高考物理总复习教师用书第五章 机械能

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第五章
求 考
功和功率   1.命题规律
查,也有与牛顿运动定律、曲线运动、电磁
学等内容相结合的综合考查,对该部分内
容单独考查的题目多为选择题。
2.考查热点
际生产、生活和现代科技相结合进行命题的
趋势较强,在复习中应侧重对基础知识的
理解和应用。
动能和动能定理 Ⅱ
重力做功与重力势能 Ⅱ
功能关系、机械能守恒定律及其应用 Ⅱ
实验五:探究动能定理
实验六:验证机械能守恒定律
27 课时 功和功率(双基落实课)
点点通() 功的理解和正负判断
1做功两因素:力和物体在力的方向上发生的位移。
2公式:WFlcos α
(1)α是力与位移方向之间的夹角,l是物体对地的位移。
(2)该公式只适用于恒力做功。
3功的正负的判断方法
恒力的功 依据力与位移方向的夹角来判断
曲线运动
中的功
依据力与速度方向的夹角 α来判断,当 0°α<90°时,力对物体做正
功;当 90°<α180°时,力对物体做负功;当 α90°时,力对物体不
做功
能量变化
时的功
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
[小题练通]
1.(2017·)如图,一光滑大圆环固定在桌面上,环面位于竖直
面内,在圆环套着一个环。环由大圆的最点从静止始下
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
解析A 由于大圆环是光滑的,因此小环下滑的过程中,大圆环对小环的作用
方向始终与速度方向垂直,因此大圆环对它的作用力不做功,A项正确,B项错误;小环
下滑过程中,大圆环对小环的作用力先背离后指向大圆环的圆心,CD项错误。
2.()小狗拉着雪橇在水平冰面上沿圆弧形的轨道匀速行驶,如图
所示为雪橇受到的牵引力 F及摩擦Ff的示意图(O圆心)。关于各力做
功情况,下列说法正确的是(  )
A.牵引力 F做正功
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B.摩擦力 Ff做负功
C.牵引力 F与摩擦力 Ff的合力做正功
D.牵引力 F与摩擦力 Ff的合力不做功
解析:ABD 由题图可知,牵引力与速度方向的夹角小于 90°,故牵引力 F做正功
选项 A正确;由于雪橇在冰面上滑动,其滑动摩擦力 Ff向必与运动方向相反,摩擦力 Ff
做负功,选B正确;雪橇做匀速圆周运动,牵引力 F摩擦力 Ff的合力提供向心力,指
向圆心,即合力与速度的方向垂直,所以不做功,选项 C错误,D正确。
3.所示m体置θ,物
动摩擦因数为 μ,在外力作用下,斜面以加速度 a沿水平方向向左做匀加速
运动,运动中物体与斜面相对静止。则关于斜面对物体的支持力和摩擦力的
下列说法中错误的是(  )
A.支持力一定做正功 B.摩擦力一定做正功
C.摩擦力可能不做功 D.摩擦力可能做负功
解析:B 根据题图可知,斜面对物体的支持力方向垂直斜面向上,
因斜面与体沿平方向向运动故支持力定做功。而摩力是
在需要讨,若擦力恰好零,体只受重和支力,如图示,
时加速度 agtan θ,摩擦力不做功;当 a>gtan θ时,摩擦力沿斜面向下,摩擦力与位移夹
角小于 90°,则做正功;当 a<gtan θ时,摩擦力沿斜面向上,摩擦力与位移夹角大于 90°
则做负功。综上所述,B错误。
[融会贯通]
(1)功是标量,只有大小没有方向。
(2)功的正负既不表示大小,也不表示方向。
(3)公式中 l为物体的位移,而不是力作用点的位移。
点点通() 功的计算
1利用定义式计算恒力做的功
(1)恒力做的功:直接用 WFlcos α计算。
(2)合力做的功
方法一:先求合力 F,再用 WFlcos α求功。
方法二:先求各个力做的功 W1W2W3…,再应用 WW1W2W3+…求合力做
的功。
2变力做功的计算方法
利用动能
定理求变
力做的功
对于曲线运动或变力做功问题,利用公式 WFlcos α不容易直接求功时,可
考虑由动能的变化来间接求功
化变力为
恒力求变
力做的功
对有些变力做功问题通过转换研究对象,可转化为恒力做功,用 WFlcos α
求解。此法常用于轻绳通过定滑拉物体做功的问题中
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利用微元
法求变力
做的功 
将物体的位移分成许多小因小段很小,上作用在物体上的力
可以为恒力样就变力做功转化为在数多无穷小的位移上的恒力
