2014广东高考物理复习第五章第一节

第五章机械能2014高考导航考纲展示热点视角1.功和功率Ⅱ2.动能和动能定理Ⅱ3.重力做功与重力势能Ⅱ4.功能关系、机械能守恒定律及其应用Ⅱ实验五:探究动能定理实验六:验证机械能守恒定律1.对基本概念的考查往往涉及对概念的理解,一般以选择题的形式出现．2.动能定理是高考考查的重点，考查形式有选择题,也有计算题.计算题中单纯考查动能定理的题目较少,往往与其他知识综合在一起考查．3.机械能守恒定律的考查往往出现在综合题中,主要考查其在生产、生活和科技中的应用,题目中经常会涉及牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动等知识.第一节功和功率目录基础再现对点自测知识清单一、功1．做功的两个必要条件____和物体在力的方向上发生的________.2．公式W＝_________.适用于______做功．其中α为F、l方向间夹角，l为物体对地的位移．力位移Flcosα恒力目录3．功的正负判断特别提示：功是标量，比较做功多少看功的绝对值．正负只是表示是动力做功还是阻力做功。夹角功的正负0°≤α90°力对物体做正功动力90°α≤180°力对物体做负功，或者说物体克服这个力做了功阻力α＝90°力对物体不做功目录典例剖析例1如图2所示，质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，现使斜面水平向左匀速移动距离s.(1)摩擦力对物体做的功为(物体与斜面相对静止)()A．0B．μmgscosθC．－mgssinθcosθD．mgssinθcosθ(2)斜面对物体的弹力做的功为()A．0B．mgssinθcos2θC．－mgscos2θD．mgssinθcosθ(3)重力对物体做的功为()A．0B．mgsC．mgstanθD．mgscosθ(4)斜面对物体做的功是多少？各力对物体所做的总功是多少？图2答案(1)C(2)D(3)A(4)00目录跟踪训练1如图3所示，水平路面上有一辆质量为M的汽车，车厢中有一质量为m的人正用力F向前推车厢．(1)当车匀速向前行驶距离L的过程中，人推车的力做了多少功？人对车做了多少功？车对人做了多少功？(2)若车以加速度a向后行驶距离L的过程中，人推车的力做了多少功？人对车做了多少功？车对人做了多少功？图3目录解析(1)人推车的力做功为WF＝FL；人对车的作用力和车对人的作用力均为零，所以人对车做功和车对人做功均为零；(2)人推车的力做功为WF＝－FL；车对人的力为ma，方向向右，人对车的力为ma，方向向左，所以车对人做功为W1＝maL，人对车做功为W2＝－maL.答案见解析目录判断功的正负考点解读判断正负功的方法1．根据力的方向和位移的方向的夹角α判断功的正负．2．从能量角度入手，根据功是能量转化的量度进行判断．若有能量转化，则必有力对物体做功．此法既适用于恒力做功，也适用于变力做功．3．看力F与物体运动速度方向之间的夹角α的大小．若α＝90°，则力F不做功；若α90°，则力F做正功；若α90°，则力F做负功(或者说物体克服力F做功)．此法常用于判断曲线运动中力做功的情况．目录典例剖析例2如图4所示，小物体位于光滑斜面上，斜面位于光滑的水平地面上．从地面上看，在小物体沿斜面下滑过程中，斜面对物体的作用力()A．不垂直接触面，做功为零B．垂直接触面，做功为零C．垂直接触面，做功不为零D．不垂直接触面，做功不为零图4C目录补充例题：如图所示，两个质量相同的小球A、B固定在一轻杆的两端，绕一固定转轴O从水平位置由静止释放，当杆到达竖直位置时，设杆对A做功为W1，杆对B做功为W2，则()A．W1＝0，W2＝0B．W10，W20C．W10，W20D．W10，W20C本题判断功的正负的方法：物体的能量增加，外力做正功；物体的能量减小，外力做负功．目录二、功率1．定义：功与完成这些功所用时间的_______．2．物理意义：描述力对物体做功的_______．3．公式(1)定义式：P＝______，P为时间t内的__________．(2)推论式：P＝________.(α为F与v的夹角)4．