2019年高考物理一轮复习第五章机械能第1讲功功率动能定理学案.doc
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1、1第 1 讲 功 功率 动能定理高考命题解读高考(全国卷)四年命题情况对照分析分 析 年 份题号 命题点卷 21题将功率融入直线运动考查卷 20题通过万有引力与航天考查能量问题卷 22题通过实验考查弹性势能的测量2013 年卷 24题将动能、动能定理融入电场中质点的运动进行考查卷 16题将动能知识融入带电粒子在磁场中的运动考查卷 25题通过带电粒子在电场中的运动综合考查动能知识卷 15题结合平抛运动考查动能、势能知识2014 年卷 16题通过摩擦力做功考查做功知识卷 17题在单物体多过程中考查功能关系卷 21题将机械能知识融入天体运动考查卷 17题通过机车启动模型考查功和功率问题2015 年卷
2、 21题通过连接体模型综合考查机械能守恒定律和运动的合成与分解1.考查方式能量观点是高中物理解决问题的三大方法之一,既在选择题中出现,也在综合性的计算题中应用,常将功、功率、动能、势能等基础知识融入其他问题考查,也常将动能定理、机械能守恒、功能关系作为解题工具在综合题中应用.2.命题趋势通过比较,动能定理、机械能守恒定律、功能关系的应用在近两年有增加的趋势,常将功和能的知识和方法融入其他问题考查,情景设置为多过程,具有较强的综合性.2卷 24题通过带电粒子在电场中的运动考查动能定理的应用卷 20题在电场中考查物体运动的动能、势能关系卷 22题在直线运动中综合考查加速度求解及机械能守恒定律卷 2
3、5题通过单物体多过程考查动能定理、机械能守恒定律、功能关系的灵活应用卷 16题将动能融入在曲线运动考查卷 21题通过弹簧模型综合考查弹力做功、功率、机械能守恒定律卷 25题通过单物体多过程考查弹性势能、机械能守恒定律卷 20题在曲线运动中考查摩擦力做功问题2016 年卷 24题通过单物体多过程考查动能的计算一、功1定义:一个物体受到力的作用,如果在力的方向上发生了一段位移,就说这个力对物体做了功2必要因素:力和物体在力的方向上发生的位移3物理意义:功是能量转化的量度4计算公式(1)恒力 F 的方向与位移 l 的方向一致时: W Fl.3(2)恒力 F 的方向与位移 l 的方向成某一夹角 时:
4、W Flcos .5功的正负(1)当 0 0,力对物体做正功 2(2)当 4WF1, Wf22Wf1B WF24WF1, Wf22 Wf1C WF2 .根据功的计算公式 W Fl,可知 Wf1 Wf2, WF1 WF2,故选项 C 正12 12 F22 12 14确,选项 A、B、D 错误判断力是否做功及做正、负功的方法1看力 F 的方向与位移 l 的方向间的夹角 常用于恒力做功的情形2看力 F 的方向与速度 v 的方向间的夹角 常用于曲线运动的情形3根据动能的变化:动能定理描述了合外力做功与动能变化的关系,即 W 合 Ek,当动能增加时合外力做正功;当动能减少时合外力做负功1.如图 3 所示
5、,质量为 m 的物体置于倾角为 的斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为 ,在外力作用下,斜面以加速度 a 沿水平方向向左做匀加速运动,运动中物体 m 与斜面体相对静止则关于斜面对 m 的支持力和摩擦力的下列说法中错误的是( )图 3A支持力一定做正功B摩擦力一定做正功C摩擦力可能不做功D摩擦力可能做负功答案 B解析 支持力方向垂直斜面向上,故支持力一定做正功而摩擦力是否存在需要讨论,若摩擦力恰好为零,物体只受重力和支持力,如图所示,此时加速度 a gtan ,当agtan 时,摩擦力沿斜面向下,摩擦力与位移夹角小于 90,则做正功;当 agtan时,摩擦力沿斜面向上,摩擦力与位移夹角大于 90,
6、则做负功综上所述,B 选项是错误的82以一定的初速度竖直向上抛出一个小球,小球上升的最大高度为 h,空气阻力的大小恒为 F,则从抛出到落回到抛出点的过程中,空气阻力对小球做的功为( )A0 B FhC Fh D2 Fh答案 D解析 阻力与小球速度方向始终相反,故阻力一直做负功, W Fh( Fh)2 Fh,D选项正确命题点二 功率的理解和计算1平均功率与瞬时功率(1)平均功率的计算方法利用 .PWt利用 F cos ,其中 为物体运动的平均速度P v v(2)瞬时功率的计算方法利用公式 P Fvcos ,其中 v 为 t 时刻的瞬时速度 P FvF,其中 vF为物体的速度 v 在力 F 方向上
