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1、專(zhuān)題五 機(jī)械能考點(diǎn)內(nèi)容要求熱點(diǎn)1.功和功率1.關(guān)于功和功率的考查，多以選擇題形式出現(xiàn).2.功能關(guān)系、機(jī)械能守恒、能量的轉(zhuǎn)化和守恒是解決物理問(wèn)題的重要途徑.從近幾年高考來(lái)看，經(jīng)常以多過(guò)程、多狀態(tài)形式出題，常與平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁感應(yīng)等知識(shí)結(jié)合考查，綜合性強(qiáng)，能力要求較高.3.近幾年高考試題與生產(chǎn)、生活實(shí)際相結(jié)合是一種命題趨勢(shì).本專(zhuān)題知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)、生活聯(lián)系緊密，所以高考題往往將本專(zhuān)題知識(shí)放在一些與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合的情景中考查，要求考生從實(shí)際情景中找出物理過(guò)程和狀態(tài)，并正確運(yùn)用物理原理來(lái)解題.2.動(dòng)能和動(dòng)能定理3.重力做功與重力勢(shì)能4.功能關(guān)系、機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)五：探究動(dòng)能
2、定理實(shí)驗(yàn)六：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律第1講 功和功率一、功1.做功的必要條件位移Fscos 力和物體在力的方向上發(fā)生_.2.公式：W_.適用于恒力做功.其中為 F、s方向間的夾角，s 為物體對(duì)地的位移.大小方向阻力3.功的正負(fù)：功是標(biāo)量，只有_，沒(méi)有_，但有正負(fù).正功表示力對(duì)物體做動(dòng)力功，負(fù)功表示力對(duì)物體做_功(往往說(shuō)成是物體克服這個(gè)力做功).二、功率1.概念：功跟完成這些功所用時(shí)間的比值.2.功率的物理意義：描述物體_.3.公式(1)P_，P 為時(shí)間 t 內(nèi)的平均功率.(2)P_，為 F 與 v 的夾角.若 v 為平均速度，則 P 為_(kāi).若 v 為瞬時(shí)速度，則 P 為_(kāi).瞬時(shí)功率做功的快慢WtFv
3、cos 平均功率4.額定功率與實(shí)際功率(1)額定功率：長(zhǎng)時(shí)間正常工作而不損壞機(jī)械的最大輸出功率.(2)實(shí)際功率：機(jī)械實(shí)際工作時(shí)的輸出功率，實(shí)際功率應(yīng)該小于或等于額定功率.【基礎(chǔ)檢測(cè)】(2016 年安徽渦陽(yáng)檢測(cè))如圖 5-1-1 所示，質(zhì)量相同的兩物體從同一高度同時(shí)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，A 沿著固定在地面上的光滑斜面下滑，B 做自由落體運(yùn)動(dòng).兩物體分別到達(dá)地面時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A.重力的功 WAWBB.重力的平均功率 PAPBC.重力的瞬時(shí)功率 PA4WF1，Wf22Wf1 B.WF24WF1，Wf22Wf1C.WF24WF1，Wf22Wf1 D.WF24WF1，Wf22Wf1考點(diǎn) 2 幾種求功
4、的方法 重點(diǎn)歸納1.動(dòng)能定理既適用于直線運(yùn)動(dòng)，也適用于曲線運(yùn)動(dòng)，既適用于求恒力做功也適用于求變力做功.因使用動(dòng)能定理可由動(dòng)能的變化來(lái)求功，所以動(dòng)能定理是求變力做功的首選.2.當(dāng)變力的功率 P 一定時(shí)，可用 WPt 求功，如機(jī)車(chē)恒功率啟動(dòng)時(shí).3.將變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功.(1)當(dāng)力的大小不變，而方向始終與運(yùn)動(dòng)方向相同或相反時(shí)，力所做的功等于力和路程(不是位移)的乘積.如滑動(dòng)摩擦力做功、空氣阻力做功等.(2)當(dāng)力的方向不變，大小隨位移做線性變化時(shí)，可先求出力對(duì)位移的平均值 F ，再由 WFlcos 計(jì)算力所做的2功.如彈簧彈力做功.(3)通過(guò)轉(zhuǎn)換研究的對(duì)象，有時(shí)可化為恒力做功，用 WFlcos 求
