2019-2020年高考物理一輪 (考綱自主研讀+命題探究+高考全程解密) 第1講功和功率(含解析) 新人教版.doc
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2019-2020年高考物理一輪 (考綱自主研讀+命題探究+高考全程解密) 第1講功和功率(含解析) 新人教版 第1講 功和功率 功?、?考綱要求) 【思維驅(qū)動(dòng)】 (多選)下列說(shuō)法中正確的是( ). A.功是矢量,正負(fù)表示其方向 B.功是標(biāo)量,正負(fù)表示外力對(duì)物體做功還是物體克服外力做功 C.力對(duì)物體做正功還是做負(fù)功取決于力和位移的方向關(guān)系 D.力對(duì)物體做的功總是在某過(guò)程中完成的,所以功是一個(gè)過(guò)程量 解析 功是標(biāo)量,是過(guò)程量,功的正負(fù)不代表其大小,也不代表其方向,只說(shuō)明做功的力是動(dòng)力還是阻力. 答案 BCD 【知識(shí)存盤(pán)】 1.做功的兩個(gè)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.公式:W=Flcos__α (1)α是力與位移方向之間的夾角,l為物體對(duì)地的位移. (2)該公式只適用于恒力做功. 3.功的正負(fù) 夾角 功的正負(fù) α<90 力對(duì)物體做正功 α=90 力對(duì)物體不做功 α>90 力對(duì)物體做負(fù)功或說(shuō)成物體克服這個(gè)力做了功 功率?、?考綱要求) 【思維驅(qū)動(dòng)】 (單選)兩個(gè)完全相同的小球A、B, 圖4-1-1 在某一高度處以相同大小的初速度v0分別沿水平方向和豎直方向拋出,不計(jì)空氣阻力,如圖4-1-1所示,則下列說(shuō)法正確的是( ). A.兩小球落地時(shí)速度相同 B.兩小球落地時(shí),重力的瞬時(shí)功率相同 C.從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至落地,重力對(duì)兩小球做的功相同 D.從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至落地,重力對(duì)兩小球做功的平均功率相同 解析 兩小球落地時(shí)的速度方向不相同,故A錯(cuò)誤;兩小球落地時(shí),重力的瞬時(shí)功率不相同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)重力做功的特點(diǎn)可知,從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至落地,重力對(duì)兩小球做功相同,選項(xiàng)C正確;從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至落地,運(yùn)動(dòng)時(shí)間不同,重力對(duì)兩小球做功的平均功率不相同,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案 C 【知識(shí)存盤(pán)】 1.定義:功與完成這些功所用時(shí)間的比值. 2.物理意義:描述力對(duì)物體做功的快慢. 3.公式 (1)P=,P為時(shí)間t內(nèi)的平均功率. (2)P=Fvcos__α(α為F與v的夾角) ①v為平均速度,則P為平均功率. ②v為瞬時(shí)速度,則P為瞬時(shí)功率. 4.額定功率:機(jī)械正常工作時(shí)輸出的最大功率. 5.實(shí)際功率:機(jī)械實(shí)際工作時(shí)輸出的功率.要求小于或等于額定功率. 考點(diǎn)一 力做正功或負(fù)功的理解及判斷 功的正負(fù)的物理意義 動(dòng)力學(xué)角度 能量角度 正功 若某力對(duì)物體做正功,則這個(gè)力對(duì)物體來(lái)說(shuō)是動(dòng)力 若力對(duì)物體做功,則外界向物體提供能量,即受力物體獲得了能量 負(fù)功 若某力對(duì)物體做負(fù)功,則這個(gè)力對(duì)物體來(lái)說(shuō)是阻力 若物體克服外力做功,則物體要消耗自身的能量,即物體失去了能量 【典例1】 (多選)如圖4-1-2所示, 圖4-1-2 在加速向左運(yùn)動(dòng)的車廂中,一人用力向左推車廂(人與車廂始終保持相對(duì)靜止),則下列說(shuō)法正確的是( ). A.