2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 第1講 功 功率 動能定理學(xué)案.doc
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第1講 功 功率 動能定理 [高考命題解讀] 高考(全國卷)四年命題情況對照分析 1.考查方式 能量觀點(diǎn)是高中物理解決問題的三大方法之一，既在選擇題中出現(xiàn)，也在綜合性的計算題中應(yīng)用，常將功、功率、動能、勢能等基礎(chǔ)知識融入其他問題考查，也常將動能定理、機(jī)械能守恒、功能關(guān)系作為解題工具在綜合題中應(yīng)用. 2.命題趨勢 通過比較，動能定理、機(jī)械能守恒定律、功能關(guān)系的應(yīng)用在近兩年有增加的趨勢，常將功和能的知識和方法融入其他問題考查，情景設(shè)置為多過程，具有較強(qiáng)的綜合性. 題號 命題點(diǎn) 2013年 Ⅰ卷21題 將功率融入直線運(yùn)動考查 Ⅱ卷20題 通過萬有引力與航天考查能量問題 Ⅱ卷22題 通過實(shí)驗(yàn)考查彈性勢能的測量 Ⅱ卷24題 將動能、動能定理融入電場中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動進(jìn)行考查 2014年 Ⅰ卷16題 將動能知識融入帶電粒子在磁場中的運(yùn)動考查 Ⅰ卷25題 通過帶電粒子在電場中的運(yùn)動綜合考查動能知識 Ⅱ卷15題 結(jié)合平拋運(yùn)動考查動能、勢能知識 Ⅱ卷16題 通過摩擦力做功考查做功知識 2015年 Ⅰ卷17題 在單物體多過程中考查功能關(guān)系 Ⅰ卷21題 將機(jī)械能知識融入天體運(yùn)動考查 Ⅱ卷17題 通過機(jī)車啟動模型考查功和功率問題 Ⅱ卷21題 通過連接體模型綜合考查機(jī)械能守恒定律和運(yùn)動的合成與分解 Ⅱ卷24題 通過帶電粒子在電場中的運(yùn)動考查動能定理的應(yīng)用 2016年 Ⅰ卷20題 在電場中考查物體運(yùn)動的動能、勢能關(guān)系 Ⅰ卷22題 在直線運(yùn)動中綜合考查加速度求解及機(jī)械能守恒定律 Ⅰ卷25題 通過單物體多過程考查動能定理、機(jī)械能守恒定律、功能關(guān)系的靈活應(yīng)用 Ⅱ卷16題 將動能融入在曲線運(yùn)動考查 Ⅱ卷21題 通過彈簧模型綜合考查彈力做功、功率、機(jī)械能守恒定律 Ⅱ卷25題 通過單物體多過程考查彈性勢能、機(jī)械能守恒定律 Ⅲ卷20題 在曲線運(yùn)動中考查摩擦力做功問題 Ⅲ卷24題 通過單物體多過程考查動能的計算 一、功 1．定義：一個物體受到力的作用，如果在力的方向上發(fā)生了一段位移，就說這個力對物體做了功． 2．必要因素：力和物體在力的方向上發(fā)生的位移． 3．物理意義：功是能量轉(zhuǎn)化的量度． 4．計算公式 (1)恒力F的方向與位移l的方向一致時：W＝Fl. (2)恒力F的方向與位移l的方向成某一夾角α?xí)r：W＝Flcosα. 5．功的正負(fù) (1)當(dāng)0≤α<時，W>0，力對物體做正功． (2)當(dāng)<α≤π時，W<0，力對物體做負(fù)功，或者說物體克服這個力做了功． (3)當(dāng)α＝時，W＝0，力對物體不做功． 6．一對作用力與反作用力的功 做功情形 圖例 備注 都做正功 (1)一對相互作用力做的總功與參考系無關(guān) (2)一對相互作用力做的總功W＝Flcosα.l是相對位移，α是F與l間的方向夾角 (3)一對相互作用力做的總功可正、可負(fù)，也可為零 都做負(fù)功 一正一負(fù) 一為零 一為正 一為負(fù) 7.