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(dòng)能定理學(xué)案.doc
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第1講 功 功率 動(dòng)能定理 [高考命題解讀] 高考(全國(guó)卷)四年命題情況對(duì)照分析 1.考查方式 能量觀點(diǎn)是高中物理解決問(wèn)題的三大方法之一，既在選擇題中出現(xiàn)，也在綜合性的計(jì)算題中應(yīng)用，常將功、功率、動(dòng)能、勢(shì)能等基礎(chǔ)知識(shí)融入其他問(wèn)題考查，也常將動(dòng)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(shì) 通過(guò)比較，動(dòng)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(shì)，常將功和能的知識(shí)和方法融入其他問(wèn)題考查，情景設(shè)置為多過(guò)程，具有較強(qiáng)的綜合性. 題號(hào) 命題點(diǎn) 2013年 Ⅰ卷21題 將功率融入直線運(yùn)動(dòng)考查 Ⅱ卷20題 通過(guò)萬(wàn)有引力與航天考查能量問(wèn)題 Ⅱ卷22題 通過(guò)實(shí)驗(yàn)考查彈性勢(shì)能的測(cè)量 Ⅱ卷24題 將動(dòng)能、動(dòng)能定理融入電場(chǎng)中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行考查 2014年 Ⅰ卷16題 將動(dòng)能知識(shí)融入帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考查 Ⅰ卷25題 通過(guò)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)綜合考查動(dòng)能知識(shí) Ⅱ卷15題 結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)考查動(dòng)能、勢(shì)能知識(shí) Ⅱ卷16題 通過(guò)摩擦力做功考查做功知識(shí) 2015年 Ⅰ卷17題 在單物體多過(guò)程中考查功能關(guān)系 Ⅰ卷21題 將機(jī)械能知識(shí)融入天體運(yùn)動(dòng)考查 Ⅱ卷17題 通過(guò)機(jī)車啟動(dòng)模型考查功和功率問(wèn)題 Ⅱ卷21題 通過(guò)連接體模型綜合考查機(jī)械能守恒定律和運(yùn)動(dòng)的合成與分解 Ⅱ卷24題 通過(guò)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考查動(dòng)能定理的應(yīng)用 2016年 Ⅰ卷20題 在電場(chǎng)中考查物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、勢(shì)能關(guān)系 Ⅰ卷22題 在直線運(yùn)動(dòng)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(guò)單物體多過(guò)程考查動(dòng)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(dòng)能融入在曲線運(yùn)動(dòng)考查 Ⅱ卷21題 通過(guò)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(guò)單物體多過(guò)程考查彈性勢(shì)能、機(jī)械能守恒定律 Ⅲ卷20題 在曲線運(yùn)動(dòng)中考查摩擦力做功問(wèn)題 Ⅲ卷24題 通過(guò)單物體多過(guò)程考查動(dòng)能的計(jì)算 一、功 1．定義：一個(gè)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(shuō)這個(gè)力對(duì)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(jì)算公式 (1)恒力F的方向與位移l的方向一致時(shí)：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(shí)，W>0，力對(duì)物體做正功． (2)當(dāng)<α≤π時(shí)，W<0，力對(duì)物體做負(fù)功，或者說(shuō)物體克服這個(gè)力做了功． (3)當(dāng)α＝時(shí)，W＝0，力對(duì)物體不做功． 6．一對(duì)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(duì)相互作用力做的總功與參考系無(wú)關(guān) (2)一對(duì)相互作用力做的總功W＝Flcosα.l是相對(duì)位移，α是F與l間的方向夾角 (3)一對(duì)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(duì)平衡力的功 一對(duì)平衡力作用在同一個(gè)物體上，若物體靜止，則兩個(gè)力都不做功；若物體運(yùn)動(dòng)，則這一對(duì)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(shí)間的比值． 2．物理意義：描述力對(duì)物體做功的快慢． 3．公式： (1)P＝，P為時(shí)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(shí)速度，則P為瞬時(shí)功率． ③當(dāng)力F和速度v不在同一直線上時(shí)，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(shí)，F(xiàn)與v成反比． 三、動(dòng)能 動(dòng)能定理 1．動(dòng)能 (1)定義：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能． (2)公式：Ek＝mv2. (3)矢標(biāo)性：動(dòng)能是標(biāo)量，只有正值． (4)狀態(tài)量：動(dòng)能是狀態(tài)量，因?yàn)関是瞬時(shí)速度． 2．動(dòng)能定理 (1)內(nèi)容：在一個(gè)過(guò)程中合外力對(duì)物體所做的功，等于物體在這個(gè)過(guò)程中動(dòng)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(dòng)，也適用于曲線運(yùn)動(dòng)． 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(shí)作用，也可以分階段作用． (4)應(yīng)用技巧：若整個(gè)過(guò)程包含了幾個(gè)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同的分過(guò)程，既可以分段考慮，也可以整個(gè)過(guò)程考慮． [深度思考] 物體的速度改變，動(dòng)能一定改變嗎？ 答案 不一定．如勻速圓周運(yùn)動(dòng)． 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(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 答案 C 2．(粵教版必修2P77第2題)(多選)一個(gè)物體在水平方向的兩個(gè)恒力作用下沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，若撤去其中的一個(gè)力，則( ) A．物體的動(dòng)能可能減少 B．物體的動(dòng)能可能不變 C．物體的動(dòng)能可能增加 D．余下的力一定對(duì)物體做功 答案 ACD 3．(多選)關(guān)于功率公式P＝和P＝Fv的說(shuō)法正確的是( ) 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P＝Fv既能求某一時(shí)刻的瞬時(shí)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(wú)限增大 D．由P＝Fv知，當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí)，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(gè)物體與水平地面間的動(dòng)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(gè)物體都做勻速直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)相同的位移．設(shè)F1和F2對(duì)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(dòng)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(duì)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(jì)算 1．常用辦法：對(duì)于恒力做功利用W＝Flcosα；對(duì)于變力做功可利用動(dòng)能定理(W＝ΔEk)；對(duì)于機(jī)車啟動(dòng)問(wèn)題中的定功率啟動(dòng)問(wèn)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(chǎng)力、分子力做功與位移有關(guān)，與路徑無(wú)關(guān)． (2)滑動(dòng)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(gè)摩擦力(包括靜摩擦力和滑動(dòng)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(duì)靜摩擦力做功的代數(shù)和總等于零；相互作用的一對(duì)滑動(dòng)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(duì)滑動(dòng)摩擦力做功過(guò)程中會(huì)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(duì)． 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(dòng)物體，經(jīng)過(guò)一段時(shí)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(guò)同樣的時(shí)間后速度變?yōu)?v.對(duì)于上述兩個(gè)過(guò)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(guò)同樣的時(shí)間． 答案 C 解析 根據(jù)x＝t得，兩過(guò)程的位移關(guān)系x1＝x2，根據(jù)加速度的定義a＝，得兩過(guò)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(dòng)，故兩過(guò)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(jì)算公式W＝Fl，可知Wf1＝Wf2，WF1>WF2，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)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(dòng)的情形． 3．根據(jù)動(dòng)能的變化：動(dòng)能定理描述了合外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系，即W合＝ΔEk，當(dāng)動(dòng)能增加時(shí)合外力做正功；當(dāng)動(dòng)能減少時(shí)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(dòng)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(dòng)，運(yùn)動(dòng)中物體m與斜面體相對(duì)靜止．則關(guān)于斜面對(duì)m的支持力和摩擦力的下列說(shuō)法中錯(cuò)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(shí)加速度a＝gtanθ，當(dāng)a>gtanθ時(shí)，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(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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