人對(duì)車廂做正功 B.車廂對(duì)人做負(fù)功 C.人對(duì)車廂做負(fù)功 D.車廂對(duì)人做正功 解析 先確定人對(duì)車廂的作用力方向和力的作用點(diǎn)的位移方向,這里人對(duì)車廂除有手對(duì)車廂的推力F1外,還有個(gè)容易被疏忽的力:腳對(duì)車廂地板的靜摩擦力F2,受力分析如圖所示.其中F1做正功,F(xiàn)2做負(fù)功.由于F1和F2大小未知,因此這兩個(gè)力的總功正負(fù)難以確定.于是將研究對(duì)象轉(zhuǎn)換為受力情況較簡(jiǎn)單的人,在水平方向人受到車廂壁向右的力F1′和車廂地板對(duì)人向左的靜摩擦力F2′,這兩個(gè)力的合力使人產(chǎn)生向左加速運(yùn)動(dòng)的加速度,合力是動(dòng)力,對(duì)人做正功,表示車廂對(duì)人做正功,由牛頓第三定律知,人對(duì)車廂的作用力向右,是阻力,所以人對(duì)車廂做負(fù)功,故C、D正確. 答案 CD 【變式跟蹤1】 (單選)(xx啟東模擬) 圖4-1-3 如圖4-1-3所示,電梯與水平地面成θ角,一人站在電梯上,電梯從靜止開(kāi)始勻加速上升,到達(dá)一定速度后再勻速上升.若以FN表示水平梯板對(duì)人的支持力,G為人受到的重力,F(xiàn)為電梯對(duì)人的靜摩擦力,則下列結(jié)論正確的是( ). A.加速過(guò)程中F≠0,F(xiàn)、FN、G都做功 B.加速過(guò)程中F≠0,F(xiàn)N不做功 C.加速過(guò)程中F=0,F(xiàn)N、G都做功 D.勻速過(guò)程中F=0,F(xiàn)N、G都不做功 解析 加速過(guò)程中,水平方向的加速度由靜摩擦力F提供,所以F≠0,F(xiàn)、FN做正功,G做負(fù)功,選項(xiàng)A正確,B、C錯(cuò)誤.勻速過(guò)程中,水平方向不受靜摩擦力作用,F(xiàn)=0,F(xiàn)N做正功,G做負(fù)功,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案 A,以題說(shuō)法 1.判斷力是否做功及做功正負(fù)的方法 (1)看力F的方向與位移l的方向間的夾角α——常用于恒力做功的情形. (2)看力F的方向與速度v的方向間的夾角α——常用于曲線運(yùn)動(dòng)的情形. (3)根據(jù)動(dòng)能的變化:動(dòng)能定理描述了合外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系,即W合=Ek末-Ek初,當(dāng)動(dòng)能增加時(shí)合外力做正功;當(dāng)動(dòng)能減少時(shí),合外力做負(fù)功. 2.一對(duì)作用力和反作用力做功的情況 (1)兩個(gè)力均不做功; (2)其中一個(gè)力做功,另一個(gè)力不做功; (3)其中一個(gè)力做正功,另一個(gè)力做負(fù)功; (4)兩個(gè)力均做正功或均做負(fù)功. 考點(diǎn)二 功的計(jì)算 【典例2】 (多選)一物體在水平面上, 圖4-1-4 受恒定的水平拉力和摩擦力作用沿直線運(yùn)動(dòng),已知在第1秒內(nèi)合力對(duì)物體做的功為45 J,在第1秒末撤去拉力,其v-t圖象如圖4-1-4所示,g取10 m/s2,則( ). A.物體的質(zhì)量為10 kg B.物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2 C.第1秒內(nèi)摩擦力對(duì)物體做的功為60 J D.