高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題七 功 功率與動能定理
《高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題七 功 功率與動能定理》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題七 功 功率與動能定理(19頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
專題七 功 功率與動能定理 考綱解讀 章 內(nèi)容 考試要求 說明 必考 加試 機械能守 恒定律 追尋守恒量——能量 b 1.不要求用功的定義式計算變力的功 2.不要求用功率、力和速度的關(guān)系式解決力與速度不在一條直線上的問題 3.不要求結(jié)合力和運動關(guān)系定量求解機車以恒定功率啟動和勻加速啟動的問題 4.不要求用平均力計算變力做功和利用F-l圖象求變力做功 5.不要求用動能定理解決物體系的問題 功 c 功率 c c 動能和動能定理 d d 一、功 1.做功的兩個要素 (1)作用在物體上的力. (2)物體在力的方向上發(fā)生的位移. 2.功的物理意義 功是能量轉(zhuǎn)化的量度. 3.公式 W=Flcos_α (1)α是力與位移方向之間的夾角,l為物體對地的位移. (2)該公式只適用于恒力做功. 4.功的正負(fù) (1)當(dāng)0≤α<時,W>0,力對物體做正功. (2)當(dāng)<α≤π時,W<0,力對物體做負(fù)功,或者說物體克服這個力做了功. (3)當(dāng)α=時,W=0,力對物體不做功. 二、功率 1.物理意義:描述力對物體做功的快慢. 2.公式: (1)P=,P為時間t內(nèi)的物體做功的快慢. (2)P=Fv ①v為平均速度,則P為平均功率. ②v為瞬時速度,則P為瞬時功率. 3.對公式P=Fv的幾點認(rèn)識: (1)公式P=Fv適用于力F的方向與速度v的方向在一條直線上的情況. (2)功率是標(biāo)量,只有大小,沒有方向;只有正值,沒有負(fù)值. (3)當(dāng)力F和速度v不在同一直線上時,可以將力F分解或者將速度v分解. 4.額定功率:機械正常工作時的最大功率. 5.實際功率:機械實際工作時的功率,要求不能大于額定功率. 三、動能 1.定義:物體由于運動而具有的能. 2.公式:Ek=mv2. 3.物理意義:動能是狀態(tài)量,是標(biāo)量(選填“矢量”或“標(biāo)量”),只有正值,動能與速度方向無關(guān). 4.單位:焦耳,1 J=1 Nm=1 kgm2/s2. 5.動能的相對性:由于速度具有相對性,所以動能也具有相對性. 6.動能的變化:物體末動能與初動能之差,即ΔEk=mv22-mv12. 四、動能定理 1.內(nèi)容:在一個過程中合外力對物體所做的功,等于物體在這個過程中動能的變化. 2.表達(dá)式 (1)W=ΔEk. (2)W=Ek2-Ek1. (3)W= mv22-mv12. 3.物理意義:合外力做的功是物體動能變化的量度. 4.適用條件 (1)動能定理既適用于直線運動,也適用于曲線運動. (2)動能定理既適用于恒力做功,也適用于變力做功. (3)力可以是各種性質(zhì)的力,既可以同時作用,也可以不同時作用. 1.如圖1所示,兩個互相垂直的力F1與F2作用在同一物體上,使物體通過一段位移的過程中,力F1對物體做功4 J,力F2對物體做功3 J,則力F1與F2的合力對物體做功為( ) 圖1 A.7 J B.1 J C.5 J D.3.5 J 答案 A 解析 力F1與F2的合力做的功等于F1與F2做功的代數(shù)和,即W合=W1+W2=(4+3) J=7 J. 2.(2016嘉興市期末測試)坐在雪橇上的人與雪橇的總質(zhì)量為m,如圖2所示在與水平面成θ角的恒定拉力F作用下,沿水平地面向右移動了一段距離l.