适用于新高考新教材广西专版2025届高考物理一轮总复习第5章机械能第1节功和功率课件

第1节功和功率第五章【课程标准】

1.理解功和功率。了解生产生活中常见机械的功率大小及其意义。2.理解动能和动能定理。能用动能定理解释生产生活中的现象。3.理解重力势能,知道重力势能的变化与重力做功的关系。定性了解弹性势能。4.通过实验,验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律,体会守恒观念对认识物理规律的重要性。能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题。5.了解自然界中存在多种形式的能量。知道不同形式的能量可互相转化,在转化过程中能量总量保持不变,能量转化是有方向性的。6.知道利用能量是人类生存和社会发展的必要条件之一。7.知道合理使用能源的重要性,具有可持续发展观念,养成节能的习惯【核心素养】

【试题情境】

生活实践类机车启动、各种交通工具、各种体育比赛项目、各种生产工具、各种娱乐项目等学习探索类功的正负判断和大小计算、变力做功的计算、功率的分析与计算、动能定理的应用、机械能守恒的理解与应用、功能关系的理解与应用、能量守恒及转化问题【考向预测】

本章内容属于高考考查的热点和难点,既有选择题,又有计算题,甚至出现与电场、电磁感应综合的压轴题。考查的具体内容主要包括以下几个方面:①功和功率的计算及机车启动问题;②动能定理结合能量守恒定律处理变力及曲线运动问题;③功能关系、机械能守恒定律及其应用;④验证机械能守恒定律实验;⑤结合不同的运动形式——如平抛运动、匀变速直线运动、圆周运动等综合考查强基础增分策略一、功1.做功的两个要素(1)作用在物体上的

。

(2)物体在

上发生的位移。

2.功的物理意义功是

的量度。

力力的方向能量转化3.公式

力对物体做不做功,关键是看力的方向与位移方向之间的夹角W=

。

如图所示,物体在恒力F的作用下沿水平面向右运动了一段距离l,则恒力F做的功W=

。

(1)α是力与

之间的夹角,l为物体对地的位移。

(2)该公式只适用于

做功。

FlcosαFlcosα位移方向恒力4.功的正负的判断

作用力与反作用力做的功并不一定一正一负、大小相等,实际上二者没有必然联系

夹角功的正负0°≤α<90°W>0,力对物体做

功

90°<α≤180°W<0,力对物体做

功,也就是物体克服这个力做了功

α=90°W=0,力对物体

,也就是力对物体做功为零

正负不做功易错辨析

(1)凡是受力作用的物体,一定有力对物体做功。(

)(2)只要物体受力,又在力的方向上发生了位移,就一定有力对物体做功。(

)(3)作用力做正功时,反作用力一定做负功。(

)(4)力对物体做功的正负是由力和位移间的夹角大小决定的。(

)×√×√应用提升1.设一个恒力拉着一个物体沿斜面向上运动一段距离,拉力做的功为W1,用同样大小的力拉着物体沿斜面向下运动同样的距离,拉力做的功为W2,已知拉力与物体运动方向相同。比较W1和W2的大小(

)A.W1>W2 B.W1=W2C.W1<W2 D.以上都不正确答案

B解析

根据W=Flcos

α得W1=FlW2=Fl故W1=W2,选项B正确。2.如图所示,物块A、B在外力F的作用下一起沿水平地面做匀速直线运动,下列关于A对地面的滑动摩擦力做功和B对A的静摩擦力做功的说法正确的是(

)A.B对A的静摩擦力做正功,A对地面的滑动摩擦力做负功B.B对A的静摩擦力不做功,A对地面的滑动摩擦力做负功C.B对A的静摩擦力做正功,A对地面的滑动摩擦力不做功D.B对A的静摩擦力做负功,A对地面的滑动摩擦力做正功答案

C解析

A对地面虽然有摩擦力,但在力的作用下地面没有发生位移,所以A对地面的滑动摩擦力不做功,B对A的静摩擦力的方向向右,A的位移也向右,所以B对A的静摩擦力做正功,故C正确。二、功率1.物理意义:描述力对物体

。

2.公式(1),P为时间t内的

;

机车启动类问题中F指牵引力(2)P=Fv,若v为平均速度,则P为

;若v为瞬时速度,则P为

。

3.额定功率:机械

时的最大输出功率。

4.实际功率:机械

时的输出功率,要求不大于

。

做功的快慢平均功率平均功率瞬时功率正常工作实际工作额定功率易错辨析

(5)由P=Fv知,当汽车发动机功率一定时,牵引力与速度成反比。(

)(6)物体做功越多,其功率越大。(

)(7)在越野比赛中,汽车爬坡时,常常换用低速挡。(

)√×√应用提升3.(多选)关于功率公式

和P=Fv的说法正确的是(

)A.由

知,只要知道W和t就可求出任意时刻的功率B.由P=Fv既能求某一时刻的瞬时功率,也可以求平均功率C.由P=Fv知,随着汽车速度增大,它的功率也可以无限制增大D.由P=Fv知,当汽车发动机功率一定时,牵引力与速度成反比答案