5、解.此法常常應(yīng)用于輕繩通過(guò)定滑輪拉物體的問(wèn)題中.F1F24.作出變力 F 隨位移 l 變化的圖象，圖象與位移軸所圍的“面積”即為變力做的功.如圖 5-1-3 所示甲圖表示恒力 F 做的功 W，乙圖表示變力 F 做的功 W，丙圖中橫軸上方的面積表示正功，橫軸下方的面積表示負(fù)功，其總功等于正、負(fù)功的代數(shù)和.圖 5-1-35.利用微元法求變力做功，將物體的位移分割成許多小段，因小段很小，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(wú)數(shù)多個(gè)無(wú)窮小的位移上的恒力所做元功的代數(shù)和.此法在中學(xué)階段，常應(yīng)用于求解大小不變、方向改變的變力做功問(wèn)題. 典例剖析例 2：如圖 5-1-4 所示，一
6、質(zhì)量為 m2.0 kg 的物體從半徑為 R5.0 m 的圓弧軌道的 A 端，在拉力作用下沿圓弧緩慢運(yùn)動(dòng)到 B 端(圓弧 AB 在豎直平面內(nèi)).拉力 F 大小始終為 15 N，方向始終與物體在該點(diǎn)的切線方向成 37角.圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角為45，BO 邊在豎直方向.求在這一過(guò)程中(取 g10 m/s2)：(1)拉力 F 做的功.(2)重力 G 做的功.(3)圓弧面對(duì)物體的支持力 FN 做的功.(4)圓弧面對(duì)物體的摩擦力 Ff 做的功.圖 5-1-4解：(1)將圓弧 AB 分成很多小段 l1、l2、ln，拉力在每小段上做的功為 W1、W2、Wn，因拉力 F 大小不變，方向始終與物體在該點(diǎn)的切線成 3
7、7角，所以W1Fl1cos 37、W2Fl2cos 37、WnFlncos 37所以 WFW1W2WnF(l1l2ln)cos 37(2)重力G 做的功 WGmgR(1cos 45)29.3 J.(3)物體所受的支持力FN 始終與物體的運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以 0.(4)因物體在拉力 F 作用下緩慢移動(dòng)，動(dòng)能不變，由動(dòng)能定理知 WFWGWf0所以 WfWFWG47.1 J29.3 J17.8 J.備考策略：在求解力做功的問(wèn)題時(shí)，一定要注意分析是求恒力做的功還是變力做的功，如果是求變力做的功，看能否轉(zhuǎn)化為求恒力做功的問(wèn)題，不能轉(zhuǎn)化的變力做功問(wèn)題借助動(dòng)能定理和能量守恒定律來(lái)求解.NFW【考點(diǎn)練透】2.如
8、圖 5-1-5 所示，固定的光滑豎直桿上套著一個(gè)滑塊，用輕繩系著滑塊繞過(guò)光滑的定滑輪，以大小恒定的拉力 F 拉繩，使滑塊從 A 點(diǎn)起由靜止開(kāi)始上升.若從 A 點(diǎn)上升至 B 點(diǎn)和從 B點(diǎn)上升至 C 點(diǎn)的過(guò)程中拉力 F 做的功分別為 W1 和 W2，滑塊經(jīng))B、C 兩點(diǎn)的動(dòng)能分別為 EkB 和 EkC，圖中 ABBC，則(A.W1W2B.W1W2C.W1W2D.無(wú)法確定 W1 和 W2 的大小關(guān)系圖 5-1-5解析：繩子對(duì)滑塊做的功為變力做功，可以通過(guò)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象，將變力的功轉(zhuǎn)化為恒力的功；因繩子對(duì)滑塊做的功等于拉力 F 對(duì)繩子做的功，而拉力 F 為恒力，WFl，l 為繩拉滑塊過(guò)程中力 F 的作用
9、點(diǎn)移動(dòng)的位移，大小等于滑輪左側(cè)繩長(zhǎng)的縮短量，由圖可知，lABlBC，故 W1W2，A 正確.答案：A考點(diǎn) 3 功率的理解及計(jì)算 重點(diǎn)歸納1.平均功率的計(jì)算方法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，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. 典例剖析例 3：(2016 年云南昆明模擬)將一個(gè)小球斜向上拋出，小球在空中依次飛過(guò)三個(gè)完全相同的窗戶 1、2、3.如圖 5-1-6 所示曲線為小球在空中運(yùn)動(dòng)的軌跡.若不計(jì)空氣阻力的影響，以下說(shuō)法正確的是
