高考物理大一輪復(fù)習(xí)第五章第1講功和功率講義含解析教科版.docx

功和功率五年高考(全國卷)命題分析五年?？紵狳c(diǎn)五年未考重點(diǎn)功和功率20182016201520142卷14題、3卷19題3卷20題2卷17題2卷16題1.機(jī)車啟動問題2.動能定理與圖像問題的結(jié)合3.連接體的機(jī)械能守恒問題4.探究動能定理動能定理的應(yīng)用201820173卷25題2卷24題機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用20172016201520142卷14題2卷16題、21題2卷21題2卷15題功能關(guān)系的理解和應(yīng)用2018201720151卷18題1卷24題、3卷16題1卷17題動力學(xué)方法和能量觀點(diǎn)的綜合應(yīng)用201720162卷14題、24題1卷25題、2卷16題、25題3卷24題實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律20161卷22題拓展實(shí)驗(yàn)：探究彈簧的彈性勢能20162卷22題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)知識融入其他問題中考查，也常將動能定理、機(jī)械能守恒定律、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力學(xué)和電學(xué)知識中考查，情景設(shè)置為多過程，具有較強(qiáng)的綜合性.第1講功和功率一、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x的方向一致時：WFx.(2)恒力F的方向與位移x的方向成某一夾角時：WFxcos.5功的正負(fù)(1)當(dāng)00，力對物體做正功(2)當(dāng)時，W0，力對物體做負(fù)功，或者說物體克服這個力做了功(3)當(dāng)時，W0，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WFxcos.x是相對位移，是F與x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)或均為零自測1(多選)質(zhì)量為m的物體靜止在傾角為的斜面上，斜面沿水平方向向右勻速移動了距離s，如圖1所示，物體m相對斜面靜止則下列說法正確的是()圖1A重力對物體m做正功B合力對物體m做功為零C摩擦力對物體m不做功D支持力對物體m做正功答案BD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描述時間t內(nèi)力對物體做功的快慢(2)PFvv為平均速度，則P為平均功率v為瞬時速度，則P為瞬時功率當(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分解自測2(多選)關(guān)于功率公式P和PFv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PFv既能求某一時刻的瞬時功率，也可以求平均功率C由PFv知，隨著汽車速度的增大，它的功率也可以無限增大D由PFv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自測3如圖2所示，四個相同的小球在距地面相同的高度處以相同的速率分別豎直下拋、豎直上拋、平拋和斜拋，不計空氣阻力，則下列關(guān)于這四個小球從拋出到落地過程的說法中正確的是()圖2A小球飛行過程中單位時間內(nèi)的速度變化不同B小球落地時，重力的瞬時功率相同C從開始運(yùn)動至落地，重力對小球做功相同D從開始運(yùn)動至落地，重力對小球做功的平均功率相同答案C解析因?yàn)閽侒w運(yùn)動的加速度恒為g，所以單位時間內(nèi)的速度變化相同，選項(xiàng)A錯誤；小球落地時豎直方向上的速度大小不都相同，所以重力的瞬時功率不都相同，選項(xiàng)B錯誤；由WGmgh可知重力做功相同，選項(xiàng)C正確；從拋出到落地所用時間不相同，所以重力做功的平均功率不相同，D錯誤命題點(diǎn)一功的分析和計算1常用辦法對于恒力做功利用WFxcos；對于變力做功可利用動能定理(WEk)；對于機(jī)車啟動問題中的恒定功率啟動問題，牽引力的功可以利用WPt.