南方新高考高考物理大一轮复习 专题五 机械能 第1讲 功和功率课件

1、专题五 机械能1考点内容要求热点1.功和功率1.关于功和功率的考查，多以选择题形式出现.2.功能关系、机械能守恒、能量的转化和守恒是解决物理问题的重要途径.从近几年高考来看，经常以多过程、多状态形式出题，常与平抛运动、圆周运动、电场、磁场和电磁感应等知识结合考查，综合性强，能力要求较高.3.近几年高考试题与生产、生活实际相结合是一种命题趋势.本专题知识与实际生产、生活联系紧密，所以高考题往往将本专题知识放在一些与实际问题相结合的情景中考查，要求考生从实际情景中找出物理过程和状态，并正确运用物理原理来解题.2.动能和动能定理3.重力做功与重力势能4.功能关系、机械能守恒定律及其应用实验五：探究动

2、能定理实验六：验证机械能守恒定律2第1讲 功和功率3一、功1.做功的必要条件位移Fscos 力和物体在力的方向上发生_.2.公式：W_.适用于恒力做功.其中为 F、s方向间的夹角，s 为物体对地的位移.大小方向阻力3.功的正负：功是标量，只有_，没有_，但有正负.正功表示力对物体做动力功，负功表示力对物体做_功(往往说成是物体克服这个力做功).4二、功率1.概念：功跟完成这些功所用时间的比值.2.功率的物理意义：描述物体_.3.公式(1)P_，P 为时间 t 内的平均功率.(2)P_，为 F 与 v 的夹角.若 v 为平均速度，则 P 为_.若 v 为瞬时速度，则 P 为_.瞬时功率做功的快慢

3、WtFvcos 平均功率54.额定功率与实际功率(1)额定功率：长时间正常工作而不损坏机械的最大输出功率.(2)实际功率：机械实际工作时的输出功率，实际功率应该小于或等于额定功率.6【基础检测】(2016 年安徽涡阳检测)如图 5-1-1 所示，质量相同的两物体从同一高度同时由静止开始运动，A 沿着固定在地面上的光滑斜面下滑，B 做自由落体运动.两物体分别到达地面时，下列说法正确的是()A.重力的功 WAWBB.重力的平均功率 PAPBC.重力的瞬时功率 PA4WF1，Wf22Wf1 B.WF24WF1，Wf22Wf1C.WF24WF1，Wf22Wf1 D.WF24WF1，Wf22Wf113考

4、点 2 几种求功的方法 重点归纳1.动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动，既适用于求恒力做功也适用于求变力做功.因使用动能定理可由动能的变化来求功，所以动能定理是求变力做功的首选.2.当变力的功率 P 一定时，可用 WPt 求功，如机车恒功率启动时.143.将变力做功转化为恒力做功.(1)当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，力所做的功等于力和路程(不是位移)的乘积.如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等.(2)当力的方向不变，大小随位移做线性变化时，可先求出力对位移的平均值 F ，再由 WFlcos 计算力所做的2功.如弹簧弹力做功.(3)通过转换研究的对象，有时可化为恒力做功，

5、用 WFlcos 求解.此法常常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中.F1F2154.作出变力 F 随位移 l 变化的图象，图象与位移轴所围的“面积”即为变力做的功.如图 5-1-3 所示甲图表示恒力 F 做的功 W，乙图表示变力 F 做的功 W，丙图中横轴上方的面积表示正功，横轴下方的面积表示负功，其总功等于正、负功的代数和.图 5-1-3165.利用微元法求变力做功，将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.17 典例剖析例

6、 2：如图 5-1-4 所示，一质量为 m2.0 kg 的物体从半径为 R5.0 m 的圆弧轨道的 A 端，在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到 B 端(圆弧 AB 在竖直平面内).拉力 F 大小始终为 15 N，方向始终与物体在该点的切线方向成 37角.圆弧所对应的圆心角为45，BO 边在竖直方向.求在这一过程中(取 g10 m/s2)：(1)拉力 F 做的功.(2)重力 G 做的功.(3)圆弧面对物体的支持力 FN 做的功.(4)圆弧面对物体的摩擦力 Ff 做的功.图 5-1-418解：(1)将圆弧 AB 分成很多小段 l1、l2、ln，拉力在每小段上做的功为 W1、W2、Wn，因拉力 F 大小不

