专题5-1 功和功率-2018年高考物理热点题型和提分秘籍

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文档介绍

专题5-1 功和功率-2018年高考物理热点题型和提分秘籍

‎【高频考点解读】‎ ‎1.会判断功的正负,会计算恒力的功和变力的功。‎ ‎2.理解功率的两个公式P=和P=Fv,能利用P=Fv计算瞬时功率。‎ ‎3.会分析机车的两种启动方式。‎ ‎【热点题型】‎ 热点题型一 功的正负判断与恒力、合力做功的计算 ‎ 例1、【2017·新课标Ⅱ卷】如图,一光滑大圆环固定在桌面上,环面位于竖直平面内,在大圆环上套着一个小环。小环由大圆环的最高点从静止开始下滑,在小环下滑的过程中,大圆环对它的作用力 A.一直不做功 B.一直做正功 C.始终指向大圆环圆心 D.始终背离大圆环圆心 ‎【答案】A ‎【变式探究】如图所示,在匀减速向右运动的车厢内,一人用力向前推车厢,该人与车厢始终保持相对静止,则下列说法中正确的是 (  )‎ A.人对车厢的推力不做功 B.人对车厢的推力做负功 C.车厢对人的作用力做正功 D.车厢对人的作用力做负功 答案:D ‎【特别提醒】判断“功的正负”注意事项 ‎ 判断功的正负时要注意:做功的本质是力对物体做功。但是题目中经常提到甲物体对乙物体做功的说法,此时必须明确以下两个问题: ‎ ‎(1)甲物体对乙物体的作用力有几个。 ‎ ‎(2)甲物体对乙物体做功指的是甲物体对乙物体作用力的合力做功,应该明确合力的方向。‎ 在明确了以上问题的基础上,再判断甲物体对乙物体做功的正负就容易多了。‎ ‎【提分秘籍】‎ ‎1.功的正负的判断方法 ‎ ‎(1)恒力做功的判断:依据力与位移的夹角来判断。‎ ‎(2)曲线运动中做功的判断:依据F与v的方向夹角α来判断,当0°≤α<90°,力对物体做正功;90°<α≤180°,力对物体做负功;α=90°,力对物体不做功。‎ ‎(3)依据能量变化来判断:功是能量转化的量度,若有能量转化,则必有力对物体做功。此法常用于判断两个相联系的物体之间的相互作用力做功的判断。‎ ‎2.恒力做功的计算方法 ‎3.合力做功的计算方法 方法一:先求合力F合,再用W合=F合lcosα求功。‎ 方法二:先求各个力做的功W1、W2、W3…,再应用W合=W1+W2+W3+…求合力做的功。‎ 方法三:利用动能定理,合力做的功等于物体动能的变化。‎ ‎【举一反三】 ‎ 一物体静止在粗糙水平地面上。现用一大小为F1的水平拉力拉动物体,经过一段时间后其速度变为v。若将水平拉力的大小改为F2,物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v。对于上述两个过程,用WF1、WF2分别表示拉力F1、F2所做的功,Wf1、Wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功,则 (  )‎ A.WF2>4WF1,Wf2>2Wf1  B.WF2>4WF1,Wf2=2Wf1‎ C.WF2<4WF1,Wf2=2Wf1  D.WF2<4WF1,Wf2<2Wf1‎ 答案:C vt,则L2=‎2L1。由牛顿第二定律有F1-f=ma1,F2-f=ma2,所以F2=‎2F1-f。上述两过程中:F1、F2做的功分别为WF1=F‎1L1、WF2=F‎2L2=(‎2F1-f)‎2L1=‎4F1L1-2fL1;克服摩擦力做功分别为Wf1=fL1,Wf2=fL2=2fL1,所以WF2<4WF1,Wf2=2Wf1,选项C正确。‎ 热点题型二 功率的计算 例2、 (多选)质量为m的物体静止在光滑水平面上,从t=0时刻开始受到水平力的作用。力的大小F与时间t的关系如图所示,力的方向保持不变,则 (  )‎ A.3t0时刻的瞬时功率为 B.3t0时刻的瞬时功率为 C.在t=0到3t0这段时间内,水平力的平均功率为 D.在t=0到3t0这段时间内,水平力的平均功率为 解析:在0~2t0时间内,物体的加速度a1=,2t0时刻的速度v1=a12t0=,位移x1=;2t0~3t0时间内,加速度a2=,3t0时刻的速度v2=v1+a2t0=,2t0~3t0时间内的位移x2=;所以3t0时刻的瞬时功率P=‎3F0v2=,B对,A错;3t0内的平均功率P===,D对,C错。‎ 答案:BD ‎【提分秘籍】 ‎ 计算功率的方法 ‎1.平均功率的计算方法 ‎(1)利用=。‎ ‎(2)利用=F·cosθ,其中为物体运动的平均速度,F为恒力。‎ ‎2.瞬时功率的计算方法 ‎ ‎(1)利用公式P=F·vcosθ,其中v为t时刻的瞬时速度。‎ ‎(2)P=F·vF,其中vF为物体的速度 v在力F方向上的分速度。‎ ‎(3)P=Fv·v,其中Fv为物体受的外力F在速度v方向上的分力。‎ ‎【方法归纳】计算功率的基本思路 ‎ ‎(1)首先要弄清楚是平均功率还是瞬时功率。 ‎ ‎(2)平均功率与一段时间(或过程)相对应,计算时应明确是哪个力在哪段时间(或过程)内做功的平均功率。 ‎ ‎(3)瞬时功率计算时应明确是哪个力在哪个时刻(或状态)的功率。求解瞬时功率时,如果F与v不同向,可用力F乘以F方向的分速度,或速度v乘以速度方向的分力求解。‎ ‎【举一反三】 ‎ 在离地面‎5m高处以‎10m/s的水平初速度抛出一个质量‎1kg的物体。不计空气阻力,g取‎10m/s2。求: ‎ ‎(1)从抛出到落地全过程中重力的平均功率。‎ ‎(2)物体落地时,重力的瞬时功率。‎ 答案:(1)50W (2)100W ‎ ‎ ‎(2)物体落地时,竖直方向的瞬时速度 v=gt=10×‎1m/s=‎10m/s 重力的瞬时功率P=mgv=1×10×10W=100W 热点题型三 机车启动问题 ‎ 例3. ‎ ‎【提分秘籍】‎ ‎ 1.两种启动方式的比较 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= 两种方式 以恒定功率启动 以恒定加速度启动 AB 段 过程 分析 F=F阻⇒a=0⇒‎ F阻= v↑⇒F=↓⇒‎ a=↓‎ 运动 性质 以vm匀速直线运动 加速度减小的加速运动 BC段 无 F=F阻⇒a=0⇒‎ 以vm=匀速运动 ‎2.三个重要关系式 ‎(1)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==(式中Fmin为最小牵引力,其值等于阻力F阻)。‎ ‎(2)机车以恒定加速度启动的运动过程中,匀加速过程结束时,功率最大,速度不是最大,即v=
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