7、的分速度 P Fvv, 其中 Fv为物体受到的外力 F 在速度 v 方向上的分力2机车的两种启动模型启动方式 恒定功率启动 恒定加速度启动P t 图和v t 图3.机车启动问题常用的三个公式(1)牛顿第二定律: F Ff ma.9(2)功率公式: P Fv.(3)速度公式: v at.说明: F 为牵引力, Ff为机车所受恒定阻力例 2 在检测某种汽车性能的实验中,质量为 3103kg 的汽车由静止开始沿平直公路行驶,达到的最大速度为 40m/s,利用传感器测得此过程中不同时刻该汽车的牵引力 F 与对应速度 v,并描绘出如图 4 所示的 F 图象(图线 ABC 为汽车由静止到达到最大速度的全过
8、程,1vAB、 BO 均为直线)假设该汽车行驶中所受的阻力恒定,根据图线 ABC:图 4(1)求该汽车的额定功率;(2)该汽车由静止开始运动,经过 35s 达到最大速度 40m/s,求其在 BC 段的位移最大速度在图象中对应的力; AB、 BO 均为直线答案 (1)810 4W (2)75m解析 (1)由图线分析可知:图线 AB 表示牵引力 F 不变即 F8000N,阻力 Ff不变,汽车由静止开始做匀加速直线运动;图线 BC 的斜率表示汽车的功率 P 不变,达到额定功率后,汽车所受牵引力逐渐减小,汽车做加速度减小的变加速直线运动,直至达到最大速度40m/s,此后汽车做匀速直线运动由图可知:当最
9、大速度 vmax40m/s 时,牵引力为 Fmin2000N由平衡条件 Ff Fmin可得 Ff2000N由公式 P Fminvmax得额定功率 P810 4W.(2)匀加速运动的末速度 vB ,代入数据解得 vB10m/sPF汽车由 A 到 B 做匀加速运动的加速度为a 2m/s 2F Ffm设汽车由 A 到 B 所用时间为 t1,由 B 到 C 所用时间为 t2,位移为 x,则t1 5s, t235s5s30svBaB 点之后,对汽车由动能定理可得10Pt2 Ffx mvC2 mvB2,代入数据可得 x75m.12 121求解功率时应注意的“三个”问题(1)首先要明确所求功率是平均功率还是
10、瞬时功率;(2)平均功率与一段时间(或过程)相对应,计算时应明确是哪个力在哪段时间(或过程)内做功的平均功率;(3)瞬时功率计算时应明确是哪个力在哪个时刻(或状态)的功率2机车启动中的功率问题(1)无论哪种启动过程,机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度,即vm (式中 Fmin为最小牵引力,其值等于阻力 F 阻 )PFmin PF阻(2)机车以恒定加速度启动的运动过程中,匀加速过程结束时,功率最大,但速度不是最大,v vm .PF PF阻3.一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 5所示假定汽车所受阻力的大小 Ff恒定不变下列描述该汽车的速度 v 随
11、时间 t 变化的图线中,可能正确的是( )图 511答案 A解析 当汽车的功率为 P1时,汽车在运动过程中满足 P1 F1v,因为 P1不变, v 逐渐增大,所以牵引力 F1逐渐减小,由牛顿第二定律得 F1 Ff ma1, Ff不变,所以汽车做加速度减小的加速运动,当 F1 Ff时速度最大,且 vm .当汽车的功率突变为 P2时,汽车的牵P1F1 P1Ff引力突增为 F2,汽车继续加速,由 P2 F2v 可知 F2减小,又因 F2 Ff ma2,所以加速度逐渐减小,直到 F2 Ff时,速度最大 vm ,此后汽车做匀速直线运动综合以上分析可P2Ff知选项 A 正确4一起重机的钢绳由静止开始匀加速
12、提起质量为 m 的重物,当重物的速度为 v1时,起重机的功率达到最大值 P,以后起重机保持该功率不变,继续提升重物,直到以最大速度 v2匀速上升,重物上升的高度为 h,则整个过程中,下列说法正确的是( )A钢绳的最大拉力为Pv2B钢绳的最大拉力为 mgC重物匀加速的末速度为PmgD重物匀加速运动的加速度为 gPmv1答案 D解析 加速过程重物处于超重状态,钢绳拉力较大,匀速运动阶段钢绳的拉力为 ,故 APv2错误;加速过程重物处于超重状态,钢绳拉力大于重力,故 B 错误;重物匀加速运动的末速度不是运动的最大速度,此时钢绳对重物的拉力大于其重力,故其速度小于 ,故 C 错Pmg误;重物匀加速运动
13、的末速度为 v1,此时的拉力为 F ,由牛顿第二定律得:Pv1a g,故 D 正确F mgm Pmv1命题点三 动能定理及其应用1动能定理(1)三种表述文字表述:所有外力对物体做的总功等于物体动能的增加量;数学表述: W 合 mv2 mv02或 W 合 Ek Ek0;12 12图象表述:如图 6 所示, Ek l 图象中的斜率表示合外力12图 6(2)适用范围既适用于直线运动,也适用于曲线运动;既适用于恒力做功,也适用于变力做功;力可以是各种性质的力,既可同时作用,也可分阶段作用2解题的基本思路(1)选取研究对象,明确它的运动过程;(2)分析受力情况和各力的做功情况;(3)明确研究对象在过程的
