(浙江選考)2019高考物理二輪復習 專題二 能量和動量 第1講 功 功率與動能定理課件.ppt
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1、第1講功功率與動能定理,專題二能量和動量,,內容索引,考點一功和能基本概念及規(guī)律辨析,考點二功率的分析與計算,考點三動能定理的應用,考點四動力學和能量觀點的綜合應用,,,,,功和能基本概念及規(guī)律辨析,,考點一,,1.功的正負:由WFlcos ,90,力對物體做負功. 2.恒力做功的計算方法,1 基礎知識梳理,3.變力做功:變力做功的求解要注意問題的正確轉化,如將變力轉化為恒力,利用Fl圖象曲線下的面積求功,利用WPt計算,也可應用動能定理或功能關系等方法求解.,4.總功的計算 (1)先求物體所受的合外力,再求合外力做的功; (2)先求每個力做的功,再求各功的代數(shù)和. 5.機械能 (1)機械能包
2、括動能、重力勢能和彈性勢能; (2)重力勢能:重力做正功,重力勢能就減小,重力做負功,重力勢能就增加,即WGEp; (3)彈性勢能:彈力做正功,彈性勢能就減小,彈力做負功,彈力勢能就增加,伸長量與縮短量相等時,彈性勢能相同.,1.正、負功的判斷(2018溫州市期中)載人飛行包是一個單人低空飛行裝置,如圖1所示,其發(fā)動機使用汽油作為燃料提供動力,可以垂直起降,也可以快速前進,若飛行包(包括人)在豎直勻速降落的過程中(空氣阻力不可忽略),下列說法正確的是 A.發(fā)動機對飛行包(包括人)做正功 B.飛行包(包括人)的重力做負功 C.空氣阻力對飛行包(包括人)做負功 D.飛行包(包括人)的合力做負功,答
3、案,,,2 基本題目訓練,圖1,解析,解析飛行包(包括人)在豎直勻速降落的過程中,發(fā)動機的動力向上,則發(fā)動機對飛行包(包括人)做負功,故A錯誤. 高度下降,飛行包(包括人)的重力做正功,故B錯誤. 空氣阻力豎直向上,與位移方向相反,則空氣阻力對飛行包(包括人)做負功,故C正確. 飛行包勻速運動,合力為零,則飛行包的合力不做功,故D錯誤.,2.做功的分析如圖2所示,坐在雪橇上的人與雪橇的總質量為m,在與水平面成角的恒定拉力F作用下,沿水平地面向右移動了一段距離l.已知雪橇與地面間的動摩擦因數(shù)為,雪橇受到的 A.支持力做功為mgl B.重力做功為mgl C.拉力做功為Flcos D.滑動摩擦力做功
4、為mgl,答案,,圖2,解析,解析對坐在雪橇上的人與雪橇整體進行受力分析,可知雪橇受到的支持力FNmgFsin ,滑動摩擦力FfFN(mgFsin ),由功的定義式可知,支持力做的功為零,重力做的功也為零,選項A、B錯誤; 滑動摩擦力做功WfFfll(mgFsin ),選項D錯誤; 拉力做功為Flcos ,選項C正確.,3.重力勢能(2018浙江4月選考13)如圖3所示,一根繩的兩端分別固定在兩座猴山上的A、B處,A、B兩點水平距離為16 m,豎直距離為2 m,A、B間繩長為20 m.質量為10 kg的猴子抓住套在繩上的滑環(huán)從A處滑到B 處.以A點所在水平面為參考平面,猴子在滑行過程中重力勢能
5、最小值約為(繩處于拉直狀態(tài)) A.1.2103 J B.7.5102 J C.6.0102 J D.2.0102 J,答案,解析,,圖3,解析重力勢能最小的點為最低點,結合“同繩同力”可知,在最低點時,兩側繩子與水平方向夾角相同,記為, 設右邊繩子長為a,則左邊繩長為20a. 由幾何關系得:20cos 16; asin (20a)sin 2,猴子的重心比繩子最低點大約低0.5 m, 所以在最低點的重力勢能約為750 J,故選B.,4.機械能守恒(2018紹興市選考診斷)“神舟十一號”飛船在發(fā)射至返回的過程中,哪個階段中返回艙的機械能是守恒的 A.飛船加速升空階段 B.飛船在橢圓軌道上繞地球運行