BD解析

只适用于求平均功率,P=Fv虽是由前者推导得出,但可以用于求平均功率和瞬时功率,故A错误,B正确。汽车运行时不能长时间超过额定功率,故随着汽车速度增大,它的功率并不能无限制增大,故C错误。当汽车发动机功率一定时,速度越大,牵引力越小,故牵引力与速度成反比,故D正确。4.如图甲所示,滑轮质量、摩擦均不计,质量为2kg的物体在拉力F的作用下由静止向上做匀加速运动,物体速度随时间的变化关系如图乙所示,由此可知(

)A.物体加速度大小为2m/s2B.F的大小为21NC.4s末F的功率为42WD.0~4s内F的平均功率为42WC解析

v-t图像的斜率表示物体加速度,由题图乙可知,a=0.5

m/s2,由2F-mg=ma可得F=10.5

N,选项A、B均错误;4

s末F的作用点的速度大小为vF=2v物=4

m/s,故4

s末F的功率为P=FvF=42

W,选项C正确;增素能精准突破考点一功的正负判断和大小计算[自主探究]1.功的正负判断方法(1)恒力功的判断:依据力与位移方向的夹角来判断。(2)曲线运动中功的判断(3)依据能量变化来判断:若有能量转化,则必有力对物体做功。此法常用于两个相联系的物体之间的相互作用力做功的判断。2.恒力功的计算方法3.总功的计算方法方法一:先求合力F合,再用W总=F合lcosα求功,此法要求F合为恒力。方法二:先求各个力做的功W1、W2、W3、…,再应用W总=W1+W2+W3+…求总功,注意代入“+”“-”再求和。【对点演练】1.光滑的水平面上放着一辆小车,站在小车上的人拉系在墙壁上的水平绳子,使小车和人一起向右加速移动。则下列说法正确的是(

)A.绳子的拉力对人做负功B.绳子的拉力对小车做正功C.小车对人的摩擦力对人做正功D.人对小车的摩擦力对小车做正功答案

D解析

人受到绳子的拉力与人的位移方向相同,所以绳子的拉力对人做正功,由于绳子的拉力未作用在小车上,所以绳子的拉力对小车不做功,故A、B错误;小车对人的摩擦力方向向左,则小车对人的摩擦力对人做负功,故C错误;人对小车的静摩擦力方向向右,则人对小车的静摩擦力对小车做正功,故D正确。2.(2022广东梅州期末)某厢式货车在装车时,用木板做成斜面,将货物沿斜面拉到车上,拉力方向始终平行于接触面。第一次装卸工人用长木板搭成与地面夹角较小的斜面,将货物从所在位置直接沿斜面拉到车上;第二次装卸工人用较短木板搭成与地面夹角较大的斜面,先沿水平地面拉动货物,再通过短木板搭成的斜面将货物拉到货车上。两次拉动过程中,货物与货车的水平距离保持不变,货物与地面及两斜面动摩擦因数均相同,则两次拉动过程中,关于摩擦力对货物所做的功,下列说法正确的是(

)A.第一次拉动货物过程中,货物克服摩擦力做功较多B.第二次拉动货物过程中,货物克服摩擦力做功较多C.两次拉动货物过程中,货物克服摩擦力做功相同D.两次拉动货物过程中,货物克服摩擦力做功多少无法比较答案

C

解析

第一次拉动货物过程中,货物克服摩擦力做功Wf1=μmgcos

θ·l1,第二次拉动货物过程中,货物克服摩擦力做功Wf2=μmgcos

α·l2+μmgx,由题意可知l1cos

θ=l2cos

α+x,则Wf1=Wf2,故选C。3.(2023重庆巴蜀中学高三月考)如图所示,水平路面上有一辆汽车以加速度a向前加速行驶,车厢中有一个质量为m的人正用恒力F向前推车厢,人始终相对于车静止,在车行驶距离l的过程中,下列说法正确的是(

)A.人对车做的功为FlB.人对车做的功为malC.人对车做的功为-malD.人对车做的功为(F+ma)lC解析

车对人的合力大小为ma,方向水平向左,则人对车的合力大小也为ma,方向水平向右,人对车做负功,则有W=-mal,选项C正确。考点二变力做功的计算方法[师生共研]【典例突破】如图所示,在一半径为R=6m的圆弧形桥面的底端A,某人用大小始终为F=75N的拉力把一质量为m=8kg的物块(可看成质点),从底端沿桥面缓慢拉到顶端B(圆弧

在一竖直平面内),拉力的方向始终与物块的运动方向成37°角,整个圆弧桥面所对的圆心角为120°,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,π取3.14。求这一过程中:(1)拉力F做的功;(2)桥面对物块的摩擦力做的功。思维点拨

拉力是变力,但大小不变,将运动过程分成无数小段,每一小段看作直线,这样就将变力做功问题转化成了恒力做功问题。答案

(1)376.8J

(2)-136.8J(2)重力G做的功WG=-mgR(1-cos

60°)=-240

J,因物块在拉力F作用下缓慢移动,动能不变,由动能定理知WF+WG+Wf=0,所以Wf=-WF-WG=-376.8

J+240

J=-136.8

J。【对点演练】4.(多选)(2023山东潍坊模拟)水平地面上质量为m=7kg的物体,在水平拉力F的作用下开始做直线运动,力F随位移x的变化关系如图所示,当x=10m时拉力为零,物体恰好停下,重力加速度g取10m/s2,下列说法正确的是(