所做功的代数和。此法常应用于求解大小不变、方向变的变力做功问题
利用平
力求变力
做的功 
若力方向变,(注意是随)化时,则
物体受到一大小为=的恒力作用,然后用公式 Wlcos α求此变力所做的功
Fx
求变
力做的功
Fx中,图线与 x围“积”的代数和示力 F这段位移所做
的功,位于 x上方的积”为正,位于 x下方的积”为负,
此方法只适用便于求图线所的情况(如三角形、矩形、圆等规则的几
何图形)
利用 W
Pt 求变力
做的功 
WPt 适用于变力的功率恒定或平功率知的情形
[小题练通]
1.()(2019·)m线L
把悬线拉到水平位置后释放摆球A点运动到 B点的过程中空气阻力的
大小 F不变,则下列说法正确的是(  )
A.重力做功为 mgL
B线的拉力做功为 0
C空气阻力做功为mgL
D空气阻力做功为FπL
解析:ABD 摆球从 A点运动到 B点过程中,重力做功为 mgLA正确;悬线的拉
力始终与速度方向垂直,故做功为 0B正确;空气阻力的大小 F不变,方向始终与速度
方向相反,故做功为-FπLC错误,D正确。
2.如图所示,一R圆形轨道竖直固定置,轨道两等高;
质量为 m的质点轨道P由静止开始滑下,滑到最Q时,对轨道
的正力为 2mg,重力加速度大小为 g。质点P滑到 Q的过程中,克服
擦力所做的功为(  )
A.mgR B.mgR
C.mgR D.mgR
解析:C 质点在最低点 Q时受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力,两力的合
力充当向心力,所以有 FNmgm,由牛顿第三定律知,FNFN2mg,联立解得 v
=,质点自 P滑到 Q的过程中重力做正功,摩擦力做负功,根据动能定理可得 mgRWf
mv2,解得 WfmgR,即克服摩擦力做的功为 mgRC正确。
3.图所示,固定的光滑竖直套着一个滑轻绳系着块绕过光
滑的定滑,以大小恒定的拉力 F轻绳使A点由静止开始上。若
A点上升至 B点和从 BC点的过程中,做的功分
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W1W2,图中 ABBC,则(  )
AW1W2
BW1W2
CW1W2
D法确定 W1W2的大小关系
解析A 轻绳对滑块做的功为变力做功,可以通过转换研究对象,将变力做的
转化为恒力做的功;因轻绳对滑块做的功等于拉力 F对轻绳做的功,而拉力 F为恒力,W
F·ΔlΔl为轻绳拉滑块过程中拉力 F的作用点移动的位移,大小等于滑轮左侧轻绳的缩
短量,由 ABBC 及几何关系可知,ΔlABΔlBC,故 W1W2A项正确。
4.(多选)如图所示,n边长足够互不的小方
次排度为 l量为 M以速v在光水平上滑动,
始滑上粗糙水平面。小方粗糙水平面之间的动摩擦因数为 μ,若小方块恰完全入粗
水平面,则摩擦力对所有小方做功的大小为(  )
A.Mv2 BMv2
C.μMgl DμMgl
解析:AC 总质量为 M的小方块在进入粗糙水平面的过程中,滑动摩擦力由 0
匀增大,当全部进入时摩擦力达到最大值 μMg,总位移为 l,平均摩擦力为 fμMg,由功
公式可得 Wff·l=-μMgl擦力所有小方做功大小μMglC正确D
误;由动能定理可得 Wf0Mv2=-Mv2,摩擦力对所有小方块做功的大小为 Mv2A
确,B错误。
5.(2019·检测)2 kg 直线沿线
作用于物体的外力与位移的关系如图所示,若物体的速度为 3
m/s,则其速度为(  )
A5 m/s
B. m/s
C. m/s
D. m/s
析:B F x图线x围成面积表示力所的功,由图可W(2×2
4×43×2)J14 J,根据动能定理得:Wmv2mv02,解得:v m/s,故 B正确。
点点通() 功率的理解与计算
1功率:功与完成这些功所用时间的比值
2物理意义:描述力对物体做功的快慢
3公式
(1)P=,P为时间 t内的平功率。
(2)PFvcos α
v为平速度,则 P为平功率。
v时速度,则 P时功率。
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4额定功率:机械可以时间作的最大输出功率。
5实际功率:机械实际作时的输出功率,求不大于定功率。
[小题练通]
1.AB两相在离地面一高度以大小相v0
沿水平方向和竖直方向,不计空气阻力,如图所示,则下列说法
正确的是(  )
AAB地时速度相
BAB地时,重力的时功率相
C.从开始运动至落地,重力对 AB做的功不
D.从开始运动至落地,重力对 AB做功的平功率 A>B
解析:D AB落地时的速度大小相同,方向不同,选项 A错误;因 B落地时竖直
