《高考物理总复习第五单元机械能课时1功和功率教师用书（含解析）新人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理总复习第五单元机械能课时1功和功率教师用书（含解析）新人教版（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.功 2.功率 1.(2018山东济南单元测验)在一次跳绳体能测试中,一位体重约为50 kg 的同学,一分钟内连续跳了140下,若该同学每次跳跃的腾空时间为0.2 s,重力加速度g取10 m/s2,则他在这一分钟内克服重力做的功约为()。A.3500 JB.14000 JC.1000 JD.2500 J答案A2.(2018浙江丽水水平检测)(多选)如图所示,在皮带传送装置中,皮带把物体P匀速带至高处,在此过程中,下列说法正确的是()。A.摩擦力对物体做正功B.摩擦力对物体做负功C.支持力对物体不做功D.合外力对物体做正功答案AC3.(2018河北保定测验)在平直的公路上,一辆汽车在牵引力作用
2、下从静止开始做匀加速直线运动,当速度达到某一值时汽车做匀速直线运动。若汽车所受阻力与速度成正比,则汽车功率P随时间t变化的关系可能是()。答案A4.(2018广西桂林摸底考试)(多选)一辆汽车在运动中所受阻力恒定。在下列关于汽车速度和发动机功率随时间变化的情况中,正确的是()。A.速度减小,功率不可能增加B.功率减小,速度可能增加C.若速度随时间均匀增大,则功率也一定随时间均匀增大D.若功率随时间均匀增大,则速度也一定随时间均匀增大答案BC1.(2018全国卷,19)(多选)地下矿井中的矿石装在矿车中,用电机通过竖井运送到地面。某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图所示,其中图线分
3、别描述两次不同的提升过程,它们变速阶段加速度的大小都相同;两次提升的高度相同,提升的质量相等。不考虑摩擦阻力和空气阻力。对于第次和第次提升过程,()。A.矿车上升所用的时间之比为45B.电机的最大牵引力之比为21C.电机输出的最大功率之比为21D.电机所做的功之比为45解析设第次上升所用时间为t,根据速度图象的面积等于位移(此题中为提升的高度)可知,由互补法可知1212v0t0=(t-2t0)12v0,解得t=5t02,所以第次和第次提升过程所用时间之比为2t05t02=45,A项正确;由于两次提升变速阶段的加速度大小相同,在匀加速阶段,由牛顿第二定律有F-mg=ma,可得提升的最大牵引力之比
4、为11,B项错误;由功率公式P=Fv可知,电机输出的最大功率之比等于最大速度之比,为21,C项正确;根据动能定理,电机做功W=mgh,二次提升高度h相同,两次做功相同,D项错误。答案AC2.(2018天津卷,10)我国自行研制、具有完全自主知识产权的新一代大型喷气式客机C919首飞成功后,拉开了全面试验试飞的新征程。假设飞机在水平跑道上的滑跑是初速度为零的匀加速直线运动,当位移x=1.6103 m时才能达到起飞所要求的速度v=80 m/s。已知飞机质量m=7.0104 kg,滑跑时受到的阻力为自身重力的0.1倍,重力加速度取g=10 m/s2。求飞机滑跑过程中:(1)加速度a的大小。(2)牵引
5、力的平均功率P。解析(1)飞机滑跑过程中做初速度为零的匀加速直线运动,有v2=2ax解得a=2 m/s2。(2)设飞机滑跑时受到的阻力为F阻,依题意可得F阻=0.1mg设发动机的牵引力为F,根据牛顿第二定律有F-F阻=ma设飞机滑跑过程中的平均速度为v-,有v-=v2在滑跑阶段,牵引力的平均功率P=Fv-联立解得P=8.4106 W。答案(1)2 m/s2(2)8.4106 W见自学听讲P76一功的计算1.恒力做功的计算方法恒力做功的计算要严格按照公式W=Flcos 进行。应先对物体进行受力分析和运动分析,确定力、位移及力与位移之间的夹角,用W=Flcos 直接求解或利用动能定理求解。2.合力
6、做功的计算方法方法一:先求合力F合,再用W合=F合lcos 求功。方法二:先求各个力做的功W1、W2、W3、,再用W合=W1+W2+W3+求合力做的功。例1(多选)质量为m的物体置于倾角为的斜面上,物体和斜面间的动摩擦因数为,在外力F作用下斜面以加速度a向左做匀加速直线运动,如图所示,运动过程中物体与斜面之间保持相对静止,则下列说法正确的是()。A.斜面对物体的支持力一定做正功B.斜面对物体的摩擦力一定做正功C.斜面对物体的摩擦力可能不做功D.斜面对物体的摩擦力可能做负功解析物体所受的支持力始终垂直于斜面向上,由于位移方向水平向左,则力与位移方向之间的夹角为锐角,因此支持力一定做正功,A项正确
7、。摩擦力做功有三种情况:当加速度a=gtan 时,物体所受的摩擦力为零,摩擦力不做功;当加速度agtan 时,物体所受的摩擦力沿斜面向下,摩擦力做正功;当加速度a0,所以12mvA212mvB2,即落地前的瞬间A球的速度大于B球的速度,B项错误;两球都做匀变速直线运动,设运动时间为t,则hsin=v0+vA2t,h=12gt2,解得vA=2ghsin-v0,PGA=mgvAsin =mg2gh-mgv0sin ,B球重力做功的瞬时功率PGB=mgvB=mg2gh,故PGAPGB,C项错误;重力所做的功均为W=mgh,做功的时间相同,则其功率P=Wt相同,D项正确。答案D分析计算功率时首先要判断
