2022版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機(jī)械能及其守恒定律 第1節(jié) 功和功率學(xué)案

1、2022版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機(jī)械能及其守恒定律 第1節(jié) 功和功率學(xué)案2022版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第5章 機(jī)械能及其守恒定律 第1節(jié) 功和功率學(xué)案年級(jí)：姓名：- 13 -第1節(jié) 功和功率高考備考指南考點(diǎn)內(nèi)容高考(江蘇卷)四年命題情況對(duì)照分析20172018201920202021年1月24日適應(yīng)性考試命題分析功和功率t3：動(dòng)能與位移的圖象t5：動(dòng)能定理t14：動(dòng)能定理t4：動(dòng)能與時(shí)間的關(guān)系t7：動(dòng)能定理t14：機(jī)械能守恒定律t8：動(dòng)能定理t1：功率t4：動(dòng)能與位移的關(guān)系t14：系統(tǒng)機(jī)械能守恒t15：功和能1從題型上看，選擇題、計(jì)算題均有。2動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律經(jīng)常與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、圓周

2、運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái)命題，選材背景與生活實(shí)際相聯(lián)系。動(dòng)能和動(dòng)能定理重力做功與重力勢(shì)能功能關(guān)系、機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律核心素養(yǎng)物理觀念：功、功率、動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能?？茖W(xué)思維：功率與牽引力和速度的關(guān)系、動(dòng)能定理、功能關(guān)系、機(jī)械能守恒定律?？茖W(xué)探究：探究機(jī)械能守恒定律。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：能源的開(kāi)發(fā)、利用及能量的轉(zhuǎn)化與守恒。第1節(jié)功和功率一、功1做功兩因素力和物體在力的方向上發(fā)生的位移。2公式：wflcos_(1)是力與位移方向之間的夾角，l是物體對(duì)地的位移。(2)該公式只適用于恒力做功。3功的正負(fù)的判斷方法恒力的功依據(jù)力與位移方向的夾角來(lái)判斷曲線運(yùn)動(dòng)中的功依據(jù)力與速度

3、方向的夾角來(lái)判斷，090時(shí)，力對(duì)物體做正功；90180時(shí)，力對(duì)物體做負(fù)功；90時(shí)，力對(duì)物體不做功能量變化時(shí)的功功是能量轉(zhuǎn)化的量度，若有能量轉(zhuǎn)化，則必有力對(duì)物體做功。此法常用于判斷兩個(gè)相聯(lián)系的物體之間的相互作用力做功二、功率1定義：功與完成這些功所用時(shí)間的比值。2物理意義：描述做功的快慢。3公式(1)p，p為時(shí)間t內(nèi)的平均功率。(2)pfvcos (為f與v的夾角)。v為平均速度，則p為平均功率。v為瞬時(shí)速度，則p為瞬時(shí)功率。4額定功率與實(shí)際功率(1)額定功率：動(dòng)力機(jī)械長(zhǎng)時(shí)間正常工作時(shí)輸出的最大功率。(2)實(shí)際功率：動(dòng)力機(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。1思考辨析(正確的畫(huà)“”，

4、錯(cuò)誤的畫(huà)“”)(1)只要物體受力的同時(shí)又有位移發(fā)生，則一定有力對(duì)物體做功。()(2)一個(gè)力對(duì)物體做了負(fù)功，則說(shuō)明這個(gè)力一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)。()(3)滑動(dòng)摩擦力可能做負(fù)功，也可能做正功；靜摩擦力對(duì)物體一定做負(fù)功。()(4)據(jù)pfv可知，發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí)，交通工具的牽引力與運(yùn)動(dòng)速度成反比。()(5)汽車(chē)上坡的時(shí)候，司機(jī)必須換擋，其目的是減小速度，得到較大的牽引力。()(6)公式pfv中的f是物體受到的合外力。()2(人教版必修2p59t1改編)如圖所示，力f大小相等，物體運(yùn)動(dòng)的位移s也相同，哪種情況f做功最少()abcd答案d3(人教版必修2p63t3改編)關(guān)于功率公式p和pfv的說(shuō)法正確的是()

