2021高考物理一轮复习第四章机械能第1节功功率课件鲁科版

1、第四章机械能第四章机械能2018级福建省普通高中教学指导意见与级福建省普通高中教学指导意见与2021年选择考预测年选择考预测内容内容标准标准1.举例说明功是能量变化的量度举例说明功是能量变化的量度,理解功和功率理解功和功率.关心生活和生产中常见机关心生活和生产中常见机械功率的大小及其意义械功率的大小及其意义.2.通过实验通过实验,探究恒力做功与物体动能变化的关系探究恒力做功与物体动能变化的关系.理解动能和动能定理理解动能和动能定理.用用动能定理解释生活和生产中的现象动能定理解释生活和生产中的现象.3.理解重力势能理解重力势能.知道重力势能的变化与重力做功的关系知道重力势能的变化与重力做功的关系

2、.4.通过实验通过实验,验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律.理解机械能守恒定律理解机械能守恒定律.用机械能守恒定律用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题分析生活和生产中的有关问题.5.了解自然界中存在多种形式的能量了解自然界中存在多种形式的能量.知道能量守恒是最基本、最普遍的知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一自然规律之一.6.通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性,认识提高效率的重要性认识提高效率的重要性.了了解能源与人类生存和社会发展的关系解能源与人类生存和社会发展的关系,知道可持续发展的重大意义知道可持续发展的重大意义.实验实验:探究动能

3、定理探究动能定理实验实验:验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律选择选择考预考预测测本章是动力学内容的继续和深化本章是动力学内容的继续和深化,动能定理、机械能守恒定律、能量动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律比牛顿运动定律的适用范围更广泛守恒定律比牛顿运动定律的适用范围更广泛,是自然界中普遍适用的是自然界中普遍适用的基本规律基本规律,也是我们求解物理问题的重要思路和方法也是我们求解物理问题的重要思路和方法,因此它是高中因此它是高中物理的重点物理的重点,也是近几年高考考查的热点也是近几年高考考查的热点,其核心考点有功和功率、其核心考点有功和功率、动能定理、机械能守恒定律和功能关系动能定理、机械能

4、守恒定律和功能关系,命题往往与生活、生产、科命题往往与生活、生产、科技实际结合技实际结合.2021年选择性考试改为福建本省自主命题且实行单科考试后年选择性考试改为福建本省自主命题且实行单科考试后,考试时考试时长和试题题量均会相应增加长和试题题量均会相应增加,预计预计2021年的考试中年的考试中,考查基本概念考查基本概念,功功、平均功率、瞬时功率、动能、重力势能等物理量的判断和计算、平均功率、瞬时功率、动能、重力势能等物理量的判断和计算,以以选择题形式出现选择题形式出现;考查动能定理、机械能守恒定律、功能关系和能考查动能定理、机械能守恒定律、功能关系和能量转化与守恒定律的应用是考查的热点和重点量

5、转化与守恒定律的应用是考查的热点和重点,命题往往与牛顿运动命题往往与牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动、电磁感应等考点综合定律、平抛运动、圆周运动、电磁感应等考点综合,将功和能的知识将功和能的知识和方法融入其他问题考查和方法融入其他问题考查,情景设置为多过程情景设置为多过程,具有较强的综合性具有较强的综合性,以以计算题形式出现计算题形式出现.另外两个实验也是力学实验中常考的实验另外两个实验也是力学实验中常考的实验.高考导航高考导航全国卷考情分析全国卷考情分析供老师参考供老师参考考点内容考点内容要求要求高考高考(全国卷全国卷)三年命题情况对照分析三年命题情况对照分析201720182019功和功率

