2020版高考物理总复习 第五章 第1节 功 功率 动能定理课件

第五章机械能高考导航(教师备用)考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018功和功率ⅡⅠ卷T20:动能定理T22:验证机械能守恒定律T25:动能定理、机械能守恒定律Ⅱ卷T16:动能定理或机械能守恒定律T21:功、功率、机械能守恒定律T22:探究弹性势能T25:弹性势能、机械能守恒定律及能量守恒定律Ⅲ卷T20:功、动能定理T24:机械能守恒定律、圆周运动Ⅰ卷T24:机械能、功能关系Ⅱ卷T14:功T17,T19:机械能守恒定律T24:动能定理Ⅲ卷T14:动能T16:功能关系Ⅰ卷T14:动能T18:功能关系Ⅱ卷T14:动能定理T21:功Ⅲ卷T19:功、功率T25:动能定理动能和动能定理Ⅱ重力做功与重力势能Ⅱ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.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,既在选择题中出现,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、功能关系作为解题工具在综合题中应用.2.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中占有重要地位,常将功和能的知识和方法融入其他问题考查,情景设置为多过程,具有较强的综合性.第1节功功率动能定理基础过关考点研析素养提升基础过关紧扣教材·自主落实一、功1.定义:物体受到力的作用,并在上发生了位移,这个力对物体做了功.2.两个不可缺少的因素:和上发生的位移.3.公式:W=.基础知识力的方向力力的方向Flcosα4.单位:,1J=1N·m.5.功的正负的意义(1)功是量,但有正负之分,正功表示动力对物体做功,负功表示对物体做功.(2)一个力对物体做负功,往往说成是物体这个力做功(取绝对值).6.功的正负的确定公式W=Flcosα中,α为F与l的夹角.(1)若0°≤α90°,则W0,表示力对物体做功.(2)若α=90°,则W=0,表示力对物体.(3)若90°α≤180°,则W0,表示力对物体做功.焦耳标阻力正克服不做功负二、功率1.定义:功跟完成这些功所用的比值.2.物理意义:表示做功的,功率大表示力对物体做功,功率小表示力对物体做功.3.功率:是量,只有,没有.时间快慢快慢标大小方向4.计算式(1)P=Wt,P为时间t内的.平均功率(2)P=FvcosαvPvPFv为平均速度，则为为瞬时速度，则为为与的夹角平均功率瞬时功率5.额定功率:机械正常工作时的输出功率.一般在机械的铭牌上标明.6.实际功率:机械工作时输出的功率,要求小于等于额定功率.长时间实际自主探究发动机的功率指的是发动机的牵引力的功率还是机车所受合力的功率?答案:发动机的功率是指发动机的牵引力的功率.三、动能与动能定理1.动能:物体由于而具有的能.2.动能表达式:Ek=.运动212mv3.动能定理(1)内容:力在一个过程中对物体做的功,等于物体在这个过程中.(2)表达式:W=.(3)物理意义:的功是物体动能变化的量度.(4)适用条件①动能定理既适用于直线运动,也适用于运动.②既适用于恒力做功,也适用于做功.③力可以是各种性质的力,既可以同时作用,也可以作用.动能的变化Ek2-Ek1合外力曲线变力分阶段教材解读物体的质量为m,在与运动方向相同的恒力F的作用下匀加速运动,速度由v1增加到v2,如图所示.这个过程中力F做的功为W.由于F=ma,而且22v-21v=,即物体的位移l=22212vva=22212mvvF.这个过程中力F做的功W=,把l的值代入可得W=.22211122mvmv2alFl过关巧练1.思考判断(1)只要物体受力且发生位移,则力对物体一定做功.()×(2)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.()(3)某个力的功率一定随物体速度的增大而增大.()(4)一个物体速度发生变化时,动能一定变化.()(5)如果合外力对物体做功为零,那么物体所受的合外力一定为零.()(6)物体的动能发生变化时其合力的功也一定变化.()√××××2.在光滑的水平面上,用一水平拉力F使物体从静止开始移动x,平均功率为P,如果将水平拉力增加为4F,使同一物体从静止开始移动x,平均功率为()A.2PB.4PC.6PD.8PD解析:设第一次运动时间为t,则其平均功率表达式为P=Fxt;第二次加速度为第一次的4倍,由x=12at2可知时间为2t,其平均功率为42Fxt=8Fxt=8P,选项D正确.3.[人教版必修2·P59·T1改编]如图所示,两个物体与水平地面间的动摩擦因数相等,它们的质量也相等.在(甲)图中用力F1拉物体,在(乙)图中用力F2推物体,夹角均为α,两个物体都做匀速直线运动,通过相同的位移.设F1和F2对物体所做的功分别为W1和W2,物体克服摩擦力做的功分别为W3和W4,下列判断正确的是()A.F1=F2B.W1=W2C.W3=W4D.W1-W3=W2-W4D解析:由于物体做匀速直线运动,根据平衡条件知,两种情况下,摩擦力不相等,F1,F2不相等,它们做的功也不相等,A,B,C错误;根据动能定理得,W1-W3=W2-W4,D正确.考点研析核心探究·重难突破考点一功的分析与计算1.常用方法:对于恒力做功利用W=Flcosα;对于变力做功可利用动能定理(W=ΔEk);对于机车恒定功率运动问题,牵引力的功W=Pt.2.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,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:①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.②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.③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.