5、a由p知，只要知道w和t就可求出任意時(shí)刻的功率b由pfv只能求某一時(shí)刻的瞬時(shí)功率，不可以求平均功率c由pfv知，隨著汽車(chē)速度增大，它的功率也可以無(wú)限增大d由pfv知，當(dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí)，牽引力與速度成反比dp只適用于求平均功率，pfv雖是由前者推導(dǎo)得出，但可以用于求平均功率和瞬時(shí)功率，選項(xiàng)a、b錯(cuò)誤；汽車(chē)運(yùn)行時(shí)不能長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定功率，故隨著汽車(chē)速度的增大，它的功率并不能無(wú)限制的增大，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；當(dāng)功率一定時(shí)，速度越大，牽引力越??；速度越小，牽引力越大，故牽引力與速度成反比，選項(xiàng)d正確。4(粵教版必修2p67t5)用起重機(jī)將質(zhì)量為m的物體勻速吊起一段距離，那么作用在物體上的各力做功情況應(yīng)是下

6、列說(shuō)法中的哪一種()a重力做正功，拉力做負(fù)功，合力做功為零b重力做負(fù)功，拉力做正功，合力做正功c重力做負(fù)功，拉力做正功，合力做功為零d重力不做功，拉力做正功，合力做正功c物體勻速上升，重力方向與位移方向相反，重力做負(fù)功，拉力豎直向上，拉力方向與位移方向相同，拉力做正功，物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，處于平衡狀態(tài)，所受合力為零，則合力做功為零，故a、b、d錯(cuò)誤，c正確。 功的分析與計(jì)算1物體在大小相等的力f作用下，分別在粗糙的水平地面上發(fā)生了一段位移x，其力與速度方向夾角如圖所示，則下列判斷正確的是()a甲圖中力f做負(fù)功b乙圖中合外力做功最多c丙圖中摩擦力做功最多d三個(gè)圖中力f做功相同b根據(jù)wfxcos

7、，甲中f與位移x的夾角為30，力f做正功，乙中f與x的夾角為150，力f做負(fù)功，丙中f與x的夾角為30，力f做正功，這三種情形下力f和位移x的大小都是一樣的，將力沿著水平和豎直方向正交分解，水平分力大小相同，只有水平分力做功，豎直分力不做功，故三種情況下力f做功的大小是相等的，但乙圖中力f做功的性質(zhì)與其他兩個(gè)不同，選項(xiàng)a、d錯(cuò)誤；將力f正交分解可知，豎直方向上甲對(duì)地面的壓力最大，故甲受到的摩擦力大于乙、丙受到的摩擦力，而對(duì)乙分析可知，摩擦力與拉力的方向相同，故乙中合外力最大，所以乙圖中合外力做功最多，選項(xiàng)b正確；由b的分析可以知道，甲中摩擦力最大，故甲中摩擦力做功最多，選項(xiàng)c錯(cuò)誤。2如圖所示，

8、粗糙的斜面在水平恒力的作用下向左勻速運(yùn)動(dòng)，一物塊置于斜面上并與斜面保持相對(duì)靜止，下列說(shuō)法中不正確的是()a斜面對(duì)物塊不做功b斜面對(duì)地面的摩擦力做負(fù)功c斜面對(duì)物塊的支持力做正功d斜面對(duì)物塊的摩擦力做負(fù)功b斜面對(duì)物塊的作用力可以等效為一個(gè)力，根據(jù)平衡條件，這個(gè)力與物塊的重力大小相等，方向相反，與位移方向的夾角為90，所以不做功，選項(xiàng)a正確；地面受到摩擦力作用，但沒(méi)有位移，所以斜面對(duì)地面的摩擦力不做功，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；斜面對(duì)物塊的支持力與位移方向的夾角小于90，做正功，而斜面對(duì)物塊的摩擦力與位移方向的夾角大于90，做負(fù)功，所以選項(xiàng)c、d正確。3(2019福建邵武七中期中)如圖所示，水平路面上有一輛質(zhì)量為

