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5.1功和功率(2课时).ppt

上传人:天天快乐 文档编号:1358080 上传时间:2018-07-02 格式:PPT 页数:34 大小:1.21MB
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资源描述

1、,第五章机械能及其守恒定律, 考纲展示1功和功率 2动能和动能定理 3重力做功与重力势能 4功能关系、机械能守恒定律及其应用 实验五:探究动能定理实验六:验证机械能守恒定律,2016高考导航,1做功的两个要素(1)作用在物体上的 ;(2)物体在 上发生的位移。2公式:W(1)是力与 方向之间的夹角,l为对地的位移。(2)该公式只适用于 做功。,力,力的方向,位移,恒力,Flcos,考点一 功,第一讲 功和功率,第1课时,(1)看力F与位移l方向间的夹角 常用于恒力做功的情形,(3)根据动能的变化:动能定理描述了合外力做功与动能变化关系,即W合Ek末Ek初,当动能增加时合外力做正功;当动能减少时

2、,合外力做负功。,(2)看力F与速度v的方向间的夹角 常用于曲线运动的情形。,3判断力是否做功及做正、负功的方法,D,4计算功的方法(1)恒力做的功:直接用WFlcos计算,(2)合外力做的功:方法一:先求合力F合,再用W合F合lcos求功。方法二:先求各个力做的功W1、W2、W3,再应用W合W1W2W3求合外力做的功,(3)变力做的功应用动能定理求解。用WPt求解,其中变力的功率P不变。常用方法还有转换法、图象法、平均力法、微元法等,求解时根据条件灵活选择。,A.化变力为恒力求变力的功变力做功可直接求解时,通常都比较复杂,但若通过转换研究的对象,有时可化为恒力做功,可以用W=Fl cos 求

3、解。此法常常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中。,典例2如图所示,某人用大小不变的力F拉着放在光滑水平面上的物体,开始时与物体相连的绳和水平面间的夹角是,当拉力F作用一段时间后,绳与水平面间的夹角为,已知图中的高度是h,求绳的拉力FT对物体所做的功。(假定绳的质量、滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦不计),B.用F-x图象求变力的功在F-x图象中,图线与x轴所围面积的代数和就表示力F在这段位移所做的功,且位于x轴上方的面积为“正”,位于x轴下方的面积为“负”,但此方法只适用于便于求图线与x轴所围面积的情况。(注意:a-x图),典例4放在地面上的木块与一轻弹簧相连,弹簧处于自由伸长状态。现用手水平拉弹簧

4、,拉力的作用点移动x1=0.2 m时,木块开始运动,继续拉弹簧,木块缓慢移动了x2=0.4 m的位移,其F-x图象如图所示,求上述过程中拉力所做的功。,20J,0.6m时物体的速度?,C.用平均力求变力的功,典例3把长为l的铁钉钉入木板中,每打击一次给予的能量为E0,已知钉子在木板中遇到的阻力与钉子进入木板的深度成正比,比例系数为k。问此钉子全部进入木板要打击几次?,典例5 如图所示,一质量为m2.0 kg的物体从半径为R5.0 m的圆弧轨道的A端,在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到B端(圆弧AB在竖直平面内)。拉力F大小不变始终为15 N,方向始终与物体在该点的切线成37角。圆弧所对应的圆心角为4

5、5,BO边为竖直方向。求这一过程中:(g取10 m/s2)(1)拉力F做的功;(2)重力G做的功;(3)圆弧面对物体的支持力FN做的功;(4)圆弧面对物体的摩擦力Ff做的功。,微元法,公式法,动能定理,D.微元法: 将物体的位移分割成许多小段,因每一小段很小,每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力,这样就将变力做功转化为在无数多个无穷小的位移上的恒力所做元功的代数和。滑动摩擦力做功、空气阻力做功等于力和路程(不是位移)的乘积。,(2)重力G做的功:WGmgR(1cos 45)29.3 J。(3)物体受的支持力FN始终与物体的运动方向垂直,所以WN0。(4)因为物体在拉力F作用下缓慢移动,动能不

6、变,由动能定理可知:WFWGWf0。所以WfWFWG(47.129.3) J17.8 J。答案(1)47.1 J(2)29.3 J(3)0(4)17.8 J,E.动能定理: 既适用于直线运动,也适用于曲线运动,既适用于求恒力的功也适用于求变力的功。因使用动能定理可由动能的变化来求功,方便、简洁,所以动能定理是求变力的功的首选。,练习: 如图所示,在水平放置的光滑板中心开一个小孔O,穿过一细绳,绳的一端系住一个小球,另一端用力F拉着使小球在平板上做半径为r的匀速圆周运动,在运动过程中,逐渐增大拉力,当拉力增大为8F时,球的运动半径减为r/2,求在此过程中拉力所做的功。,【变式训练】(2014新课

7、标全国卷,16)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()AWF24WF1,Wf22Wf1BWF24WF1, Wf22Wf1CWF24WF1,Wf22Wf1DWF24WF1, Wf22Wf1,C,考点二功率的理解及计算,第2课时,D,答案D,例题7(多选)如图所示,在竖直平面内,一根光滑的滑杆,其一部分为直线形状并与x轴重合,另一部分弯成图示形状,其相应

