【步步高】2020年高考物理大一輪 第五章 第1課時 功　功率 新人教版必修2（通用）

【步步高】2020年高考物理大一輪 第五章 第1課時 功功率 新人教版必修2 考點內容要求考綱解讀功和功率1.從近幾年高考來看，關于功和功率的考查，多以選擇題的形式出現(xiàn)，有時與電流及電磁感應相結合命題2功和能的關系一直是高考的“重中之重”，是高考的熱點和重點，涉及這部分內容的考題不但題型全、分量重，而且還經常有壓軸題，考查最多的是動能定理和機械能守恒定律，且多數(shù)題目是與牛頓運動定律、平拋運動、圓周運動以及電磁學等知識相結合的綜合性試題3動能定理及能量守恒定律仍將是高考考查的重點高考題注重與生產、生活、科技相結合，將對相關知識的考查放在一些與實際問題相結合的情境中去，能力要求不會降低.動能和動能定理重力做功與重力勢能功能關系、機械能守恒定律及其應用實驗：探究動能定理實驗：驗證機械能守恒定律第1課時功功率導學目標 1.掌握功正負的判斷和計算功的方法.2.理解P和PFv的關系，并會運用這兩式計算功率.3.掌握兩種機車啟動的過程分析一、功基礎導引1圖1表示物體在力F的作用下在水平面上發(fā)生了一段位移l，分別計算這三種情形下力對物體做的功設這三種情形下力和位移的大小都相同：F10 N，l2 m角的大小如圖所示圖12用起重機把重量為2×104 N的物體勻速地提高了5 m，鋼繩的拉力做了多少功？重力做了多少功？物體克服重力做了多少功？這些力所做的總功是多少？知識梳理1功的定義：力對物體所做的功，等于力的大小、位移的大小、力與位移夾角的余弦這三者的乘積2功的計算公式：W_.特別提醒只適用于恒力做功的計算3力做功的兩個必要因素：力和物體在_發(fā)生的位移4功是_，沒有方向，但有正、負之分：“正功”、“負功”的物理意義是什么？“正功”、“負功”中的“”、“”號表示功的大小嗎？二、功率基礎導引1運動員在某次體能訓練中，用100 s的時間跑上了20 m高的高樓那么，與他登樓時的平均功率最接近的估測值是 ()A10 W B100 W C1 kW D10 kW2某型號汽車發(fā)動機的額定功率為60 kW，在水平路面上行駛時受到的阻力是1 800 N，求發(fā)動機在額定功率下汽車勻速行駛的速度？在同樣的阻力下，如果以較低的速度54 km/h行駛時，發(fā)動機輸出的實際功率是多少？知識梳理1功率的定義：功跟完成這些功所用_的比值2功率的物理意義：描述做功的_3功率的兩個公式(1)P，P為時間t內的_(2)PFvcos (為F與v的夾角)v為平均速度，則P為_ v為瞬時速度，則P為_4額定功率：機械_時輸出的_功率5實際功率：機械_時輸出的功率實際功率往往小于_：對機車的功率PFv，式中F為機車的牽引力，還是機車的合外力？考點一功的計算考點解讀1恒力做功的計算公式WFlcos ，其中F為恒力，l是物體相對地面的位移，而不是相對于和它接觸的物體的位移2變力做功的計算(1)用動能定理WEk計算(2)當變力做功的功率一定時，用功率和時間計算：WPt.(3)將變力做功轉化為恒力做功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，再求各力做功的代數(shù)和典例剖析例1如圖2所示，質量為m的物體靜止在傾角為的斜面上，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為，現(xiàn)使斜面水平向左勻速移動距離l.圖2(1)摩擦力對物體做的功為(物體與斜面相對靜止) ()A0 Bmglcos Cmglsin cos Dmglsin cos (2)斜面對物體的彈力做的功為 ()A0 Bmglsin cos2 Cmglcos2 Dmglsin cos (3)重力對物體做的功為 ()A0 BmglCmgltan Dmglcos (4)斜面對物體做的功是多少？各力對物體所做的總功是多少？方法突破求解恒力做功的流程圖 跟蹤訓練1如圖3所示，水平路面上有一輛質量為M的汽車，車廂中有一質量為m的人正用力F向前推車廂圖3(1)當車勻速向前行駛距離L的過程中，人推車的力做了多少功？人對車做了多少功？車對人做了多少功？(2)若車以加速度a向后行駛距離L的過程中，人推車的力做了多少功？人對車做了多少功？