一對平衡力的功 一對平衡力作用在同一個物體上，若物體靜止，則兩個力都不做功；若物體運(yùn)動，則這一對力所做的功一定是數(shù)值相等，一正一負(fù)或均為零． 二、功率 1．定義：功與完成這些功所用時間的比值． 2．物理意義：描述力對物體做功的快慢． 3．公式： (1)P＝，P為時間t內(nèi)物體做功的快慢． (2)P＝Fv ①v為平均速度，則P為平均功率． ②v為瞬時速度，則P為瞬時功率． ③當(dāng)力F和速度v不在同一直線上時，可以將力F分解或者將速度v分解． [深度思考] 由公式P＝Fv得到F與v成反比正確嗎？ 答案 不正確，在P一定時，F(xiàn)與v成反比． 三、動能 動能定理 1．動能 (1)定義：物體由于運(yùn)動而具有的能叫動能． (2)公式：Ek＝mv2. (3)矢標(biāo)性：動能是標(biāo)量，只有正值． (4)狀態(tài)量：動能是狀態(tài)量，因?yàn)関是瞬時速度． 2．動能定理 (1)內(nèi)容：在一個過程中合外力對物體所做的功，等于物體在這個過程中動能的變化量． (2)表達(dá)式：W＝mv22－mv12＝Ek2－Ek1. (3)適用條件： ①既適用于直線運(yùn)動，也適用于曲線運(yùn)動． ②既適用于恒力做功，也適用于變力做功． ③力可以是各種性質(zhì)的力，既可以同時作用，也可以分階段作用． (4)應(yīng)用技巧：若整個過程包含了幾個運(yùn)動性質(zhì)不同的分過程，既可以分段考慮，也可以整個過程考慮． [深度思考] 物體的速度改變，動能一定改變嗎？ 答案 不一定．如勻速圓周運(yùn)動． 1．(粵教版必修2P67第5題)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)是下列說法中的哪一種？( ) 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 答案 C 2．(粵教版必修2P77第2題)(多選)一個物體在水平方向的兩個恒力作用下沿水平方向做勻速直線運(yùn)動，若撤去其中的一個力，則( ) A．物體的動能可能減少 B．物體的動能可能不變 C．物體的動能可能增加 D．余下的力一定對物體做功 答案 ACD 3．(多選)關(guān)于功率公式P＝和P＝Fv的說法正確的是( ) A．由P＝知，只要知道W和t就可求出任意時刻的功率 B．由P＝Fv既能求某一時刻的瞬時功率，也可以求平均功率 C．由P＝Fv知，隨著汽車速度的增大，它的功率也可以無限增大 D．由P＝Fv知，當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)功率一定時，牽引力與速度成反比 答案 BD 4．(人教版必修2P59第1題改編)如圖1所示，兩個物體與水平地面間的動摩擦因數(shù)相等，它們的質(zhì)量也相等．在甲圖中用力F1拉物體，在乙圖中用力F2推物體，夾角均為 α，兩個物體都做勻速直線運(yùn)動，通過相同的位移．設(shè)F1和F2對物體所做的功分別為W1和W2，物體克服摩擦力做的功分別為W3和W4，下列判斷正確的是( ) 圖1 A．F1＝F2 B．W1＝W2 C．W3＝W4 D．W1－W3＝W2－W4 答案 D 5.有一質(zhì)量為m的木塊，從半徑為r的圓弧曲面上的a點(diǎn)滑向b點(diǎn)，如圖2所示．若由于摩擦使木塊的運(yùn)動速率保持不變，則以下敘述正確的是( ) 圖2 A．木塊所受的合外力為零 B．因木塊所受的力都不對其做功，所以合外力做的功為零 C．重力和摩擦力的合力做的功為零 D．