8、的曲线方程为y=-5x2(单位:m)。一个质量为0.1kg的金属小环套在该滑杆上,在t=0时刻由x=-10cm处以v0=1m/s沿杆水平向右运动,并相继经过xA=10cm的A点和xB=20cm的B点。小环可视为质点,取g=10m/s2,则下列说法正确的是( )A小环经过A点时的动能为0.1JB小环经过B点时重力的瞬时功率为2WC小环经过B点的时刻为0.2sD小环与滑杆之间的弹力在B点大于A点,AB,例题8: (多选)一质量为1 kg的质点静止于光滑水平面上,从t0时刻开始,受到水平外力F作用,如图所示。下列判断正确的是()A02 s内外力的平均功率是4 WB第2 s内外力所做的功是4 JC第2

9、 s末外力的瞬时功率最大D第1 s末与第2 s末外力的瞬时功率之比为94,AD,求功率时应注意的问题(1)首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率,对应于某一过程的功率为平均功率,对应于某一时刻的功率为瞬时功率。(2)求功率大小时要注意F与v方向夹角对结果的影响。,答案AD,考点三机车的两种启动模型的分析,1模型一以恒定功率启动,(1)动态过程,2模型二以恒定加速度启动,(1)动态过程,(2)图像表达,(2)图像表达,o,A,B,o,A,B,C,3.机车起动模型解析,稳定关系,能量方法,运动特征:a0,基本关系,瞬时关系,牛顿定律,基本关系,过程关系,例题9.如图所示是反映汽车由静止匀加速启动

10、,最后做匀速运动的速度随时间及加速度、牵引力和功率随速度变化的图象,其中正确的是,ACD,思考:如果汽车恒定功率启动呢?,ABCD,例题10(卷2-17)一汽车在平直公路上行驶。从某时刻开始计时,发动机的功率P随时间t的变化如图所示。假定汽车所受阻力的大小f恒定不变。下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图像中,可能正确的是,A,例题11、汽车沿水平道路做直线运动,其v-t图象如图甲所示,设汽车所受阻力恒定,则汽车牵引力的功率可能如图乙中的( ),B,某次试车时该车做直线运动过程中的v-t图,图中速率15m/s为该车匀加速起动时的最大速率。已知汽车总质量为m=2000kg,汽车运动过程中所受阻力

11、恒为车重的0.3倍,充电电源的电功率转化为机械功率的效率为80%,重力加速度取g=10m/s2。求:(1)充电电源的额定功率;(2)v-t图中t1的值;(3)从起动开始到第30s 末汽车所发生的位移。,例12,点评:处理直角坐标系下图像问题的一般步骤和方法,1.轴:横轴与纵轴,2.点:,A点的物理意义?,B点的物理意义?,3.线:,直线段OA斜率的物理意义?,曲线段AB各点切线斜率的物理意义?,4.面:,三角形OAt1面积的物理意义?,四边形ABt2t1的面积的物理意义?,解:,(1)设汽车的机械功率和充电电源功率的额定值分别为P机和P电,依题意:,(2)设匀加速阶段加速度大小为a,(3)设s

12、1、s2、s,【例13】一列火车总质量m500 t,发动机的额定功率P6105 W,在轨道上行驶时,轨道对列车的阻力Ff是车重的0.01倍。(取g10 m/s2)(1)求列车在水平轨道上行驶的最大速度;(2)在水平轨道上,发动机以额定功率P工作,求当行驶速度为v11 m/s和v210 m/s时,列车的瞬时加速度a1、a2的大小;(3)列车在水平轨道上以36 km/h的速度匀速行驶时,求发动机的实际功率P;(4)若列车从静止开始,保持0.5 m/s2的加速度做匀加速运动,求这一过程维持的最长时间。,例题14.如图所示,一质量为2103 kg的小汽车从倾斜路面上以20m/s的速度经A点驶入泥泞的水

13、平路面,行驶200m路程后到达B点,速度降为5 m/s,此后速度保持恒定,已知整个过程中汽车发动机的输出功率恒为40 kW。求:(1)在泥泞路面上行驶时,汽车受到的阻力;(2)速度为10 m/s时,汽车的加速度。 (3)汽车从A点到B点的运动时间,例15:电动机通过一绳子吊起质量为80 kg的物体,绳的拉力不能超过120 N,电动机的功率不能超过1200w,要将此物体由静止起用最快的方式吊高90 m(已知此物体在被吊高接近90 m时,已开始以最大速度匀速上升)所需时间为多少?,分析:此题可以用机车起动类问题的思路,即将物体吊高分为两个过程处理:第一过程是以绳所能承受的最大拉力拉物体,使物体以最大加速度匀加速上升,第一个过程结束时,电动机刚达到最大功率.第二个过程是电动机一直以最大功率拉物体,拉力逐渐减小,当拉力等于重力时,物体开始匀速上升.,

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