10、()A.小球通過(guò)第 1 個(gè)窗戶所用的時(shí)間最長(zhǎng)B.小球通過(guò)第 1 個(gè)窗戶重力做的功最大C.小球通過(guò)第 3 個(gè)窗戶重力的平均功率最小D.小球通過(guò)第 3 個(gè)窗戶的平均速度最大圖 5-1-6解析：將該斜拋運(yùn)動(dòng)分解為水平方向和豎直方向，在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)窗戶 3 的水平位移最大，所以時(shí)間最長(zhǎng)，故 A 錯(cuò)誤.通過(guò)3 個(gè)窗戶時(shí)在豎直方向上的位移相等，所以重力做功相等，故B 錯(cuò)誤.根據(jù) PGWGt，重力做功相等，通過(guò)第 3 個(gè)窗戶的時(shí)間最長(zhǎng)，所以平均功率最小，故 C 正確.在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中速度越來(lái)越小，通過(guò)窗戶 3 的平均速度最小，故 D錯(cuò)誤.答案：C兩種方式以恒定功率啟動(dòng)以恒定加速度啟動(dòng)P-t 圖
11、和v-t 圖模型 機(jī)車(chē)啟動(dòng)模型 重點(diǎn)歸納1.兩種啟動(dòng)方式的比較兩種方式以恒定功率啟動(dòng)以恒定加速度啟動(dòng)OA段過(guò)程分析運(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)，維持時(shí)間 t0AB段過(guò)程分析FF 阻a0 vm運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以 vm 勻速直線運(yùn)動(dòng)加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)(續(xù)表)兩種方式以恒定功率啟動(dòng)以恒定加速度啟動(dòng)BC 段無(wú)FF 阻a0以 vm 勻速運(yùn)動(dòng)(續(xù)表)大，速度不是最大，即 v vm2.三個(gè)重要關(guān)系式(1)無(wú)論哪種啟動(dòng)過(guò)程，機(jī)車(chē)的最大速度都等于其勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，即 vmPF阻.(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PFPF阻.(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
12、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)程的位移或速度. 典例剖析例 4：動(dòng)車(chē)組是城際間實(shí)現(xiàn)小編組、大密度的高效運(yùn)輸工具，以其編組靈活、方便、快捷、安全、可靠、舒適等特點(diǎn)而備受世界各國(guó)鐵路運(yùn)輸和城市軌道交通運(yùn)輸?shù)那嗖A.動(dòng)車(chē)組就是幾節(jié)自帶動(dòng)力的車(chē)廂加幾節(jié)不帶動(dòng)力的車(chē)廂編成一組，就是動(dòng)車(chē)組.假設(shè)有一動(dòng)車(chē)組由 8 節(jié)車(chē)廂連接而成，每節(jié)車(chē)廂的總質(zhì)量均為 7.5104 kg.其中第一節(jié)和第二節(jié)帶動(dòng)力，他們的額定功率分別為 3.6107 W和 2.4107 W，車(chē)在行駛過(guò)程中阻力恒為重力的 0.1 倍.(g 取 10 m/s2)(1)求該動(dòng)車(chē)組只開(kāi)動(dòng)第一節(jié)的動(dòng)力的情況下能達(dá)到的最大速
13、度.(2)若列車(chē)從A 地沿直線開(kāi)往B 地，先以恒定的功率6107 W(同時(shí)開(kāi)動(dòng)第一、第二節(jié)的動(dòng)力)從靜止開(kāi)始啟動(dòng)，達(dá)到最大速度后勻速行駛，最后除去動(dòng)力，列車(chē)在阻力作用下勻減速至 B地恰好速度為 0.已知 AB 間距為 5.0104 m，求列車(chē)從 A 地到 B地的總時(shí)間.，代入數(shù)據(jù)解得 vm100 m/s解：(1)只開(kāi)動(dòng)第一節(jié)動(dòng)力的前提下，當(dāng)?shù)谝还?jié)以額定功率運(yùn)行且列車(chē)的牽引力等于阻力時(shí)達(dá)到最大速度，有 P1mFfvm(2)列車(chē)以恒定的功率 6107 W(同時(shí)開(kāi)動(dòng)第一、第二節(jié)的動(dòng)力)從靜止開(kāi)始啟動(dòng)，當(dāng)牽引力等于阻力時(shí)達(dá)到最大速度 vmP1mP2mFf設(shè)列車(chē)從 C 點(diǎn)開(kāi)始做勻減速運(yùn)動(dòng)，令 A 到 C
