2020版高考物理一轮复习 第五章 机械能（第1课时）课件

第五章机械能返回导航考点内容要求2015～2018年全国课标卷考点考次统计功和功率Ⅱ2018年Ⅱ卷14题2018年Ⅲ卷19题2017年Ⅱ卷14题2016年Ⅱ卷19、21题2015年Ⅱ卷17题返回导航动能和动能定理Ⅱ2016年Ⅲ卷20题2015年Ⅰ卷17题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Ⅱ2018年Ⅰ卷18题2018年Ⅲ卷25题实验五：探究动能定理实验六：验证机械能守恒定律返回导航命题特点1.1.功和功率的计算．2．对动能定理、机械能守恒定律、功能关系的理解．3．与牛顿第二定律、曲线运动、电磁场知识相结合考查运动情况和功能关系.返回导航一、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___________上发生的位移．力的方向力的方向返回导航3．物理意义功是能量转化的_____．4．计算公式(1)当恒力F的方向与位移l的方向一致时，力对物体所做的功为W＝____．(2)当恒力F的方向与位移l的方向成某一夹角α时，力F对物体所做的功为W＝_________，即力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦值这三者的乘积．量度FlFlcosα返回导航5．功的正负(1)当0≤α≤π2时，W0，力对物体做______．(2)当π2α≤π时，W0，力对物体做________，或者说物体______这个力做了功．(3)当α＝π2时，W＝0，力对物体_______．正功负功克服不做功返回导航二、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＝____，P为时间t内的_________________．(2)P＝Fv①v为平均速度，则P为____________．②v为瞬时速度，则P为___________．时间快慢物体做功的快慢平均功率瞬时功率返回导航4．对公式P＝Fv的几点认识：(1)公式P＝Fv适用于力F的方向与速度v的方向____________的情况．(2)功率是标量，只有大小，没有方向；只有正值，没有负值．(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．在一条直线返回导航1．(多选)关于功率公式P＝Wt和P＝Fv的说法正确的是()A．由P＝Wt知，只要知道W和t就可求出任意时刻的功率B．公式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，它的功率也一定增大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返回导航BD解析：利用公式P＝Wt只能计算平均功率；公式P＝Fv中当v为瞬时速度时，求的是瞬时功率，当v为平均速度时，求的是平均功率；因为汽车有额定功率，行驶时一般不超过额定功率，汽车的功率并不一定随速度的增大而增大；由P＝Fv知，当汽车发动机功率一定时，牵引力与速度成反比.返回导航2.(2018汕头模拟)一辆汽车从静止出发，在平直的公路上加速前进，如果发动机的牵引力保持恒定，汽车所受阻力保持不变，在此过程中()A．汽车的速度与时间成正比B．汽车的位移与时间成正比C．汽车做变加速直线运动D．汽车发动机做的功与时间成正比A解析：由F－Ff＝ma可知，因汽车牵引力F和阻力Ff不变，故汽车做匀加速直线运动；因由静止开始，则v∝t，x∝t2，WF＝F·x＝F·12at2，即WF∝t2.返回导航3．(全国2卷)如图，某同学用绳子拉动木箱，使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度，木箱获得的动能一定A．小于拉力所做的功B．等于拉力所做的功C．等于克服摩擦力所做的功D．大于克服摩擦力所做的功答案：A返回导航考点一功的理解与计算1．常用办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)；对于机车启动问题中的恒定功率启动问题，牵引力的功可以利用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．返回导航(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的情况，内能Q＝Ffx相对．返回导航类型1恒力功的分析和计算【例1】(多选)(2018·新乡模拟)如图所示，物体沿弧形轨道滑下后进入足够长的水平传送带，传送带以图示方向匀速运转，则传送带对物体做功情况可能是()A．始终不做功B．先做负功后做正功C．先做正功后不做功D．先做负功后不做功返回导航ACD解析：当物体到达传送带上时，如果物体的速度恰好和传送带的速度相等，那么物体和传送带将一起在水平面上运动，它们之间没有摩擦力的作用，所以传送带对物体始终不做功，所以A可能．若物体速度大则受向后的摩擦力，做负功．直至速度一致为止，摩擦力消失，不做功，不会出现再做正功的情况，所以B错误．若物体速度小，则受向前的摩擦力，做正功．到速度一致时，摩擦力又变为零，不做功，所以C正确．若物体速度大，则受向后的摩擦力，做负功．直到速度一致为止，摩擦力消失，不做功，所以D正确．返回导航【变式1】(2018·湖北武汉调研)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＝W3B．W1W2W3C．W1W3W2D．W1＝W2W3返回导航B解析：在第1s内，滑块的位移为x1＝12×1×1m＝0.5m，力F做的功为W1＝F1x1＝1×0.5J＝0.5J；第2s内，滑块的位移为x2＝12×1×1m＝0.5m，力F做的功为W2＝F2x2＝3×0.5J＝1.5J；第3s内，滑块的位移为x3＝1×1m＝1m，力F做的功为W3＝F3x3＝2×1J＝2J，所以W1W2W3，故选B.