6、的階段 C.返回艙與軌道艙分離,進入大氣層后加速下降 D.返回艙在大氣層運動一段時間后,打開降落傘,減速下降,答案,,功率的分析與計算,,考點二,1.首先要明確所求功率是平均功率還是瞬時功率. 2.平均功率與一段時間(或過程)相對應,計算時應明確是哪個力在哪段時間(或過程)內做功的平均功率. (1)可用P . (2)可用PFvcos ,其中v為物體運動的平均速度.,3.計算瞬時功率時應明確是哪個力在哪個時刻(或狀態(tài))的功率.求解瞬時功率時,如果F和v不同向,可用力F乘以沿F方向的分速度,或用速度v乘以沿速度方向的分力求解. (1)公式PFvcos ,其中v為某時刻的瞬時速度. (2)PFvF,
7、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.,例1(2017浙江11月選考13)如圖4所示是具有登高平臺的消防車,具有一定質量的伸縮臂能夠在 5 min內使承載4人的登高平臺(人連同平臺的總質量為400 kg)上升60 m到達滅火位置.此后,在登高平臺上的消防員用水炮滅火,已知水炮的出水量為3 m3/min,水離開炮口時的速率為20 m/s,則用于,圖4,答案,解析,A.水炮工作的發(fā)動機輸出功率約為1104 W B.水炮工作的發(fā)動機輸出功率約為4104 W C.水炮工作的發(fā)動機輸出功率約為2.4106 W D.伸縮臂抬升登高平臺
8、的發(fā)動機輸出功率約為800 W,,解析若不計伸縮臂的質量,抬升登高平臺的發(fā)動機輸出功率,但伸縮臂具有一定質量,發(fā)動機輸出功率應大于800 W,故選項D錯誤;,噴出去水的重力勢能為Epmgh501060 J3104 J,,所以1 s內水增加的能量為4104 J, 所以水炮工作的發(fā)動機輸出功率為4104 W,選項B正確,A、C錯誤.,5.(2018金、麗、衢十二校聯(lián)考)跳繩是麗水市高中畢業(yè)生體育測試的項目之一,如圖5所示,高三的小李同學在某次測 驗過程中,一分鐘跳180次,每次跳躍,腳與地 面的接觸時間為跳躍一次所需時間的,g取10 m/s2, 則他克服重力做功的平均功率約為 A.20 W B.3
9、5 W C.75 W D.120 W,答案,,圖5,解析,他跳離地面向上做豎直上拋運動,,故C正確,A、B、D錯誤.,解析物塊受到的阻力與速度成正比,根據(jù)牛頓第二定律,F(xiàn)kvma,所以物塊做加速度減小的加速運動,又因拉力功率PFv,F(xiàn)為恒力,所以功率隨時間變化的規(guī)律和速度v隨時間的變化規(guī)律一致,故C正確,A、B、D錯誤.,6.一物塊放在水平面上,在水平恒力F的作用下從靜止開始運動,物塊受到的阻力與速度成正比,則關于拉力F的功率隨時間變化的圖象正確的是,,答案,解析,7.(2018臺州市高三期末)如圖6所示,中國版“野?!奔壷匦蜌鈮|船,自重達540噸,裝有額定輸出功率為8 700 kW的大功率燃
10、汽輪機,最高時速為108 km/h.假設氣墊船航行過程中所受的阻力Ff與速度v成正比,即Ffkv.則下列說法正確的是 A.該氣墊船的最大牽引力為2.9105 N B.從題中給出的數(shù)據(jù),無法計算k值 C.在輸出額定功率下以最高時速航行時,氣墊 船所受的阻力為2.9105 N D.以最高時速一半的速度勻速航行時,氣墊船 發(fā)動機的輸出功率為4 350 kW,答案,解析,,圖6,解析在額定輸出功率下以最高時速航行時,vm108 km/h30 m/s,,解得F1.45105 N,則PFv1.4510515 W2 175 kW,故D錯誤.,此時勻速運動,則FfF2.9105 N,若以恒定牽引力啟動時,
11、開始的牽引力大于勻速運動的牽引力,所以最大牽引力大于2.9105 N,故A錯誤,C正確;,動能定理的應用,,考點三,1.解題步驟,2.注意事項 (1)動能定理往往用于單個物體的運動過程,由于不涉及加速度及時間,比動力學研究方法要簡便. (2)動能定理表達式是一個標量式,不能在某個方向上應用動能定理. (3)應用動能定理時,必須明確各力做功的正、負.當一個力做負功時,可設物體克服該力做功為W,將該力做功表示為W,也可以直接用字母W表示該力做功,使其字母本身含有負號.,例2如圖7所示,傾角為37的斜面固定在水平地面上,勁度系數(shù)為k40 N/m的輕彈簧的軸線與斜面平行,彈簧下端固定在斜面底端的擋板上