車對人做了多少功？考點二判斷功的正負考點解讀判斷正負功的方法(1)根據力的方向和位移的方向的夾角判斷功的正負(2)從能量角度入手，根據功是能量轉化的量度進行判斷若有能量轉化，則必有力對物體做功此法既適用于恒力做功，也適用于變力做功(3)看力F與物體運動速度方向之間的夾角的大小若90°，則力F不做功；若<90°，則力F做正功；若>90°，則力F做負功(或者說物體克服力F做功)此法常用于判斷曲線運動中力做功的情況典例剖析圖4例2如圖4所示，小物體位于光滑斜面上，斜面位于光滑的水平地面上從地面上看，在小物體沿斜面下滑過程中，斜面對物體的作用力 ()A不垂直接觸面，做功為零B垂直接觸面，做功為零C垂直接觸面，做功不為零D不垂直接觸面，做功不為零跟蹤訓練2物體在合外力作用下做直線運動的vt圖象如圖5所示下列表述正確的是 ()A在01 s內，合外力做正功圖5B在02 s內，合外力總是做負功C在12 s內，合外力不做功D在03 s內，合外力總是做正功考點三功率的兩個公式P和PFv的區(qū)別考點解讀1P是功率的定義式，PFv是功率的計算式2在計算中，P只能計算平均值，而PFv能計算平均值和瞬時值(1)若v是瞬時值，則計算出的功率是瞬時值(2)若v是平均值，則計算出的功率是平均值3應用公式PFv時需注意(1)F與v方向在同一直線上時：PFv.(2)F與v方向有一夾角時：PFvcos .典例剖析圖6例3 如圖6所示，水平傳送帶正以v2 m/s的速度運行，兩端水平距離l8 m，把一質量m2 kg的物塊輕輕放到傳送 帶的A端，物塊在傳送帶的帶動下向右運動若物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)0.1，不計物塊的大小，g取10 m/s2，則把這例4 個物塊從A端傳送到B端的過程中，摩擦力對物塊做功的平均功率是多少？1 s時，摩擦力對物體做功的功率是多少？皮帶克服摩擦力做功的功率是多少？方法歸納計算功率的基本思路：1首先判斷待求的功率是瞬時功率還是平均功率2(1)平均功率的計算方法利用.利用Fcos .(2)瞬時功率的計算方法PFvcos ，v是t時刻的瞬時速度跟蹤訓練3質量為m的物體靜止在光滑水平面上，從t0時刻開始受到水平力的作用力的大小F與時間t的關系如圖7所示， 力的方向保持不變，則 ()圖7A3t0時刻的瞬時功率為B3t0時刻的瞬時功率為C在t0到3t0這段時間內，水平力的平均功率為D在t0到3t0這段時間內，水平力的平均功率為考點四機動車兩種啟動方式考點解讀對機動車等交通工具，在啟動的時候，通常有兩種啟動方式，即以恒定功率啟動和以恒定加速度啟動現(xiàn)比較如下：兩種方式以恒定功率啟動以恒定加速度啟動Pt圖和vt圖OA段過程分析vFaa不變F不變PFv直到P額Fv1運動性質加速度減小的加速直線運動勻加速直線運動，維持時間t0AB段過程分析FF阻a0F阻vFa運動性質以vm勻速直線運動加速度減小的加速運動BC段無FF阻a0以vm勻速運動特別提醒圖表中的v1為機車以恒定加速度啟動時勻加速運動的末速度，而vm為機車以額定功率運動時所能達到的最大速度典例剖析圖8例4在檢測某種汽車性能的實驗中，質量為3×103 kg的汽車由靜止開始沿平直公路行駛，達到的最大速度為40 m/s，利用傳感器測得此過程中不同時刻該汽車的牽引力F與對應速度v，并描繪出如圖8所示的F圖象(圖線ABC為汽車由靜止到最大速度的全過程，AB、BO均為直線)假設該汽車行駛中所受的阻力恒定，根據圖線ABC，求：(1)該汽車的額定功率；(2)該汽車由靜止開始運動，經過35 s達到最大速度40 m/s，求其在BC段的位移跟蹤訓練4質量為m的汽車在平直路面上啟動，啟動過程的速度時間圖象如圖9所示從t1時刻起汽車的功率保持不變，整個運動過程中汽車所受阻力恒為Ff，則 ()A0t1時間內，汽車的牽引力等于m圖9Bt1t2時間內，汽車的功率等于(mFf)v1C汽車運動的最大速度v2(1)v1Dt1t2時間內，汽車的平均速度小于13.求變力做功的方法例5某力F10 N作用于半徑R1 m的轉盤的邊緣上，力F的大小保持不變，但方向始終保持與作用點的切線方向一致，則轉動一周的過程中這個力F做的總功應為 ()A0 B20 J C10 J D20 J例6用鐵錘將一鐵釘擊入木塊，設木塊對鐵釘?shù)淖枇εc鐵釘進入木塊內的深度成正比鐵錘擊打第一次后，能把鐵釘擊入木塊內1 cm.