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)：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)能的情況，內(nèi)能Qfx相對類型1恒力功的分析和計算例1(多選)如圖3所示，粗糙的斜面在水平恒力的作用下向左勻速運(yùn)動，一物塊置于斜面上并與斜面保持相對靜止，下列說法中正確的是()圖3A斜面對物塊不做功B斜面對地面的摩擦力做負(fù)功C斜面對物塊的支持力做正功D斜面對物塊的摩擦力做負(fù)功答案ACD解析斜面對物塊的作用力可以等效為一個力，根據(jù)平衡條件，這個力與物塊的重力大小相等，方向相反，與位移方向的夾角為90，所以不做功，選項(xiàng)A正確；地面受到摩擦力作用，但沒有位移，所以斜面對地面的摩擦力不做功，選項(xiàng)B錯誤；斜面對物塊的支持力與位移方向的夾角小于90，做正功，而斜面對物塊的摩擦力與位移方向的夾角大于90，做負(fù)功，所以選項(xiàng)C、D正確變式1(2018貴州省安順市適應(yīng)性監(jiān)測三)在一次跳繩體能測試中，一位體重約為50 kg的同學(xué)，一分鐘內(nèi)連續(xù)跳了140下，若該同學(xué)每次跳躍的騰空時間為0.2 s，重力加速度g取10 m/s2，則他在這一分鐘內(nèi)克服重力做的功約為()A3500JB14000JC1000JD2500J答案A解析Gmg5010N500N，騰空時間為0.2s表示上升過程用時0.1s，上升的高度為h0.05m，則起跳一次克服重力做的功W0Gh500 N0.05 m25 J，1分鐘內(nèi)跳了140次，則一分鐘內(nèi)克服重力做功W140W014025J3500J，故選A.變式2(2019湖北省武漢市調(diào)研)一滑塊在水平地面上沿直線滑行，t0時其速度為1m/s，從此刻開始在滑塊運(yùn)動方向上再施加一水平作用力F，力F、滑塊的速率v隨時間的變化規(guī)律分別如圖4甲和乙所示，設(shè)在第1s內(nèi)、第2s內(nèi)、第3s內(nèi)力F對滑塊做的功分別為W1、W2、W3，則以下關(guān)系正確的是()圖4AW1W2W3BW1W2W3CW1W3W2DW1W2W3答案B解析在第1s內(nèi)，滑塊的位移為x111m0.5m，力F做的功為W1F1x110.5J0.5J；第2s內(nèi)，滑塊的位移為x211m0.5m，力F做的功為W2F2x230.5J1.5J；第3s內(nèi)，滑塊的位移為x311m1m，力F做的功為W3F3x321J2J，所以W1W2f，做勻加速直線運(yùn)動，當(dāng)x3m時速度最大，v22ax，a，解得v3m/s，所以此過程中拉力的最大功率為POAFOAv15W，故A、B錯誤；在AB段，F(xiàn)ABN2Nf，物體做勻速直線運(yùn)動，拉力的功率恒定不變，為PABFABv23W6W，故D正確，C錯誤變式8(2018海南省海口一中月考)一滑塊在水平地面上沿直線滑行，t0時速率為1m/s.