9、m的汽車(chē)，車(chē)廂中有一個(gè)質(zhì)量為m的人正用恒力f向前推車(chē)廂，在車(chē)以加速度a向前加速行駛距離l的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()a人對(duì)車(chē)的推力f做的功為flb人對(duì)車(chē)做的功為malc車(chē)對(duì)人的作用力大小為mad車(chē)對(duì)人的摩擦力做的功為(fma)la根據(jù)功的公式可知，人對(duì)車(chē)的推力做功wfl，故a正確；在水平方向上，由牛頓第二定律可知車(chē)對(duì)人的作用力為fma，由牛頓第三定律可知人對(duì)車(chē)的作用力為ma，人對(duì)車(chē)做功為wmal，故b錯(cuò)誤；人水平方向受到的合力為ma，豎直方向上車(chē)對(duì)人還有支持力，故車(chē)對(duì)人的作用力為nm，故c錯(cuò)誤；對(duì)人由牛頓第二定律可得ffma，則fmaf，車(chē)對(duì)人的摩擦力做功為wfl(fma)l，故d錯(cuò)誤。1功

10、的正負(fù)的判斷方法(1)恒力做功正負(fù)的判斷：依據(jù)力與位移的夾角來(lái)判斷。(2)曲線運(yùn)動(dòng)中做功正負(fù)的判斷：依據(jù)f與v的方向的夾角來(lái)判斷。090，力對(duì)物體做正功；90180，力對(duì)物體做負(fù)功；90，力對(duì)物體不做功。2恒力做功的計(jì)算方法3合力做功的計(jì)算方法方法一：先求合外力f合，再用w合f合lcos 求功。適用于f合為恒力的過(guò)程。方法二：先求各個(gè)力做的功w1、w2、w3，再應(yīng)用w合w1w2w3求合外力做的功。 功率的分析與計(jì)算1平均功率的計(jì)算方法(1)利用。(2)利用fcos ，其中為物體運(yùn)動(dòng)的平均速度，f為恒力。2瞬時(shí)功率的計(jì)算方法(1)利用公式pfvcos ，其中v為t時(shí)刻的瞬時(shí)速度。(2)pfvf，

11、其中vf為物體的速度v在力f方向上的分速度。(3)pfvv，其中fv為物體受到的外力f在速度v方向上的分力。題組訓(xùn)練1(2020江蘇南通二模)引體向上是中學(xué)生體育測(cè)試的項(xiàng)目之一，引體向上運(yùn)動(dòng)的吉尼斯世界紀(jì)錄是53次/分鐘。若一個(gè)普通中學(xué)生在30秒內(nèi)完成12次引體向上，該學(xué)生此過(guò)程中克服重力做功的平均功率最接近于()a5 w b20 w c100 w d400 wc學(xué)生體重約為50 kg，每次引體向上上升高度約為0.5 m，引體向上一次克服重力做功為wmgh50100.5 j250 j，全過(guò)程克服重力做功的平均功率為 w100 w，故c正確，a、b、d錯(cuò)誤。2質(zhì)量為m的物體從距地面h高處自由下落

12、，經(jīng)歷時(shí)間t，則下列說(shuō)法中不正確的是()at秒內(nèi)重力對(duì)物體做功為mg2t2bt秒內(nèi)重力的平均功率為mg2tc秒末重力的瞬時(shí)功率與t秒末重力的瞬時(shí)功率之比為12d前秒內(nèi)重力做功的平均功率與后秒內(nèi)重力做功的平均功率之比為13b物體自由下落，t秒內(nèi)物體下落hgt2，wtmghmg2t2，故a正確；pmg2t，故b錯(cuò)誤；從靜止開(kāi)始自由下落，前秒末與后秒末的速度之比為12(因vgtt)，又有pfvmgvv，故前秒末與后秒末功率瞬時(shí)值之比為p1p212，c正確；前秒與后秒下落的位移之比為13，則重力做功之比為13，故重力做功的平均功率之比為13，d正確。3(2019江蘇金陵中學(xué)高考模擬)如圖所示，兩個(gè)完全

