《2020届高考物理总复习教科版课件：第5章 机械能 第1课时 功 功率 动能定理 .ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020届高考物理总复习教科版课件：第5章 机械能 第1课时 功 功率 动能定理 .ppt（66页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第五章 机械能,第1课时 功 功率 动能定理,基础回顾,核心探究,演练提升,基础回顾 自主梳理融会贯通,知识梳理,一、功 1.做功的两个要素 (1)物体受到 . (2)物体在 上发生了位移. 2.做功的实质:就是 的过程.,力的作用,能量变化,力的方向,3.公式:W= . 如图所示,物体在恒力F的作用下沿水平面向右运动了一段距离x,则恒力F做的功W= . (1)是力与 之间的夹角,x为物体对地的位移. (2)该公式只适用于 .,Fxcos ,Fxcos ,位移方向,恒力做功,4.功的正负 物体沿固定的粗糙斜面下滑时的受力示意图如图所示 则重力G与位移方向的夹角为 ,重力对物体做 ;摩擦力f与位
2、移方向的夹角为 ,摩擦力对物体做 ;支持力与位移方向的夹角为 ,支持力对物体 . (1)当0 0,力对物体做 .,锐角,正功,180,负功,90,不做功,正功,(2)当 时,W0,力对物体做 ,或者说物体 这个力做功.,负功,克服,二、功率 1.物理意义:描述力对物体做功的 .,2.公式 (1)P= ,P为时间t内的 .,快慢,平均功率,(2)P= ,若v为平均速度,则P为 ;若v为瞬时速度,则P为 . 3.额定功率:机器长时间 允许的功率. 4.实际功率:机器 时的功率,要求不能大于 功率.,Fvcos ,平均功率,瞬时功率,正常工作,实际工作,额定,三、动能与动能定理 1.动能:物体由于
3、而具有的能.,运动,2.动能表达式:Ek= mv2.,3.动能定理 (1)内容:合外力所做的功等于物体 .,动能的变化,Ek2-Ek1,(3)物理意义: 的功是物体动能变化的量度. (4)适用条件 动能定理既适用于直线运动,也适用于 运动. 既适用于恒力做功,也适用于 做功. 力可以是各种性质的力,既可以同时作用,也可以 作用.,合外力,曲线,变力,分阶段,自主检测,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)如果一个力阻碍了物体的运动,则这个力一定对物体做负功.( ) (3)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.( ) (4)物体的动能不变,
4、所受的合外力必定为零.( ) (5)人在上楼梯的过程中,支持力对人做正功.( ) (6)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.( ),答案:(1) (2) (3) (4) (5) (6),2.(多选)如图所示,小球m用一条不可伸长的轻质细线拴住后悬于O点,小球置于一个斜面不光滑的斜劈M上,用水平力F向左推动斜劈M在光滑水平桌面上由位置甲匀速向左移动到位置乙,在此过程中,正确的说法是( ) A.M,m间的摩擦力对m不做功 B.M,m间的摩擦力对m做负功 C.F对M所做的功与m对M所做的功的绝对值相等 D.M,m间的弹力对m做正功,CD,解析:小球在向左摆动过程中,M对m的摩擦力
5、方向与小球m的位移方向间夹角小于90,故摩擦力对m做正功,选项A,B均错误;因M匀速向左运动,地面对M的支持力和M的重力不做功,一定有F对M所做的功与m对M所做的功其总功为零,选项C正确;M对m的弹力方向与m位移方向夹角小于90,故对m做正功,选项D正确.,3.(2017山东青岛一模)有一质量为m的木块,从半径为r的圆弧曲面上的a点滑向b点,如图所示.如果由于摩擦使木块的运动速率保持不变,则以下叙述正确的是( ) A.木块的加速度不变 B.木块所受的合外力为零 C.木块所受的力都不对其做功 D.木块所受的合外力不为零,但合外力对木块所做的功为零,D,解析:木块的运动速率保持不变,木块在下滑过程
