高中物理第四章机械能和能源1功2功率习题课省公开课一等奖新名师优质课获奖PPT课件

第四章机械能和能源1/32目标定位1.熟练掌握恒力做功计算方法.2.能够分析摩擦力做功情况，并会计算一对摩擦力对两物体所做功.3.能区分平均功率和瞬时功率，并会应用P 和PFv计算功率.4.深入掌握机车两种开启过程分析及相关计算.习题课：功 功率2/32知识探究自我检测3/32一、恒力做功计算知识探究1.功公式WFxcos，只适合用于恒力做功.即F为恒力，x是物体相对地面位移，流程图以下：4/322.变力做功计算(1)将变力做功转化为恒力做功.当力大小不变，而方向一直与运动方向相同或相反时，这类力功等于力和旅程乘积.(2)当变力做功功率P一定时，如机车以恒定功率开启，可用WPt求功.5/32图1例1如图1甲所表示，在风洞试验室中，一根足够长细杆水平固定，某金属小球穿在细杆上静止于细杆左端，现有水平向右风力F作用于小球上，风力F随时间t改变Ft图像如图乙所表示，小球沿细杆运动vt图像如图丙所表示，取g10 m/s2，试求：在05 s内风力所做功.6/32解析由题图丙可知02 s为加速阶段，25 s内位移：x2vt223 m6 m，则风力做功为WF1x1F2x218 J.答案18 J7/32例2将一质量为m小球竖直向上抛出，小球上升h后又落回地面，在整个过程中受到空气阻力大小一直为f，则关于这个过程中重力与空气阻力所做功，以下说法正确是()A.重力做功为2mgh，空气阻力做功为2fhB.重力做功为0，空气阻力做功也为0C.重力做功为0，空气阻力做功为2fhD.重力做功为2mgh，空气阻力做功为08/32解析重力是恒力，能够用公式WFxcos 直接计算，因为位移为零，所以重力做功为零；空气阻力在整个过程中方向发生了改变，不能直接用公式计算，可进行分段计算，上升过程和下降过程空气阻力做功均为fh，所以在整个过程中空气阻力做功为2fh.故选项C正确.答案C9/32二、摩擦力做功特点与计算1.不论是静摩擦力，还是滑动摩擦力都能够是动力也能够是阻力，也可能与位移方向垂直，所以不论是静摩擦力，还是滑动摩擦力既能够对物体做正功，也能够对物体做负功，还可能不对物体做功.2.一对相互作用静摩擦力等大反向且物体之间相对静止，即两个物体对地位移相同，所以两个相互作用静摩擦力做功总和为零.10/323.一对相互作用滑动摩擦力等大反向但物体之间相对滑动，即两个物体对地位移不相同，所以两个相互作用滑动摩擦力做功总和不为零.11/32例3质量为M木板放在光滑水平面上，如图2所表示.一个质量为m滑块以某一速度沿木板表面从A点滑至B点，在木板上前进了l，同时木板前进了x，若滑块与木板间动摩擦因数为，求摩擦力对滑块、对木板所做功各为多少？滑动摩擦力对滑块、木板做总功是多少？图212/32解析由题图可知，木板位移为xMx时，滑块位移为xmlx，m与M之间滑动摩擦力fmg.由公式WFxcos 可得，摩擦力对滑块所做功为Wmmgxmcos 180mg(lx)，负号表示做负功.摩擦力对木板所做功为WMmgxMmgx.滑动摩擦力对滑块、木板做总功：WWmWMmg(lx)mgxmgl答案mg(lx)mgxmgl13/32三、功率计算1.首先明确所求是平均功率还是瞬时功率.(1)P 只能计算平均功率，求解时注意是哪一段时间内平均功率；(2)PFv普通计算瞬时功率(但当v为平均速度时也能够计算平均功率)，求解时应明确是哪一时刻瞬时功率.2.应用公式PFv时需注意：(1)F与v方向在同一直线上时：PFv.(2)F与v方向有一夹角时：PFvcos.14/32例4质量为m物体静止在光滑水平面上，从t0时刻开始受到水平力F作用.力F大小与时间t关系如图3所表示，力方向保持不变，则()图315/3216/32答案BD17/32针对训练如图4所表示，从空中以40 m/s初速度平抛一重为10 N物体，物体在空中运动3 s落地，不计空气阻力，取g10 m/s2，则物体落地前瞬间，重力瞬时功率为()A.300 W B.400 W C.500 W D.700 W解析物体落地瞬间vygt30 m/s，所以PGGvy300 W，故A正确.