12、,彈簧與斜面間無摩擦.一個質量為m5 kg的小滑塊從斜面上的P點由靜止滑下,小滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.5,P點與彈簧自由端Q點間的距離為L1 m.已知整個過程彈簧始終在彈性限度內,彈簧的彈性勢能Ep與其形變量x的關系為Ep kx2,sin 370.6, cos 370.8,重力加速度g取10 m/s2.求:,圖7,(1)小滑塊從P點下滑到Q點時所經歷的時間t;,答案,答案1 s,解析由牛頓第二定律可知,小滑塊沿斜面下滑的加速度agsin gcos 2 m/s2,解析,(2)小滑塊運動過程中達到的最大速度vm的大小;,答案,解析設彈簧被壓縮x0時小滑塊達到最大速度vm,此時小滑塊加速度為零
13、,根據(jù)平衡條件有mgsin mgcos kx0 對小滑塊由靜止滑下到達到最大速度的過程,由動能定理有,解析,(3)小滑塊運動到最低點的過程中,彈簧的最大彈性勢能.,解析設小滑塊運動至最低點時,彈簧的壓縮量為x1, 由動能定理有 mgsin (Lx1)mgcos (Lx1)Epm0,解析,答案,答案20 J,解得Epm20 J.,8.如圖8甲所示,質量m1 kg的物體靜止在光滑的水平面上,t0時刻,物體受到一力F的作用,t1 s時,撤去力F,某,圖8,解析,時刻物體滑上傾角為37的粗糙斜面.已知物體從開始運動到滑上斜面最高點的vt圖象如圖乙所示,不計其他阻力,sin 370.6,cos 370.
14、8,g取10 m/s2.求: (1)力F做的功;,答案,答案72 J,解析物體1 s末的速度v112 m/s, 根據(jù)動能定理得:WF mv1272 J.,(2)物體從斜面底端滑到最高點過程中克服摩擦力做功的平均功率.,解析,答案,答案36 W,解析物體在12 s內沿水平面做勻速直線運動,物體在23 s內沿斜面向上做減速運動.,物體到達斜面底端的速度v212 m/s,到達斜面最高點的速度為零,根據(jù)動能定理得:,9.如圖9所示為一滑梯的實物圖,滑梯的斜面段長度L5.0 m,高度h3.0 m,為保證小朋友的安全,在水平面鋪設安全地墊.水平段與斜面段平滑連接,小朋友在連接處速度大小不變.某,圖9,小朋
15、友從滑梯頂端由靜止開始滑下,經斜面底 端后水平滑行一段距離,停在水平地墊上.已知小朋友質量為m20 kg,小朋友在斜面上受到的平均阻力Ff188 N,在水平段受到的平均阻力Ff2100 N.不計空氣阻力,取重力加速度g10 m/s2.求: (1)小朋友在斜面滑下的過程中克服摩擦力做的功;,解析,答案,答案440 J,解析小朋友在斜面滑下的過程中克服摩擦力做的功為:Wf1Ff1L885 J440 J,(2)小朋友滑到斜面底端時的速度v的大??;,解析,答案,答案4 m/s,解析小朋友在斜面上運動, 由動能定理得mghWf1 mv2 代入數(shù)據(jù)解得:v4 m/s,(3)為使小朋友不滑出水平地墊,地墊的
16、長度x至少多長.,解析,答案,答案1.6 m,解析小朋友在水平地墊上運動的過程,由動能定理得: Ff2x0 mv2 解得:x1.6 m,動力學和能量觀點的綜合應用,,考點四,1.動力學觀點:牛頓運動定律、運動學基本規(guī)律. 2.能量觀點:動能定理、機械能守恒定律、能量守恒定律. 3.解題關鍵 (1)抓住物理情景中出現(xiàn)的運動狀態(tài)和運動過程,將物理過程分解成幾個簡單的子過程. (2)兩個相鄰過程連接點的速度是聯(lián)系兩過程的紐帶,也是解題的關鍵.,例3(2017臺州市選考模擬)如圖10所示,質量為m0.1 kg的可視為質點的小球從靜止開始沿半徑為R140 cm的 圓弧軌道AB由A點滑到B點后,進入與AB