额定功率：机械__________时输出的最大功率．5．实际功率：机械________________时输出的功率，要求_____________额定功率．Wt比值快慢平均功率Fvcosα正常工作实际工作小于或等于目录特别提醒：对于α变化的不能用P＝Fvcosα计算平均功率.二、功率的计算1．公式P＝Wt和P＝Fvcosα的比较(1)公式P＝Wt是平均功率的定义式，适用于任何情况下平均功率的计算．(2)公式P＝Fvcosα既能计算瞬时功率，也能计算平均功率．若v是瞬时值，则计算出的功率是瞬时值，若v是平均值，则计算出的功率是平均值．目录2．求解思路(1)首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率，对应于某一过程的功率为平均功率，对应于某一时刻的功率为瞬时功率．(2)求瞬时功率时，如果F与v不同向，可用力F乘以F方向的分速度，或速度v乘以速度方向的分力求解．目录考点2功率的计算(2013·广雅中学高三月考)如图所示,水平传送带正以2m/s的速度运行,两端水平距离l＝8m,把一质量m＝2kg的一个物块轻轻放到传送带的A端,物块在传送带的带动下向右运动,若物块与传送带间的动摩擦因数μ＝0.1,不计物块的大小,g取10m/s2,则把这个物块从A端传送到B端的过程中,摩擦力对物块做功的最大功率和平均功率各是多少？例2【思路点拨】计算最大功率用Pm＝Ffvm，计算平均功率用P＝Wt.目录【解析】物块刚放到传送带上时，由于与传送带有相对运动，物块受向右的滑动摩擦力，物块做加速运动，摩擦力对物块做功，求出物块在摩擦力作用下的位移和运动时间．物块受向右的摩擦力为Ff＝μmg＝0.1×2×10N＝2N加速度为a＝Ffm＝μg＝0.1×10m/s2＝1m/s2当物块与传送带相对静止时的位移为x＝v22a＝222×1m＝2m＜8m，所以最大速度vm＝2m/s最大功率Pm＝Ffvm＝2×2W＝4W摩擦力做功为W＝Ffx＝2×2J＝4J目录【答案】4W0.8W相对静止后物块与传送带之间无摩擦力，此后物块匀速运动到B端，物块由A端到B端所用的时间为t＝va＋l－xv＝21s＋8－22s＝5s则物块在被传送过程中所受摩擦力的平均功率为P＝Wt＝45W＝0.8W.目录例：人的心脏每跳一次大约输送8×10-5m3的血液，正常人血压（可看作心脏压送血液的压强）的平均值为1.5×104Pa，心跳约每分钟70次，据此估测心脏的平均功率约为__________W1.4目录【名师归纳】计算功率的基本思路：(1)首先判断待求的功率是瞬时功率还是平均功率．(2)①平均功率的计算方法a．利用P＝Wt.b．利用P＝Fvcosα.②瞬时功率的计算方法P＝Fvcosα，v是t时刻的瞬时速度．目录三、机车两种启动方式的比较1．两种启动方式比较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＝P不变v↓⇒a＝F－F阻m↓a＝F－F阻m不变⇒F不变⇒v↑P＝Fv↑直到P额＝Fv1目录两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动OA段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＝v1aAB段过程分析F＝F阻⇒a＝0⇒F阻＝Pvmv↑⇒F＝P额v↓⇒a＝F－F阻m↓运动性质以vm匀速直线运动加速度减小的加速运动BC段无F＝F阻⇒a＝0⇒以vm＝P额F阻匀速运动目录2.三个重要关系式(1)无论哪种运行过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即vm＝PFmin＝PFf(式中Fmin为最小牵引力，其值等于阻力Ff)．(2)机车以恒定加速度启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，速度不是最大，即v＝PF＜vm＝PFf.(3)机车以恒定功率运行时，牵引力做的功W＝Pt.由动能定理：Pt－Ffx＝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．