2011年高考物理一轮复习极品课件5-专题1功和功率.ppt

第五章 机械能,高考考纲展示,专题一 功和功率,知识自主梳理,一、功 1做功的两个因素： 和物体在 上发生的位移 2公式： . 3矢标性：功是 ，但有正、负之分 4功的正负判断 主要根据力的方向和位移的方向间的夹角判断：,力,力的方向,WFscos,标量,正功,不做功,负功,重点辨析 (1)功的正负只表示动力对物体做功，还是阻力对物体做功 (2)重力势能、电势能、温度的正负表示相对零点的大小 (3)力、速度、加速度等矢量的正负表示方向，其绝对值表示大小,二、功率 1定义：功跟完成这些功 的比值 2物理意义：描述力 3公式 (1)PW/t，P为时间t内的平均功率 (2)PFvcosa 若v为平均速度，则P为 若v为瞬时速度，则P为 ,所用时间,做功的快慢,平均功率,瞬时功率,4额定功率：机械 时的 5实际功率：机械 时输出的功率，要求小于等于 ,正常工作,最大功率,实际工作,额定功率,方法规律归纳,一、功的物理含义 关于功我们不仅要从定义式WFscos上进行理解和计算，还应该理解它的物理含义功是能量转化的量度，即：做功的过程是能量的一个转化过程，这个过程做了多少功，就有多少能量发生了转化对物体做正功，物体的能量增加，做了多少正功，物体的能量就增加了多少；对物体做负功，也称物体克服阻力做功，物体的能量减少，做了多少负功，物体的能量就减少多少因此功的正、负表示能的转化情况，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 1一对作用力和反作用力在同一段时间内，可以都做正功，或者都做负功，或者一个做正功、一个做负功，或者都不做功 2一对作用力和反作用力在同一段时间内做的总功可能为正、可能为负、也可能为零 3一对互为作用力与反作用力的摩擦力做的总功可能为零(静摩擦力)、可能为负(滑动摩擦力)，但不可能为正,二、常见的功的计算方法 1恒力做功 在恒力作用下物体的运动，力对物体做的功用WFscos求解该公式可写成WF(scos)(Fcos)s.即功等于力与力方向上位移的乘积或功等于位移与位移方向上力的乘积,2变力做功 (1)用动能定理WEk或功能关系WE，即用能量的增量等效代换变力所做的功(也可计算恒力做功) (2)当变力的功率P一定时，可用WPt求功，如机车以恒功率启动 (3)将变力做功转化为恒力做功 当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程(不是位移)的乘积如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等,3总功的求法 (1)总功等于合外力做的功 先求出物体所受各力的合力F合，再根据W总F合scos计算总功，但应注意是合力与位移s的夹角 (2)总功等于各力做功的代数和 分别求出每一个力做的功：W1F1s1cos1，W2F2s2cos2，W3F3s3cos3，再把各个外力做的功求代数和即：W总W1W2W3,特别提醒 在求解总功时，第(1)种情况一般用于各力都是恒力且作用时间相同 第(2)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 对机动车等交通工具，在启动的时候，通常有两种启动方式，即以恒定功率启动和以恒定加速度启动现比较如下：,特别提醒 不管对哪种启动方式，机动车的功率均是指牵引力的功率，对启动过程的分析也都是用分段分析法，并且将牛顿第二定律和运动学公式相结合进行综合分析有时也应用动能定理求解.,请在掌握的“规律方法”后打“” 1判断功的正负可根据力和位移的夹角，也可根据力和速度的夹角，还可根据能量转化与守恒 ( ) 2总功的计算 (1)先确定合力F合，再利用WF合lcos计算总功 (2)先计算出每个力做的功，则W总W1W2Wn (3)根据动能定理求总功W总Ek ( ),请在走过的“思维误区”后打“！” 1易把作用力和反作用力做的功错误地认为大小相等，一正一负，也常认为摩擦力一定做负功(阻力) ( ) 2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 ( ) 4分不清PFv中“谁”变，“谁”不变，不能结合动力学规律分析机车运动情况及特点 ( ),真题典例探究,题型1 恒力功的计算 【例1】 如图所示，质量为m的物体静止在倾角为的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为，现使斜面水平向左匀速移动距离l.,(1)摩擦力对物体做的功为(物体与斜面相对静止) ( ) A0 Bmglcos Cmglcossin Dmglsincos (2)斜面对物体的弹力做的功为 ( ) A0 Bmglsincos2 Cmglcos2 Dmglsincos (3)重力对物体做的功 ( ) A0 Bmgl Cmgltan Dmglcos (4)斜面对物体做的总功是多少？各力对物体所做的总功是多少？,【解析】 (1)斜面对物体的摩擦力和弹力与物体位移的夹角分别为多大？ 答 摩擦力沿斜面向上，弹力垂直斜面向上，位移水平向左，所以摩擦力与位移夹角为，弹力与位移夹角为.,(2)斜面对物体的弹力N和摩擦力f多大？ 