從此刻開始在與速度平行的方向上對其施加一水平作用力F，力F和滑塊的速度v隨時間的變化規(guī)律分別如圖12甲、乙所示，則(兩圖取同一正方向，重力加速度g10 m/s2)()圖12A滑塊的質(zhì)量為0.5kgB滑塊與水平地面間的動摩擦因數(shù)為0.5C第1s內(nèi)摩擦力對滑塊做功為1JD第2s內(nèi)力F的平均功率為1.5W答案D解析滑塊運(yùn)動的加速度大小a1m/s2，由題圖知，第1s內(nèi)有fFma，第2s內(nèi)有Ffma，則f13f，故f1N，m2kg，又由fmg可得動摩擦因數(shù)0.05，故A、B錯誤；第1s內(nèi)的位移大小為x11m0.5m，根據(jù)功的公式可得第1s內(nèi)摩擦力對滑塊做功為0.5J，故C錯誤；根據(jù)vt圖像可知，第2秒內(nèi)的平均速度大小m/s0.5 m/s，所以第2s內(nèi)力F的平均功率PF30.5W1.5W，故D正確命題點(diǎn)三機(jī)車啟動問題1兩種啟動方式兩種方式以恒定功率啟動以恒定加速度啟動Pt圖和vt圖OA段過程分析vFaa不變F不變PFv直到PP額Fv1運(yùn)動性質(zhì)加速度減小的加速直線運(yùn)動勻加速直線運(yùn)動，維持時間t0AB段過程分析FF阻a0vmvFa運(yùn)動性質(zhì)以vm做勻速直線運(yùn)動加速度減小的加速直線運(yùn)動BC段FF阻a0以vm做勻速直線運(yùn)動2三個重要關(guān)系式(1)無論哪種啟動過程，機(jī)車的最大速度都等于其勻速運(yùn)動時的速度，即vm(式中Fmin為最小牽引力，其值等于阻力F阻)(2)機(jī)車以恒定加速度啟動的過程中，勻加速過程結(jié)束時，功率最大，但速度不是最大，vvm.(3)機(jī)車以恒定功率啟動時，牽引力做的功WPt.由動能定理得：PtF阻xEk.此式經(jīng)常用于求解機(jī)車以恒定功率啟動過程的位移大小例4(多選)(2018福建省寧德市上學(xué)期期末)一輛CRH2型動車組的總質(zhì)量M2.0105kg，額定輸出功率為4800kW.假設(shè)該動車組在水平軌道上運(yùn)動時的最大速度為270km/h，受到的阻力f與速度v滿足fkv，g取10 m/s2.下列說法正確的是()A該動車組以最大速度行駛時的牽引力為6.4104NB從題中給出的數(shù)據(jù)可算出k1.0103Ns/mC當(dāng)勻速行駛的速度為最大速度一半時，動車組受到的阻力為1.6104ND當(dāng)勻速行駛的速度為最大速度一半時，動車組的輸出功率為1200kW答案AD解析最大速度為vm270km/h75 m/s，根據(jù)PFv，得該動車組以最大速度行駛時的牽引力為FN6.4104N，故A正確；當(dāng)牽引力與阻力相等時，速度達(dá)到最大，則有Ffkvm，解得kNs/m853.3 Ns/m，故B錯誤；當(dāng)勻速行駛的速度為v時，則有fkv853.3N3.2104N，此時牽引力Ff3.2104N，動車組輸出功率PFv3.2104W1200kW，故C錯誤，D正確變式9(2018福建省三明一中模擬)小明騎電動自行車沿平直公路行駛，因電瓶“沒電”，故改用腳蹬車勻速前行設(shè)小明與車的總質(zhì)量為100kg，騎行過程中所受阻力恒為車和人總重力的0.02倍，g取10m/s2.通過估算可知，小明騎此電動車做功的平均功率最接近()A500WB300WC100WD50W答案C解析人騎車的速度大小約為5m/s，人在勻速行駛時，人和車的受力平衡，阻力的大小為f0.02mg0.021000N20N，此時的功率PFvfv205W100W，C正確變式10(2018安徽省蕪湖市上學(xué)期期末)一起重機(jī)的鋼繩由靜止開始勻加速提起質(zhì)量為m的重物，當(dāng)重物的速度為v1時，起重機(jī)的功率達(dá)到最大值P，之后起重機(jī)保持該功率不變，繼續(xù)提升重物，最后重物以最大速度v2勻速上升，不計鋼繩重力，空氣阻力不計則整個過程中，下列說法正確的是(重力加速度為g)()A鋼繩的最大拉力為B重物勻加速過程的時間為C重物勻加速過程的加速度為D速度由v1增大至v2的過程中，重物的平均速度，D錯誤1(2019山東省德州市調(diào)研)質(zhì)量為m的物體從傾角為且固定的光滑斜面頂端由靜止開始下滑，斜面高度為h，當(dāng)物體滑至斜面底端時，重力做功的瞬時功率為()AmgB.mgsinCmgsinDmg答案C解析由于斜面是光滑的，agsin，2av2，v.由圖可知重力的方向和v方向的夾角為90.