6、中做匀速圆周运动,加速度方向始终指向圆心,方向不断变化,加速度不断变化,选项A错误;木块做匀速圆周运动,合外力提供向心力,合外力不为零,合外力对木块做功为零,选项B错误,D正确;在下滑过程中,重力做正功,摩擦力做负功,选项C错误.,4.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.2P B.4P C.6P D.8P,D,核心探究 分类探究各个击破,考点一 功的分析与计算,1.恒力做功的计算方法,2.变力做功的求解,3.合外力做的功 法一:先求合外力F合,再用W合=F合lcos 求功.适用于F合为
7、恒力的过程. 法二:先求各个力做的功W1,W2,W3,再应用W合=W1+W2+W3+求合外力做的功.,【典例1】(2018辽宁大连质检)人在A点拉着绳通过一定滑轮吊起质量m=50 kg的物体,如图所示,开始时绳与水平方向的夹角为60.当人匀速提起物体由A点沿水平方向运动L=2 m而到达B点时,绳与水平方向成30角.则人对绳的拉力做了多少功?(取g=10 m/s2),核心点拨 (1)人对绳的拉力是变力,无法用功的定义式求解. (2)根据人对绳做的功与绳对物体做的功相等,将变力做功转换为恒力做功. (3)解决物体上升高度的方法是利用绳长的变化.,答案:730 J,方法技巧 化变力为恒力求变力做功
8、有些变力做功问题通过转换研究对象,可转化为恒力做功. 滑轮问题中,常利用绳长的变化来求物体上升或下降的高度,求出绳对物体做的功,进而求出变力做的功.,多维训练,1.变力做功一物体所受的力F随位移x变化的图像如图所示,求在这一过程中,力F对物体做的功为( ) A.3 J B.6 J C.7 J D.8 J,B,2.恒力做功(2018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100 kg的料车沿=30角的斜面由底端匀速地拉到顶端,斜面长L是4 m,若不计滑轮的质量和各处的摩擦力,g取10 N/kg,求这一过程中,(1)人拉绳子的力做的功;,答案:(1)2 000 J,解析:(2)重
9、力做功W2=-mgh=-mgLsin =-2 000 J. (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)-2 000 J (3)0,(2)料车的重力做的功; (3)料车受到的合力对物体做的总功.,考点二 功率的理解与计算,2.瞬时功率的计算方法 (1)利用公式P=Fvcos ,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,【典例2】 (2018江苏徐州模拟)汽车发动机的额定功率为60 k
10、W,汽车的质量为5103 kg,汽车在水平路面上行驶时,阻力是车重的0.1倍,(g取10 m/s2),试求: (1)若汽车保持额定功率不变从静止启动,汽车所能达到的最大速度是多大?当汽车的加速度为2 m/s2时速度是多大?,答案:(1)12 m/s 4 m/s,(2)若汽车从静止开始,保持以0.5 m/s2的加速度做匀加速直线运动,这一过程能维持多长时间?,答案:(2)16 s,多维训练,1.机车启动问题(多选)质量为m的汽车在平直公路上加速行驶,受到的阻力恒为f.当速度为v时,汽车发动机输出功率为P,则此时汽车的( ),AD,2. 平均功率和瞬时功率(2017昆明二模)如图(甲)所示,滑轮质
11、量、摩擦均不计,质量为2 kg的物体在力F作用下由静止开始向上做匀加速运动,其速度随时间的变化关系如图(乙)所示,g取10 m/s2.,求:(1)4 s末力F的瞬时功率; (2)4 s内F做功的平均功率.,答案:(1)42 W (2)21 W,考点三 动能定理及其应用,1.应用动能定理的流程,2.注意事项 (1)动能定理的研究对象可以是单一物体,或者是可以看做单一物体的物体系统. (2)动能定理是求解物体的位移或速率的简捷公式.当题目中涉及位移和速度而不涉及时间时可优先考虑动能定理;处理曲线运动中的速率问题时也要优先考虑动能定理. (3)应用动能定理时,必须明确各力做功的正、负.当一个力做负功