則擊打第二次后，能擊入多少深度？(設鐵錘每次做功相等)方法提煉求變力功的幾種方法1微元法當物體在變力的作用下做曲線運動時，若力的方向與物體運動的切線方向之間的夾角不變，且力與位移的方向同步變化時，可用微元法將曲線分成無限個小段，每一個小段可認為是恒力做功，總功即為各個小段做功的代數(shù)和2平均力法如果參與做功的變力，其方向不變，而大小隨位移線性變化，則可求出平均力等效代入公式Wlcos 求解3圖象法如果參與做功的變力方向與位移方向始終一致而大小隨位移變化，我們可作出該力隨位移變化的圖象那么圖線與坐標軸所圍成的面積，即為變力做的功4功率法用WPt求恒定功率下的變力(如汽車、輪船的牽引力)做功圖10跟蹤訓練5如圖10所示，某人用大小不變的力F拉著放在光滑水平面上的物體，開始時與物體相連接的繩與水平面間的夾角是，當拉力F作用一段時間后，繩與水平面間的夾角為.已知圖中的高度是h，求繩的拉力FT對物體所做的功假定繩的質量、滑輪質量及繩與滑輪間的摩擦不計A組功的判斷與計算1物體沿直線運動的vt關系如圖11所示，已知在第1秒內合外力對物體做的功為W，則 ()圖11A從第1秒末到第3秒末合外力做功為4WB從第3秒末到第5秒末合外力做功為2WC從第5秒末到第7秒末合外力做功為WD從第3秒末到第4秒末合外力做功為0.75W2一人乘電梯從1樓到20樓，在此過程中經歷了先加速、后勻速、再減速的運動過程，則電梯支持力對人做功情況是 ()A加速時做正功，勻速時不做功，減速時做負功B加速時做正功，勻速和減速時做負功C加速和勻速時做正功，減速時做負功D始終做正功圖123. 如圖12所示，木板質量為M，長度為L，小木塊(可視為質點)的質量為m，水平地面光滑一根不計質量的輕繩通過定滑輪分別與木板和小木塊連接，小木塊與木板間的動摩擦因數(shù)為，開始時小木塊靜止在木板左端現(xiàn)用水平向右的力將小木塊拉至木板右端，拉力至少做功為 ()A. B2mgL CmgL D(Mm)gLB組功率的計算及分析圖134 如圖13所示，汽車通過輕質光滑的定滑輪，將一個質量為m的物體從井中拉出，繩與汽車連接點距滑輪頂點高 A，開始時物體靜止，滑輪兩側的繩都豎直繃緊，汽車以v向右勻速運動，運動到跟汽車連接的細繩與水平方向的夾角為30°，則 ()A從開始到繩與水平方向的夾角為30°時，拉力做功mghB從開始到繩與水平方向的夾角為30°時，拉力做功mghmv2C在繩與水平方向的夾角為30°時，拉力功率為mgvD在繩與水平方向的夾角為30°時，拉力功率小于mgv5汽車以額定功率在平直公路上勻速行駛，在t1時刻司機減小了油門，使汽車的功率立即減小一半，并保持該功率繼續(xù)行駛，到t2時刻汽車又開始做勻速直線運動(設整個過程中汽車所受的阻力不變)，則在t1t2的這段時間內 ()A汽車的加速度逐漸減小 B汽車的加速度逐漸增大C汽車的速度逐漸減小 D汽車的速度逐漸增大課時規(guī)范訓練(限時：45分鐘)一、選擇題圖11如圖1所示，木板OA水平放置，長為L，在A處放置一個質量為m的物體，現(xiàn)繞O點緩慢抬高A端，直到當木板轉到與水平面成 角時停止轉動(位置A)這時物體受到一個微小的干擾便開始 緩慢勻速下滑，物體回到O點，在整個過程中 ()A支持力對物體做的總功為mgLsin B摩擦力對物體做的總功為零C木板對物體做的總功為零D木板對物體做的總功為正功2豎直上拋一球，球又落回原處，已知空氣阻力的大小正比于球的速度，則下列說法中正確的是 ()A球在上升過程中克服重力做的功大于下降過程中重力做的功B球在上升過程中克服重力做的功等于下降過程中重力做的功C球在上升過程中克服重力做功的平均功率大于下降過程中重力做功的平均功率D球在上升過程中克服重力做功的平均功率等于下降過程中重力做功的平均功率3一輛汽車以功率P1在平直公路上勻速行駛，若駕駛員突然減小油門，使汽車的功率減小為P2并繼續(xù)行駛若整個過程中阻力恒定不變，此后汽車發(fā)動機的牽引力將 ()A保持不變 B不斷減小C先減小，后保持不變 D先增大，后保持不變圖24用起重機提升貨物，貨物上升過程中的vt圖象如圖2所示，在t3 s到t5 s內，重力對貨物做的功為W1、繩索拉力對貨物做的功為W2、貨物所受合力做的功為W3，則 ()AW1>0 BW2<0 CW2>0 DW3<05放在粗糙水平面上的物體受到水平拉力的作用，在06 s內其速度與時間的圖象和該拉力的功率與時間的圖象分別如圖3甲、乙所示下列說法正確的是 ()甲乙圖3A06 s內物體的位移大小為30 mB06 s內拉力做的功為70 JC合外力在06 s內做的功與02 s內做的功相等D滑動摩擦力的大小為5 N圖46如圖4所示為某中學科技小組制作的利用太陽能驅動小車的裝置當太陽光照射到小車上方的光電板時，光電板中產生的電流經電動機帶動小車前進若質量為m的小車在平直的水泥路上從靜止開始沿直線加速行駛，經過時間t前進的距離為s，且速度達到最大值vm.設這一過程中電動機的功率恒為P，小車所受阻力恒為F，那么這段時間內 ()A小車做勻加速運動B小車受到的牽引力逐漸增大C小車受到的合外力所做的功為PtD小車受到的牽引力做的功為Fsmv7機車從靜止開始沿平直軌道做勻加速直線運動，所受的阻力始終不變，在此過程中，下列說法正確的是 ()A機車輸出功率逐漸增大B機車輸出功率不變C在任意兩相等的時間內，機車動能變化相等D在任意兩相等的時間內，機車速度變化的大小相等8運動員跳傘將經歷加速下降和減速下降兩個過程，將人和傘看成一個系統(tǒng)，在這兩個過程中，下列說法正確的是 ()A阻力對系統(tǒng)始終做負功B系統(tǒng)受到的合外力始終向下C重力做功使系統(tǒng)的重力勢能增加D任意相等的時間內重力做的功相等9.如圖5所示，在外力作用下某質點運動的vt圖象為正弦曲線，從圖中可以判斷，以下說法錯誤的是 ()A在0t2時間內，外力做正功B在t1t2時間內，外力的功率先增大后減小圖5C在t3時刻，外力的功率最大D在t1t3時間內，外力做的總功為0圖610.如圖6所示，A、B疊放著，A用繩系在固定的墻上，用力F將B 拉著右移用FT、FAB和FBA分別表示繩子的拉力、A對B的摩擦力和B對A的摩擦力，則下列敘述中正確的是 ()AF做正功，F(xiàn)AB做負功，F(xiàn)BA做正功，F(xiàn)T不做功BF和FBA做正功，F(xiàn)AB和FT做負功CF做正功，其他力都不做功DF做正功，F(xiàn)AB做負功，F(xiàn)BA和FT都不做功二、非選擇題11質量m3 kg的物體，受到與斜面平行向下的拉力F10 N，沿固定斜面下滑距離l2 m，斜面傾角30°，物體與斜面間的動摩擦因數(shù).求各力對物體所做的功以及力對物體所做的總功(g取10 m/s2)121.3 L夏利N3轎車發(fā)動機的最大功率為63 kW，汽車滿載質量為1 225 kg，最高車速是165 km/h，汽車在平直路面上行駛(g取10 m/s2)問：(1)汽車所受阻力與車重的比值是多少？(2)若汽車從靜止開始，以1.0 m/s2的加速度做勻加速運動，則這一過程能維持多長時間？復習講義基礎再現(xiàn)一、基礎導引1.10 J10 J10 J21×105 J1×105 J1×105 J0知識梳理2.Flcos 3.力的方向上4標量思考：正功表示物體所受力使物體獲得能量，是動力；負功表示物體所受力使物體失去能量，是阻力“”、“”正負號只表示物理意義，不表示大小二、基礎導引1.B2120 km/h27 kW知識梳理1.時間2.快慢3.(1)平均功率(2)平均功率瞬時功率4.正常工作最大5.實際工作額定功率思考：F為機車的牽引力，因為P為機車牽引力的功率，而不是合外力的功率課堂探究例1(1)C(2)D(3)A(4)00跟蹤訓練1見解析 解析(1)人推車的力做功為WFFL；人對車的作用力和車對 人的作用力均為零，所以人對車做功和車對人做功均為零； (2)人推車的力做功為WFFL；車對人的力為ma，方向向右，人對車的力為ma，方向向左，所以車對人做功為W1maL，人對車做功為W2maL.例2C跟蹤訓練2A例30.8 W2 W4 W跟蹤訓練3BD例4(1)8×104 W(2)75 m跟蹤訓練4BC例5B例60.41 cm跟蹤訓練5Fh(1/sin 1/sin )分組訓練1CD2D3.C4.B5AC課時規(guī)范訓練1AD2BC3D4CD5ABC6D7AD8A9AC10D11WG30 JWF20 JWN0Wf30 JW總20 J12(1)0.11(2)24.3 s