目录即时应用3(单选)(2013·西工大附中高三模拟)当前我国“高铁”事业发展迅猛．假设一辆高速列车在机车牵引力和恒定阻力作用下，在水平轨道上由静止开始启动，其v－t图象如图所示，已知在0～t1时段为过原点的倾斜直线，t1时刻达到额定功率P，此后保持功率P不变，在t3时刻达到最大速度v3，以后匀速运动．下述判断正确的是()A．从0至t3时间内一直匀加速直线运动B．t2时刻的加速度大于t1时刻的加速度C．在t3时刻以后，机车的牵引力为零D．该列车所受的恒定阻力大小为Pv3D目录考点3机车问题的分析与计算电动车因其可靠的安全性能和节能减排的设计理念，越来越受到人们的喜爱，在检测某款电动车性能的某次实验中，质量为8×102kg的电动车由静止开始沿平直公路行驶，达到的最大速度为15m/s，利用传感器测得此过程中不同时刻电动车的牵引力F与对应的速度v，并描绘出F－1v图象如图所示(图中AB、BO均为直线)．假设电动车行驶中所受的阻力恒定．例3目录(1)根据图线ABC，判断该电动车做什么运动，并计算电动车的额定功率；(2)求此过程中电动车做匀加速直线运动的加速度的大小；(3)电动车由静止开始运动,经过多长时间速度达到v1＝2m/s?【解析】(1)分析图线可知：图线AB段代表的过程为牵引力F不变，阻力Ff不变，电动车由静止开始做匀加速直线运动；图线BC段的斜率表示电动车的功率P，P不变为额定功率，达到额定功率后，则电动车所受牵引力逐渐减小，做加速度减小的变加速直线运动，直至达最大速度15m/s；此后电动车做匀速直线运动．目录【答案】(1)AB段表示电动车做匀加速直线运动，BC段表示电动车做加速度逐渐减小的变加速直线运动6×103W(2)2m/s2(3)1s由图象可得，当达到最大速度vmax＝15m/s时，牵引力为Fmin＝400N故恒定阻力Ff＝Fmin＝400N额定功率P＝Fminvmax＝6×103W.(2)匀加速直线运动的加速度a＝F－Ffm＝2000－400800m/s2＝2m/s2.(3)匀加速直线运动的末速度vB＝PF＝3m/s电动车在速度达到3m/s之前，一直做匀加速直线运动，故所求时间为t＝v1a＝1s.目录【规律总结】分析机车启动问题时应注意：(1)机车启动的方式不同，机车运动的规律就不同，因此机车启动时，其功率、速度、加速度、牵引力等物理量的变化规律也不相同．(2)恒定功率下的加速一定不是匀加速，这种加速过程发动机做的功可用W＝Pt计算，不能用W＝Fl计算(因为F为变力)；(3)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W＝Fl计算，不能用W＝Pt计算(因为功率P是变化的)．目录跟踪训练3质量为5×103kg的汽车在t＝0时刻速度v0＝10m/s，随后以P＝6×104W的额定功率沿平直公路继续前进，经72s达到最大速度，该汽车受恒定阻力，其大小为2.5×103N．求：(1)汽车的最大速度vm；(2)汽车在72s内经过的路程s.解析：(1)当达到最大速度时，P＝Fv＝fvm，vm＝Pf＝6×1042.5×103m/s＝24m/s.(2)从开始到72s时刻依据动能定理得：Pt－fs＝12mv2m－12mv20，解得：s＝2Pt－mv2m＋mv202f＝1252m.答案：(1)24m/s(2)1252m目录例：如图所示，一个与平台连接的足够长的斜坡倾角θ=arcsin一辆卡车的质量为1t，关闭发动机，卡车从静止开始沿斜坡滑下，最大速度可达120km/h。已知卡车运动过程中所受空气阻力和地面阻力与速度成正比，即f=kv.（g取10m/s2)（1）求出比例系数k；（2）现使卡车以恒定功率P沿斜坡向上行驶，达到最大速度为54Km/h，求功率P130答案：（1）10N·s/m（2）7250W目录一、功的计算1．恒力做功的计算用公式W＝Flcosα计算，其中F为恒力，l是物体相对地面的位移，而不是相对于和它接触的物体的位移．2．变力做功的计算(1)用动能定理W＝ΔEk计算．(2)当变力做功的功率一定时，用功率和时间计算：W＝Pt.(3)将变力做功转化为恒力做功．目录3