則物體滑至底端時重力的瞬時功率為Pmgcos(90)mgsin，故C正確2(多選)質(zhì)量為4kg的物體被人由靜止開始向上提升0.25m后速度達(dá)到1m/s，則下列判斷正確的是(g取10 m/s2)()A人對物體做的功為12JB合外力對物體做的功為2JC物體克服重力做的功為10JD人對物體做的功等于物體增加的動能答案ABC解析人對物體做的功等于物體機(jī)械能的增加量，即W人mghmv212J，A正確，D錯誤；合外力對物體做的功等于物體動能的增加量，即W合mv22J，B正確；物體克服重力做的功等于物體重力勢能的增加量，即Wmgh10J，C正確3(2018陜西省安康市第二次質(zhì)量聯(lián)考)雄安新區(qū)規(guī)劃范圍涉及河北省雄縣、容城、安新3縣及周邊部分區(qū)域某人開小汽車從雄縣到北京所花時間為45分鐘若這一過程中，燃燒汽油驅(qū)動發(fā)動機(jī)的有用功為1.62108J，則在這一過程中，小汽車的平均功率為()A40kWB60kWC80kWD100kW答案B解析發(fā)動機(jī)的有用功為1.62108J，使用的時間t45min2700s，則平均功率：W60kW，故B正確4(多選)(2018安徽省安慶市二模)如圖1甲所示，物體受到水平推力F的作用，在粗糙水平面上做直線運(yùn)動通過力傳感器和速度傳感器監(jiān)測到推力F和物體速度v隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示重力加速度g10m/s2.則()圖1A物體的質(zhì)量m0.5kgB物體與水平面間的動摩擦因數(shù)0.2C第2s內(nèi)物體克服摩擦力做的功W2JD前2s內(nèi)推力F做功的平均功率1.5W答案ACD解析由vt圖像知，在23s內(nèi)，物體勻速運(yùn)動，所以滑動摩擦力的大小為2N，在12s內(nèi)，vt圖線的斜率代表加速度的大小，am/s22 m/s2，F(xiàn)fma，所以m0.5kg，A正確；由fmg，所以0.4，B錯誤；第2s內(nèi)物體的位移是xat21m，物體克服摩擦力做的功Wfx21J2J，C正確；在第1s內(nèi)物體沒有運(yùn)動，只在第2s內(nèi)運(yùn)動，F(xiàn)也只在第2s做功，前2s內(nèi)F做的功為WFx31J3J，所以前2s內(nèi)推力F做功的平均功率為1.5W，D正確5(2018廣東省“七校聯(lián)合體”第三次聯(lián)考)如圖2所示是做勻變速直線運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)在06s內(nèi)的xt圖線若t1s時，圖線所對應(yīng)的切線斜率為4(單位：m/s)則()圖2At1s時，質(zhì)點(diǎn)在x5m的位置Bt1s和t5s時，質(zhì)點(diǎn)的速度相同Ct1s和t5s時，質(zhì)點(diǎn)加速度的方向相反D前5s內(nèi)，合外力對質(zhì)點(diǎn)做正功答案A解析t1s時，圖線所對應(yīng)的切線斜率為4，則質(zhì)點(diǎn)的速度為v14m/s，xt圖線對稱分布，3s末位移最大，所以3s末速度為零，質(zhì)點(diǎn)做勻變速直線運(yùn)動，加速度am/s22 m/s2，初速度為v0v1at4m/s2 m/s6m/s，所以t1s時，質(zhì)點(diǎn)的位移xv0tat261m21m5m，故A正確；t1s和t5s時xt圖線的切線的斜率的絕對值相等，則質(zhì)點(diǎn)的速度大小相等，但方向相反，故B錯誤；質(zhì)點(diǎn)做勻變速直線運(yùn)動，t1s和t5s時，質(zhì)點(diǎn)加速度的方向相同，故C錯誤；5s末的速度v5v0at56m/s25 m/s4m/s，因?yàn)? m/s6m/s，所以前5s質(zhì)點(diǎn)的動能減小，合外力對質(zhì)點(diǎn)做負(fù)功，故D錯誤6(2019廣東省汕頭市質(zhì)檢)一質(zhì)量為m的汽車原來在平直路面上以速度v勻速行駛，發(fā)動機(jī)的輸出功率為P.