17、平滑連接的 圓弧管道BC.管道出口處為C,圓弧管道半徑為R220 cm,在緊靠出口C處,有一半徑為R38.4 cm、水平放置且繞其水平軸線勻速旋轉的圓筒(不計筒皮厚度),筒上開有小孔D,筒旋轉時,小孔D恰好能經過出口C處,小球射出C出口 時,恰好能接著穿過D孔進入圓筒,并越 過軸線再從D孔向上穿出圓筒,到最高點 后返回又能向下穿過D孔進入圓筒,不計 摩擦和空氣阻力,g取10 m/s2.問:,圖10,(1)小球到達B點的瞬間前、后對軌道的壓力分別為多大?,解析,答案,答案3 N5 N,解得FNB3 N,解得FNB5 N,由牛頓第三定律得,小球到達B點瞬間前、后對軌道的壓力分別為3 N和5 N.,
18、(2)小球穿出圓筒小孔D時的速度多大?,解析,答案,答案0.8 m/s,解析從A到穿出D過程中,由機械能守恒可得:,解得:vD0.8 m/s,(3)圓筒轉動的最大周期T為多少?,解析,答案,答案0.08 s,解得:vC2 m/s 穿越圓筒過程中:vCvDg(nT0.5T) 從圓筒穿出到又進入圓筒過程中:2vDgnT 得到關系式:3n4n2 要使周期最大,n和n必須同時取正整數(shù)且n最小 取n1,得T0.08 s.,0.10 kg的小物塊P從斜面上端A點無初速度下滑,物塊P與斜面BC部分之間的動摩擦因數(shù)0.75.取sin 370.6,cos 370.8,重力加速度g10 m/s2,忽略空氣阻力.求
19、:(1)物塊第一次通過C點時的速度大小vC;,10.如圖11所示,斜面ABC下端與光滑的圓弧軌道CDE相切于C,整個裝置豎直固定,D是最低點,圓心角DOC37,E、B與圓心O等高,圓弧軌道半徑R0.30 m,斜面長L1.90 m,AB部分光滑,BC部分粗糙.現(xiàn)有一個質量m,圖11,答案,解析,解析根據(jù)幾何關系得,斜面BC部分的長度為:l0.40 m 設物塊第一次通過B點時的速度為vB,根據(jù)動能定理有:,物塊在BC部分滑動時受到的摩擦力大小為:Ffmgcos 370.60 N 在BC部分下滑過程中受到的合力為:Fmgsin 37Ff0,(2)物塊第一次通過D點時受到軌道的支持力大小FD;,解析,
20、解析設物塊第一次通過D點時的速度為vD,則由動能定理有:,答案,答案7.4 N,代入數(shù)據(jù)得:FD7.4 N.,(3)物塊最終所處的位置.,解析,解析物塊每通過一次BC部分減小的機械能為:EFfl0.24 J,答案,答案在斜面BC段且距離C點0.35 m,設物塊第四次從下端進入BC部分后最終在距離C點x處靜止, 則有mg(Lx)sin 37Ff(3lx)0,代入數(shù)據(jù)得:x0.35 m.,11.(2018杭州市期末)如圖12所示,傾角為30的光滑斜劈AB長L10.4 m,放在離地高h0.8 m的水平桌面上,B點右端接一光滑小圓弧(圖上未畫出),圓弧右端切線水平,與桌面邊緣的距離為L2.現(xiàn)有一小滑塊
21、從A點由靜止釋放,通過B點后恰好停在桌面邊緣的C點,已知滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)0.2. (1)求滑塊到達B點的速度vB的大??;,解析,圖12,答案,答案2 m/s,解析滑塊從A到B的運動,根據(jù)機械能守恒定律得:,代入數(shù)據(jù)解得:vB2 m/s,(2)求B點到桌面邊緣C點的距離L2;,解析,答案,答案1 m,解析從A到C根據(jù)動能定理可得: mgL1sin 30mgL20 解得:L21 m;,解析從A到C根據(jù)動能定理可得:mgL1sin 30mg(L2L) mvC20,代入數(shù)據(jù)解得vC1.6 m/s, 滑塊離開C后做平拋運動,根據(jù)平拋運動的規(guī)律可得:h gt2,解得:t0.4 s, 所以落地點P距C點正下方的O點的距離為:xvCt0.64 m.,(3)若將斜劈向右平移一段距離L0.64 m,滑塊仍從斜劈上的A點由靜止釋放,最后滑塊落在水平地面上的P點.求落地點P距C點正下方的O點的距離x.,解析,答案,答案0.64 m,
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