6、功和功率卷卷t24:机械能、机械能、功能关系功能关系卷卷t14:功功t17,t19:机械能守机械能守恒定律恒定律t24:动能定理动能定理卷卷t14:动能动能t16:功能关系功能关系卷卷t14:动动能能t18:功能关功能关系系卷卷t14:动动能定理能定理t21:功功卷卷t19:功功、功率、功率t25:动能定动能定理理卷卷t25:机械能、机械能、功能关系应用功能关系应用卷卷t18:能量的图能量的图象问题象问题t24:动能定理动能定理卷卷t17:能量的图能量的图象问题象问题t24(2):动能定理动能定理t25(3)动能定理、机动能定理、机械能守恒械能守恒动能和动能定理动能和动能定理重力做功与重力势能

7、重力做功与重力势能功能关系、机械能守恒功能关系、机械能守恒定律及其应用定律及其应用实验五实验五:探究动能定理探究动能定理实验六实验六:验证机械能守恒验证机械能守恒定律定律备考策略备考策略:1.考查方式考查方式:能量观点是高考物理中解决问题的三大方法之一能量观点是高考物理中解决问题的三大方法之一,既在选择题既在选择题中出现中出现,也在综合性的计算题中应用也在综合性的计算题中应用,考题常将功、功率、动能、势能等基考题常将功、功率、动能、势能等基础知识融入其他问题考查础知识融入其他问题考查,也常将动能定理、机械能守恒定律、功能关系也常将动能定理、机械能守恒定律、功能关系作为解题工具在综合题中应用作为

8、解题工具在综合题中应用.2.命题趋势命题趋势:动能定理、机械能守恒定律、功能关系的应用在每年的高考动能定理、机械能守恒定律、功能关系的应用在每年的高考中占有重要地位中占有重要地位,该部分内容与实际生产、生活和现代科技相结合进行命该部分内容与实际生产、生活和现代科技相结合进行命题的趋势较强题的趋势较强,在复习中应侧重对基础知识的理解和应用在复习中应侧重对基础知识的理解和应用.第第1 1节功功率节功功率知识梳理知识梳理教材梳理教材梳理自主预习自主预习一、功一、功1.定义定义:物体受到力的作用物体受到力的作用,并在并在 上移动一段距离上移动一段距离,这个力对物体这个力对物体做了功做了功.2.必要因素

9、必要因素: 和和 上发生的位移上发生的位移.3.公式公式:w= (为力与位移间的夹角为力与位移间的夹角). 4.单位单位:焦耳焦耳(j),1 j=1 nm.力的方向力的方向力力力的方向力的方向fscos 5.正、负功的意义正、负功的意义(1)功是标量功是标量,但有正负之分但有正负之分,正功表示正功表示 对物体做功对物体做功,负功表示负功表示 对对物体做功物体做功.(2)一个力对物体做负功一个力对物体做负功,往往说成是物体往往说成是物体 这个力做功这个力做功(取绝对值取绝对值).6.功的正负的确定功的正负的确定(1)若若00,力对物体做力对物体做 .(2)若若=90,则则w=0,力对物体力对物体

10、 .(3)若若90180,则则w0,力对物体做力对物体做 .7.求总功的方法求总功的方法(1)先分别求各力的功先分别求各力的功,然后求这些功的代数和然后求这些功的代数和.(2)先求所受力的合力先求所受力的合力,然后求合力的功然后求合力的功.动力动力阻力阻力克服克服正功正功不做功不做功负功负功二、功率二、功率1.定义定义:物体所做的功物体所做的功w与完成这些功所用与完成这些功所用 的比值的比值.2.物理意义物理意义:表示做功的表示做功的 ,功率大表示力对物体做功功率大表示力对物体做功 ,功率小表功率小表示力对物体做功示力对物体做功 .3.功率功率:只有只有 ,没有没有 ,是是 .4.计算式计算式