8、是平均功率还是瞬时功率。若为平均功率,则用对应的功除以对应的时间;若为瞬时功率,则用这个力的大小乘以此刻的速度在这个力的方向的分速度,或速度乘以这个力在速度方向上的分力。三机车启动问题1.两种启动模型的比较启动方式以恒定功率启动以恒定加速度启动P-t图和v-t图OA段过程分析P额不变:当v增大时,F=P额v减小,a=F-F阻m减小a不变:a=F-F阻m不变F不变,当v增大时,P=Fv增大,直到P额=Fv1运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动,维持时间t0=v1aAB段过程分析F=F阻,a=0,F阻=P额vm当v增大时,F=P额v减小,a=F-F阻m减小运动性质以vm做匀速直线运动加速
9、度减小的加速运动,在B点达到最大速度,vm=P额F阻BC段无F=F阻,a=0,以vm=P额F阻做匀速直线运动2.三个重要关系式(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=PFmin=PF阻(式中Fmin为最小牵引力,其值等于阻力F阻)。(2)机车以恒定加速度启动的过程中,匀加速过程结束时,功率最大,但速度不是最大,v=PFvm=PF阻。(3)机车以恒定功率启动时,牵引力做的功W=Pt。由动能定理得Pt-F阻x=Ek。此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移或速度问题。例3预计在2019年底京张高铁建成通车,届时北京到张家口的铁路旅行时间将从3.5小时缩短到1小时
10、左右。我国高速铁路使用的“和谐号”动车组是由动车和拖车编组而成的,提供动力的车厢叫动车,不提供动力的车厢叫拖车。某列动车组由8节车厢组成,其中车头第1节、车中第5节为动车,其余为拖车,假设每节动车和拖车的质量均为m=2104 kg,每节动车提供的最大功率P=600 kW。(1)假设行驶过程中每节车厢所受阻力f大小均为车厢重力的1100,若该动车组从静止以加速度a=0.5 m/s2加速行驶。求此过程中,第5节和第6节车厢间作用力的大小。以此加速度行驶时所能持续的时间。(2)若行驶过程中动车组所受阻力与速度成正比,两节动车带6节拖车的动车组所能达到的最大速度为v1。为提高动车组速度,现将动车组改为
11、4节动车带4节拖车,则动车组所能达到的最大速度为v2,求v1与v2的比值。解析(1)以第6、7、8三节车厢为整体分析,总质量为3m,所受拉力为F,根据牛顿第二定律有F-3f=3maf=1100mg代入数据解得F=3.6104 N。设每个动车提供的牵引力为F,动车匀加速行驶能达到的最大速度为vm,对整个动车组进行分析,根据牛顿第二定律,有2F-8f=8ma2P=2Fvm2Pvm-8f=8ma代入数据解得vm=12.5 m/s持续时间t=vma=25 s。(2)动车组以最大速度行驶时有F牵=f阻=kv,依据公式P=F牵v2P=kv1v14P=kv2v2两式相比得v1v2=22。答案(1)3.610
12、4 N25 s(2)22解决机车启动问题的3个注意:(1)在机车功率P=Fv中,F是机车的牵引力而不是机车所受合力,正是基于此,牵引力与阻力平衡时达到最大运行速度,即P=Ffvm。(2)在恒定功率下的启动过程一定不是匀加速过程,匀变速直线运动的公式不适用了,这种加速过程发动机做的功可用W=Pt计算,不能用W=Fl计算(因为F为变力)。(3)以恒定牵引力加速时的功率一定不恒定,这种加速过程发动机做的功常用W=Fl计算,不能用W=Pt计算(因为功率P是变化的)。变力做功的计算 计算变力做功的常用方法有:动能定理法、等效转换法、微元法、图象法、平均力法等。求解时根据条件灵活选取。方法示例动能定理法用
13、力F把小球从A处缓慢拉到B处,F做功为WF,则有WF-mgL(1-cos )=0,得WF=mgL(1-cos )微元法质量为m的木块在水平面内做圆周运动,运动一周克服摩擦力做功Wf=Ffx1+Ffx2+Ffx3+=Ff(x1+x2+x3+)=Ff2R等效转换法恒力F把物块从A拉到B,绳子对物块做功W=Fhsin-hsin平均力法弹簧由伸长x1被继续拉至伸长x2的过程中,克服弹力做功W=kx1+kx22(x2-x1)图象法一水平拉力F0拉着一物体在水平面上运动的位移为x0,图线与横轴所围面积表示拉力所做的功,W=F0x01.用动能定理求变力做功动能定理既适用于直线运动,也适用于曲线运动;既适用于求恒力做功,也适用于求变力做功。因为使用动能定理可由动能的变化来求功,所以动能定理是求变力做功的首选。用法见上表示例。2.微元法利用微元法求变力做功:将物体的位移分割成许多小段,因小段很小,每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力,这样就将变力做功转化为在无数个无穷小的位移上的恒力所做功的代数和。例42019年春节,小明旅游时到一家农家饭餐厅就餐时发现,店内竟有真驴拉磨磨玉米面,如图甲
