2011年高考物理一轮复习极品课件5-专题1功和功率.ppt

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1、第五章第五章 机械能机械能高考考纲高考考纲展示展示考纲下载考纲下载27.功功率功功率()28.动动能做功与能做功与动动能改能改变变的关系的关系(动动能定理能定理)()29.重力势能重力做功与重力势能改变的关系重力势能重力做功与重力势能改变的关系()30.弹性势能弹性势能()31.机械能守恒定律机械能守恒定律()119.实验：验证机械能守恒定律实验：验证机械能守恒定律命题规律命题规律从内容、题型和赋分上看：从内容、题型和赋分上看：1.功和功率，是高中物理中功和功率，是高中物理中最难理解的知识点，高考中考查这个知识点的题目，计算最难理解的知识点，高考中考查这个知识点的题目，计算量一般很大，这类题目

2、通常联系实际例如量一般很大，这类题目通常联系实际例如2005年广东综年广东综合第合第33题、江苏物理第题、江苏物理第10题、题、2006年广东物理第年广东物理第15题、四题、四川理综第川理综第23题、题、2007北京理综第北京理综第23题、广东理科基础第题、广东理科基础第9题题分别以机车运动、电梯运动的情境考查这个知识点分别以机车运动、电梯运动的情境考查这个知识点.2008年年高考各地共出现了高考各地共出现了6个题，其中北京理综第个题，其中北京理综第23题、重庆理综题、重庆理综第第23题分别为题分别为18分、分、16分的计算题分的计算题.2009年宁夏理综第年宁夏理综第17题、题、广东理基第广

3、东理基第8题也考查了此知识点题也考查了此知识点2.动能是基本概念之一，动能是基本概念之一，单独命题较少见，但动能定理作为高中物理最重要的规律单独命题较少见，但动能定理作为高中物理最重要的规律之一，频繁出现在高考题中，考查知识面较广，常以综合之一，频繁出现在高考题中，考查知识面较广，常以综合题形式出现题形式出现(以综合计算的力、电综合题为主以综合计算的力、电综合题为主)，题目类型以，题目类型以选择和计算为主选择和计算为主命题规律命题规律如如2009年山东理综第年山东理综第22题、上海单科第题、上海单科第5题、题、2008年上海单科年上海单科第第2l题、山东理综第题、山东理综第24题、题、2007

4、年江苏单科第年江苏单科第19题、题、2005年全年全国国卷第卷第23题题3.机械能守恒定律为高考必考内容，考查的特机械能守恒定律为高考必考内容，考查的特点是：灵活性强，如变力功的求法；综合面大，如本考点知识点是：灵活性强，如变力功的求法；综合面大，如本考点知识与牛顿运动定律、圆周运动、动量守恒定律、电磁学、热学知与牛顿运动定律、圆周运动、动量守恒定律、电磁学、热学知识综合运用等识综合运用等.2005年广东物理年广东物理14题、全国题、全国卷卷23题、北京理综题、北京理综23题、题、2006年在四川、北京、广东、全国年在四川、北京、广东、全国卷出现，卷出现，2007年在年在天津、江苏、上海单科出

5、现，且均是纯力学综合性试题，分值天津、江苏、上海单科出现，且均是纯力学综合性试题，分值较高较高.2008年上海、广东、海南、宁夏、全国年上海、广东、海南、宁夏、全国卷，卷，2009年全国年全国卷卷25题，四川理综第题，四川理综第23题，上海单科第题，上海单科第20题，均有对本考点题，均有对本考点内容的考查从能力上看：考查了学生分析和解决问题的能力内容的考查从能力上看：考查了学生分析和解决问题的能力预测在预测在2011年高考命题中以综合考查为主，题型多为计算题，年高考命题中以综合考查为主，题型多为计算题，考查功能关系、机械能守恒定律、能量守恒定律及动量等知识考查功能关系、机械能守恒定律、能量守恒