返回导航类型2变力功的分析与计算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)返回导航微元法质量为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＝f·Δx1＋f·Δx2＋f·Δx3＋…＝f(Δx1＋Δx2＋Δx3＋…)＝f·2πR返回导航等效转换法恒力F把物块从A拉到B，绳子对物块做功W＝F·hsinα－hsinβ返回导航平均力法弹簧由伸长x1被继续拉至伸长x2的过程中，克服弹力做功W＝kx1＋kx22·(x2－x1)返回导航图象法一水平拉力F0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＝F0x0返回导航【例2】(2017·全国卷Ⅱ·14)如图所示，一光滑大圆环固定在桌面上，环面位于竖直平面内，在大圆环上套着一个小环，小环由大圆环的最高点从静止开始下滑，在小环下滑的过程中，大圆环对它的作用力()A．一直不做功B．一直做正功C．始终指向大圆环圆心D．始终背离大圆环圆心返回导航A解析：因为大圆环光滑，所以大圆环对小环的作用力只有弹力，且弹力的方向总是沿半径方向，与速度方向垂直，故大圆环对小环的作用力一直不做功，选项A正确，B错误；开始时大圆环对小环的作用力背离圆心，后来指向圆心，故选项C、D错误．方法1利用微元法求变力做功将物体的位移分割成许多小段，因小段很小，每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力，这样就将变力做功转化为在无数个无穷小的位移上的恒力所做功的代数和，此法在中学阶段常应用于求解大小不变、方向改变的变力做功问题．返回导航【变式2】如图所示，在一半径为R＝6m的圆弧形桥面的底端A，某人把一质量为m＝8kg的物块(可看成质点)．用大小始终为F＝75N的拉力从底端缓慢拉到桥面顶端B(圆弧AB在同一竖直平面内)，拉力的方向始终与物块在该点的切线成37°角，整个圆弧桥面所对的圆心角为120°，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.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．返回导航答案：(1)376.8J(2)－136.8J解析：(1)将圆弧AB︵分成很多小段l1、l2…ln，拉力在每一小段上做的功为W1、W2…Wn.因拉力F大小不变，方向始终与物块在该点的切线成37°角，所以W1＝Fl1cos37°、W2＝Fl2cos37°…Wn＝Flncos37°所以WF＝W1＋W2＋…＋Wn＝Fcos37°(l1＋l2＋…＋ln)＝Fcos37°·16·2πR≈376.8J.(2)重力G做的功WG＝－mgR(1－cos60°)＝－240J，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＝－376.8J＋240J＝－136.8J.返回导航方法2用F－x图象求变力做功在F－x图象中，图线与x轴所围“面积”的代数和就表示力F在这段位移所做的功，且位于x轴上方的“面积”为正，位于x轴下方的“面积”为负，但此方法只适用于便于求图线所围面积的情况(如三角形、矩形、圆等规则的几何图)．返回导航【变式3】如图甲所示，静止于光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力F作用下，沿x轴方向运动，拉力F随物块所在位置坐标x的变化关系如图乙所示，图线为半圆．则小物块运动到x0处时F所做的总功为()A．0B.12Fmx0C.π4Fmx0D.π4x20返回导航C解析：F为变力，但F－x图象与x轴所包围的面积在数值上表示拉力做的总功．由于图线为半圆，又因在数值上Fm＝12x0，故W＝12π·F2m＝12π·Fm·12x0＝π4Fmx0，故选C.返回导航方法3用动能定理求变力做功动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动，既适用于求恒力做功，也适用于求变力做功．因为使用动能定理可由动能的变化来求功，所以动能定理是求变力做功的首选．返回导航【变式4】如图所示，质量为m的小球用长为L的细线悬挂而静止在竖直位置．现用水平拉力F将小球缓慢拉到细线与竖直方向成θ角的位置．在此过程中，拉力F做的功为()A．FLcosθB．FLsinθC．FL(1－cosθ)D．mgL(1－cosθ)D解析：在小球缓慢上升过程中，拉力F为变力，此变力F做的功可用动能定理求解．由WF－mgL(1－cosθ)＝0得WF＝mgL(1－cosθ)，故D正确．返回导航方法4“转化法”求变力做功通过转换研究的对象，可将变力做功转化为恒力做功，用W＝Flcosα求解，如轻绳通过定滑轮拉动物体运动过程中拉力做功问题．返回导航【变式5】如图所示，轻绳一端受到大小为F的水平恒力作用，另一端通过定滑轮与质量为m、可视为质点的小物块相连．开始时绳与水平方向的夹角为θ.当小物块从水平面上的A点被拖动到水平面上的B点时，位移为L，随后从B点沿斜面被拖动到定滑轮O处，BO间距离也为L.小物块与水平面及斜面间的动摩擦因数均为μ.若小物块从A点运动到O点的过程中，F对小物块做的功为WF，小物块在BO段运动过程中克服摩擦力做的功为Wf，则以下结果正确的是()A．WF＝FL(cosθ＋1)B．WF＝2FLcosθC．Wf＝μmgLcos2θD．Wf＝FL－mgLsin2θ返回导航BC解析：小物块从A点运动到O点，拉力F的作用点移动的距离x＝2Lcosθ，所以拉力F做的功WF＝Fx＝2FLcosθ，A错误，B正确；由几何关系知斜面的倾角为2θ，所以小物块在BO段受到的摩擦力Ff＝μmgcos2θ，则Wf＝FfL＝μmgLcos2θ，C正确，D错误．返回导航考点二功率的计算1．公式P＝Wt和P＝Fv的区别P＝Wt是功率的定义式，P＝Fv是功率的计算式．2．平均功率的计算方法(1)利用P＝Wt.