相结合进行命题的趋势较强，在复习中应侧重对基础知识的理解和应用.考点内容要求题型必考实验一、功和功率功和功率选择、计算二、动能定理及其应用动能和动能定理选择、计算重力做功与重力势能三、机械能守恒定律及其应用机械能守恒定律及其应用选择、计算四、功

2、能关系、能量守恒定律功能关系选择、计算1.实验内容探究动能定理验证机械能守恒定律2.命题形式填空第 1 讲 功 功率知识点一 功1.做功的两个必要条件： 和物体在力的方向上发生的 .2.公式：W ，适用于 做功，其中 为 F、l方向间夹角，l 为物体对地的位移.3.功的正负判断- 2 - / 14(1)90，力对物体做 功，或说物体克服该力做功.(3)90，力对物体不做功.答案：1.力 位移 2.Flcos 恒力 3.(1)正 (2)负知识点二 功率1.定义：功与完成这些功所用时间的 .2.物理意义：描述力对物体做功的 .3.公式(1)定义式：P ，P 为时间 t 内的 .(2)推论式：P .

3、( 为 F 与 v 的夹角)4.额定功率：机械正常工作时输出的 功率.5.实际功率：机械 时的功率，要求不能大于 功率.答案：1.比值 2.快慢 3.(1) 平均功率(2)Fvcos 4.最大 5.工作 额定(1)只要物体受力的同时又发生了位移，则一定有力对物体做功.( )(2)一个力对物体做了负功，则这个力一定阻碍物体的运动. ( )(3)作用力做负功时，反作用力一定做正功. ( )(4)力对物体做功的正负可由力和速度方向间的夹角决定. ( )(5)静摩擦力一定对物体不做功. ( )(6)由 PFv 可知，发动机输出功率一定时，机车的牵引力与运行速度的大小成反比. ( )(7)汽车上坡时换成

4、低挡位，其目的是减小速度得到较大的牵引- 3 - / 14力. ( )答案：(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)考点 恒力做功1.正、负功的判断方法判断依据 适用情况根据力和位移的方向的夹角判断常用于恒力做功的判断根据力和瞬时速度方向的夹角判断常用于质点做曲线运动根据功能关系或能量守恒定律判断常用于变力做功的判断2.计算功的方法(1)恒力做的功直接用 WFlcos 计算.(2)合外力做的功方法一：先求合外力 F 合，再用 W 合F 合 lcos 求功.方法二：先求各个力做的功 W1、W2、W3，再应用 W 合W1W2W3求合外力做的功.考向 1 功的正负的判断典例 1 (多选

5、)质量为 m 的物体静止在倾角为 的斜面上，斜面沿水平方向向右匀速移动了距离 s，如图所示，物体 m 相对斜面静止.则下列说法正确的是 ( )A.重力对物体 m 做正功B.合力对物体 m 做功为零C.摩擦力对物体 m 做负功 D.支持力对物体 m 做正功解析 分析物体受力，由于重力方向与位移方向垂直，重力不做功；支持力的方向与位移方向的夹角为锐角，做正功；摩擦力的方向与位移方向的夹角为钝角，做负功.选项 B、C、D 正确.- 4 - / 14答案 BCD考向 2 恒力做功的计算典例 2 一物体静止在粗糙水平地面上.现用一大小为 F1 的水平拉力拉动物体，经过一段时间后其速度变为 v.若将水平拉

6、力的大小改为 F2，物体从静止开始经过同样的时间后速度变为 2v.对于上述两个过程，用 WF1、WF2 分别表示拉力 F1、F2 所做的功，Wf1、Wf2 分别表示前后两次克服摩擦力所做的功，则( )A.WF24WF1，Wf22Wf1 B.WF24WF1，Wf22Wf1C.WF2.根据功的计算公式 WFl，可知 Wf1Wf2，WF1WF2，故选项 C 正确，选项 A、B、D 错误.答案 C求解恒力做功的两个关键(1)恒力做功大小只与 F、l、 这三个量有关.与物体是否还受其他力、物体运动的速度、加速度等其他因素无关，也与物体运动的路径无关.(2)F 与 l 必须具备同时性，即 l 必须是力 F