13、相同的小球分別從水平地面上a點(diǎn)和a點(diǎn)正上方的o點(diǎn)拋出，o點(diǎn)拋出小球做平拋運(yùn)動(dòng)，a點(diǎn)斜拋出的小球能達(dá)到的最高點(diǎn)與o點(diǎn)等高，且兩球同時(shí)落到水平面上的b點(diǎn)，關(guān)于兩球的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()a兩小球應(yīng)該是同時(shí)拋出b兩小球著地速度大小相等c兩小球著地前瞬間，重力的瞬時(shí)功率相等d兩小球做拋體運(yùn)動(dòng)過(guò)程重力做功相等c從水平地面上a點(diǎn)拋出的小球做斜拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)o點(diǎn)與水平地面的高度為h，所以從水平地面上a點(diǎn)拋出的小球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t12，從o點(diǎn)拋出的小球做平拋運(yùn)動(dòng)，小球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2，故選項(xiàng)a錯(cuò)誤；兩小球在豎直方向上有vy，在水平方向根據(jù)xv0t可知從水平地面上a點(diǎn)拋出的小球的水平初速度是從o點(diǎn)拋出的小球做平拋

14、運(yùn)動(dòng)的初速度的，根據(jù)vt可知兩小球著地速度大小不相等，根據(jù)pymgvy可知兩小球著地前瞬間重力的瞬時(shí)功率相等，故選項(xiàng)c正確，b錯(cuò)誤；根據(jù)wgmgh可得從水平地面上a點(diǎn)拋出的小球的重力做功為零，從o點(diǎn)拋出的小球的重力做功為mgh，故選項(xiàng)d錯(cuò)誤。求解功率時(shí)應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題(1)首先要明確所求功率是平均功率還是瞬時(shí)功率。(2)平均功率與一段時(shí)間(或過(guò)程)相對(duì)應(yīng)，計(jì)算時(shí)應(yīng)明確是哪個(gè)力在哪段時(shí)間(或過(guò)程)內(nèi)做功的平均功率。(3)瞬時(shí)功率計(jì)算時(shí)應(yīng)明確是哪個(gè)力在哪個(gè)時(shí)刻(或狀態(tài))的功率。 機(jī)車(chē)啟動(dòng)問(wèn)題1兩種啟動(dòng)方式以恒定功率啟動(dòng)以恒定加速度啟動(dòng)pt圖象和vt圖象oa段過(guò)程分析vfaa不變f不變pfv直到p額

15、fv1運(yùn)動(dòng)性質(zhì)加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)勻加速直線運(yùn)動(dòng)，維持時(shí)間t0ab段過(guò)程分析ff阻a0vmvfa運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以vm做勻速直線運(yùn)動(dòng)加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)bc段無(wú)ff阻a0以vm做勻速運(yùn)動(dòng)2三個(gè)重要關(guān)系式(1)無(wú)論哪種啟動(dòng)過(guò)程，機(jī)車(chē)的最大速度都為vm。(2)機(jī)車(chē)以恒定加速度啟動(dòng)時(shí)，勻加速過(guò)程結(jié)束后功率最大，速度不是最大，即vvm。(3)機(jī)車(chē)以恒定功率運(yùn)行時(shí)，牽引力做的功wpt，由動(dòng)能定理得ptf阻xek，此式經(jīng)常用于求解機(jī)車(chē)以恒定功率啟動(dòng)過(guò)程的位移、速度或時(shí)間。典例示法某汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為120 kw，汽車(chē)質(zhì)量為5 t，汽車(chē)在運(yùn)動(dòng)中所受阻力的大小恒為車(chē)重的0.1倍。(g取10 m/s2)(1)若汽車(chē)

