第六章　第1課時(shí)　功、功率　機(jī)車啟動(dòng)問題-2025年高中物理大一輪復(fù)習(xí)

考情分析試題情境生活實(shí)踐類體育運(yùn)動(dòng)中功和功率問題，風(fēng)力發(fā)電功率計(jì)算，蹦極運(yùn)動(dòng)、過山車等能量問題，汽車啟動(dòng)問題，生活、生產(chǎn)中能量守恒定律的應(yīng)用學(xué)習(xí)探究類變力做功的計(jì)算，機(jī)車啟動(dòng)問題，單物體機(jī)械能守恒，用繩、桿連接的系統(tǒng)機(jī)械能守恒問題，含彈簧系統(tǒng)機(jī)械能守恒問題，傳送帶、板塊模型的能量問題第1課時(shí)功、功率機(jī)車啟動(dòng)問題目標(biāo)要求1.理解功的概念，會(huì)判斷功的正負(fù)，會(huì)計(jì)算功的大小。2.理解功率的概念，掌握功率的兩個(gè)公式，會(huì)計(jì)算平均功率和瞬時(shí)功率。3.會(huì)分析兩種機(jī)車啟動(dòng)方式中各物理量的變化并能進(jìn)行相關(guān)計(jì)算?？键c(diǎn)一功的分析和計(jì)算1．做功的兩個(gè)要素(1)作用在物體上的________。(2)物體在力的方向上發(fā)生________。2．公式：W＝________。(1)α是力與________方向之間的夾角，l為____________的位移。(2)該公式只適用于________做功。3．功的正負(fù)(1)當(dāng)0≤α＜90°時(shí)，W＞0，力對(duì)物體做______。(2)當(dāng)90°＜α≤180°時(shí)，W＜0，力對(duì)物體做______，或者說物體________這個(gè)力做了功。(3)當(dāng)α＝90°時(shí)，W＝0，力對(duì)物體________。4．計(jì)算功的方法(1)恒力做的功①直接用W＝Flcosα計(jì)算。②合外力做的功方法一：先求合外力F合，再用W合＝F合lcosα求功。方法二：先求各個(gè)力做的功W1、W2、W3、…，再應(yīng)用W合＝W1＋W2＋W3＋…求合外力做的功。方法三：利用動(dòng)能定理W合＝Ek2－Ek1。(2)求變力做功的常用方法①微元法求變力做功將物體的位移分割成許多小段，因每一小段很小，每一小段上作用在物體上的力可以視為恒力，這樣就將變力做功轉(zhuǎn)化為在無數(shù)個(gè)無窮小的位移上的恒力所做功的代數(shù)和。②平均值法求變力做功若物體受到的力的方向不變，而大小隨位移是呈線性變化的，即力隨位移均勻變化時(shí)，則可以認(rèn)為物體受到一大小為eq\x\to(F)＝eq\f(F1＋F2,2)的恒力作用，F(xiàn)1、F2分別為物體初、末態(tài)所受的力，然后用公式W＝eq\x\to(F)l求此力所做的功。③用F－x圖像求變力做功在F－x圖像中，圖線與x軸所圍“面積”的代數(shù)和就表示力F在這段位移所做的功，且位于x軸上方的“面積”為正功，位于x軸下方的“面積”為負(fù)功。④用W＝Pt求變力做功若機(jī)車以恒定功率行駛，在一定時(shí)間內(nèi)機(jī)車牽引力做的功W＝Pt。⑤應(yīng)用動(dòng)能定理求變力做功。1．只要物體受力的同時(shí)又發(fā)生了位移，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，則說明這個(gè)力一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)。()3．力F1、F2做的功分別為10J和－15J，則力F1比F2做功多。()4．功有正負(fù)，說明功是矢量，因此總功是所有外力做功的矢量和。()例1(2024·上海市模擬)如圖，一磁鐵吸附在鐵板AB的下方?，F(xiàn)保持鐵板與水平面間的夾角θ不變，緩慢推動(dòng)B端，使AB與磁鐵一起水平向左勻速移動(dòng)，則()A．合外力對(duì)磁鐵做正功B．AB對(duì)磁鐵的作用力不做功C．AB對(duì)磁鐵的彈力不做功D．AB對(duì)磁鐵的摩擦力不做功例2如圖所示，升降機(jī)內(nèi)斜面的傾角θ＝30°，質(zhì)量為2kg的物體置于斜面上始終不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，在升降機(jī)以5m/s的速度勻速上升4s的過程中。g取10m/s2，求：(1)斜面對(duì)物體的支持力所做的功；(2)斜面對(duì)物體的摩擦力所做的功；(3)物體重力所做的功；(4)合外力對(duì)物體所做的功。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例3水平桌面上，長(zhǎng)6m的輕繩一端固定于O點(diǎn)，如圖所示(俯視圖)，另一端系一質(zhì)量m＝2.0kg的小球?，F(xiàn)對(duì)小球施加一個(gè)沿桌面大小不變的力F＝10N，F(xiàn)拉著小球從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)，F(xiàn)的方向始終與小球的運(yùn)動(dòng)方向成37°角。已知小球與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，不計(jì)空氣阻力，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，則下列說法正確的是()A．拉力F對(duì)小球做的功為16πJB．拉力F對(duì)小球做的功為8πJC．小球克服摩擦力做的功為16πJD．小球克服摩擦力做的功為4πJ考點(diǎn)二功率的分析和計(jì)算1．