11、(1)p= ,p为时间为时间t内的内的 .(2)cos,(,)pfvvpfvvp为平均速度 则 为平均功率为 与为瞬间速度 则 为瞬时功率的夹角时间时间t快慢快慢快快慢慢大小大小方向方向标量标量平均功率平均功率5.额定功率额定功率:机械机械 正常工作时的输出功率正常工作时的输出功率.一般在机械的铭牌上标一般在机械的铭牌上标明明.6.实际功率实际功率:机械机械 工作时输出的功率工作时输出的功率,要求小于或等于额定功率要求小于或等于额定功率.长时间长时间实际实际自主探究自主探究关于汽车的行驶关于汽车的行驶,回答以下问题回答以下问题:(1)用公式用公式p=fv计算汽车的功率时计算汽车的功率时,力力f

12、是什么力是什么力?(2)汽车上坡的时候汽车上坡的时候,一般会更换低速挡一般会更换低速挡,其目的是什么其目的是什么?答案答案: (1)牵引力牵引力;(2)换低速挡减小速度换低速挡减小速度,能够得到较大的牵引力能够得到较大的牵引力. 小题检测小题检测1.思考判断思考判断(1)只要物体受力且发生位移只要物体受力且发生位移,则力对物体一定做功则力对物体一定做功.( )(2)力对物体做功的正负是由力和位移间的夹角大小决定的力对物体做功的正负是由力和位移间的夹角大小决定的.( )(3)一个力对物体做了负功一个力对物体做了负功,则说明这个力一定阻碍物体的运动则说明这个力一定阻碍物体的运动.( )(4)一个力

13、对运动物体做功的功率一定随速度的增大而增大一个力对运动物体做功的功率一定随速度的增大而增大.( )(5)发动机功率一定时发动机功率一定时,机车的牵引力与运行速度的大小成反比机车的牵引力与运行速度的大小成反比.( )2.如图所示如图所示,力力f大小相等大小相等,物体沿水平面运动的位移物体沿水平面运动的位移s也相同也相同,下列哪种情况下列哪种情况f做做功最少功最少( )解析解析:由公式由公式w=fscos 可知可知,力力f对物体所做的功决定于该力及在对物体所做的功决定于该力及在f方向上发方向上发生的位移生的位移,与所受其他力无关与所受其他力无关,且且cos 越小越小,力力f做的功越少做的功越少,故

14、故d正确正确.d3.(多选多选)如图所示如图所示,一端可绕一端可绕o点自由转动的长木板上方放一个物块点自由转动的长木板上方放一个物块,手持木板手持木板的另一端的另一端,使木板从水平位置沿顺时针方向缓慢旋转使木板从水平位置沿顺时针方向缓慢旋转,则在物块相对于木板滑则在物块相对于木板滑动前的过程中动前的过程中( )a.重力做正功重力做正功b.摩擦力做负功摩擦力做负功c.摩擦力不做功摩擦力不做功d.支持力不做功支持力不做功解析解析:重力与运动方向成锐角重力与运动方向成锐角,重力做正功重力做正功;摩擦力与运动方向垂直摩擦力与运动方向垂直,摩擦力不摩擦力不做功做功;支持力与运动方向成钝角支持力与运动方向

15、成钝角,支持力做负功支持力做负功.选项选项a,c正确正确,b,d错误错误.ac4.在光滑的水平面上在光滑的水平面上,用一水平拉力用一水平拉力f使物体从静止开始移动位移使物体从静止开始移动位移s,平均功率平均功率为为p,如果将水平拉力增加为如果将水平拉力增加为4f,使同一物体从静止开始移动位移使同一物体从静止开始移动位移s,平均功率为平均功率为( )a.2p b.4p c.6p d.8pd考点研析考点研析感悟提升感悟提升考点一功的分析与计算考点一功的分析与计算1.恒力功的计算方法恒力功的计算方法2.几种力做功比较几种力做功比较(1)重力、弹簧弹力、电场力、分子力做功与始、末位置有关重力、弹簧弹力