第1秒內(nèi)拉力對(duì)物體做的功為60 J 解析 由動(dòng)能定理,W合=,第1秒內(nèi)W合=45 J,第1秒末速度v=3 m/s,解出m=10 kg,故A正確;撤去拉力后加速度的大小a= m/s2=1 m/s2,摩擦力Ff=ma=10 N,又Ff=μmg,解出μ=0.1,故B錯(cuò)誤;第1秒內(nèi)物體的位移x=1.5 m,第1秒內(nèi)摩擦力對(duì)物體做的功W=-Ffx=-15 J,故C錯(cuò)誤;第1秒內(nèi)加速度的大小a1= m/s2=3 m/s2,設(shè)第1秒內(nèi)拉力為F,則F-Ff=ma1,第1秒內(nèi)拉力對(duì)物體做的功W′=Fx=60 J,故D正確. 答案 AD 【變式跟蹤2】 (多選)如圖4-1-5所示, 圖4-1-5 擺球質(zhì)量為m,懸線的長(zhǎng)為L(zhǎng),把懸線拉到水平位置后放手.設(shè)在擺球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣阻力F阻的大小不變,則下列說(shuō)法正確的是( ). A.重力做功為mgL B.繩的拉力做功為0 C.空氣阻力(F阻)做功為-mgL D.空氣阻力(F阻)做功為-F阻πL 解析 如圖所示,因?yàn)槔T在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直,故不做功,即WFT=0. 重力在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終不變,小球在重力方向上的位移為AB在豎直方向上的投影L,所以WG=mgL.F阻所做的總功等于每個(gè)小弧段上F阻所做功的代數(shù)和,即 WF阻=-(F阻Δx1+F阻Δx2+…)=-F阻πL. 故重力mg做的功為mgL,繩子拉力做功為零,空氣阻力所做的功為-F阻πL. 答案 ABD ,借題發(fā)揮 1.計(jì)算做功的一般思路 2.計(jì)算變力做功常用的方法 (1)用動(dòng)能定理W=ΔEk或功能關(guān)系求功.此種方法不僅適于變力做功,也適于恒力做功. (2)根據(jù)W=Pt計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)做的功,此公式適用于功率恒定的情況. (3)根據(jù)力(F)-位移(l)圖象的物理意義計(jì)算力對(duì)物體所做的功,如圖4-1-6中陰影部分的面積在數(shù)值上等于力所做功的大?。? 圖4-1-6 (4)滑動(dòng)摩擦力及空氣阻力做功要用力與路程的乘積來(lái)計(jì)算. 考點(diǎn)三 功率的計(jì)算 【典例3】 (單選)(xx江蘇卷,3) 圖4-1-7 如圖4-1-7所示,細(xì)線的一端固定于O點(diǎn),另一端系一小球.在水平拉力作用下,小球以恒定速率在豎直平面內(nèi)由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn).在此過(guò)程中拉力的瞬時(shí)功率變化情況是( ). A.逐漸增大 B.逐漸減小 C.先增大,后減小 D.先減小,后增大 解析 小球速率恒定,由動(dòng)能定理知:拉力做的功與克服重力做的功始終相等,將小球的速度分解,可發(fā)現(xiàn)小球在豎直方向分速度逐漸增大,重力的瞬時(shí)功率也逐漸增大,則拉力的瞬時(shí)功率也逐漸增大,A項(xiàng)正確. 答案 A 【變式跟蹤3】 (多選)一質(zhì)量為1 kg的質(zhì)點(diǎn)靜止于光滑水平面上,從t=0時(shí)起,第1秒內(nèi)受到2 N的水平外力作用,第2秒內(nèi)受到同方向的1 N的外力作用.下列判斷正確的是( ). A.0~2 s內(nèi)外力的平均功率是W B.第2秒內(nèi)外力所做的功是 J C.第2秒末外力的瞬時(shí)功率最大 D.第1秒內(nèi)與第2秒內(nèi)質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能增加量的比值是 解析 由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出1 s末、2 s末速度的大小分別為:v1=2 m/s、v2=3 m/s,故合力做功為W=mv2=4.5 J,功率為P== W= W.所以A對(duì);1 s末、2 s末功率分別為4 W、3 W.