12、时,可设物体克服该力做功为W,将该力做功表达为-W,也可以直接用字母W表示该力做功,使其字母本身含有负号.,【典例3】 如图所示,一辆汽车通过一根绳PQ跨过定滑轮提升井中质量为m的物体,绳的P端拴在车后的挂钩上,Q端拴在物体上,设绳的总长不变,绳的质量、定滑轮的质量和尺寸、绳与滑轮间的摩擦都忽略不计.开始时,车在A处,滑轮左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的,左侧绳长为H.提升时车水平向左加速运动,沿水平方向从A经过B驶向C,设A到B的距离也为H,车经过B点时的速度为v0,求车由A运动到B的过程中,绳对物体所做的功.,反思总结 解决涉及滑轮的绳连物体类问题的方法 (1)将绳连接的两个或两个以上的物体
13、看做整体研究,其中绳上的拉力对系统做功为零. (2)位移的获得.利用绳长的变化解决某一物体的位移. (3)速度的分解.绳两端物体运动的速度不一定相等,有时要进行速度的分解.,多维训练,1.对动能定理的理解(多选)如图所示,电梯质量为M,在它的水平地板上放置一质量为m的物体.电梯在钢索的拉力作用下竖直向上加速运动,当电梯的速度由v1增加到v2时,上升高度为H,则在这个过程中,下列说法或表达式正确的是( ),BCD,2.求变力做功(2015海南卷)如图,一半径为R的半圆形轨道竖直固定放置,轨道两端等高,质量为m的质点自轨道端点P由静止开始滑下,滑到最低点Q时,对轨道的正压力为2mg,重力加速度大小
14、为g.质点自P滑到Q的过程中,克服摩擦力所做的功为( ),C,考点四 应用动能定理解决多过程问题,1.应用动能定理解决多过程问题时,要根据题目所求解的问题选取合适的过程,可以分几个过程,也可以对整体过程研究.值得注意的是虽然列式时忽略了中间复杂过程,但不能忽略对每个过程的分析. 2.当涉及重力、大小恒定的阻力或摩擦力做功时,要注意它们的做功特点. (1)重力的功取决于物体的初、末位置,与路径无关. (2)大小恒定的阻力或摩擦力做的功等于力的大小与路程的乘积.,【典例4】 (2018河北唐山模拟)小孩玩冰壶游戏,如图所示,将静止于O点的冰壶(视为质点)沿直线OB用水平恒力推到A点放手,此后冰壶沿
15、直线滑行,最后停在B点.已知冰面与冰壶的动摩擦因数为,冰壶质量为m,OA=x,AB=L,重力加速度为g.求:,(1)冰壶在A点的速率vA;,(2)冰壶从O点运动到A点的过程中受到小孩施加的水平推力F.,误区警示 利用动能定理解决多过程问题的注意点 若过程包含了几个运动性质不同的分过程,既可分段考虑,也可整个过程考虑,但求功时,有些力不是全过程都做功,必须根据不同的情况分别对待求出总功.,1.直线与圆周运动组合的多过程问题(2016天津卷,10)我国将于2022年举办冬奥会,跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一.如图所示,质量m=60 kg的运动员从长直助滑道AB的A处由静止开始以加速度a=3.6
16、 m/s2匀加速滑下,到达助滑道末端B时速度vB=24 m/s,A与B的竖直高度差H=48 m,为了改变运动员的运动方向,在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道衔接,其中最低点C处附近是一段以O为圆心的圆弧.助滑道末端B与滑道最低点C的高度差h=5 m,运动员在B,C间运动时阻力做功W=-1 530 J,取g=10 m/s2.,多维训练,(1)求运动员在AB段下滑时受到阻力f的大小;,答案:(1)144 N,(2)若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的6倍,则C点所在圆弧的半径R至少应为多大.,答案:(2)12.5 m,2. 涉及弹簧的物体运动多过程问题(2018广东汕头质检)在赛车场上,为了安