6、定律及动量等知识的综合运用等的综合运用等.专题专题一功和功率一功和功率知识自主知识自主梳理梳理一、功一、功1做做功功的的两两个个因因素素：和和物物体体在在 上上发发生生的的位移位移2公式：公式：.3矢标性：功是矢标性：功是 ，但有正、负之分，但有正、负之分4功的正负判断功的正负判断主要根据力的方向和位移的方向间的夹角主要根据力的方向和位移的方向间的夹角判断：判断：力力力的方向力的方向WFscos标标量量夹夹角角功的正功的正负负90力力对对物体做物体做 或或说说成成物体克服物体克服这这个力做了功个力做了功正功正功不做功不做功负负功功重点辨析重点辨析(1)功功的的正正负负只只表表示示动动力力对对物

7、物体体做做功功，还还是是阻阻力力对对物物体体做功做功(2)重重力力势势能能、电电势势能能、温温度度的的正正负负表表示示相相对对零零点点的的大大小小(3)力力、速速度度、加加速速度度等等矢矢量量的的正正负负表表示示方方向向，其其绝绝对对值表示大小值表示大小二、功率二、功率1定义：功跟完成这些功定义：功跟完成这些功 的比值的比值2物理意义：描述力物理意义：描述力 3公式公式(1)PW/t，P为时间为时间t内的平均功率内的平均功率(2)PFvcosa若若v为平均速度，则为平均速度，则P为为 若若v为瞬时速度，则为瞬时速度，则P为为 所用所用时间时间做功的快慢做功的快慢平均功率平均功率瞬瞬时时功率功率

8、4额额定功率：机械定功率：机械 时时的的 5实实际际功功率率：机机械械 时时输输出出的的功功率率，要要求求小于等于小于等于 正常工作正常工作最大功率最大功率实际实际工作工作额额定功率定功率方法规律方法规律归纳归纳一、功的物理含义一、功的物理含义关关于于功功我我们们不不仅仅要要从从定定义义式式WFscos上上进进行行理理解解和和计计算算，还还应应该该理理解解它它的的物物理理含含义义功功是是能能量量转转化化的的量量度度，即即：做做功功的的过过程程是是能能量量的的一一个个转转化化过过程程，这这个个过过程程做做了了多多少少功功，就就有有多多少少能能量量发发生生了了转转化化对对物物体体做做正正功功，物物

9、体体的的能能量量增增加加，做做了了多多少少正正功功，物物体体的的能能量量就就增增加加了了多多少少；对对物物体体做做负负功功，也也称称物物体体克克服服阻阻力力做做功功，物物体体的的能能量量减减少少，做做了了多多少少负负功功，物物体体的的能能量量就就减减少少多多少少因因此此功功的的正正、负负表表示示能能的的转转化化情情况况，表示物体是输入了能量还是输出了能量表示物体是输入了能量还是输出了能量二、一对作用力和反作用力做功的特点二、一对作用力和反作用力做功的特点1一一对对作作用用力力和和反反作作用用力力在在同同一一段段时时间间内内，可可以以都都做做正正功功，或或者者都都做做负负功功，或或者者一一个个做

10、做正正功功、一一个个做做负负功功，或或者者都不做功都不做功2一一对对作作用用力力和和反反作作用用力力在在同同一一段段时时间间内内做做的的总总功功可可能为正、可能为负、也可能为零能为正、可能为负、也可能为零3一一对对互互为为作作用用力力与与反反作作用用力力的的摩摩擦擦力力做做的的总总功功可可能能为零为零(静摩擦力静摩擦力)、可能为负、可能为负(滑动摩擦力滑动摩擦力)，但不可能为正，但不可能为正二、常见的功的计算方法二、常见的功的计算方法1恒力做功恒力做功在在恒恒力力作作用用下下物物体体的的运运动动，力力对对物物体体做做的的功功用用WFscos求求解解该该公公式式可可写写成成WF(scos)(Fc