所以C錯(cuò);第1秒內(nèi)與第2秒動(dòng)能增加量分別為:mv=2 J,mv-mv=2.5 J,比值為4∶5,所以D對(duì). 答案 AD ,借題發(fā)揮 1.公式P=Fv的適用條件 公式P=Fv適用于力F的方向與速度v的方向在同一條直線上的情況. 若力F和速度v不在同一直線上時(shí),要分解力F或速度v. 2.計(jì)算功率的基本思路 (1)首先判斷待求的功率是瞬時(shí)功率還是平均功率. (2)①平均功率的計(jì)算方法. a.利用=. b.利用=Fcos θ. ②瞬時(shí)功率的計(jì)算方法. P=Fvcos θ,v是t時(shí)刻的瞬時(shí)速度. 物理建模4 “機(jī)車的啟動(dòng)”模型 模型特點(diǎn) 物體在牽引力(受功率和速度制約)作用下,從靜止開(kāi)始克服一定的阻力,最后達(dá)到最大速度的整個(gè)加速過(guò)程,可看作“機(jī)車的啟動(dòng)”模型. (1)恒定功率啟動(dòng)(所受阻力一定) 先做變加速(a減小)運(yùn)動(dòng),再做勻速(a=0)運(yùn)動(dòng),在此過(guò)程中,F(xiàn)牽、v、a的變化情況是: (2)恒定加速度啟動(dòng)(所受阻力一定) 先做勻加速運(yùn)動(dòng),再做變加速運(yùn)動(dòng),最后勻速運(yùn)動(dòng),具體變化過(guò)程如下 (3)啟動(dòng)過(guò)程滿足的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 機(jī)車的功率P=Fv 機(jī)車的加速度a= 當(dāng)機(jī)車的速度達(dá)到最大時(shí),F(xiàn)=Ff,a=0,最大速度vm= (4)v-t圖象(如圖4-1-8所示) 圖4-1-8 建模指導(dǎo) 無(wú)論哪種運(yùn)行過(guò)程,機(jī)車的最大速度都等于其勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度,即vm==(式中Fmin為最小牽引力,其值等于阻力Ff). 典例 如圖4-1-9所示 圖4-1-9 為修建高層建筑常用的塔式起重機(jī).在起重機(jī)將質(zhì)量m=5103 kg的重物豎直吊起的過(guò)程中,重物由靜止開(kāi)始向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度a=0.2 m/s2,當(dāng)起重機(jī)輸出功率達(dá)到其允許的最大值時(shí),保持該功率直到重物做vm=1.02 m/s的勻速運(yùn)動(dòng).取g=10 m/s2,不計(jì)額外功.求: (1)起重機(jī)允許輸出的最大功率; (2)重物做勻加速運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間和起重機(jī)在第2秒末的輸出功率. 教你審題 ―→關(guān)鍵點(diǎn):過(guò)程分析:重物由靜止開(kāi)始向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)―→起重機(jī)達(dá)到最大功率時(shí)保持功率不變―→直到勻速運(yùn)動(dòng) ―→屬于機(jī)車勻加速啟動(dòng)模型 ―→P=Fv F-Ff=ma v=at ―→自己試一試! 解析 (1)設(shè)起重機(jī)允許輸出的最大功率為P0,重物達(dá)到最大速度時(shí),拉力F0的大小等于重力.P0=F0vm① F0=mg② 代入數(shù)據(jù),有:P0=5.1104 W③ (2)勻加速運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí),起重機(jī)達(dá)到允許輸出的最大功率,設(shè)此時(shí)重物受到的拉力為F,速度為v1,勻加速運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷時(shí)間為t1,有:P0=Fv1④ F-mg=ma⑤ v1=at1⑥ 由③④⑤⑥,代入數(shù)據(jù),得:t1=5 s⑦ 當(dāng)時(shí)間為t=2 s時(shí),重物處于勻加速運(yùn)動(dòng)階段,設(shè)此時(shí)速度的大小為v2,輸出功率為P,則v2=at⑧ P=Fv2⑨ 由⑤⑧⑨,代入數(shù)據(jù),得:P=2.04104 W. 