7、 作用过程中物体的位移.考点 变力功的计算- 5 - / 14变力做功不能应用公式 WFlcos 计算，它有一些特殊的计算方法，除了应用动能定理间接求法之外，还有以下几种常用的直接求法.考向 1 利用“微元法”求变力的功物体的位移分割成许多小段，因小段很小，每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力，这样就将变力做功转化为在无数多个无穷小的位移上的恒力所做元功的代数和.此方法在中学阶段常应用于求解大小不变、方向改变的变力做功问题.典例 3 (多选)如图所示，摆球质量为 m，悬线的长为 L，把悬线拉到水平位置后放手.设在摆球从 A 点运动到 B 点的过程中空气阻力 F 阻的大小不变，则下列说法正确的

8、是 ( )A.重力做功为 mgLB.绳的拉力做功为 0C.空气阻力 F 阻做功为mgLD.空气阻力 F 阻做功为F 阻 L解题指导 空气阻力的方向总与速度方向相反，是变力，但大小不变，将运动过程分成无数小段，每一小段看做直线，这样就将变力做功问题转化成了恒力做功问题.解析 小球下落过程中，重力做功为 mgL，A 正确；绳的拉力始终与速度方向垂直，接力做功为 0，B 正确；空气阻力 F 阻大小不变，方向始终与速度方向相反，故空气阻力 F 阻做功为F阻L，C 错误，D 正确.答案 ABD考向 2 化变力为恒力求变力做功变力做功直接求解时，通常都比较复杂，但若通过转换研究的对- 6 - / 14象，

9、有时可化为恒力做功，用 WFlcos 求解.此方法常常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中.典例 4 如图所示，固定的光滑竖直杆上套着一个滑块，用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮，以大小恒定的拉力 F 拉绳，使滑块从A 点起由静止开始上升.若从 A 点上升至 B 点和从 B 点上升至 C 点的过程中拉力 F 做的功分别为 W1 和 W2，滑块经 B、C 两点的动能分别为EkB 和 EkC，图中 ABBC，则( )A.W1W2 B.W1lBC，故 W1W2，A 正确.答案 A考向 3 利用 Fx 图象求变力的功在 Fx 图象中，图线与 x 轴所围“面积”的代数和就表示力 F 在这段位移所做的功，且位于

10、 x 轴上方的“面积”为正，位于 x 轴下方的“面积”为负，但此方法只适用于便于求图线所围面积的情况(如三角形、矩形、圆等规则的几何图形).典例 5 如图甲所示，静止于光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力 F 作用下，沿 x 轴方向运动，拉力 F 随物块所在位置坐标 x 的变化关系如图乙所示，图线为半圆.则小物块运动到 x0 处时- 7 - / 14F 做的总功为( )甲 乙A.0 B.Fmx0 C.Fmx0 D.x20解析 F 为变力，根据 Fx 图象包围的面积在数值上等于 F 做的总功来计算.图线为半圆，由图线可知在数值上 Fmx0，故WF2mFmx0Fmx0.答案 C变式 1 (2

11、017甘肃兰州一中冲刺模拟)如图甲所示，质量为4 kg 的物体在水平推力作用下开始运动，推力大小 F 随位移大小 x 变化的情况如图乙所示，物体与地面间的动摩擦因数为 0.5，取g10 m/s2.则 ( )甲 乙A.物体先做加速运动，推力撤去才开始做减速运动B.运动过程中推力做的功为 200 JC.物体在运动中的加速度先变小后不变D.因推力是变力，无法确定推力做功的大小答案：B 解析：滑动摩擦力 Ffmg20 N，物体先加速，当推力减小到 20 N 时，加速度减小为零，之后推力逐渐减小，物体做加速度增大的减速运动，当推力减小为零后做匀减速运动，选项A、C 错误；Fx 图象的面积表示推力做的功，

12、W100 N4 m200 J，选项 B 正确，D 错误.变力做功可分为间接求法和直接求法.间接求法主要应用动能定理计算，直接求法方法较多，但都需要一些特殊条件，尤其要注意计算功时分清是恒力做功还是变力做功，再选择不同的方法计算.考点 平均功率与瞬时功率- 8 - / 141.公式 P是平均功率的定义式，适用于任何情况下平均功率的计算.2.公式 PFvcos 既能计算瞬时功率，也能计算平均功率，若v 是瞬时值，则计算出的功率是瞬时值，若 v 是平均值，则计算出的功率是平均值.典例 6 (2017山东海阳一中摸底)(多选)物块与斜面之间的动摩擦因数为 ，物块在倾角 一定的斜面底端以初速度 v0 上