11、os)s.即即功功等等于于力力与与力力方方向向上上位位移移的的乘乘积积或或功功等等于于位位移移与与位位移移方方向向上上力力的乘积的乘积2变变力做功力做功(1)用用动动能能定定理理WEk或或功功能能关关系系WE，即即用用能能量量的的增量等效代增量等效代换变换变力所做的功力所做的功(也可也可计计算恒力做功算恒力做功)(2)当当变变力力的的功功率率P一一定定时时，可可用用WPt求求功功，如如机机车车以以恒功率启恒功率启动动(3)将将变变力做功力做功转转化化为为恒力做功恒力做功当当力力的的大大小小不不变变，而而方方向向始始终终与与运运动动方方向向相相同同或或相相反反时时，这这类类力力的的功功等等于于力

12、力和和路路程程(不不是是位位移移)的的乘乘积积如如滑滑动动摩摩擦力做功、空气阻力做功等擦力做功、空气阻力做功等3总总功的求法功的求法(1)总总功等于合外力做的功功等于合外力做的功先先求求出出物物体体所所受受各各力力的的合合力力F合合，再再根根据据W总总F合合scos计计算算总总功，但功，但应应注意注意是合力与位移是合力与位移s的的夹夹角角(2)总总功等于各力做功的代数和功等于各力做功的代数和分分别别求求出出每每一一个个力力做做的的功功：W1F1s1cos1，W2F2s2cos2，W3F3s3cos3，再再把把各各个个外外力力做做的的功功求求代代数数和和即：即：W总总W1W2W3特别提醒特别提醒

13、在在求求解解总总功功时时，第第(1)种种情情况况一一般般用用于于各各力力都都是是恒恒力力且且作用时间相同作用时间相同第第(2)种情况一般用于各力分别作用或作用时间不同种情况一般用于各力分别作用或作用时间不同.机动车两种启动方式机动车两种启动方式对对机机动动车车等等交交通通工工具具，在在启启动动的的时时候候，通通常常有有两两种种启启动动方式，即以恒定功率启动和以恒定加速度启动现比较如下：方式，即以恒定功率启动和以恒定加速度启动现比较如下：两种方式两种方式以恒定功率启以恒定功率启动动以恒定加速度启以恒定加速度启动动AB段段过过程分程分析析FF阻阻a0F阻阻vFa运运动动性性质质以以vm匀速直匀速直

14、线线运运动动加速度减小的加速运加速度减小的加速运动动BC段段无无FF阻阻a0以以vm匀速运匀速运动动特别提醒特别提醒不不管管对对哪哪种种启启动动方方式式，机机动动车车的的功功率率均均是是指指牵牵引引力力的的功功率率，对对启启动动过过程程的的分分析析也也都都是是用用分分段段分分析析法法，并并且且将将牛牛顿顿第第二二定定律律和和运运动动学学公公式式相相结结合合进进行行综综合合分分析析有有时时也也应应用用动动能能定理求解定理求解.请在掌握的请在掌握的“规律方法规律方法”后打后打“”1判判断断功功的的正正负负可可根根据据力力和和位位移移的的夹夹角角，也也可可根根据据力力和速度的夹角，还可根据能量转化与

15、守恒和速度的夹角，还可根据能量转化与守恒()2总功的计算总功的计算(1)先确定合力先确定合力F合合，再利用，再利用WF合合lcos计算总功计算总功(2)先计算出每个力做的功，则先计算出每个力做的功，则W总总W1W2Wn(3)根据动能定理求总功根据动能定理求总功W总总Ek()请在走过的请在走过的“思维误区思维误区”后打后打“！”1易易把把作作用用力力和和反反作作用用力力做做的的功功错错误误地地认认为为大大小小相相等等，一正一负，也常认为摩擦力一定做负功一正一负，也常认为摩擦力一定做负功(阻力阻力)()2易把变力的功当作恒力的功计算易把变力的功当作恒力的功计算()3误将机车的功率当成机车所受的合力