已知雪橇與地面間的動摩擦因數(shù)為μ,雪橇受到的( ) 圖2 A.支持力做功為mgl B.重力做功為mgl C.拉力做功為Flcos θ D.滑動摩擦力做功為-μmgl 答案 C 解析 支持力和重力與位移垂直,不做功,選項A、B錯誤;拉力和摩擦力分別做功為WF=Flcos θ,Wf=-μ(mg-Fsin θ)l,選項C正確,D錯誤. 3.一汽車在水平公路上行駛,設(shè)汽車在行駛過程中所受阻力不變.汽車的發(fā)動機始終以額定功率輸出,關(guān)于牽引力和汽車速度的下列說法中正確的是( ) A.汽車加速行駛時,牽引力不變,速度增大 B.汽車加速行駛時,牽引力增大,速度增大 C.汽車加速行駛時,牽引力減小,速度增大 D.當(dāng)牽引力等于阻力時,汽車將停止運動 答案 C 解析 汽車的發(fā)動機輸出功率恒定,即P一定,則由公式P=Fv可得:v增大,F(xiàn)減小,但由于合外力方向與汽車運動方向一致,因此汽車速度仍在增大,A、B錯誤,C正確;當(dāng)汽車受到的牽引力和阻力相等時,汽車速度達(dá)到最大值,而后進(jìn)行勻速運動,D錯誤. 4.(2016舟山市模擬)下列關(guān)于動能的說法,正確的是( ) A.運動物體所具有的能就是動能 B.物體做勻變速運動,某一時刻速度為v1,則物體在全過程中的動能都是mv12 C.做勻速圓周運動的物體其速度改變而動能不變 D.物體在外力F作用下做加速運動,當(dāng)力F逐漸減小時,其動能也逐漸減小 答案 C 解析 運動的物體除具有動能以外,還可能具有其他形式的能,A選項錯誤;動能是狀態(tài)量,當(dāng)速度v的大小變化時,動能就發(fā)生變化,B選項錯誤;由于勻速圓周運動中,物體的速度大小不變,因此物體的動能不變,C選項正確;當(dāng)物體做加速度逐漸減小的加速運動時,物體的動能仍在變大,D選項錯誤.故選C. 5.有一質(zhì)量為m的木塊,從半徑為r的圓弧曲面上的a點滑向b點,如圖3所示.如果由于摩擦使木塊的運動速率保持不變,則以下敘述正確的是( ) 圖3 A.木塊所受的合外力為零 B.因木塊所受的力都不對其做功,所以合外力做的功為零 C.重力和摩擦力的合力做的功為零 D.重力和摩擦力的合力為零 答案 C 解析 木塊做曲線運動,速度方向變化,加速度不為零,故合外力不為零,A錯;速率不變,動能不變,由動能定理知,合外力做的功為零,而支持力始終不做功,重力做正功,所以重力做的功與摩擦力做的功的代數(shù)和為零,但重力和摩擦力的合力不為零,C對,B、D錯. 功、功率的分析與計算 1.功的計算方法 (1)恒力做功 其中l(wèi)是相對地的位移 (2)變力做功 ①用動能定理:W=mv22-mv12. ②當(dāng)變力的功率P一定時,可用W=Pt求功,如機車恒定功率啟動時. ③將變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功: 當(dāng)力的大小不變,而方向始終與運動方向相同或相反時,這類力的功等于力和路程(不是位移)的乘積.如滑動摩擦力做功、空氣阻力做功等. (3)總功的計算 ①先求物體所受的合外力,再求合外力的功; ②先求每個力做的功,再求各功的代數(shù)和. 2.功率的計算方法 平均 功率 ①利用=. ②利用=F,其中為物體運動的平均速度. 瞬時 功率 利用公式P=Fv,其中v為t時刻的瞬時速度. 例1 (多選)一質(zhì)量為1 kg的質(zhì)點靜止于光滑水平面上,從t=0時刻開始,受到水平外力F作用,如圖4所示.下列判斷正確的是( ) 圖4 A.0~2 s內(nèi)外力的平均功率是4 W B.第2 s內(nèi)外力所做的功是4 J C.第2 s末外力的瞬時功率最大 D.第1 s末與第2 s末外力的瞬時功率之比為9∶4 答案 AD 解析 第1 s末質(zhì)點的速度 v1=t1=1 m/s=3 m/s. 