從某時刻開始，司機(jī)突然加大油門將汽車發(fā)動機(jī)的輸出功率提升至某個值并保持不變，結(jié)果汽車在速度到達(dá)2v之后又開始勻速行駛?cè)羝囆旭傔^程所受路面阻力保持不變，不計空氣阻力下列說法正確的是()A汽車加速過程的最大加速度為B汽車加速過程的平均速度為vC汽車速度從v增大到2v過程做勻加速運(yùn)動D汽車速度增大時發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的牽引力隨之不斷增大答案A解析設(shè)汽車所受的路面阻力為f，則開始時Pfv，加大油門后P1f2v，則P12P，汽車在開始加大油門時的加速度最大，最大加速度為am，選項(xiàng)A正確；若汽車做勻加速運(yùn)動，則平均速度為v，而隨著汽車速度的增加，汽車的牽引力減小，則加速度減小，即汽車做加速度減小的加速運(yùn)動，則平均速度不等于v，選項(xiàng)B、C、D錯誤7(多選)(2018福建省三明市上學(xué)期期末)發(fā)動機(jī)額定功率為P0的汽車在水平路面上從靜止開始先勻加速啟動，最后達(dá)到最大速度并做勻速直線運(yùn)動，已知汽車所受路面阻力恒為f，汽車剛開始啟動時的牽引力和加速度分別為F0和a0，如圖所示描繪的是汽車在這一過程中速度隨時間以及加速度、牽引力和功率隨速度變化的圖像，其中正確的是()答案AC解析汽車由靜止開始勻加速啟動時，a一定，根據(jù)vat知v增大，由Fmaf知F一定，根據(jù)PFv知v均勻增大，功率P也均勻增大，達(dá)到P額后，功率保持不變，v繼續(xù)增大，所以F減小，a減小，當(dāng)Ff時，a0，vm，此后汽車做勻速運(yùn)動，故A、C正確8.(多選)(2018安徽省黃山市一質(zhì)檢)如圖3所示，重球用細(xì)繩跨過輕小光滑定滑輪與質(zhì)量為m的小球相連，細(xì)繩處于拉直狀態(tài)，定滑輪與小球之間的細(xì)繩處于水平狀態(tài)，小球由靜止釋放運(yùn)動到最低點(diǎn)過程中，重球始終保持靜止，不計空氣阻力下列說法正確的有(重力加速度為g)()圖3A定滑輪與小球之間的細(xì)繩偏離豎直方向成角時，細(xì)繩拉力為mgcosB地面對重球的摩擦力一直增大C上述過程中小球重力的功率先增大后減小D細(xì)繩對小球不做功答案BCD解析設(shè)定滑輪與小球之間的細(xì)繩與豎直方向的夾角為時，細(xì)繩的拉力大小為T，Tmgcosm(L為定滑輪與小球之間的細(xì)繩長)，解得Tmgcosm，A錯誤；隨著減小，v增大，細(xì)繩拉力T不斷增大，則地面對重球的摩擦力一直增大，B正確；開始時小球豎直方向的分速度vy為零，小球到達(dá)最低點(diǎn)時豎直方向的分速度vy也為零，則知vy先增大后減小，重力瞬時功率為Pmgvy，所以小球重力的功率先增大后減小，C正確；細(xì)繩的拉力始終與小球的速度方向垂直，對小球不做功，D正確9.(多選)(2018福建省南平市5月第二次模擬)一輛機(jī)動車在平直的公路上由靜止啟動如圖4所示，圖線A表示該車運(yùn)動的速度與時間的關(guān)系，圖線B表示該車的功率與時間的關(guān)系設(shè)機(jī)動車在運(yùn)動過程中阻力不變，則以下說法正確的是()圖4A022s內(nèi)機(jī)動車先做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，后做勻速運(yùn)動B運(yùn)動過程中機(jī)動車所受阻力為1500NC機(jī)動車速度為5m/s時牽引力大小為3103ND機(jī)動車的質(zhì)量為562.5kg答案BD解析根據(jù)圖線A可知，機(jī)動車先做勻加速運(yùn)動，后做變加速運(yùn)動，最后做勻速運(yùn)動，故A錯誤；根據(jù)圖線A可知，機(jī)動車的最大速度vm12m/s，根據(jù)圖線B可知機(jī)動車的額定功率為P018000W，當(dāng)牽引力等于阻力時，速度達(dá)到