13、滑，上滑到最高点后又沿斜面下滑.设上滑和下滑过程中，物块克服摩擦力做功的平均功率分别为 P1、P2，经过斜面上同一点时(不是最高点)克服摩擦力做功的瞬时功率分别为 P1 和 P2.则( )B.P1P2D.P1P2解析 根据牛顿第二定律，上滑时有 mgsin mgcos ma1，下滑时有 mgsin mgcos ma2，则加速度大小a1a2，设物块上滑的最大位移为 x，上滑过程的逆运动有xa1t21，下滑过程有 xa2t22，比较可知 t1P2，选项 A 正确，选项 B 错误；设同一点与最大位移的距离为 x0，则v212a1x0，v222a2x0，比较可知 v1v2，即上滑速度大于下滑速度，由瞬

14、时功率 Pmgvcos 知 P1P2，选项 C 正确，选项 D错误.答案 AC变式 2 如图所示，质量为 m 的小球以初速度 v0 水平抛出，恰好垂直打在倾角为 的斜面上(不计空气阻力)，则球落在斜面上时重力的瞬时功率为( )- 9 - / 14B.A.mgv0tan mgv0 tan D.mgv0cos C.答案：B 解析：如图所示，由于 v 垂直于斜面，可求出小球落在斜面上时速度的竖直分量 v，此时重力做功的瞬时功率为Pmgv，B 正确.求解功率问题时，要明确是求平均功率还是求瞬时功率，一般情况下平均功率用 P求解，瞬时功率用 PFvcos 求解.考点 机车启动问题的分析启动方式恒定功率启

15、动 恒定加速度启动过程分析阶段一：vF aP vFF阻 m阶段二：FF阻a0PFvmF阻vm阶段一：a不变F不变FF阻 mvPFv，直到PP额Fvm阶段二：vFaP额 vFF阻 m阶段三：FF阻a0v达最大值vmP额 F阻运动规律做加速度逐渐减小的变加速直线运动以vm做匀速直线运动以加速度a做匀加速直线运动做加速度逐渐减小的变加速直线运动以vm做匀速直线运动vt图象考向 1 对机车启动中图象的考查典例 7 (2015新课标全国卷)一汽车在平直公路上行驶.从某时刻开始计时，发动机的功率 P 随时间 t 的变化如图所示.假定汽- 10 - / 14车所受阻力的大小 f 恒定不变.下列描述该汽车的速

16、度 v 随时间 t 变化的图线中，可能正确的是( )A BC D解析 由 Pt 图象知：0t1 内汽车以恒定功率 P1 行驶，t1t2 内汽车以恒定功率 P2 行驶.设汽车所受牵引力为 F，则由PFv 得，当 v 增加时，F 减小，由 a知 a 减小，又因速度不可能突变，所以选项 B、C、D 错误，选项 A 正确.答案 A考向 2 对两种启动方式的综合考查典例 8 某汽车发动机的额定功率为 60 kW，汽车质量为 5 t，汽车在运动中所受阻力的大小恒为车重的 0.1 倍.(取 g10 m/s2)(1)若汽车以额定功率启动，则汽车所能达到的最大速度是多少？当汽车速度达到 5 m/s 时，其加速度

17、是多少？(2)若汽车以恒定加速度 0.5 m/s2 启动，则其匀加速过程能维持多长时间？问题探究 (1)达到最大速度时，汽车处于什么状态？(2)v5 m/s 时，牵引力多大？(3)以加速度 0.5 m/s2 启动时，牵引力多大？此阶段能达到的最大速度为多少？提示 (1)匀速直线运动 (2)1.2104 N (3)7 500 N(4)8 m/s解析 (1)当汽车的加速度为零时，汽车的速度 v 达到最大值vm，此时牵引力与阻力相等，故最大速度为vm m/s12 m/s- 11 - / 14v5 m/s 时的牵引力F1 N1.2104 N由 F1Ffma 得：aF1Ff m m/s21.4 m/s2