16、以額定功率啟動(dòng)，則汽車(chē)所能達(dá)到的最大速度是多少？當(dāng)汽車(chē)速度達(dá)到10 m/s時(shí)，其加速度是多少？(2)若汽車(chē)以恒定加速度0.5 m/s2啟動(dòng)，則其勻加速過(guò)程能維持多長(zhǎng)時(shí)間？思路探究：(1)達(dá)到最大速度時(shí)，汽車(chē)處于勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)以加速度0.5 m/s2勻加速啟動(dòng)時(shí)，達(dá)到勻加速的最大速度時(shí)功率達(dá)到額定功率。解析(1)當(dāng)汽車(chē)的加速度為零時(shí)，汽車(chē)的速度v達(dá)到最大值vm，此時(shí)牽引力與阻力大小相等，故最大速度為vm m/s24 m/sv10 m/s時(shí)的牽引力f1 n1.2104 n由f1ffma得a m/s21.4 m/s2。(2)當(dāng)汽車(chē)以a0.5 m/s2的加速度啟動(dòng)時(shí)的牽引力f2maff(5 00

17、00.50.1510310)n7 500 n勻加速運(yùn)動(dòng)能達(dá)到的最大速度為vm m/s16 m/s由于此過(guò)程中汽車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，滿足vmat，故勻加速過(guò)程能維持的時(shí)間t s32 s。答案(1)24 m/s1.4 m/s2(2)32 s機(jī)車(chē)啟動(dòng)問(wèn)題的三點(diǎn)注意(1)在機(jī)車(chē)功率pfv中，f是機(jī)車(chē)的牽引力而不是機(jī)車(chē)所受合力或阻力，所以pffvm只體現(xiàn)了一種數(shù)量關(guān)系用于計(jì)算，即牽引力與阻力平衡時(shí)達(dá)到最大運(yùn)行速度。(2)恒定功率下的啟動(dòng)過(guò)程一定不是勻加速運(yùn)動(dòng)，勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式不再適用，啟動(dòng)過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)做的功可用wpt計(jì)算，不能用wfl計(jì)算(因?yàn)閒為變力)。(3)以恒定加速度啟動(dòng)只能維持一段時(shí)間，之后又

18、要經(jīng)歷非勻變速直線運(yùn)動(dòng)，所以勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式只適用于前一段時(shí)間，不可生搬硬套。跟進(jìn)訓(xùn)練恒定功率啟動(dòng)1質(zhì)量為m的汽車(chē)沿平直的公路行駛，在時(shí)間t內(nèi)，以恒定功率p由靜止開(kāi)始經(jīng)過(guò)距離s達(dá)到最大速度vm。已知汽車(chē)所受的阻力ff恒定不變，則在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功w可用下列哪些式子計(jì)算()awffsbwffvmtcwffvmt dwmvc發(fā)動(dòng)機(jī)的功率恒定，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，發(fā)動(dòng)機(jī)做的功為wpt，汽車(chē)從靜止到最大速度vm的過(guò)程中，由動(dòng)能定理可知wffsmv，故wmvffs，a、d錯(cuò)誤；速度達(dá)到最大時(shí)，牽引力等于ff，pffvm，所以wffvmt，b錯(cuò)誤，c正確。恒定加速度啟動(dòng)2(2019蕪湖模擬)一起重機(jī)的鋼繩由靜止開(kāi)始勻加速提起質(zhì)量為m的重物，當(dāng)重物的速度為v1時(shí)，起重機(jī)的功率達(dá)到最大值p，之后起重機(jī)保持該功率不變，繼續(xù)提升重物，最后重物以最大速度v2勻速上升，不計(jì)鋼繩重力。則整個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()a鋼繩的最大拉力為b重物勻加速過(guò)程的時(shí)間為c重物勻加速過(guò)程的加速度為d速度由v1增大至v2的過(guò)程中，重物的平均速度，故d錯(cuò)誤。機(jī)車(chē)啟動(dòng)中的圖象問(wèn)題3(2019吉林五地六校合作體聯(lián)考)一輛小汽車(chē)在水平路面上由靜止啟動(dòng)，在前5 s內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，5 s末達(dá)到額定功率，之后保持以額定功率運(yùn)動(dòng)，其vt圖象如圖所示。已知汽車(chē)的質(zhì)量為m1103 kg，汽車(chē)受到地面的阻力為車(chē)重的0.1倍，g