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.pptx

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,P,F,v,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,W,Fx,cos,，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：,4/32,2.,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,W,Pt,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,F,t,图像如图乙所表示，小球沿细杆运动,v,t,图像如图丙所表示，取,g,10 m/s,2,，试求：在,0,5 s,内风力所做功,.,6/32,解析,由题图丙可知,0,2 s,为加速阶段，,2,5 s,内位移：,x,2,v,t,2,2,3 m,6 m,，,则风力做功为,W,F,1,x,1,F,2,x,2,18 J.,答案,18 J,7/32,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,2,mgh,，空气阻力做功为,2,fh,B.,重力做功为,0,，空气阻力做功也为,0,C.,重力做功为,0,，空气阻力做功为,2,fh,D.,重力做功为,2,mgh,，空气阻力做功为,0,8/32,解析,重力是恒力，能够用公式,W,Fx,cos,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,2,fh,.,故选项,C,正确,.,答案,C,9/32,二、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,.,10/32,3.,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,2,12/32,解析,由题图可知，木板位移为,x,M,x,时，滑块位移为,x,m,l,x,，,m,与,M,之间滑动摩擦力,f,mg,.,由公式,W,Fx,cos,可得，摩擦力对滑块所做功为,W,m,mgx,m,cos 180,mg,(,l,x,),，负号表示做负功,.,摩擦力对木板所做功为,W,M,mgx,Mmgx,.,滑动摩擦力对滑块、木板做总功：,W,W,m,W,M,mg,(,l,x,),mgx,mgl,答案,mg,(,l,x,),mgx,mgl,13/32,三、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),P,F,v,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,P,F,v,时需注意：,(1),F,与,v,方向在同一直线上时：,P,F,v,.,(2),F,与,v,方向有一夹角,时：,P,F,v,cos,.,14/32,例,4,质量为m,物体静止在光滑水平面上，从,t,0,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,3,15/32,16/32,答案,BD,17/32,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,g,10 m/,s,2,，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,v,y,gt,30 m/s,，,所以,P,G,G,v,y,300 W,，故,A,正确,.,图,4,A,18/32,四、机车开启问题,1.,机车输出功率：,P,F,v,，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,v,m,.,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,W,Pt,.,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,m,5,10,3,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,a,0.2 m/s,2,，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,v,m,1.02 m,/s匀速运动,.,取,g,10 m/,s,2,，不计额外功,.,求：,(1),起重机允许最大输出功率；,图,5,20/32,解析,设起重机允许最大输出功率为,P,0,，重物到达最大速度时拉力,F,0,等于重力,.,P,0,F,0,v,m,，,F,0,mg,.,代入数据，有：,P,0,5.1,10,4,W.,答案,5.1,10,4,W,21/32,(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,v,1,，匀加速运动经历时间为,t,1,，,有：,P,0,F,v,1,，,F,mg,ma,，,v1,at,1,.,代入数据，得,t,1,5 s.,22/32,t,2 s,时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为,v,2,，输出功率为,P,，,v,2,at,，,P,F,v,2,.,得：,P,2.04,10,4,W.,答案,5 s,2.04,10,4,W,23/32,自我检测,1,2,3,1.(,功计算,),一滑块在水平地面上沿直线滑行，,t,0,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,W,1,、,W,2,W,3,，则以下关系正确是,(,),A.,W,1,W,2,W,3,B.,W,1,W,2,W,3,C.,W,1,W,3,W,2,D.,W,1,W,2,W,3,4,24/32,1,2,3,4,图,6,25/32,1,2,3,4,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,F,t,图像及功公式,W,Fx,cos,，可求得：,W,1,0.5 J,，,W,2,1.5 J,，,W,3,2 J.,故本题中,A,、,C,、,D,错，,B,正确,.,答案,B,26/32,2.(,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,7,27/32,解析,A,、,B,间相互作用力,f,1,与,f,2,、,N,AB,与,N,BA,如图所表示，,A,没有发生位移，,f,2,、,N,BA,对,A,不做功，,B,发生了位移，,f,1,做负功，,N,AB,与位移成,90,角，不做功，,B,、,C,对，,A,、,D,错,.,答案BC,1,2,3,4,28/32,3.(,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,)(,),1,2,3,4,29/32,1,2,3,4,t,秒末重力做功瞬时功率,P,F,v,mg,gt,mg,2,t,.,故,C,正确,.,答案,C,解析,前,t,秒内重力做功平均功率,30/32,4.(,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,v,m,.,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,(,),1,2,3,4,31/32,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,v,m,，所以,A,、,C,、,D,正确，,B,错误,.,答案,ACD,1,2,3,4,32/32,