7、变，方向始终与物体在该点的切线成 37角，所以W1Fl1cos 37、W2Fl2cos 37、WnFlncos 37所以 WFW1W2WnF(l1l2ln)cos 37(2)重力G 做的功 WGmgR(1cos 45)29.3 J.19(3)物体所受的支持力FN 始终与物体的运动方向垂直，所以 0.(4)因物体在拉力 F 作用下缓慢移动，动能不变，由动能定理知 WFWGWf0所以 WfWFWG47.1 J29.3 J17.8 J.备考策略：在求解力做功的问题时，一定要注意分析是求恒力做的功还是变力做的功，如果是求变力做的功，看能否转化为求恒力做功的问题，不能转化的变力做功问题借助动能定理和能量

8、守恒定律来求解.NFW20【考点练透】2.如图 5-1-5 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.W1W2B.W1W2C.W1W2D.无法确定 W1 和 W2 的大小关系图 5-1-521解析：绳子对滑块做的功为变力做功，可以通过转换研究对象，将变力的功转化为恒力的功；因绳子对滑块做的功等于拉力 F 对绳子做的功，而拉力 F 为

9、恒力，WFl，l 为绳拉滑块过程中力 F 的作用点移动的位移，大小等于滑轮左侧绳长的缩短量，由图可知，lABlBC，故 W1W2，A 正确.答案：A22考点 3 功率的理解及计算 重点归纳1.平均功率的计算方法2.瞬时功率的计算方法(1)利用公式 PFvcos ，其中 v 为 t 时刻的瞬时速度.(2)PFvF，其中 vF 为物体的速度 v 在力 F 方向上的分速度.(3)PFvv，其中 Fv 为物体受到的外力 F 在速度 v 方向上的分力.23 典例剖析例 3：(2016 年云南昆明模拟)将一个小球斜向上抛出，小球在空中依次飞过三个完全相同的窗户 1、2、3.如图 5-1-6 所示曲线为小球

10、在空中运动的轨迹.若不计空气阻力的影响，以下说法正确的是()A.小球通过第 1 个窗户所用的时间最长B.小球通过第 1 个窗户重力做的功最大C.小球通过第 3 个窗户重力的平均功率最小D.小球通过第 3 个窗户的平均速度最大图 5-1-624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，通过窗户 3 的水平位移最大，所以时间最长，故 A 错误.通过3 个窗户时在竖直方向上的位移相等，所以重力做功相等，故B 错误.根据 PGWGt，重力做功相等，通过第 3 个窗户的时间最长，所以平均功率最小，故 C 正确.在运动的过程中速度越来越小，通过窗户 3 的平均速度最小，故 D错

11、误.答案：C25两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动P-t 图和v-t 图模型 机车启动模型 重点归纳1.两种启动方式的比较26两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动OA段过程分析运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动，维持时间 t0AB段过程分析FF 阻a0 vm运动性质以 vm 匀速直线运动加速度减小的加速运动(续表)27两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动BC 段无FF 阻a0以 vm 匀速运动(续表)28大，速度不是最大，即 v vm2.三个重要关系式(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 vmPF阻.(2)机车以恒定加速度启动时，匀加速过程结束

12、后功率最PFPF阻.(3)机车以恒定功率运行时，牵引力做的功 WPt，由动能定理得 PtF阻 xEk，此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移或速度.29 典例剖析例 4：动车组是城际间实现小编组、大密度的高效运输工具，以其编组灵活、方便、快捷、安全、可靠、舒适等特点而备受世界各国铁路运输和城市轨道交通运输的青睐.动车组就是几节自带动力的车厢加几节不带动力的车厢编成一组，就是动车组.假设有一动车组由 8 节车厢连接而成，每节车厢的总质量均为 7.5104 kg.其中第一节和第二节带动力，他们的额定功率分别为 3.6107 W和 2.4107 W，车在行驶过程中阻力恒为重力的 0.1 倍.(

