2020高考物理一轮复习第五章机械能第1讲功功率教案.pdf

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1、【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】1/15 2020高考物理一轮复习第五章机械能第1讲功功率教案编 辑：_时 间：_教学资料范本【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】2/15【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.命题形式填空二、动能定理及其应用动能和动

2、能定理选择、计算三、机械能守恒定律及其应用重力做功与重力势能选择、计算机械能守恒定律及其应用四、功能关系、能量守恒定律功能关系选择、计算第 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.【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】3/15 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(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

3、，P为时间 t 内的.(2)推论式：P.(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.()【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】4/15(5)静摩擦力一定对物体不做功.()(6)由 PFv可知

4、，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)汽车上坡时换成低挡位，其目的是减小速度得到较大的牵引力.()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 W Flcos 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W1 W2 W3 求合外力做的功.

5、考向 1 功的正负的判断 典例 1(多选)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 ()【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】5/15 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.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

6、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.WF24WF1，Wf22Wf1 D.WF24WF1，Wf2.根据功的计算公式 W Fl，可知 Wf1 Wf2，WF1WF2，故选项 C正确，选项 A、B、D错误.答案 C【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】6/15 求解恒力做功的两个关键(1)恒力做功大小只与F、l

7、、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作用过程中物体的位移.考点变力功的计算变力做功不能应用公式W Flcos 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

8、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.【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】7/15 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

9、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象，有时可化为恒力做功，用W Flcos 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 AB BC，则()A.W1W2 B.W1lBC，故 W1W2，A正确.答案 A考向 3 利

10、用 F-x 图象求变力的功【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】8/15 在 F-x 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F做的总功为()甲乙A.0 B.Fmx0 C.Fmx0 D.x20 解析 F 为变力，根据F-x 图

11、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Fm x0，故 W F2m Fm x0 Fmx0.答案 C 变式 1(20 xx 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Ffmg 20 N，物体先加速，当推力减小到 20 N时，加速度

12、减小为零，之后推力逐渐减小，物体做加【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】9/15 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；F-x 图象的面积表示推力做的功，W 100 N4 m 200 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1.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

13、时值，若v 是平均值，则计算出的功率是平均值.典例 6(20 xx 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()A.P1P2B.P1P 2D.P1a2，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【

14、本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】10/15 v1v2，即上滑速度大于下滑速度，由瞬时功率Pmgvcos 知P1P 2，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()A.mgv0tan mgv0tan B.C.D.mgv0cos 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PFvc

15、os 求解.考点机车启动问题的分析启动方式恒定功率启动恒定加速度启动过程分析阶段一：v?FPv?aFF阻m阶段二：FF阻?a0?PFvmF阻vm阶段一：aFF阻m不变?F不变?v?PFv，直到 PP额Fvm阶段二：v?FP额v?aFF阻m阶段三：FF阻?a0?v 达最大值 vmP额F阻【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】11/15 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v-t图象考向 1 对机车启动中图象的考查 典例 7(20 xx 新课标全国卷)一汽车在平直公路上行驶.从某时

16、刻开始计时，发动机的功率P随时间 t 的变化如图所示.假定汽车所受阻力的大小 f 恒定不变.下列描述该汽车的速度v 随时间 t 变化的图线中，可能正确的是()A BC D 解析 由 P-t 图象知：0t1 内汽车以恒定功率P1行驶，t1 t2 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

17、)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？【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】12/15(2)v 5 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)1.2 104 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/

18、s12 m/sv5 m/s 时的牵引力F1 N1.2 104 N由 F1Ff ma得：aF1Ffm m/s2 1.4 m/s2.(2)当汽车以 a0.5 m/s2 的加速度启动时的牵引力F2ma Ff(5 000 0.5 0.1 510310)N 7 500 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vm at故匀加速过程能维持的时间t s 16 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)

19、.(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vvm.【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】13/15 1.摩擦力做功(多选)如图所示，B 物体在拉力F 的作用下向左运动，在运动过程中，A、B 之间有相互作用的摩擦力，则这对摩擦力做功的情况，下列说法中正确的是()A.A、B都克服摩擦力做功B.摩擦力对 A不做功C.摩擦力对 B做负功D.摩擦力对 A、B都不做功答案：BC 解析：分析物体A 的受力可知，B 对 A 的滑动摩擦力水平向左，由于A没有运动，所以摩擦力对A不做功；同理可知A 对B的摩擦力对 B做负功.选项 B、C正确.2.恒力做功的计算

20、用水平恒力 F 作用于质量为M的物体上，使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离l，恒力做功为W1，再用该恒力作用于质量为m(mW2B.W1mB)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 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 s

21、in，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，整体处于失重状态，则支持力小于三个物体的总重力，故D错误.【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】15/15 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 Ff 2 000 N，故 A错误.倾斜图线的斜率表示功率，可知PFfv 2 00030 W 60 000 W，车速为 5 m/s 时，汽车的加速度a m/s22 m/s2，故 B错误；当车速为 15 m/s 时，牵引力 FN4 000 N，则加速度 am/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.