14、初末状态的动能 Ek1和 Ek2;(4)列动能定理的方程 W 合 Ek2 Ek1及其他必要的解题方程,进行求解例 3 (2016天津理综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 7 所示,质量 m60kg 的运动员从长直助滑道 AB 的 A 处由静止开始以加速度 a3.6m/s 2匀加速滑下,到达助滑道末端 B 时速度 vB24 m/s, A 与 B 的竖直高度差H48m,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h5m,运动员在 B、 C 间
15、运动时阻力做功 W1530J,取 g10m/s 2.图 7(1)求运动员在 AB 段下滑时受到阻力 Ff的大小;(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 (1)144N (2)12.5m解析 (1)运动员在 AB 上做初速度为零的匀加速运动,设 AB 的长度为 x,则有 vB22 ax由牛顿第二定律有 mg Ff ma Hx联立式,代入数据解得 Ff144N 13(2)设运动员到达 C 点时的速度为 vC,在由 B 到达 C 的过程中,由动能定理得mgh W mvC2 mvB2 12 12设运动员在 C 点所受的支持力为 FN,由牛
16、顿第二定律有FN mg m v2CR由题意和牛顿第三定律知 FN6 mg 联立式,代入数据解得 R12.5m.5(多选)我国科学家正在研制航母舰载机使用的电磁弹射器舰载机总质量为3.0104kg,设起飞过程中发动机的推力恒为 1.0105N;弹射器有效作用长度为 100m,推力恒定要求舰载机在水平弹射结束时速度大小达到 80m/s.弹射过程中舰载机所受总推力为弹射器和发动机推力之和,假设所受阻力为总推力的 20%,则( )A弹射器的推力大小为 1.1106NB弹射器对舰载机所做的功为 1.1108JC弹射器对舰载机做功的平均功率为 8.8107WD舰载机在弹射过程中的加速度大小为 32m/s2
17、答案 ABD解析 设总推力为 F,位移 x100m,阻力 F 阻 20% F,对舰载机加速过程由动能定理得Fx20% Fx mv2,解得 F1.210 6N,弹射器推力 F 弹 F F 发121.210 6N1.010 5N1.110 6N,A 正确;弹射器对舰载机所做的功为 W F弹 x1.110 6100J1.110 8J,B 正确;弹射器对舰载机做功的平均功率 F 弹 P4.410 7W,C 错误;根据运动学公式 v22 ax,得 a 32m/s 2,D 正确0 v2 v22x6(多选)如图 8 所示为一滑草场某条滑道由上下两段高均为 h,与水平面倾角分别为45和 37的滑道组成,滑草车
18、与草地之间的动摩擦因数为 .质量为 m 的载人滑草车从坡顶由静止开始自由下滑,经过上、下两段滑道后,最后恰好静止于滑道的底端(不计滑草车在两段滑道交接处的能量损失,sin370.6,cos370.8)则( )图 814A动摩擦因数 67B载人滑草车最大速度为2gh7C载人滑草车克服摩擦力做功为 mghD载人滑草车在下段滑道上的加速度大小为 g35答案 AB解析 对滑草车从坡顶由静止滑下,到底端静止的全过程,得 mg2h mg cos45 mg cos37 0,解得 ,选项 A 正确;对经过上段滑道过程,hsin45 hsin37 67根据动能定理得, mgh mg cos45 mv2,解得 v
19、 ,选项 B 正确;载人hsin4512 2gh7滑草车克服摩擦力做功为 2mgh,选项 C 错误;载人滑草车在下段滑道上的加速度大小为a g,选项 D 错误 mgcos37 mgsin37m 3357如图 9 所示,用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一艘失去动力的小船沿直线拖向岸边已知拖动缆绳的电动机功率恒为 P,小船的质量为 m,小船受到的阻力大小恒为 Ff,经过 A 点时的速度大小为 v0,小船从 A 点沿直线加速运动到 B 点经历时间为 t1, A、 B 两点间距离为 d,缆绳质量忽略不计求:图 9(1)小船从 A 点运动到 B 点的全过程克服阻力做的功 Wf;(2)小船经过 B 点时的速
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- 2019 年高 物理 一轮 复习 第五 机械能 功率 动能 理学 DOC