16、、电场力、分子力做功与始、末位置有关,与路径无关与路径无关.(2)滑动摩擦力、空气阻力、安培力做功与路径有关滑动摩擦力、空气阻力、安培力做功与路径有关.(3)摩擦力做功有以下特点摩擦力做功有以下特点:单个摩擦力单个摩擦力(包括静摩擦力和滑动摩擦力包括静摩擦力和滑动摩擦力)可以做正功可以做正功,也可以做负功也可以做负功,还可还可以不做功以不做功.相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零;相互作用的一对滑动摩相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和不为零擦力做功的代数和不为零,且总为负值且总为负值.相互作用的一对滑动摩擦力做功过程中会发生物体间机械能转移和机

17、械能相互作用的一对滑动摩擦力做功过程中会发生物体间机械能转移和机械能转化为内能转化为内能,内能内能q=fs相对相对. 例例1(多选多选)如图所示如图所示,水平路面上有一辆质量为水平路面上有一辆质量为m的汽车的汽车,车厢中有一个质量车厢中有一个质量为为m的人正用恒力的人正用恒力f向前推车厢向前推车厢,在车以加速度在车以加速度a向前加速行驶距离向前加速行驶距离s的过程中的过程中,下列说法正确的是下列说法正确的是( )a.人对车的推力人对车的推力f做的功为做的功为fsb.人对车做的功为人对车做的功为masc.车对人的作用力大小为车对人的作用力大小为mad.车对人的摩擦力做的功为车对人的摩擦力做的功为

18、(f+ma)sad 针对训练针对训练 (2019黑龙江双鸭山一中期中黑龙江双鸭山一中期中)(多选多选)如图所示如图所示,质量为质量为m的物块始的物块始终静止在倾角为终静止在倾角为的斜面上的斜面上,下列说法正确的是下列说法正确的是( )a.若斜面向右匀速移动距离若斜面向右匀速移动距离s,斜面对物块没有做功斜面对物块没有做功b.若斜面向上匀速移动距离若斜面向上匀速移动距离s,斜面对物块做功斜面对物块做功mgsc.若斜面向左以加速度若斜面向左以加速度a匀加速移动距离匀加速移动距离s,斜面对物块做功斜面对物块做功masd.若斜面向下以加速度若斜面向下以加速度a匀加速移动距离匀加速移动距离s,斜面对物块

19、做功斜面对物块做功m(g+a)sabc解析解析:斜面向右匀速运动斜面向右匀速运动,物块受力平衡物块受力平衡,斜面对物块的力与重力大小相等斜面对物块的力与重力大小相等,方向方向竖直向上竖直向上,位移始终与斜面作用力垂直位移始终与斜面作用力垂直,所以不做功所以不做功,故选项故选项a正确正确;物块和斜面物块和斜面一起竖直向上匀速运动一起竖直向上匀速运动,斜面对物块的力大小等于物块的重力斜面对物块的力大小等于物块的重力mg,方向竖直向方向竖直向上上,位移方向也向上位移方向也向上,所以所以w=mgs,故故b正确正确;物块和斜面一起向左以加速度物块和斜面一起向左以加速度a移移动距离动距离s,物块所受的合力

20、做的功等于物块所受的合力做的功等于mas,而重力做功为零而重力做功为零,所以斜面对物块做所以斜面对物块做的功等于的功等于mas,故故c正确正确;物块和斜面一起竖直向下以加速度物块和斜面一起竖直向下以加速度a移动距离移动距离s,物块物块所受的合力做的功等于所受的合力做的功等于mas,而重力做功为而重力做功为mgs,所以斜面对物块做的功等于所以斜面对物块做的功等于mas-mgs,故故d错误错误.考点二变力做功问题考点二变力做功问题变力做功的计算方法变力做功的计算方法方法方法图示图示说明说明化变化变力为力为恒力恒力求变求变力做力做的功的功对有些变力做功问题通过转对有些变力做功问题通过转换研究对象换研

