2022年高考物理一轮-功和功率学生版

文档来源网络整理侵权必删PAGE1机械能及其守恒定律学科素养物理观念科学思维科学探究科学态度与责任功、功率、动能和势能、机械能和功能关系科学推理：变力的求法；功能关系分析曲线运动问题；动力学方法和能量观点的综合应用模型建构：多运动模型验证机械能守恒，培养实验方案的设计能力，评估、合作交流能力注意应用能量观点分析生活中的实际问题考情分析机械能是高考重点考查内容之一，经常与曲线运动、电磁学等内容相结合进行综合考查，综合考查在物体多运动过程或多物体运动过程中运用知识的能力、建立物理模型的能力和解决实际问题的能力。常见题型有：(1)(变力)做功和机车功率问题；(2)动能定理在平抛运动和圆周运动中的应用；(3)机械能守恒定律与平抛运动、圆周运动的综合；(4)功能关系与能量守恒定律。备考指导能量观点是高中物理解决问题的三大方法之一，既在选择题中出现，也在综合性的计算题中应用，常将功、功率、动能、势能等基础知识融入其他问题中考查，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5.1功和功率必备知识清单一、功1．定义：一个物体受到力的作用，如果在上发生了一段位移，就说这个力对物体做了功．2．必要因素：力和物体在发生的位移．3．物理意义：功是能量转化的．4．计算公式(1)恒力F的方向与位移l的方向一致时：W＝(2)恒力F的方向与位移l的方向成某一夹角α时：W＝Flcosα.5．功的正负(1)当0≤α<eq\f(π,2)时，W>0，力对物体做．(2)当eq\f(π,2)<α≤π时，W<0，力对物体做，或者说物体这个力做了功．(3)当α＝eq\f(π,2)时，W＝0，力对物体二、功率1．定义：功与完成这些功所用的比值．2．物理意义：描述力对物体做功的3．公式：(1)P＝eq\f(W,t)，P描述时间t内力对物体做功的(2)P＝Fv①v为平均速度，则P为功率．②v为瞬时速度，则P为功率．③当力F和速度v不在同一直线上时，可以将力F分解或者将速度v分解．命题点精析（一）功的分析和计算1．功的正负的判断方法2．计算功的方法(1)恒力做功的计算方法(2)几种力做功的比较①重力、弹簧弹力、电场力、分子力做功与位移有关，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。③摩擦力做功有以下特点：a．单个摩擦力(包括静摩擦力和滑动摩擦力)可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。b．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擦力做功的代数和不为零，且总为负值。c．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，内能Q＝Ffx相对。(3)合力做功的计算方法方法一先求合外力F合，再用W合＝F合lcosα求功。适用于F合为恒力的过程方法二先求各个力做的功W1、W2、W3、…，再应用W合＝W1＋W2＋W3＋…求合力做的功典型例题例1一滑块在水平地面上沿直线滑行，t＝0时其速度为1m/s，从此刻开始在滑块运动方向上再施加一水平作用力F，力F、滑块的速率v随时间的变化规律分别如图甲和乙所示，设在第1s内、第2s内、第3s内力F对滑块做的功分别为W1、W2、W3，则以下关系正确的是()A．W1＝W2＝W3 B．W1<W2<W3C．W1<W3<W2 D．W1＝W2<W3练1一辆正沿平直路面行驶的车厢内，一个面向车前进方向站立的人对车厢壁施加水平推力F，在车前进s的过程中，下列说法正确的是()A．当车匀速前进时，人对车做的总功为正功B．当车加速前进时，人对车做的总功为负功C．当车减速前进时，人对车做的总功为负功D．不管车如何运动，人对车做的总功都为零练2(多选)如图所示，一个质量m＝2.0kg的物体放在倾角α＝37°的固定斜面上，现用F＝30N、平行于斜面的力拉物体使其由静止开始沿斜面向上运动。已知物体与斜面之间的动摩擦因数μ＝0.50，斜面足够长，g取10m/s2，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80。物体运动2s后，关于各力做功情况，下列说法正确的是()A．重力做功为－120JB．摩擦力做功为－80JC．拉力做功为100JD．物体所受的合力做功为100J命题点精析（二）变力做功的求解方法以例说法应用动能定理用力F把小球从A处缓慢拉到B处，F做功为WF，则有：WF－mgL(1－cosθ)＝0，得WF＝mgL(1－cosθ)微元法质量为m的木块在水平面内做圆周运动，运动一周克服摩擦力做功Wf＝Ff·Δx1＋Ff·Δx2＋Ff·Δx3＋…＝Ff(Δx1＋Δx2＋Δx3＋…)＝Ff·2πR等效转换法恒力F把物块从A拉到B，绳子对物块做功W＝F·(eq\f(h,sinα)－eq\f(h,sinβ))图象法一水平拉力拉着一物体在水平面上运动的位移为x0，图线与横轴所围面积表示拉力所做的功，W＝eq\f(F0＋F1,2)x0例2轻质弹簧右端固定在墙上，左端与一质量m＝0.5kg的物块相连，如图甲所示，弹簧处于原长状态，物块静止且与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2.以物块所在处为原点，水平向右为正方向建立x轴，现对物块施加水平向右的外力F，F随x轴坐标变化的情况如图乙所示，物块运动至x＝0.4m处时速度为零，则此时弹簧的弹性势能为(g＝10m/s2)()A．3.1JB．3.5JC．1.8JD．