16、的功率；也常误将机车的功率当成机车所受的合力的功率；也常把匀加速启动过程的最大速度当成了机车能达到的最把匀加速启动过程的最大速度当成了机车能达到的最()4分分不不清清PFv中中“谁谁”变变，“谁谁”不不变变，不不能能结结合合动力学规律分析机车运动情况及特点动力学规律分析机车运动情况及特点()真题典例真题典例探究探究题型题型1恒力功的计算恒力功的计算【例例1】如如图图所所示示，质质量量为为m的的物物体体静静止止在在倾倾角角为为的的斜斜面面上上，物物体体与与斜斜面面间间的的动动摩摩擦擦因因数数为为，现现使使斜斜面面水水平平向向左匀速移左匀速移动动距离距离l.(1)摩擦力摩擦力对对物体做的功物体做的

17、功为为(物体与斜面相物体与斜面相对对静止静止)()A0BmglcosCmglcossin Dmglsincos(2)斜面斜面对对物体的物体的弹弹力做的功力做的功为为()A0 Bmglsincos2Cmglcos2 Dmglsincos(3)重力重力对对物体做的功物体做的功()A0 BmglCmgltan Dmglcos(4)斜斜面面对对物物体体做做的的总总功功是是多多少少？各各力力对对物物体体所所做做的的总总功是多少？功是多少？【解解析析】(1)斜斜面面对对物物体体的的摩摩擦擦力力和和弹弹力力与与物物体体位位移移的夹角分别为多大？的夹角分别为多大？答答摩摩擦擦力力沿沿斜斜面面向向上上，弹弹力力

18、垂垂直直斜斜面面向向上上，位位移移水水平平向向左左，所所以以摩摩擦擦力力与与位位移移夹夹角角为为，弹弹力力与与位位移移夹夹角角为为.(2)斜面对物体的弹力斜面对物体的弹力N和摩擦力和摩擦力f多大？多大？答答Nmgcosfmgsin(3)求出求出N与与f的功的功答答WNmglsincosWfmglsincos(4)重力与位移的夹角是什么关系？重力做功为多少？重力与位移的夹角是什么关系？重力做功为多少？答答重力垂直于位移，重力垂直于位移，WG0(5)斜面对物体的摩擦力和弹力做功和为多少？斜面对物体的摩擦力和弹力做功和为多少？答答W斜斜WNWf0(6)各力对物体的总功为多少？各力对物体的总功为多少？

19、答答W总总WNWfWG0【答案答案】(1)C(2)D(3)A(4)00思维拓展思维拓展上上例例中中，能能否否先先求求斜斜面面对对物物体体的的弹弹力力和和摩摩擦擦力力的的合合力力，再求此合力的功？再求此合力的功？答答案案由由平平衡衡条条件件得得N与与f的的合合力力是是重重力力的的平平衡衡力力，所所以二力的合力与位移垂直，做功以二力的合力与位移垂直，做功为为零零【方法归纳方法归纳】恒力做功的计算方法：恒力做功的计算方法：(1)一一个个恒恒力力F对对物物体体做做功功WFscos有有两两种种处处理理方方法法：一一种种是是W等等于于力力F乘乘物物体体在在力力F方方向向上上的的分分位位移移scos，即即将

20、将物物体体的的位位移移分分解解为为沿沿F方方向向上上和和垂垂直直于于F方方向向上上的的两两个个分分位位移移s1和和s2，则则F做做的的功功WFs1Fscos；另另一一种种是是W等等于于力力F在在位位移移s方方向向上上的的分分力力Fcos乘乘物物体体的的位位移移s，即即将将力力F分分解解为为沿沿s方方向向上上和和垂垂直直s方方向向上上的的两两个个分分力力F1和和F2，则则F做做的的功功WF1sFcoss.(2)多个力做的总功多个力做的总功一一是是先先用用平平行行四四边边形形定定则则求求出出合合外外力力，再再根根据据WF合合scos计算功，注意计算功，注意应是合外力与位移应是合外力与位移s间的夹角