21、究对象,可转化为恒力做可转化为恒力做功功,用用w=fscos 求解求解.例如通例如通过定滑轮用恒力拉轻绳时物过定滑轮用恒力拉轻绳时物体做功的问题体做功的问题f-s图象法图象法物体在随位移变化的力物体在随位移变化的力f作用下发生一段位移作用下发生一段位移,若若能求得能求得f-s图线与图线与s轴所围轴所围面积即可求得力所做的功面积即可求得力所做的功用用w=pt计算计算对于一些动力机械对于一些动力机械,当以当以恒定功率运行时恒定功率运行时,其牵引其牵引力是变力力是变力,经时间经时间t,牵引力牵引力做的功做的功w=pt 例例2 如图是上世纪人们用石磨磨面粉示意图如图是上世纪人们用石磨磨面粉示意图,人推

22、磨时人推磨时,推磨杆的力的大小推磨杆的力的大小始终为始终为f,与磨杆始终垂直与磨杆始终垂直,作用点到轴心的距离为作用点到轴心的距离为r,石磨绕轴匀速转动石磨绕轴匀速转动.则在转则在转动一周的过程中推力动一周的过程中推力f做的功为做的功为( )a.0b.2rfc.2frd.-2rfb解析解析:石磨转动一周石磨转动一周,力的作用点的位移为力的作用点的位移为0,不能直接套用不能直接套用w=fscos 求解求解,因因为在转动过程中任意时刻推力为在转动过程中任意时刻推力f与运动方向相同与运动方向相同,力力f总在做正功总在做正功,我们可以用我们可以用微元法把圆周划分成很多小段来研究微元法把圆周划分成很多小

23、段来研究,如图所示如图所示.当各小段的弧长当各小段的弧长si足够小足够小(si0)时时,f的方向与该小段的位移方向一致的方向与该小段的位移方向一致,所以有所以有wf=fs1+fs2+fs3+fsi=f2r=2rf,选项选项b正确正确.c b 3.(化变力为恒力求变力做功化变力为恒力求变力做功)如图所示如图所示,在光滑的水平面上在光滑的水平面上,物块在恒力物块在恒力f=100 n作用下从作用下从a点运动到点运动到b点点,不计滑轮的大小和绳、滑轮的质量及绳与滑轮间不计滑轮的大小和绳、滑轮的质量及绳与滑轮间的摩擦的摩擦,h=2.4 m,=37,=53.求拉力求拉力f所做的功所做的功.答案答案:100

24、 j2.瞬时功率的计算瞬时功率的计算通常情况下通常情况下,计算瞬时功率可根据计算瞬时功率可根据p=fvcos 求出求出,其中其中v是瞬时速度是瞬时速度,为为f与与v之间的夹角之间的夹角,p,f,v,为瞬时对应关系为瞬时对应关系.3.求解功率时应注意的问题求解功率时应注意的问题(1)首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率.(2)平均功率与一段时间平均功率与一段时间(或过程或过程)相对应相对应,计算时应明确是哪个力在哪段时间计算时应明确是哪个力在哪段时间(或过程或过程)内做功的平均功率内做功的平均功率.(3)瞬时功率计算时应明确是哪个力在哪个时刻瞬时功率计

25、算时应明确是哪个力在哪个时刻(或状态或状态)的功率的功率. 例例3 (2019河北衡水期中河北衡水期中)如图所示如图所示,质量为质量为m的小球的小球a沿高度为沿高度为h、倾角为、倾角为的光滑固定斜面以初速度的光滑固定斜面以初速度v0滑下滑下,另一质量与另一质量与a相同的小球相同的小球b自相同高度同时自相同高度同时由静止落下由静止落下,结果两球同时落地结果两球同时落地.下列说法正确的是下列说法正确的是( )a.重力对两球做的功不相等重力对两球做的功不相等b.落地前的瞬间落地前的瞬间a球的速度与球的速度与b球的速度大小相等球的速度大小相等c.落地前的瞬间落地前的瞬间a球重力的瞬时功率大于球重力的瞬

