高中物理第3章动能的变化与机械功习题课功与功率教学案沪科版必修2

高中物理第3章动能的变化与机械功习题课功与功率教学案沪科版必修2

习题课　功与功率[学习目标]　1.熟练掌握恒力做功的计算方法.2.能够分析摩擦力做功的情况，并会计算一对摩擦力对两物体所做的功.3.能区分平均功率和瞬时功率.一、功的计算1.恒力的功功的公式W＝Fscosα，只适用于恒力做功.即F为恒力，s是物体相对地面的位移，流程图如下：2.变力做功的计算(1)将变力做功转化为恒力做功.在曲线运动或有往复的运动中，当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程的乘积，力F与v同向时做正功，力F与v反向时做负功.(2)当变力做功的功率P一定时，如机车恒定功率启动，可用W＝Pt求功.(3)用平均力求功：若力F随位移s线性变化，则可以用一段位移内的平均力求功，如将劲度系数为k的弹簧拉长s时，克服弹力做的功W＝s＝·s＝ks2.(4)用F－s图像求功若已知F－s图像，则图像与s轴所围的面积表示功，如图1所示，在位移s0内力F做的功W ＝s0.图1例1　一物体在运动中受水平拉力F的作用，已知F随运动距离x的变化情况如图2所示，则在这个运动过程中F做的功为(　　)图2A.4JB.18JC.20JD.22J答案　B解析　方法一　由图可知F在整个过程中做功分为三个小过程，分别做功为W1＝2×2J＝4J，W2＝－1×2J＝－2JW3＝4×4J＝16J，所以W＝W1＋W2＋W3＝4J＋(－2)J＋16J＝18J.方法二　F－x图像中图线与x轴所围成的面积表示做功的多少，x轴上方为正功，下方为负功，总功取三部分的代数和，即(2×2－2×1＋4×4)J＝18J，B正确.例2　在水平面上，有一弯曲的槽道AB，由半径分别为和R的两个半圆构成.如图3所示，现用大小恒为F的拉力将一光滑小球从A点拉至B点，若拉力F的方向时时刻刻均与小球运动方向一致，则此过程中拉力所做的功为(　　)图3A.零B.FRC.πFRD.2πFR答案　C解析　小球受到的拉力F 在整个过程中大小不变，方向时刻变化，是变力.但是，如果把圆周分成无数微小的弧段，每一小段可近似看成直线，拉力F在每一小段上方向不变，每一小段上可用恒力做功的公式计算，然后将各段做功累加起来.设每一小段的长度分别为l1，l2，l3…ln，拉力在每一段上做的功W1＝Fl1，W2＝Fl2…Wn＝Fln，拉力在整个过程中所做的功W＝W1＋W2＋…＋Wn＝F(l1＋l2＋…＋ln)＝F＝πFR.二、摩擦力做功的特点与计算1.不论是静摩擦力，还是滑动摩擦力都既可能是动力也可能是阻力，也可能与位移方向垂直，所以不论是静摩擦力，还是滑动摩擦力既可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可以对物体不做功.2.一对相互作用的滑动摩擦力等大反向但物体之间存在相对滑动，即两个物体的对地位移不相同，由W＝Fscosα可判断一对相互作用的滑动摩擦力做功的总和不为零.3.一对相互作用的静摩擦力等大反向且物体之间相对静止，即两个物体的对地位移相同，由W＝Fscosα可判断一对相互作用的静摩擦力做功的总和为零.例3　质量为M的木板放在光滑水平面上，如图4所示.一个质量为m的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，若滑块与木板间的动摩擦因数为μ，求摩擦力对滑块、对木板所做的功各为多少？滑动摩擦力对滑块、木板做的总功为多少？图4答案　－μmg(l＋x)　μmgx　－μmgl解析　由题图可知，木板的位移为sM＝x时，滑块的位移为sm＝l＋x，m与M之间的滑动摩擦力f＝μmg.由公式W＝Fscosα可得，摩擦力对滑块所做的功为Wm＝μmgsmcos180°＝－μmg(l＋x)，负号表示做负功.摩擦力对木板所做的功为WM＝μmgsM＝μmgx.滑动摩擦力做的总功为W＝Wm＋WM＝－μmg(l＋x)＋μmgx＝－μmgl三、功率的计算1.P＝一般用来计算平均功率，而P＝Fv一般用来计算瞬时功率，此时v为瞬时速度；但当v为平均速度时，也可用来计算平均功率.2.应用公式P＝Fv时需注意(1)F与v沿同一方向时：P＝Fv.(2)F与v方向有一夹角α时：P＝Fvcosα.例4　如图5所示，质量为2kg的物体以10m/s的初速度水平抛出，经过2s落地.取g＝10m/s2.关于重力做功的功率，下列说法正确的是(　　) 图5A.下落过程中重力的平均功率是400WB.下落过程中重力的平均功率是100WC.落地前的瞬间重力的瞬时功率是400WD.落地前的瞬间重力的瞬时功率是200W答案　C解析　物体2s下落的高度为h＝gt2＝20m，落地的竖直分速度为vy＝gt＝20m/s，所以落到地面前的瞬间重力的瞬时功率是P＝mgvy＝400W，下落过程中重力的平均功率是＝＝200W，选项C正确.四、机车的两种启动方式运动过程分析汽车两种启动方式的过程分析与比较两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动P－t图和v－t图OA段过程分析v↑⇒F＝↓⇒a＝↓a＝不变⇒F不变P＝Fv↑直到P额＝Fv1运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动，维持时间t0＝AA′段过程分析v↑⇒F＝↓⇒a＝↓运动性质加速度减小的加速直线运动以恒定功率启动的AB段和以恒定加速度启动的A′B段过程分析F＝fa＝0f＝F＝fa＝0f＝运动性质以vm做匀速运动以vm做匀速运动注意：(1)机车的输出功率：P＝Fv，其中F为机车的牵引力，v为机车的瞬时速度. (2)无论哪种启动过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即vm＝＝.(3)机车以恒定加速度启动，匀加速过程结束时，功率最大，但速度不最大，v＝

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