重力和摩擦力的合力為零 答案 C 命題點(diǎn)一 功的分析與計算 1．常用辦法：對于恒力做功利用W＝Flcosα；對于變力做功可利用動能定理(W＝ΔEk)；對于機(jī)車啟動問題中的定功率啟動問題，牽引力的功可以利用W＝Pt. 2．幾種力做功比較 (1)重力、彈簧彈力、電場力、分子力做功與位移有關(guān)，與路徑無關(guān)． (2)滑動摩擦力、空氣阻力、安培力做功與路徑有關(guān)． (3)摩擦力做功有以下特點(diǎn)： ①單個摩擦力(包括靜摩擦力和滑動摩擦力)可以做正功，也可以做負(fù)功，還可以不做功． ②相互作用的一對靜摩擦力做功的代數(shù)和總等于零；相互作用的一對滑動摩擦力做功的代數(shù)和不為零，且總為負(fù)值． ③相互作用的一對滑動摩擦力做功過程中會發(fā)生物體間機(jī)械能轉(zhuǎn)移和機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能Q＝Ffx相對． 例1 (2014新課標(biāo)Ⅱ16)一物體靜止在粗糙水平地面上．現(xiàn)用一大小為F1的水平拉力拉動物體，經(jīng)過一段時間后其速度變?yōu)関.若將水平拉力的大小改為F2，物體從靜止開始經(jīng)過同樣的時間后速度變?yōu)?v.對于上述兩個過程，用WF1、WF2分別表示拉力F1、F2所做的功，Wf1、Wf2分別表示前后兩次克服摩擦力所做的功，則( ) A．WF2>4WF1，Wf2>2Wf1 B．WF2>4WF1，Wf2＝2Wf1 C．WF2<4WF1，Wf2＝2Wf1 D．WF2<4WF1，Wf2<2Wf1 物體從靜止開始經(jīng)過同樣的時間． 答案 C 解析 根據(jù)x＝t得，兩過程的位移關(guān)系x1＝x2，根據(jù)加速度的定義a＝，得兩過程的加速度關(guān)系為a1＝.由于在相同的粗糙水平地面上運(yùn)動，故兩過程的摩擦力大小相等，即Ff1＝Ff2＝Ff，根據(jù)牛頓第二定律得，F(xiàn)1－Ff1＝ma1，F(xiàn)2－Ff2＝ma2，所以F1＝F2＋Ff，即F1>.根據(jù)功的計算公式W＝Fl，可知Wf1＝Wf2，WF1>WF2，故選項C正確，選項A、B、D錯誤． 判斷力是否做功及做正、負(fù)功的方法 1．看力F的方向與位移l的方向間的夾角α——常用于恒力做功的情形． 2．看力F的方向與速度v的方向間的夾角α——常用于曲線運(yùn)動的情形． 3．根據(jù)動能的變化：動能定理描述了合外力做功與動能變化的關(guān)系，即W合＝ΔEk，當(dāng)動能增加時合外力做正功；當(dāng)動能減少時合外力做負(fù)功． 1.如圖3所示，質(zhì)量為m的物體置于傾角為θ的斜面上，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ，在外力作用下，斜面以加速度a沿水平方向向左做勻加速運(yùn)動，運(yùn)動中物體m與斜面體相對靜止．則關(guān)于斜面對m的支持力和摩擦力的下列說法中錯誤的是( ) 圖3 A．支持力一定做正功 B．摩擦力一定做正功 C．摩擦力可能不做功 D．摩擦力可能做負(fù)功 答案 B 解析 支持力方向垂直斜面向上，故支持力一定做正功．而摩擦力是否存在需要討論，若摩擦力恰好為零，物體只受重力和支持力，如圖所示，此時加速度a＝gtanθ，當(dāng)a>gtanθ時，摩擦力沿斜面向下，摩擦力與位移夾角小于90，則做正功；當(dāng)a下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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