26、时功率大于b球重力的瞬时功率球重力的瞬时功率d.两球重力的平均功率相同两球重力的平均功率相同d 针对训练针对训练如图所示如图所示,细线的一端固定于细线的一端固定于o点点,另一端系一小球另一端系一小球.在水平拉力作在水平拉力作用下用下,小球以恒定速率在竖直平面内由小球以恒定速率在竖直平面内由a点运动到点运动到b点点.在此过程中拉力瞬时功在此过程中拉力瞬时功率的变化情况为率的变化情况为( )a.逐渐增大逐渐增大b.逐渐减小逐渐减小c.先增大先增大,后减小后减小d.先减小先减小,后增大后增大a解析解析:因小球速率不变因小球速率不变,所以小球以所以小球以o点为圆心做匀速圆周运动点为圆心做匀速圆周运动,

27、受力如图所示受力如图所示.设细设细线与竖直方向的夹角为线与竖直方向的夹角为,则在切线方向上应有则在切线方向上应有mgsin =fcos ,拉力拉力f的瞬时的瞬时功率功率p=fvcos =mgvsin .小球从小球从a运动到运动到b的过程中的过程中,拉力的瞬时功率随拉力的瞬时功率随的的增大而增大增大而增大,选项选项a正确正确.例例4 某汽车发动机的额定功率为某汽车发动机的额定功率为120 kw,汽车质量为汽车质量为2.5 t,汽车在运动中所受汽车在运动中所受阻力的大小恒为车重的阻力的大小恒为车重的0.1倍倍.(g取取10 m/s2)(1)若汽车以额定功率启动若汽车以额定功率启动,则汽车所能达到的

28、最大速度是多少则汽车所能达到的最大速度是多少?当汽车速度达当汽车速度达到到20 m/s时时,其加速度是多少其加速度是多少?(2)若汽车以恒定加速度若汽车以恒定加速度0.6 m/s2启动启动,则其匀加速过程能维持多长时间则其匀加速过程能维持多长时间?思路探究思路探究:(1)达到最大速度时达到最大速度时,汽车处于什么状态汽车处于什么状态?(2)以加速度以加速度0.5 m/s2匀加速启动时匀加速启动时,达到最大速度时功率有何特点达到最大速度时功率有何特点?答案答案:(1)汽车达到最大速度时处于平衡状态汽车达到最大速度时处于平衡状态.(2)汽车以某一加速度匀加速运动汽车以某一加速度匀加速运动,随着速度

29、的增加随着速度的增加,输出功率增大输出功率增大,当功率达到当功率达到额定功率时额定功率时,匀加速运动的速度最大匀加速运动的速度最大.答案答案:(1)48 m/s1.4 m/s2(2)50 sbd bc 真题试做真题试做模拟演练模拟演练1.(2018全国全国卷卷,19)(多选多选)地下矿井中的矿石装在矿车中地下矿井中的矿石装在矿车中,用电机通过竖井运用电机通过竖井运送到地面送到地面.某竖井中矿车提升的速度大小某竖井中矿车提升的速度大小v随时间随时间t的变化关系如图所示的变化关系如图所示,其中其中图线分别描述两次不同的提升过程图线分别描述两次不同的提升过程,它们变速阶段加速度的大小都相同它们变速阶段加速度的大小都相同;两次提升的高度相同两次提升的高度相同,提升的质量相等提升的质量相等.不考虑摩擦阻力和空气阻力不考虑摩擦阻力和空气阻力.对于第对于第次和第次提升过程次和第次提升过程( )a.矿车上升所用的时间之比为矿车上升所用的时间之比为4 5b.电机的最大牵引力之比为电机的最大牵引力之比为2 1c.电机输出的最大功率之比为电机输出的最大功率之比为2 1d.电机所做的功之比为电机所做的功之比为4 5ac2.(2018海南卷海南卷,6)某大瀑布的平均水流量为某大瀑布的平均水流量为5 900 m3/s,水的落差为水的落差为50 m.已知已知水的密度