17、全起见,车道外围都固定上废旧轮胎作为围栏,当车碰撞围栏时起缓冲器作用.为了检验废旧轮胎的缓冲效果,在一次模拟实验中用弹簧来代替废旧轮胎,实验情况如图所示.水平放置的轻弹簧左侧固定于墙上,处于自然状态,开始赛车在A处处于静止,距弹簧自由端的距离为L1=1 m.当赛车启动时,产生水平向左的牵引力恒为F=24 N,使赛车向左做匀加速前进,当赛车接触弹簧的瞬间立即关闭发动机撤去F,赛车继续压缩弹簧,最后被弹回到B处停下.已知赛车的质量为m=2 kg,A,B之间的距离为L2=3 m,赛车被弹回离开弹簧时的速度大小为v=4 m/s,水平向右,取g=10 m/s2.,求:(1)赛车和地面间的动摩擦因数; (
18、2)弹簧被压缩的最大距离;,答案:(1)0.2 (2)0.5 m,答案:(3)18 J,(3)弹簧的最大弹性势能.,演练提升 真题体验强化提升,1.发动机的功率(2015海南卷,3)假设摩托艇受到的阻力的大小正比于它的速率.如果摩托艇发动机的输出功率变为原来的2倍,则摩托艇的最大速率变为原来的( ) A.4倍 B.2倍 C. 倍 D. 倍,D,高考模拟,2.动能定理的应用(2016全国卷,20)(多选)如图,一固定容器的内壁是半径为R的半球面,在半球面水平直径的一端有一质量为m的质点P.它在容器内壁由静止下滑到最低点的过程中,克服摩擦力做的功为W.重力加速度大小为g.设质点P在最低点时,向心加
19、速度的大小为a,容器对它的支持力大小为N,则( ),AC,3. 机车启动的图像问题 (2015全国卷,17)一汽车在平直公路上行驶.从某时刻开始计时,发动机的功率P随时间t的变化如图所示.假定汽车所受阻力的大小f恒定不变.下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图线中,可能正确的是( ),A,4.多过程的动能定理的应用(2017海南卷,6)将一小球竖直向上抛出,小球在运动过程中所受到的空气阻力不可忽略.a为小球运动轨迹上的一点,小球上升和下降经过a点时的动能分别为Ek1和Ek2.从抛出开始到小球第一次经过a点时重力所做的功为W1,从抛出开始到小球第二次经过a点时重力所做的功为W2.下列选项正确的是
20、( ) A.Ek1=Ek2,W1=W2 B.Ek1Ek2,W1=W2 C.Ek1Ek2,W1W2,B,解析:从抛出开始到第一次经过a点和抛出开始第二次经过a点,上升的高度相等,可知重力做功相等,即W1=W2. 对两次经过a点的过程运用动能定理得,-Wf=Ek2-Ek1, 可知Ek1Ek2,故B正确,A,C,D错误.,拓展增分,巧用动能定理求解往复运动问题 在某些物体的运动中,其运动的过程具有重复性、往复性,而在这一过程中,描述物体的物理量多数是变化的,而重复的次数又往往是不能确定的或者是无限的,求解这类问题时,若运用牛顿运动定律即运动学公式将非常繁琐,甚至无法解出.由于动能定理只关注物体的初末
21、状态而不涉及运动过程的细节,所以用动能定理分析这类问题可使解题过程简化.,1.往复次数可确定的情形 【示例1】如图所示,MNP为竖直面内一固定轨道,其圆弧段MN与水平段NP相切于N,P端固定一竖直挡板.M相对于N的高度为h,NP长度为s.一物块从M端由静止开始沿轨道下滑,与挡板只发生一次碰撞,碰撞后物块速度大小不变,方向相反.最后停止在水平轨道上某处.若在MN段的摩擦可忽略不计,物块与NP段轨道间的动摩擦因数为,求物块停止的地方距N点的距离的可能值.,2.往复次数不能确定的情形 【示例2】如图所示,斜面的倾角为、质量为m的滑块距挡板P的距离为s0,滑块以初速度v0沿斜面上滑,滑块与斜面间的动摩擦因数为,滑块所受摩擦力小于重力沿斜面向下的分力.若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失,求滑块经过的总路程.,答案:见解析,