第2 s末質(zhì)點的速度 v2=v1+t2=(3+1) m/s=4 m/s. 則第2 s內(nèi)外力做功W2=mv-mv=3.5 J. 0~2 s內(nèi)外力的平均功率 P== W=4 W. 選項A正確,選項B錯誤; 第1 s末外力的瞬時功率 P1=F1v1=33 W=9 W, 第2 s末外力的瞬時功率 P2=F2v2=14 W=4 W,故 P1∶P2=9∶4.選項C錯誤,選項D正確. 求解功率時應(yīng)注意的“三個”問題 (1)首先要明確所求功率是平均功率還是瞬時功率; (2)平均功率與一段時間(或過程)相對應(yīng),計算時應(yīng)明確是哪個力在哪段時間(或過程)內(nèi)做功的平均功率; (3)瞬時功率計算時應(yīng)明確是哪個力在哪個時刻(或狀態(tài))的功率. 變式題組 1.(2015浙江10月選考12)快艇在運動中受到的阻力與速度平方成正比(即Ff=kv2).若油箱中有20 L燃油,當(dāng)快艇以10 m/s勻速行駛時,還能行駛40 km,假設(shè)快艇發(fā)動機的效率保持不變,則快艇以20 m/s勻速行駛時,還能行駛( ) A.80 km B.40 km C.10 km D.5 km 答案 C 解析 20 L燃油可用于克服阻力做功一定,即Ffs=kv2s一定,s與v2成反比,當(dāng)速度增加為原來的2倍時,路程應(yīng)為原來的,C對. 2.質(zhì)量為m的物體靜止在粗糙的水平地面上.現(xiàn)用一水平拉力使物體從靜止開始運動,其運動的v-t圖象如圖5所示.下列關(guān)于物體運動過程,分析正確的是( ) 圖5 A.0~t1時間內(nèi)拉力逐漸減小 B.0~t1時間內(nèi)拉力對物體做負(fù)功 C.在t1~t2時間內(nèi)拉力的功率為零 D.在t1~t2時間內(nèi)合外力做功為mv2 答案 A 解析 由運動的v-t圖象可知,物體運動的加速度越來越小,水平拉力越來越小,所以0~t1時間內(nèi)拉力逐漸減小,選項A正確;由于拉力與運動方向相同,所以0~t1時間內(nèi)拉力對物體做正功,選項B錯誤;由P=Fv可知,在t1~t2時間內(nèi)拉力等于摩擦力,速度不為零,所以拉力的功率不為零,選項C錯誤;由于在t1~t2時間內(nèi)物體速度不變,合外力做功為零,選項D錯誤. 3.一個質(zhì)量為m的小球做自由落體運動,那么,在前t秒內(nèi)重力對它做功的平均功率及在t秒末重力做功的瞬時功率P分別為(t秒末小球未著地)( ) A.=mg2t2,P=mg2t2 B.=mg2t2,P=mg2t2 C.=mg2t,P=mg2t D.=mg2t,P=2mg2t 答案 C 解析 前t秒內(nèi)重力做功的平均功率 ===mg2t t秒末重力做功的瞬時功率 P=Fv=mggt=mg2t. 故C正確. 動能定理的理解和應(yīng)用 1.應(yīng)用動能定理解題的步驟 2.注意事項 (1)動能定理往往用于單個物體的運動過程,由于不涉及加速度及時間,比動力學(xué)研究方法要簡便. (2)動能定理表達(dá)式是一個標(biāo)量式,不能某個方向上應(yīng)用動能定理. (3)當(dāng)物體的運動包含多個不同過程時,可分段應(yīng)用動能定理求解;當(dāng)所求解的問題不涉及中間的速度時,也可以全過程應(yīng)用動能定理求解. (4)應(yīng)用動能定理時,必須明確各力做功的正、負(fù).當(dāng)一個力做負(fù)功時,可設(shè)物體克服該力做功為W,將該力做功表示為-W,也可以直接用字母W表示該力做功,使其字母本身含有負(fù)號. 例2 (2015浙江10月選考20)如圖6所示是公路上的“避險車道”,車道表面是粗糙的碎石,其作用是供下坡的汽車在剎車失靈的情況下避險.