答案 (1)5.1104 W (2)5 s 2.04104 W 【應(yīng)用】 (單選)如圖4-1-10 圖4-1-10 所示為汽車在水平路面上啟動(dòng)過(guò)程中的速度圖象,Oa為過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線,ab段表示以額定功率行駛時(shí)的加速階段,bc段是與ab段相切的水平直線,則下述說(shuō)法中正確的是( ). A.0~t1時(shí)間內(nèi)汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)且功率恒定 B.t1~t2時(shí)間內(nèi)汽車牽引力做功為mv-mv C.t1~t2時(shí)間內(nèi)的平均速度為(v1+v2) D.在全過(guò)程中t1時(shí)刻的牽引力及功率都是最大值,t2~t3時(shí)間內(nèi)牽引力最小 解析 0~t1時(shí)間內(nèi)汽車做勻加速運(yùn)動(dòng),功率P=Fat隨時(shí)間均勻增加,t1時(shí)刻的功率達(dá)到額定功率P額,則A錯(cuò).t1~t2時(shí)間內(nèi)汽車以額定功率P額加速行駛,由動(dòng)能定理得P額(t2-t1)-Wf=mv-mv,牽引力做功W= P額(t2-t1)=Wf+mv-mv,則B錯(cuò).t1~t2時(shí)間內(nèi)汽車做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),平均速度>(v1+v2),則C錯(cuò).0~t1時(shí)間內(nèi)加速度恒定,牽引力恒定;t1~t2時(shí)間內(nèi)加速度減小,牽引力減小,t2時(shí)刻的牽引力恰減小到等于阻力;t2~t3時(shí)間內(nèi),汽車的加速度為0,牽引力恒定,則D正確. 答案 D 一、功的判斷與計(jì)算 1.(單選)如圖4-1-11所示的a、b、c、d中,質(zhì)量為M的物體甲受到相同的恒力F的作用,在力F作用下使物體甲在水平方向移動(dòng)相同的位移.μ表示物體甲與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù),乙是隨物體甲一起運(yùn)動(dòng)的小物塊,比較物體甲移動(dòng)的過(guò)程中力F對(duì)甲所做的功的大小( ). 圖4-1-11 A.Wa最小 B.Wd最大 C.Wa>Wc D.四種情況一樣大 答案 D 2.(單選)質(zhì)量為1 kg的物體被人用手由靜止向上提高1 m(忽略空氣阻力),這時(shí)物體的速度是2 m/s,下列說(shuō)法中不正確的是(g=10 m/s2)( ). A.手對(duì)物體做功12 J B.合外力對(duì)物體做功12 J C.合外力對(duì)物體做功2 J D.物體克服重力做功10 J 解析 由動(dòng)能定理可知,合外力對(duì)物體做功等于物體動(dòng)能的增加量,即W合=mv2=2 J,C項(xiàng)正確、B項(xiàng)錯(cuò)誤;物體被提高1 m,克服重力做功WG=mgh=10 J,D項(xiàng)正確;由W手-WG=W合,得手對(duì)物體做功為12 J,A項(xiàng)正確. 答案 B 二、對(duì)功率的理解與分析 3.(單選)(xx常州二模)如圖4-1-12所示,質(zhì)量為m的物體放在光滑的水平面上,兩次用力拉物體,都是從靜止開(kāi)始,以相同的加速度移動(dòng)同樣的距離,第一次拉力F1的方向水平,第二次拉力F2的方向與水平方向成α角斜向上.在此過(guò)程中,兩力的平均功率為P1和P2,則( ). 圖4-1-12 A.P1- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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