14、 的時(shí)間為 t1，AC 間距為 x1；C 到 B 的時(shí)間為 t2，CB 間距為 x2，在 CB 間勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大小為 a ，列車(chē)的總重量 M 8m 6.0105 kg，運(yùn)動(dòng)示意圖如圖 5-1-7 所示圖 5-1-7從 C 到 B 由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：FfMa備考策略：(1)機(jī)車(chē)啟動(dòng)的方式不同，運(yùn)動(dòng)的規(guī)律就不同，即其功率、速度、加速度、牽引力等物理量的變化規(guī)律不相同，分析圖象時(shí)應(yīng)注意坐標(biāo)軸的意義及圖象變化所描述的規(guī)律.(2)在機(jī)車(chē)功率 PFv 中，F(xiàn) 是機(jī)車(chē)的牽引力而不是機(jī)車(chē)所受合力，正是基于此，P Ffvm時(shí)，即牽引力與阻力平衡時(shí)達(dá)到最大運(yùn)行速度.(3)恒定功率下的啟動(dòng)過(guò)程一定
15、不是勻加速，勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式不適用了，這種加速過(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)?F 為變力).(4)以恒定牽引力加速時(shí)的功率一定不恒定，這種加速過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)做的功常用 WFl 計(jì)算，不能用 WPt 計(jì)算(因?yàn)楣β蔖 是變化的).易錯(cuò)點(diǎn) 對(duì)力做功的理解1.滑輪兩側(cè)細(xì)繩平行(1)不計(jì)摩擦和滑輪質(zhì)量時(shí)，滑輪兩側(cè)細(xì)繩拉力大小相等.(2)通過(guò)定滑輪連接的兩物體，位移大小相等.(3)通過(guò)動(dòng)滑輪拉動(dòng)物體時(shí)，注意物體與力的作用點(diǎn)的位移、速度和作用力間的大小關(guān)系.2.滑輪兩側(cè)細(xì)繩不平行對(duì)于通過(guò)動(dòng)滑輪拉物體的情況，當(dāng)拉力 F 的方向與物體的位移方向不同時(shí)，拉力 F 做的功的大小可用
16、如下兩種思路求解：(1)用 WFxcos 求，其中 x 為力 F 作用點(diǎn)的位移大小，為力 F 與力 F 作用點(diǎn)位移 x 之間的夾角.(2)用兩段細(xì)繩拉力分別所做功的代數(shù)和求解.例 5：如圖 5-1-8 所示，質(zhì)量為 M、長(zhǎng)度為 L 的木板放在光滑的水平地面上，在木板的右端放置質(zhì)量為 m 的小木塊，用一根不可伸長(zhǎng)的輕繩通過(guò)光滑的定滑輪分別與木塊、木板連接，木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，開(kāi)始時(shí)木塊和木板靜止，現(xiàn)用水平向右的拉力 F 作用在木板上，將木塊拉向木板左端的過(guò)程中，拉力至少做功為()圖 5-1-8A.2mgL1B. mgL2C.(Mm)gLD.mgL木板右端拉向左端的過(guò)程中，木板向右移動(dòng)的位
17、移 l ，故拉解析：對(duì)木塊 m 受力分析，由平衡條件可得 FTmg.對(duì)木板 M 受力分析，由平衡條件可得：FFTmg，又因當(dāng)木塊從L2力 F 所做的功 WFlmgL，D 正確.答案：D【觸類(lèi)旁通】(2015 年福建南安高三檢測(cè))如圖 5-1-9 甲所示，滑輪質(zhì)量、摩擦均不計(jì)，質(zhì)量為 2 kg 的物體在 F 作用下由靜止開(kāi)始向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，其速度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示，由此可知()甲乙圖 5-1-9內(nèi)拉力 F 做功的平均功率P 21W，D錯(cuò)誤.A.物體加速度大小為 2 m/s2B.F 的大小為 21 NC.4 s 末 F 的功率大小為 42 WD.4 s 內(nèi) F 做功的平均功率為 42 W解析：由圖乙可知，物體的加速度 a0.5 m/s2，由 2Fmgma 可得 F10.5 N，A、B 均錯(cuò)誤；4 s 末力 F 的作用點(diǎn)的速度大小為 vF 22 m/s4 m/s，故4 s 末拉力 F 做功的功率為PF vF 42 W，C 正確；4 s 內(nèi)物體上升的高度 h4 m，力 F的作用點(diǎn)的位移 l2h8 m，拉力F 所做的功 WFl84 J,4 sWt答案：C
南方新高考高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題五 機(jī)械能 第1講 功和功率課件