質(zhì)量m=2.0103 kg的汽車沿下坡行駛,當(dāng)駕駛員發(fā)現(xiàn)剎車失靈的同時發(fā)動機失去動力,此時速度表示數(shù)v1=36 km/h,汽車?yán)^續(xù)沿下坡勻加速直行l(wèi)=350 m、下降高度h=50 m時到達(dá)“避險車道”,此時速度表示數(shù)v2=72 km/h.(g=10 m/s2) 圖6 (1)求從發(fā)現(xiàn)剎車失靈至到達(dá)“避險車道”這一過程汽車動能的變化量; (2)求汽車在下坡過程中所受的阻力; (3)若“避險車道”與水平面間的夾角為17,汽車在“避險車道”受到的阻力是在下坡公路上的3倍,求汽車在“避險車道”上運動的最大位移(sin 17≈0.3). 答案 (1)3.0105 J (2)2.0103 N (3)33.3 m 解析 (1)由ΔEk=mv-mv 得ΔEk=3.0105 J (2)由動能定理mgh-Ffl=mv-mv 得Ff==2.0103 N (3)設(shè)汽車在“避險車道”上運動的最大位移是x,由動能定理 -(mgsin 17+3Ff)x=0-mv 得x=≈33.3 m 動能定理的應(yīng)用技巧 1.應(yīng)用動能定理解題,關(guān)鍵是對研究對象進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析及運動過程分析,并畫出物體運動過程的草圖,借助草圖理解物理過程和各量關(guān)系. 2.明確研究對象的已知量和未知量,若求過程的初、末速度,首先確定各力做功及總功,然后列出方程;若求某力或某力的功,首先確定過程的初、末速度,然后列方程求解. 變式題組 4.(多選)如圖7所示,電梯質(zhì)量為M,在它的水平地板上放置一質(zhì)量為m的物體.電梯在鋼索的拉力作用下豎直向上加速運動,當(dāng)電梯的速度由v1增加到v2時,上升高度為H,則在這個過程中,下列說法或表達(dá)式正確的是( ) 圖7 A.對物體,動能定理的表達(dá)式為WN=mv,其中WN為支持力的功 B.對物體,動能定理的表達(dá)式為W合=0,其中W合為合力的功 C.對物體,動能定理的表達(dá)式為WN-mgH=mv-mv,其中WN為支持力的功 D.對電梯,其所受合力做功為Mv-Mv 答案 CD 解析 電梯上升的過程中,對物體做功的有重力mg、支持力FN,這兩個力的總功才等于物體動能的增量ΔEk=mv-mv,故A、B均錯誤,C正確;對電梯,無論有幾個力對它做功,由動能定理可知,其合力的功一定等于其動能的增量,故D正確. 5.(2016溫州市調(diào)研)如圖8所示,一個彈簧左端固定于墻上,右端連接物塊,物塊質(zhì)量為m,它與水平桌面間的動摩擦因數(shù)為μ.起初用手按住物塊,彈簧的伸長量為x,然后放手,當(dāng)彈簧的長度回到原長時,物塊的速度為v0,則此過程中彈力所做的功為( ) 圖8 A.mv+μmgx B.mv-μmgx C.mv D.μmgx-mv 答案 A 解析 當(dāng)彈簧恢復(fù)到原長時,物塊對地的位移為x,根據(jù)動能定理有:W彈+(-μmgx)=mv-0,得W彈=mv+μmgx,選項A正確. 6.一架質(zhì)量m=2.0103 kg的噴氣式飛機在恒定牽引力作用下由靜止開始滑跑,當(dāng)位移為x=5.0102 m時,速度達(dá)到起飛速度v=60 m/s.在此過程中飛機受到的平均阻力是飛機重量的k倍(k=0.02),重力加速度g=10 m/s2. (1)求剛起飛時飛機的動能; (2)求此過程中飛機受到的牽引力; (3)當(dāng)飛機在空中以v1=300 m/s速度水平勻速飛行時,發(fā)動機的輸出功率P=1.5106 W.求此時飛機受到的阻力. 答案 (1)3.6106 J (2)7.6103 N (3)5.0103 N 解析 (1)設(shè)剛起飛時飛機的動能為Ek,則 Ek=mv2 得Ek=3.6106 J (2)設(shè)飛機受到的恒定牽引力為F,由動能定理有 (F-kmg)x=mv2-0 得F=7.6103 N (3)設(shè)此時飛機受到的阻力為Ff,則 Ff= 得Ff=5.0103 N 用動能定理解決多過程問題 1.