定義：功與完成這些功所用________之比。2．物理意義：描述力對(duì)物體做功的________。3．公式：(1)P＝eq\f(W,t)，P描述時(shí)間t內(nèi)力對(duì)物體做功的________。(2)P＝Fvcosα①v為平均速度，則P為________功率。②v為瞬時(shí)速度，則P為________功率。1．由P＝eq\f(W,t)知，只要知道W和t就可求出任意時(shí)刻的功率。()2．由P＝Fv既能求某一時(shí)刻的瞬時(shí)功率，也可以求平均功率。()3．當(dāng)F為恒力時(shí)，v增大，F(xiàn)的功率一定增大。()例4如圖所示，質(zhì)量為m＝2kg的木塊在傾角θ＝37°的固定斜面上由靜止開始下滑，斜面足夠長(zhǎng)，木塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2，則前2s內(nèi)重力的平均功率和2s末重力的瞬時(shí)功率分別為()A．48W24W B．24W48WC．24W12W D．12W24W1．平均功率的計(jì)算方法(1)利用eq\x\to(P)＝eq\f(W,t)。(2)利用eq\x\to(P)＝F·eq\x\to(v)cosα，其中eq\x\to(v)為物體運(yùn)動(dòng)的平均速度，其中F為恒力，α不變。2．瞬時(shí)功率的計(jì)算方法(1)利用公式P＝Fvcosα求瞬時(shí)功率時(shí)，其中v為t時(shí)刻的瞬時(shí)速度。F可為恒力，也可為變力，α為F與v的夾角，α可以不變，也可以變化。(2)對(duì)公式P＝Fvcosα的理解：可認(rèn)為Fcosα是力F在速度v方向上的分力，也可認(rèn)為vcosα是速度v在力F方向上的分速度。例5(2023·山東卷·4)《天工開物》中記載了古人借助水力使用高轉(zhuǎn)筒車往稻田里引水的場(chǎng)景。引水過程簡(jiǎn)化如下：兩個(gè)半徑均為R的水輪，以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。水筒在筒車上均勻排布，單位長(zhǎng)度上有n個(gè)，與水輪間無相對(duì)滑動(dòng)。每個(gè)水筒離開水面時(shí)裝有質(zhì)量為m的水，其中的60%被輸送到高出水面H處灌入稻田。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，則筒車對(duì)灌入稻田的水做功的功率為()A.eq\f(2nmgω2RH,5) B.eq\f(3nmgωRH,5)C.eq\f(3nmgω2RH,5) D．nmgωRH考點(diǎn)三機(jī)車啟動(dòng)問題兩種啟動(dòng)方式以恒定功率啟動(dòng)以恒定加速度啟動(dòng)P－t圖像和v－t圖像OA段過程分析v↑?F＝eq\f(P不變,v)↓?a＝eq\f(F－F阻,m)↓a＝eq\f(F－F阻,m)不變?F不變eq\x(v↑,,,?)P＝Fv↑直到P＝P額＝Fv1運(yùn)動(dòng)性質(zhì)加速度減小的加速直線運(yùn)動(dòng)勻加速直線運(yùn)動(dòng)，持續(xù)時(shí)間t0＝eq\f(v1,a)AB段過程分析F＝F阻?a＝0?vm＝eq\f(P,F阻)v↑?F＝eq\f(P額,v)↓?a＝eq\f(F－F阻,m)↓運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以vm做勻速直線運(yùn)動(dòng)加速度減小的加速直線運(yùn)動(dòng)BC段F＝F阻?a＝0?以vm＝eq\f(P額,F阻)做勻速直線運(yùn)動(dòng)例6氣墊登陸艇主要用于投送登陸部隊(duì)，為灘頭部隊(duì)提供火力支援，另外也可以執(zhí)行布雷任務(wù)，擁有強(qiáng)悍的運(yùn)力。如圖所示，某重型氣墊船，自重達(dá)5.0×105kg，最高時(shí)速為108km/h，裝有額定輸出功率為9000kW的燃?xì)廨啓C(jī)。假設(shè)該重型氣墊船在海面直線航行過程所受的阻力Ff不變，下列說法正確的是()A．該重型氣墊船在海面直線航行過程加速度一定保持不變B．該重型氣墊船在海面直線航行過程所受的阻力Ff為3.0×105NC．以最高時(shí)速一半的速度勻速航行時(shí)，氣墊船所受的牽引力為6.0×105ND．以最高時(shí)速一半的速度勻速航行時(shí)，氣墊船發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率為9000kW例7(2023·遼寧錦州市模擬)隨著國(guó)產(chǎn)汽車的日益崛起，越來越多的人選擇購(gòu)買國(guó)產(chǎn)汽車，某國(guó)產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為P，駕駛員和汽車的總質(zhì)量為m＝2000kg，當(dāng)汽車在水平路面上行駛時(shí)受到的阻力為車對(duì)路面壓力的0.1倍。若汽車從靜止開始在水平路面上勻加速啟動(dòng)，t1＝5s時(shí)，速度v1＝10m/s，功率達(dá)到額定功率，此后汽車以額定功率運(yùn)行，t2＝65s時(shí)速度達(dá)到最大值vm＝30m/s，汽車運(yùn)動(dòng)的v－t圖像如圖所示，取g＝10m/s2，求：(1)汽車的額定功率P；(2)汽車在0～t1期間牽引力的大小F及汽車在0～t1期間牽引力做的功W；(3)汽車在t1～t2期間的位移大小x2。__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________