2.0J练3(多选)如图所示，摆球质量为m，悬线长度为L，把悬线拉到水平位置后释放。摆球从A点运动到B点的过程中空气阻力的大小F阻不变，则下列说法正确的是()A．重力做功为mgLB．悬线的拉力做功为0C．空气阻力做功为－mgLD．空气阻力做功为－eq\f(1,2)F阻πL练4如图所示，在水平面上，有一弯曲的槽道AB，槽道由半径分别为eq\f(R,2)和R的两个半圆构成。现用大小恒为F的拉力将一光滑小球从A点沿槽道拉至B点，若拉力F的方向时刻与小球运动方向一致，则此过程中拉力所做的功为()A．0 B．FRC．2πFR D．eq\f(3,2)πFR命题点精析（三）功率的理解和计算1．平均功率的计算方法(1)利用eq\o(P,\s\up6(－))＝eq\f(W,t)。(2)利用eq\o(P,\s\up6(－))＝Feq\o(v,\s\up6(－))cosα，eq\o(v,\s\up6(－))为物体运动的平均速度。2．瞬时功率的计算方法(1)用P＝Fvcosα，v为t时刻的瞬时速度。(2)用P＝FvF，vF为物体的速度v在力F方向上的分速度，v为t时刻的瞬时速度。(3)用P＝Fvv，Fv为物体受到的外力F在速度v方向上的分力，v为t时刻的瞬时速度。例3我国自主研制的绞吸挖泥船“天鲲号”达到世界先进水平．若某段工作时间内，“天鲲号”的泥泵输出功率恒为1×104kW，排泥量为1.4m3/s，排泥管的横截面积为0.7m2.则泥泵对排泥管内泥浆的推力为()A．5×106N B．2×107NC．2×109N D．5×109N练5一个高中生骑电动车以20km/h的速度匀速行驶，电动车所受的阻力是人和车总重力的eq\f(1,10).已知人和车的总质量约为80kg，重力加速度大小g取10m/s2，则此时电动车电机的输出功率约为()A．50W B．100WC．450W D．800W练6如图所示是具有登高平台的消防车，具有一定质量的伸缩臂能够在5min内使承载4人的登高平台(人连同平台的总质量为400kg)上升60m到达灭火位置．此后，在登高平台上的消防员用水炮灭火，已知水炮的出水量为3m3/min，水离开炮口时的速率为20m/s，g取10m/s2，则用于()A．水炮工作的发动机输出功率约为1×104WB．水炮工作的发动机输出功率约为4×104WC．水炮工作的发动机输出功率约为2.4×106WD．伸缩臂抬升登高平台的发动机输出功率约为800W命题点精析（三）机车启动问题1．两种启动方式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OA段过程分析v↑⇒F＝eq\f(P不变,v)↓⇒a＝eq\f(F－F阻,m)↓a＝eq\f(F－F阻,m)不变⇒F不变eq\o(\s\up7(v↑),\s\do5(⇒))P＝Fv↑直到P＝P额＝Fv1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t0＝eq\f(v1,a)AB段过程分析F＝F阻⇒a＝0⇒vm＝eq\f(P,F阻)v↑⇒F＝eq\f(P额,v)↓⇒a＝eq\f(F－F阻,m)↓运动性质以vm做匀速直线运动加速度减小的加速直线运动BC段F＝F阻⇒a＝0⇒以vm＝eq\f(P额,F阻)做匀速直线运动2.三个重要关系式(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vm＝eq\f(P,Fmin)＝eq\f(P,F阻)(式中Fmin为最小牵引力，其值等于阻力大小F阻)．(2)机车以恒定加速度启动的过程中，匀加速过程结束时，功率最大，但速度不是最大，v＝eq\f(P额,F)<vm＝eq\f(P额,F阻).(3)机车以恒定功率启动时，牵引力做的功W＝Pt.由动能定理得：Pt－F阻x＝ΔEk.此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小．例4汽车在平直公路上以速度v0匀速行驶，发动机功率为P.快进入闹区时，司机减小了油门，使汽车的功率立即减小一半并保持该功率继续行驶．下面四个图象中，哪个图象正确表示了从司机减小油门开始，汽车的速度与时间的关系()练7汽车发动机的额定功率为60kW，汽车的质量为5×103kg，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重力的0.1倍(g取10m/s2)，试求：(1)若汽车保持额定功率不变从静止启动，汽车所能达到的最大速度是多大？当汽车的加速度为2m/s2时速度是多大？(2)若汽车从静止开始，保持以0.5m/s2的加速度做匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？练8(多选)一辆质量为m、额定功率为P的汽车在水平路面上从静止开始做匀加速直线运动，经过时间t达到额定功率，此时的速度为v，汽车行驶过程中阻力保持不变。下列说法正确的是()A．汽车受到的阻力大小为eq\f(P,v)B．汽车受到的阻力大小为eq\f(P,v)－eq\f(mv,t)C．在0～eq\f(t,2)时间内汽车牵引力的平均功率为eq\f(P,4)D．在0～eq\f(t,2)时间内汽车牵引力的平均功率为eq\f(P,2)核心素养大提升由各种图像问题求解功、功率问题例5一滑块在水平地面上沿直线滑行，t＝0时速率为1m/s.从此刻开始在与速度平行的方向上对其施加一水平作用力F，力F和滑块的速度v随时间t的变化规律分别如图甲、乙所示，则(两图取同一正方向，重力加速度g＝10m/s2)()A．滑块的质量为0.5kgB．滑块与水平地面间的动摩擦因数为0.5C．第1s内摩擦力对滑块