由于多過程問題的受力情況、運動情況比較復(fù)雜,從動力學(xué)的角度分析多過程問題往往比較復(fù)雜,但是,用動能定理分析問題,是從總體上把握其運動狀態(tài)的變化,并不需要從細(xì)節(jié)上了解.因此,動能定理的優(yōu)越性就明顯地表現(xiàn)出來了,分析力的作用是看力做的功,也只需把所有的力做的功累加起來即可. 2.運用動能定理解決問題時,有兩種思路:一種是全過程列式,另一種是分段列式. 3.全過程列式時,涉及重力、彈簧彈力、大小恒定的阻力或摩擦力做功時,要注意運用它們的功能特點: (1)重力的功取決于物體的初、末位置,與路徑無關(guān); (2)大小恒定的阻力或摩擦力的功等于力的大小與路程的乘積. (3)彈簧彈力做功與路徑無關(guān). 例3 (2015浙江考試說明題型示例主觀題5)如圖9所示,在豎直平面內(nèi)固定一半徑為2 m、圓心角為120的光滑圓弧軌道BEC,其中點E是最低點.在B、C兩端平滑、對稱地連接AB、CD兩段粗糙直軌道,直軌道上端A、D與最低點E之間的高度差均為2.5 m.現(xiàn)將質(zhì)量為0.01 kg的小物塊由A點靜止釋放,物塊與直軌道間的動摩擦因數(shù)均為0.25.g=10 m/s2,求: 圖9 (1)小物塊從靜止釋放到第一次過E點時重力做的功; (2)小物塊第一次通過E點時的動能大??; (3)小物塊在E點時受到支持力的最小值. 答案 (1)0.25 J (2)0.23 J (3)0.2 N 解析 (1)從A到E的過程,重力做功為: W1=mgh=0.01102.5 J=0.25 J. (2)AB間的距離 s== m 從A至E的過程中,根據(jù)動能定理,有: W1-μmgcos 60s=EkE 解得:EkE=0.25 J-0.012 5 J≈0.23 J. (3)最終,小物塊在圓弧軌道間來回滑動,根據(jù)機械能守恒定律,有: mg(R-Rcos 60)=mv① 在E點,重力和支持力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律,有: FN-mg=m② 聯(lián)立①②解得: FN=mg+m=2mg=20.0110 N=0.2 N. 應(yīng)用動能定理求解多過程問題的基本思路 1.弄清物體的運動由哪些過程組成. 2.分析每個過程中物體的受力情況. 3.各個力做功有何特點,對動能的變化有無影響. 4.從總體上把握全過程,表達(dá)出總功,找出初、末狀態(tài)的動能. 5.對所研究的全過程運用動能定理列方程. 變式題組 7.在賽車場上,為了安全起見,車道外圍都固定上廢舊輪胎作為圍欄,當(dāng)車碰撞圍欄時起緩沖器作用.在一次模擬實驗中用彈簧來代替廢舊輪胎,實際情景如圖10所示,水平放置的輕彈簧左側(cè)固定于墻上,處于自然狀態(tài),開始賽車在A處且處于靜止?fàn)顟B(tài),距彈簧自由端的距離為L1=1 m.當(dāng)賽車啟動時,產(chǎn)生水平向左的恒為F=24 N的牽引力使賽車向左勻加速前進(jìn),當(dāng)賽車接觸彈簧的瞬間立即關(guān)閉發(fā)動機,賽車?yán)^續(xù)壓縮彈簧,最后被彈回到B處停下.已知賽車的質(zhì)量為m=2 kg,A、B之間的距離為L2=3 m,賽車被彈回的過程中離開彈簧時的速度大小為v=4 m/s,水平向右.g取10 m/s2.求: 圖10 (1)賽車和地面間的動摩擦因數(shù); (2)彈簧被壓縮的最大距離. 答案 (1)0.2 (2)0.5 m 解析 (1)從賽車離開彈簧到B點靜止,由動能定理得 -μmg(L1+L2)=0-mv2 解得μ=0.2. (2)設(shè)彈簧被壓縮的最大距離為L,從賽車加速到離開彈簧,由動能定理得 FL1-μmg(L1+2L)=mv2 解得L=0.5 m. 8.