21、间的夹角二二是是先先分分别别求求各各个个外外力力的的功功：W1F1scos1，W2F2scos2再把各个外力的功代数相加再把各个外力的功代数相加【备备选选例例题题1】在在光光滑滑的的水水平平地地面面上上有有质质量量为为M的的长长平平板板A，如如右右图图所所示示，平平板板上上放放一一质质量量m的的物物体体B，A、B之之间间动动摩摩擦擦因因数数为为.今今在在物物体体B上上加加一一水水平平恒恒力力F，B和和A发发生生相相对对滑滑动动，经过时间经过时间t，B未滑离木板未滑离木板A.求：求：(1)摩擦力摩擦力对对A所做的功所做的功(2)摩擦力摩擦力对对B所做的功所做的功(3)若若长长木板木板A固定，固定

22、，B对对A的摩擦力的摩擦力对对A做的功做的功 题型题型2变力功的计算变力功的计算【例例2】用用铁铁锤锤将将一一铁铁钉钉击击入入木木块块，设设木木块块对对铁铁钉钉的的阻阻力力与与铁铁钉钉进进入入木木块块内内的的深深度度成成正正比比在在铁铁锤锤击击打打第第一一次次后后，能能把把铁铁钉钉击击入入木木块块内内1 cm.则则击击第第二二次次后后，能能击击入入多多少少深深度度？(设铁锤设铁锤每次做功相等每次做功相等)【解解析析】(1)写写出出阻阻力力与与位位移移的的数数学学表表达达式式，并并做做出出阻力阻力f与位移与位移s的关系图线的关系图线答答fks，关系图线如下图所示，关系图线如下图所示(2)图线与横

23、轴所夹面积有什么物理意义？图线与横轴所夹面积有什么物理意义？答表示变力答表示变力f的功的功(3)设设第第一一次次打打击击后后，钉钉子子进进入入深深度度s1.第第二二次次打打击击后后，钉钉子子进进入入深深度度s2，在在所所做做图图象象上上标标出出s1、s2并并说说明明哪哪块块面面积积表表示示第第一一次次打打击击时时，阻阻力力f的的功功，哪哪块块面面积积表表示示第第二二次次打打击击时时，阻力阻力f的功的功答答如右图所示如右图所示三角形三角形OAs1表示第一表示第一次打击次打击f的功梯形的功梯形ABs2s1表示第二次打击表示第二次打击f的功的功【答案答案】0.41 cm思维拓展思维拓展用平均力如何求

24、第二次打入深度？用平均力如何求第二次打入深度？【方法归纳方法归纳】变力做功的求解方法：变力做功的求解方法：(1)用动能定理或功能关系用动能定理或功能关系(功是能量转化的量度功是能量转化的量度)(2)将变力的功转化为恒力的功将变力的功转化为恒力的功当当力力的的大大小小不不变变，而而方方向向始始终终与与运运动动方方向向相相同同或或相相反反时时，这这类类力力的的功功等等于于力力和和路路程程(不不是是位位移移)的的乘乘积积，如如滑滑动动摩摩擦力、空气阻力做功等等擦力、空气阻力做功等等【备备选选例例题题2】如如右右图图所所示示，一一质质量量为为m1.0 kg的的物物体体从从半半径径R5 m的的圆圆弧弧的

25、的A端端，在在拉拉力力F作作用用下下从从静静止止沿沿圆圆弧弧运运动动到到B点点圆圆弧弧AB在在竖竖直直平平面面内内，拉拉力力F的的大大小小不不变变始始终终为为15 N，方方向向始始终终与与物物体体的的运运动动方方向向一一致致，物物体体到到达达B点点时时的的速速度度v5 m/s，圆圆弧弧所所对对应应的的圆圆心心角角为为60，BO边边为为竖竖直方向，直方向，g取取10 m/s2.在在这这一一过过程中，求程中，求(1)拉力拉力F做的功；做的功；(2)重力重力mg做的功；做的功；(3)圆圆弧面弧面对对物体的支持力物体的支持力FN做的功；做的功；(4)圆圆弧面弧面对对物体的摩擦力物体的摩擦力Ff做的功做