13、g 取 10 m/s2)30(1)求该动车组只开动第一节的动力的情况下能达到的最大速度.(2)若列车从A 地沿直线开往B 地，先以恒定的功率6107 W(同时开动第一、第二节的动力)从静止开始启动，达到最大速度后匀速行驶，最后除去动力，列车在阻力作用下匀减速至 B地恰好速度为 0.已知 AB 间距为 5.0104 m，求列车从 A 地到 B地的总时间.31，代入数据解得 vm100 m/s解：(1)只开动第一节动力的前提下，当第一节以额定功率运行且列车的牵引力等于阻力时达到最大速度，有 P1mFfvm(2)列车以恒定的功率 6107 W(同时开动第一、第二节的动力)从静止开始启动，当牵引力等于

14、阻力时达到最大速度 vmP1mP2mFf设列车从 C 点开始做匀减速运动，令 A 到 C 的时间为 t1，32AC 间距为 x1；C 到 B 的时间为 t2，CB 间距为 x2，在 CB 间匀减速运动的加速度大小为 a ，列车的总重量 M 8m 6.0105 kg，运动示意图如图 5-1-7 所示图 5-1-7从 C 到 B 由牛顿第二定律和运动学公式得：FfMa3334备考策略：(1)机车启动的方式不同，运动的规律就不同，即其功率、速度、加速度、牵引力等物理量的变化规律不相同，分析图象时应注意坐标轴的意义及图象变化所描述的规律.(2)在机车功率 PFv 中，F 是机车的牵引力而不是机车所受合

15、力，正是基于此，P Ffvm时，即牵引力与阻力平衡时达到最大运行速度.(3)恒定功率下的启动过程一定不是匀加速，匀变速直线运动的公式不适用了，这种加速过程发动机做的功可用 WPt 计算，不能用 WFl 计算(因为 F 为变力).(4)以恒定牵引力加速时的功率一定不恒定，这种加速过程发动机做的功常用 WFl 计算，不能用 WPt 计算(因为功率P 是变化的).35易错点 对力做功的理解1.滑轮两侧细绳平行(1)不计摩擦和滑轮质量时，滑轮两侧细绳拉力大小相等.(2)通过定滑轮连接的两物体，位移大小相等.(3)通过动滑轮拉动物体时，注意物体与力的作用点的位移、速度和作用力间的大小关系.362.滑轮两

16、侧细绳不平行对于通过动滑轮拉物体的情况，当拉力 F 的方向与物体的位移方向不同时，拉力 F 做的功的大小可用如下两种思路求解：(1)用 WFxcos 求，其中 x 为力 F 作用点的位移大小，为力 F 与力 F 作用点位移 x 之间的夹角.(2)用两段细绳拉力分别所做功的代数和求解.37例 5：如图 5-1-8 所示，质量为 M、长度为 L 的木板放在光滑的水平地面上，在木板的右端放置质量为 m 的小木块，用一根不可伸长的轻绳通过光滑的定滑轮分别与木块、木板连接，木块与木板间的动摩擦因数为，开始时木块和木板静止，现用水平向右的拉力 F 作用在木板上，将木块拉向木板左端的过程中，拉力至少做功为()图 5-1-8A.2mgL1B. mgL2C.(Mm)gLD.mgL38木板右端拉向左端的过程中，木板向右移动的位移 l ，故拉解析：对木块 m 受力分析，由平衡条件可得 FTmg.对木板 M 受力分析，由平衡条件可得：FFTmg，又因当木块从L2力 F 所做的功 WFlmgL，D 正确.答案：D39【触类旁通】(2015 年福建南安高三检测)如图 5-1-9 甲所示，滑轮质量、摩擦均不计，质量为 2 kg 的物体在 F 作用下由静止开始向上做匀加速运动，其速度随时间的变化关系如图乙所示，由此可知()甲乙图 5-1-940内拉力 F 做功的平均功率P 2