图4A18/32四、机车开启问题1.机车输出功率：PFv，其中F为机车牵引力，v为机车瞬时速度.2.不论哪种开启过程，机车最大速度都等于其匀速运动时速度，即vm .3.机车以恒定加速度开启，匀加速过程结束时，功率最大，但速度不最大，.4.机车以恒定功率运行时，牵引力功WPt.19/32例5如图5所表示为修建高层建筑惯用塔式起重机.在起重机将质量m5103 kg重物竖直吊起过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a0.2 m/s2，当起重机输出功率到达其允许最大值时，保持该功率直到重物做vm1.02 m/s匀速运动.取g10 m/s2，不计额外功.求：(1)起重机允许最大输出功率；图520/32解析设起重机允许最大输出功率为P0，重物到达最大速度时拉力F0等于重力.P0F0vm，F0mg.代入数据，有：P05.1104 W.答案5.1104 W21/32(2)重物做匀加速运动所经历时间和起重机在第2秒末输出功率.解析匀加速运动结束时，起重机到达允许最大输出功率，设此时重物受到拉力为F，速度为v1，匀加速运动经历时间为t1，有：P0Fv1，Fmgma，v1at1.代入数据，得t15 s.22/32t2 s时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为v2，输出功率为P，v2at，PFv2.得：P2.04104 W.答案5 s2.04104 W23/32自我检测1 2 31.(功计算)一滑块在水平地面上沿直线滑行，t0时其速度为1 m/s，从此刻开始在滑块运动方向上再施加一水平力F，力F和滑块速度v随时间改变规律分别如图6(a)、(b)所表示.设在第1秒内、第2秒内、第3秒内力F对滑块做功分别为W1、W2、W3，则以下关系正确是()A.W1W2W3 B.W1W2W3C.W1W3W2 D.W1W2W3424/321 2 3 4图625/321 2 3 4解析由速度图像可知，第1 s、2 s、3 s内位移分别为0.5 m、0.5 m、1 m，由Ft图像及功公式WFxcos，可求得：W10.5 J，W21.5 J，W32 J.故本题中A、C、D错，B正确.答案B26/322.(摩擦力做功特点)如图7所表示，B物体在拉力F作用下向左运动，在运动过程中，A、B之间有相互作用力，则对力做功情况，以下说法正确是()A.A、B都克服摩擦力做功B.A、B间弹力对A、B都不做功C.摩擦力对B做负功，对A不做功D.A、B间弹力对A不做功，对B做正功1 2 3 4图727/32解析A、B间相互作用力f1与f2、NAB与NBA如图所表示，A没有发生位移，f2、NBA对A不做功，B发生了位移，f1做负功，NAB与位移成90角，不做功，B、C对，A、D错.答案BC1 2 3 428/323.(功率计算)一个质量为m小球做自由落体运动，那么，在前t秒内重力对它做功平均功率 及在t秒末重力做功瞬时功率P分别为(t秒末小球未着地)()1 2 3 429/321 2 3 4t秒末重力做功瞬时功率PFvmggtmg2t.故C正确.答案C解析前t秒内重力做功平均功率30/324.(机车开启问题)一辆轿车质量为m，在平直公路上运行，开启阶段轿车牵引力保持不变，而后以额定功率继续行驶，经过一段时间，其速度由零增大到最大值vm.若所受阻力恒为f，则关于轿车速度v、加速度a、牵引力F、功率P图像正确是()1 2 3 431/32解析因为轿车受到牵引力不变，加速度不变，所以轿车在开始阶段做匀加速运动，当实际功率到达额定功率时，功率不再增加，再增加速度，就须减小牵引力，当牵引力减小到等于阻力时，加速度等于零，速度到达最大值vm ，所以A、C、D正确，B错误.答案ACD1 2 3 432/32