)A.物体与地面间的动摩擦因数为0.2B.加速阶段克服摩擦力做的功为81.2JC.加速阶段拉力做的功为80JD.全过程摩擦力做的功为-140J答案

ABD解析

设恒力作用下物体运动位移为x1,变力作用下运动位移为x2,动摩擦因数为μ,全过程由动能定理得Fx1+x2-μmg

(x1+x2)=0,解得μ=0.2,故A正确;当F=Ff=14

N时,速度最大,此后物体将做减速运动,由图像结合几何关系可得此时x=5.8

m,故加速阶段克服摩擦力做的功为Wf=μmg

x=81.2

J,故B正确;匀加速阶段F做的功为W=Fx1=80

J,故加速阶段F做的功大于80

J,故C错误;全过程摩擦力做的功Wf'=-μmg

(x1+x2)=-140

J,故D正确。5.(2023河南洛阳第一中学高三检测)质量为2kg的物体静止在光滑的水平面上,从某时刻起,对物体施加一方向不变的水平拉力F,该拉力F与物体的位移x的关系图像如图所示,则物体在x=7m处时的速度大小为(

)A6.(2023安徽滁州定远县联考)如图所示,在水平桌面上,长R=5m的轻绳一端固定于O点(俯视图),另一端系一质量为m=2.0kg的小球,现对小球施加一个大小不变的力F=10N,方向始终与小球在该点的切线成37°角,F拉着物体从M点运动到N点,已知小球与桌面间的动摩擦因数μ=0.2,不计空气阻力,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,则拉力F做的功与克服摩擦力做的功之比为(

)B解析

将圆弧分成很多小段l1、l2、…、ln,拉力F在每小段上做的功为W1、W2、…、Wn,因拉力F大小不变,方向始终与小球在该点的切线成37°角,所以W1=Fl1cos

37°,W2=Fl2cos

37°,…,Wn=Flncos

37°,考点三功率的分析与计算[自主探究]1.平均功率的计算方法(1)利用

。(2)利用P=Fvcosα,其中v为物体运动的平均速度,α为F与v的夹角。2.瞬时功率的计算方法(1)利用公式P=Fvcosα,其中v为t时刻的瞬时速度,α为F与v的夹角。(2)利用公式P=FvF,其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度。(3)利用公式P=Fvv,其中Fv为物体受到的外力F在速度v方向上的分力。【对点演练】7.(2023湖南株洲期末)某中学户外研学活动中,同学们开展助农春耕,深度体验农耕文化及劳动人民的艰辛。如图所示,学生相互合作用一根绳子拉犁,绳子斜向上与水平方向成37°,拉力大小为200N,犁位移10m,经历时间10s。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,则下列关于该过程拉力做功及功率的说法正确的是(

)A.拉力做功为1800JB.拉力做功为1200JC.拉力做功的平均功率为160WD.拉力做功的平均功率为120WC解析

该过程拉力做功为W=Flcos

37°=200×10×0.8

J=1

600

J,选项A、B错误;拉力做功的平均功率P==160

W,选项C正确,D错误。8.(2021浙江卷)中国制造的某一型号泵车如图所示,表中列出了其部分技术参数。已知混凝土密度为2.4×103kg/m3,假设泵车的泵送系统以150m3/h的输送量给30m高处输送混凝土,则每小时泵送系统对混凝土做的功至少为(

)发动机最大输出功率/kW332最大输送高度/m63整车满载质量/kg5.4×104最大输送量/(m3·h-1)180A.1.08×107J B.5.04×107

JC.1.08×108J D.2.72×108

J答案

C解析

每小时内克服混凝土重力做功W=mgh=ρVgh=2.4×103×150×10×30

J=1.08×108

J,每小时泵送系统对混凝土做的最小的功与克服混凝土重力做功相等,即W'=W=1.08×108

J,故选C。9.(2023广东高安期末)如图为汤池镇金汤湖五一假期期间水幕电影的场景。主喷泉竖直喷出的最高水柱约45m,喷管的横截面积约为6.0×10-3m2,已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度g取10m/s2。据此估计主喷管喷水时的输出功率约为(

)A.2.7×103W B.8.1×104WC.2.7×105

W D.8.1×105WB考点四机车启动问题[名师破题]1.机车的两种启动方式

2.三个重要关系式(3)机车以恒定功率运行时,牵引力做的功W=P额t,由动能定理得P额t-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、速度或时间。【典例突破】典例2.(2023陕西安康高三月考)某汽车质量为m=2000kg,发动机的额定功率为P,汽车在路面上行驶时受到的阻力为车对路面压力的

。若汽车从静止开始以a=1m/s2的加速度在水平路面上匀加速启动,t1=20s时,达到额定功率。此后汽车以额定功率运动,t2=100s时速度达到最大