答 Nmgcosfmgsin (3)求出N与f的功 答 WNmglsincos Wfmglsincos (4)重力与位移的夹角是什么关系？重力做功为多少？ 答重力垂直于位移，WG0,(5)斜面对物体的摩擦力和弹力做功和为多少？ 答 W斜WNWf0 (6)各力对物体的总功为多少？ 答 W总WNWfWG0 【答案】 (1)C(2)D(3)A(4)00,思维拓展 上例中，能否先求斜面对物体的弹力和摩擦力的合力，再求此合力的功？ 答案 由平衡条件得N与f的合力是重力的平衡力，所以二力的合力与位移垂直，做功为零,【方法归纳】 恒力做功的计算方法： (1)一个恒力F对物体做功WFscos有两种处理方法：一种是W等于力F乘物体在力F方向上的分位移scos，即将物体的位移分解为沿F方向上和垂直于F方向上的两个分位移s1和s2，则F做的功WFs1Fscos；另一种是W等于力F在位移s方向上的分力Fcos乘物体的位移s，即将力F分解为沿s方向上和垂直s方向上的两个分力F1和F2，则F做的功WF1sFcoss.,(2)多个力做的总功 一是先用平行四边形定则求出合外力，再根据WF合scos计算功，注意应是合外力与位移s间的夹角 二是先分别求各个外力的功：W1F1scos1，W2F2scos2再把各个外力的功代数相加,【备选例题1】 在光滑的水平地面上有质量为M的长平板A，如右图所示，平板上放一质量m的物体B，A、B之间动摩擦因数为.今在物体B上加一水平恒力F，B和A发生相对滑动，经过时间t，B未滑离木板A.求：,(1)摩擦力对A所做的功 (2)摩擦力对B所做的功 (3)若长木板A固定，B对A的摩擦力对A做的功,题型2 变力功的计算 【例2】 用铁锤将一铁钉击入木块，设木块对铁钉的阻力与铁钉进入木块内的深度成正比在铁锤击打第一次后，能把铁钉击入木块内1 cm.则击第二次后，能击入多少深度？(设铁锤每次做功相等),【解析】 (1)写出阻力与位移的数学表达式，并做出阻力f与位移s的关系图线 答 fks，关系图线如下图所示,(2)图线与横轴所夹面积有什么物理意义？ 答 表示变力f的功 (3)设第一次打击后，钉子进入深度s1.第二次打击后，钉子进入深度s2，在所做图象上标出s1、s2并说明哪块面积表示第一次打击时，阻力f的功，哪块面积表示第二次打击时，阻力f的功 答如右图所示 三角形OAs1表示第一 次打击f的功梯形ABs2s1 表示第二次打击f的功,【答案】 0.41 cm,思维拓展 用平均力如何求第二次打入深度？,【方法归纳】 变力做功的求解方法： (1)用动能定理或功能关系(功是能量转化的量度) (2)将变力的功转化为恒力的功 当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程(不是位移)的乘积，如滑动摩擦力、空气阻力做功等等,【备选例题2】 如右图所示，一质量为m1.0 kg的物体从半径R5 m的圆弧的A端，在拉力F作用下从静止沿圆弧运动到B点圆弧AB在竖直平面内，拉力F的大小不变始终为15 N，方向始终与物体的运动方向一致，物体到达B点时的速度v5 m/s，圆弧所对应的圆心角为60，BO边为竖直方向，g取10 m/s2.在这一过程中，求,(1)拉力F做的功； (2)重力mg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,【解析】 (1)将圆弧 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大小不变，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mg做的功WGmgR(1cos60)25 J. (3)支持力FN始终与物体的运动方向垂直，所以WFN0.,【答案】 (1)78.5 J (2)25 J (3)0 (4)41 J,题型3 功率的计算 【例3】 如右图所示，重物的质量为1 kg，动滑轮质量不计，竖直向上拉动细绳，使重物从静止开始以5 m/s2的加速度上升，则拉力F在1 s内对物体做的功为多大？拉力F在1 s末的瞬时功率是多大？(g取10 m/s2),【答案】 37.5 J 75 W,思维拓展 1 s内拉力F的平均功率多大？ 【答案】 37.5 W,【备选例题3】 (2009宁夏理综)质量为m的物体静止在光滑水平面上，从t0时刻开始受到水平力的作用力的大小F与时间t的关系如图所示，力的方向保持不变，则 ( ),【答案】 BD,题型4 构建模型解功率问题 【例4】 风力发电是一种环保的电能获取方式下图为某风力发电站外观图设计每台风力发电机的功率为40 kW，实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29 kg/m3，当地水平风速约为10 m/s，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？,【解析】 (1)风力发电是将什么能转化为电能？ 答 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？ 答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？ 答 Lvt. (4)设叶片长R，t时间内有多少质量的空气通过叶片？ 答 mVR2vt.,【答案】 10 m,思