18、.(2)当汽车以 a0.5 m/s2 的加速度启动时的牵引力F2maFf(5 0000.50.1510310) N7 500 N匀加速运动能达到的最大速度为vm m/s8 m/s由于此过程中汽车做匀速直线运动，满足 vmat故匀加速过程能维持的时间 t s16 s.答案 (1)12 m/s 1.4 m/s2 (2)16 s机车启动过程应注意的问题(1)无论哪种启动过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即 vm(式中 Fmin 为最小牵引力，其值等于阻力 F 阻).(2)机车以恒定加速度启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，速度不是最大，即 vW2D.无法判断C.W1W2答案：C

19、 解析：题中已知 F 是恒力，且两种情况下，力 F 与位移 l 的夹角都是 0，由于两次恒力 F 相同，沿力的方向移动的距离 l也相同，故可根据功的计算公式 WFl 得 W1W2.3.功和功率将一只苹果斜向上抛出，苹果在空中依次飞过三个完全相同的窗户 1、2、3，图中曲线为苹果在空中运行的轨迹.若不计空气阻力，以下说法中正确的是( )A.苹果通过第 1 个窗户所用的时间最长B.苹果通过第 3 个窗户的平均速度最大C.苹果通过第 1 个窗户重力所做的功最多D.苹果通过第 3 个窗户重力的平均功率最小答案：D 解析：将该斜抛运动分解为水平方向和竖直方向，在水平方向做匀速直线运动.通过第 3 个窗户

20、的水平位移最大，通过第1 个窗户的水平位移最小，故通过第 1 个窗户所用的时间最短，通过第 3 个窗户所用的时间最长，A 项错误.在运动过程中速度越来越小，通过第 3 个窗户的平均速度最小，B 项错误.窗户高度相同，苹果通过每个窗户重力所做的功相同，C 项错误.通过第 3 个窗户的时间最长，故重力的平均功率最小，所以 D 项正确.4.瞬时功率的计算如图所示，一个纵截面是等腰三角形的斜面- 13 - / 14体 M 置于水平地面上，它的底面粗糙，两斜面光滑.将质量不相等的A、B 两个小滑块(mAmB)同时从斜面上同一高度处静止释放，在两滑块滑至斜面底端的过程中，M 始终保持静止，则( )A.B

21、滑块先滑至斜面底端B.地面对斜面体的摩擦力方向水平向左C.两滑块滑至斜面底端时重力的瞬时功率相同D.地面对斜面体的支持力等于三个物体的总重力答案：B 解析：滑块 A 和 B 下滑的加速度和位移的大小分别相等，可知两滑块滑至底端的时间相同，故 A 错误.设等腰三角形的底角为 ，则 A 和 B 对斜面体压力在水平方向的分力大小分别为mAgcos sin 和 mBgcos sin ，因为 mAmB，则地面对斜面体有向左的摩擦力，故 B 正确.滑块 A 和 B 滑到底端的速度大小也相等，由于质量不同，则重力的瞬时功率 Pmgvsin 不同，故 C错误.因为 A、B 的加速度均沿斜面向下，整体处于失重状

22、态，则支持力小于三个物体的总重力，故 D 错误.5.机车启动问题(多选)质量为 2103 kg 的汽车由静止开始沿平直公路行驶，行驶过程中牵引力 F 和车速倒数的关系图象如图所示.已知行驶过程中最大车速为 30 m/s，设阻力恒定，则( )A.汽车所受阻力为 6103 NB.汽车在车速为 5 m/s 时，加速度为 3 m/s2C.汽车在车速为 15 m/s 时，加速度为 1 m/s2D.汽车在行驶过程中的最大功率为 6104 W答案：CD 解析：当牵引力等于阻力时，速度最大，由图线可知阻力大小 Ff2 000 N，故 A 错误.倾斜图线的斜率表示功率，可知PFfv2 00030 W60 000 W，车速为 5 m/s 时，汽车的加速度- 14 - / 14a m/s22 m/s2，故 B 错误；当车速为 15 m/s 时，牵引力 F N4 000 N，则加速度 a m/s21 m/s2，故 C 正确；汽车的最大功率等于额定功率，等于 6104 W，故 D 正确.