(2016臺州市調(diào)研)如圖11甲所示,長為4 m的水平軌道AB與半徑為R=0.6 m的豎直半圓弧軌道BC在B處相連接,有一質(zhì)量為1 kg的滑塊(大小不計),從A處由靜止開始受水平向右的力F作用,F(xiàn)的大小隨位移變化的關(guān)系如圖乙所示,滑塊與AB間的動摩擦因數(shù)為μ=0.25,g取10 m/s2,求: 圖11 (1)滑塊到達(dá)B處時的速度大??; (2)滑塊在水平軌道AB上運動前2 m所用的時間; (3)若到達(dá)B點時撤去力F,滑塊沿半圓弧軌道內(nèi)側(cè)上滑,并恰好能到達(dá)最高點C,則滑塊在半圓弧軌道上克服摩擦力所做的功是多少? 答案 (1)2 m/s (2)2 s (3)5 J 解析 (1)對滑塊從A到B的過程,由動能定理得 F1x1-F3x3-μmgx=mv 得vB=2 m/s. (2)在前2 m內(nèi),有F1-μmg=ma, 且x1=at, 解得t1=2 s. (3)當(dāng)滑塊恰好能到達(dá)最高點C時,有 mg=m 對滑塊從B到C的過程,由動能定理得 Wf-mg2R=mv-mv 代入數(shù)值得 Wf=-5 J, 即克服摩擦力做的功為5 J. 1.如圖所示,下列過程中人對物體做了功的是( ) A.小華用力推石頭,但沒有推動 B.小明舉起杠鈴后,在空中停留3秒的過程中 C.小紅提著書包,隨電梯一起勻速上升的過程中 D.小陳將冰壺推出后,冰壺在水平冰面上滑行了5米的過程中 答案 C 解析 力做功的公式W=Flcos α.石頭沒有運動,在力的方向上沒有位移,故沒有做功,選項A錯誤;杠鈴在空中停留時,沒有發(fā)生位移,人沒有對杠鈴做功,選項B錯誤;在上升過程中,人對包有力的作用,符合做功的條件,故人對書包做功,選項C正確;冰壺被推出后,人對冰壺沒有施加作用力,故不做功,選項D錯誤. 2.關(guān)于摩擦力對物體做功,以下說法中正確的是( ) A.滑動摩擦力總是做負(fù)功 B.滑動摩擦力可能做負(fù)功,也可能做正功 C.靜摩擦力對物體一定做負(fù)功 D.靜摩擦力對物體總是做正功 答案 B 解析 無論靜摩擦力還是滑動摩擦力,既可以做正功,也可以做負(fù)功,還可以不做功. 3.如圖1所示,同一物體分別沿斜面AD和BD自頂點由靜止開始下滑,該物體與斜面間的動摩擦因數(shù)相同.在滑行過程中克服摩擦力做的功分別為WA和WB,則( ) 圖1 A.WA>WB B.WA=WB C.WA- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
- 2.下載的文檔,不會出現(xiàn)我們的網(wǎng)址水印。
- 3、該文檔所得收入(下載+內(nèi)容+預(yù)覽)歸上傳者、原創(chuàng)作者;如果您是本文檔原作者,請點此認(rèn)領(lǐng)!既往收益都?xì)w您。
下載文檔到電腦,查找使用更方便
9.9 積分
下載 |
- 配套講稿:
如PPT文件的首頁顯示word圖標(biāo),表示該PPT已包含配套word講稿。雙擊word圖標(biāo)可打開word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國旗、國徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設(shè)計者僅對作品中獨創(chuàng)性部分享有著作權(quán)。
- 關(guān) 鍵 詞:
- 高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題七 功率與動能定理 高考 物理 二輪 復(fù)習(xí) 策略 專題 功率 動能 定理
鏈接地址:http://www.820124.com/p-11864201.html