26、的功【解解析析】(1)将将圆圆弧弧 分分成成很很多多小小段段l1，l2，ln，拉拉力力在在每每小小段段上上做做的的功功为为W1，W2，Wn，因因拉拉力力F大大小小不不变变，方向始终与物体运动方向相同，所以方向始终与物体运动方向相同，所以W1Fl1，W2Fl2，WnFln，WFW1W2WnF(l1l2ln)78.5 J.(2)重力重力mg做的功做的功WGmgR(1cos60)25 J.(3)支持力支持力FN始终与物体的运动方向垂直，所以始终与物体的运动方向垂直，所以WFN0.【答案答案】(1)78.5 J(2)25 J(3)0(4)41 J题型题型3功率的计算功率的计算【例例3】如如右右图图所所

27、示示，重重物物的的质质量量为为1 kg，动动滑滑轮轮质质量量不不计计，竖竖直直向向上上拉拉动动细细绳绳，使使重重物物从从静静止止开开始始以以5 m/s2的的加加速速度度上上升升，则则拉拉力力F在在1 s内内对对物物体体做做的的功功为为多多大大？拉拉力力F在在1 s末的瞬末的瞬时时功率是多大？功率是多大？(g取取10 m/s2)【答案答案】37.5 J75 W思维拓展思维拓展1 s内拉力内拉力F的平均功率多大？的平均功率多大？【答案答案】37.5 W【备备选选例例题题3】(2009宁宁夏夏理理综综)质质量量为为m的的物物体体静静止止在在光光滑滑水水平平面面上上，从从t0时时刻刻开开始始受受到到水

28、水平平力力的的作作用用力力的的大小大小F与与时间时间t的关系如的关系如图图所示，力的方向保持不所示，力的方向保持不变变，则则()【答案答案】BD题型题型4构建模型解功率问题构建模型解功率问题【例例4】风风力力发发电电是是一一种种环环保保的的电电能能获获取取方方式式下下图图为为某某风风力力发发电电站站外外观观图图设设计计每每台台风风力力发发电电机机的的功功率率为为40 kW，实实验验测测得得风风的的动动能能转转化化为为电电能能的的效效率率约约为为20%，空空气气的的密密度度是是1.29 kg/m3，当当地地水水平平风风速速约约为为10 m/s，问问风风力力发发电电机的叶片机的叶片长长度度约为约为

29、多少才能多少才能满满足足设计设计要求？要求？【解析解析】(1)风力发电是将什么能转化为电能？风力发电是将什么能转化为电能？答答 空气的动能空气的动能(2)通过风力发电机叶片的空气可以设想为什么模型？通过风力发电机叶片的空气可以设想为什么模型？答答可以认为空气是圆柱体通过叶片所在处的截面可以认为空气是圆柱体通过叶片所在处的截面(3)t时间内，有多长的空气柱通过叶片？时间内，有多长的空气柱通过叶片？答答 Lvt.(4)设叶片长设叶片长R，t时间内有多少质量的空气通过叶片？时间内有多少质量的空气通过叶片？答答 mVR2vt.【答案答案】10 m思维拓展思维拓展物理中物理中还还有哪些有哪些问题问题可以

30、建立可以建立这这种模型？种模型？试举试举几例几例【答答案案】水水力力发发电电，光光照照在在一一定定面面积积上上，波波传传递递能能量量【方方法法归归纳纳】在在流流体体运运动动的的问问题题中中，研研究究对对象象往往往往不不明明确确，解解题题时时应应把把流流动动的的、不不定定形形的的风风，转转变变成成固固定定的的柱柱体体模型，是解决风、水等流体问题的重要方法模型，是解决风、水等流体问题的重要方法【备备选选例例题题4】人人的的心心脏脏每每跳跳一一次次大大约约输输送送8105m3的的血血液液，正正常常人人血血压压(可可看看作作心心脏脏压压送送血血液液的的压压强强)的的平平均均值值约约为为1.5104 Pa，心心跳跳约约每每分分钟钟70次次，据据此此估估测测心心脏脏工工作作的的平均功率平均功率为为_W.【答案答案】1.4