【典例1】一物体静止在粗糙水平地面上.现用一大小为F1的水平拉力拉动物体,经过一段时间后其速度变为v.若将水平拉力的大小改为F2,物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v.对于上述两个过程,用WF1、WF2分别表示拉力F1、F2所做的功,Wf1、Wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功,则()A.WF24WF1,Wf22Wf1B.WF24WF1,Wf2=2Wf1C.WF24WF1,Wf2=2Wf1D.WF24WF1,Wf22Wf1C解析:因两个过程中运动时间相同,所以两个过程中的位移之比为x1∶x2=2vt∶22vt=1∶2,所以两个运动过程中摩擦力做功分别为Wf1=-fx1,Wf2=-fx2,由此可知Wf1∶Wf2=x1∶x2=1∶2,故Wf2=2Wf1;对两个过程分别应用动能定理,可得WF1-Wf1=12mv2,WF2-Wf2=12m(2v)2,由此可知WF2-Wf2=4(WF1-Wf1),整理可得WF2=4WF1-2Wf14WF1.由以上分析可知C项正确,而A、B、D错误.【针对训练】(2019·黑龙江哈尔滨模拟)如图所示,建筑工人通过滑轮装置将一质量是100kg的料车沿θ=30°角的斜面由底端匀速地拉到顶端,斜面长L是4m,若不计滑轮的质量和各处的摩擦力,g取10N/kg,求这一过程中:解析:(1)工人拉绳子的力F=12mgsinθ工人将料车拉到斜面顶端时,拉绳子的长度为2L,工人拉绳子的力做的功W1=12mgsinθ·2L=2000J.(1)人拉绳子的力做的功;答案:(1)2000J(2)料车的重力做的功;(3)料车受到的合力对物体做的总功.解析:(2)重力做功W2=-mgh=-mgLsinθ=-2000J.(3)由于料车在斜面上匀速运动,则料车所受的合力为0,故W合=0.答案:(2)-2000J(3)0考点二功率的理解与计算1.平均功率的计算方法(1)利用P=Wt.(2)利用P=F·vcosα,其中v为物体运动的平均速度,F为恒力.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.(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为物体受的外力F在速度v方向上的分力.3.机车启动的两种方式(1)两种方式的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=Pv不变↓⇒a=FFm阻↓a=FFm阻不变⇒F不变vP=Fv↑直到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=1va过程分析F=F阻⇒a=0⇒F阻=mPvv↑⇒F=Pv额↓⇒a=FFm阻↓AB段运动性质以vm做匀速直线运动加速度减小的加速直线运动BC段无F=F阻⇒a=0⇒以vm=PP额阻做匀速运动(2)三个重要的关系式①无论以哪种方式启动,机车的最大速度均为vm=PF阻.②机车以恒定的加速度启动的过程中,匀加速过程结束时,功率最大(额定功率),速度v=PFvm.③机车以恒定的功率运行时,牵引力做的功为W=Pt,根据动能定理有Pt-F阻x=12mv2,此式通常用于功率恒定情况下求解位移、速度或时间.【典例2】(2019·甘肃省重点中学协作体联考)某中学生对刚买来的一辆小型遥控车的性能进行研究.他让这辆小车在水平的地面上由静止开始沿直线运动,并将小车运动的全过程通过传感器记录下来,通过数据处理得到如图所示的v-t图像.已知小车在0～2s内做匀加速直线运动,2～11s内小车牵引力的功率保持不变,8～11s内小车做匀速直线运动,在11s末切断小车动力,让小车自由滑动.已知小车质量m=1kg,整个过程中小车受到的阻力大小不变.解析:(1)根据题意,在11s末撤去动力后,小车只在阻力f作用下做匀减速直线运动,设其加速度大小为a,根据图像可知a=vt=2m/s2根据牛顿第二定律有f=ma解得f=2N设小车在匀速运动阶段的牵引力大小为F,则F=f,vm=8m/s根据P=Fvm解得P=16W.答案:(1)16W(1)在2～11s内小车牵引力的功率P是多大?解析:(2)在0～2s内小车匀加速运动过程中,设小车的位移为s1,小车的加速度为a1=vt=1m/s2小车的位移为s1=12v1t1(其中v1=2m/s)设0～2s内小车的牵引力为F1,根据牛顿第二定律F1-f=ma10～2s的匀加速运动过程中牵引力做的功为W1=F1s12～11s内牵引力做的功为W2=Pt2(其中t2=9s)在整个过程中牵引力所做的功为W=W1+W2=150J.答案:(2)150J(2)在整个过程中牵引力所做的功为多少?解析:(3)在2～8s内的变加速过程,Δt″=6s,设通过的距离为s2由动能定理可得PΔt″-fs2=12m2mv-12m21v解得小车通过的距离是s2=33m.答案:(3)33m(3)小车在2～8s内通过的距离是多少?【针对训练】(2019·宁夏银川一中月考)一辆汽车从静止开始启动,其加速度a与速度的倒数1v的关系如图所示,已知汽车的质量为m,汽车启动过程受到的阻力恒定.图中b,c,d已知,则()A.汽车启动过程的功率越来越大B.汽车启动过程的功率为mbdcC.汽车启动过程的最大速度为1dD.汽车启动过程受到的阻力为mgcdcB解析:汽车从静止开始启动时,由P=Fv,及F-f=ma得a=Pm·1v-fm.结合图像有Pm=bdc,得P=mbdc,汽车的功率P保持不变,故选项A错误,B正确;加速度为零时,速度最大,由m1v=c,得最大速度vm=1c,选项C错误;汽车启动时受到的阻力f=mPv=mbcdc,选项D错误.考点三动能定理及其应用1.应用动能定理的流程2.应用动能定理的注意事项(1)动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系的,一般以地面或相对地面静止的物体为参考系.(2)应用动能定理的关键在于对研究对象进行准确的受力分析及运动过程分析,必要时画出运动过程的草图,借助草图理解物理过程之间的关系.(3)当物体的运动包含多个不同过程时