速度较大,由 Pmgv可知,PB>PA,选项 B错误;重力做功取决于竖直方向上的高度差
ABmghCB
A>B,选项 D正确。
2.图所示,一L轻杆固定在光固定一质
量为 m的小一水平向的拉力 F作用于的中点,使杆以角速度 ω匀速
转动,当与水平方向60°角时,拉力的功率为(  )
AmgLω B.mgLω
C.mgLω D.mgLω
解析C 由能量的转化与守恒可知:拉力的功率等于小球克服重力做功的功率
PFPGmgvymgvcos 60°mgLω,故 C正确。
3.(多选)(2019·南昌模拟)质量为 m的物体静止在光滑水平面上,从
t0开始受到水平力的作用。水平力的大小 F与时间 t的关系如图
所示,水平力的方向持不变,下列说法正确的是(  )
A3t0水平力的时功率为
B3t0水平力的时功率为
C.在 03t0时间内,水平力的平功率为
D.在 03t0时间内,水平力的平功率为
解析:BD 根据题图可知,在 02t0时间内的加速度 a12t0时刻的速度 v2
a1·2t0t0,02t0时间位移 x1·2t0t0202t0时间水平做的W1F0x1t02;在
2t03t0时间内的加速度 a2=,3t0时刻的速度 v3v2a2t0t0,故 3t0时刻水平力的瞬时功
P33F0v32t03t0x2·t02t03t0W2
3F0·x2=,因此在 03t0时间内水平力的平均功率 P==,故 BD正确。
[融会贯通]
求解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。
(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段时间(或过程)
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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(状态)的功率。
点点通() 机车启动问题
1以恒定功率启动的运动过程分析
2以恒定加速度启动的运动过程分析
3两类启动的图像比较
[小题练通]
1.质量为 m汽车沿平直面行驶,如发动机的功率恒为 P行驶过程
中受到的摩力大小一定,度能的最大v那么的速度为时,
汽车时加速度的大小为(  )
A. B.
C. D.
解析C 当汽车牵引力等于阻力时,速度最大,则阻Ff=,当速度为时,牵
F==,由牛顿第定律得 FFfma,解得 a=,选项 C正确。
2.(2019·广西)辆汽车在平直的公速度运动,
程中其加a
所示。若的质量,则据图,不能求的物理
量是(  )
A汽车的功率
B汽车行驶的最大速度
C汽车所受到的
D汽车运动到最大速度所的时间
解析D 牛顿第二定FFfmaPFva·,对应题图图线可
知,=|k|40 m2·s3汽车的质量,可求出汽车的功率 P,由 a0时=0.05 m1·s
得汽车行驶的最大速度为 vm20 m/s,再由 vm=,可求出汽车受到的Ff但无法求
出汽车运动到最大速度的时间。D不能求
3.在港珠澳6.7 千米海底隧道的两有一个人工岛人工岛面可
如图所示,各部分在图,其中倾斜与水平面之间有一小
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接,重力加速度为 g
(1)假设汽车在倾斜面上运动所受力和在水平面上运动所受力相等。若汽车
发动机后刚好从左侧倾斜面向下匀速运动,求汽车动机以速度 v0从左侧倾
面的最高点向下运动,能在水平面上运动的s(s<L2)
(2)知质量为 m定功率为 P汽车在水平面上行驶的最大速度为 vm1,若汽车
水平面上以加速度 a匀加速动,求汽车做匀加速运动的时间;
(3)知质量为 m定功率为 P在图中侧倾斜面上向上行驶的最大速度为
vm2,求汽车定功率在侧倾斜面上向上行驶速度为 v1(v1<vm2)时的加速度大小。
解析(1)左侧面与水的夹角θ,由力的平衡条可得汽车
面上运动所受的阻力大小 f1mgsin θsin θ
汽车运动到水平面时速度为 v0,由动能定理得-f1s0mv02,联立解得 s=。
(2)汽车启动过程中达到最大速度 vm1 时,牵引力等于阻力,则 Pf2vm1,解得阻力 f2
=;
在匀加速过程中,做匀加速运动的牵引力F、达功率时的速度
v、时间为 t,则 PFvvatFf2ma
联立解得 t=。
(3)PFvm2(F包含重力沿斜面向下的)
解得阻力 F
汽车速度为 v1时牵引力 F1
由牛顿第定律有 F1Fma1
联立解得 a1=-。
答案:(1) (2) 
(3)
[融会贯通]
(1)哪种启动过程,汽车的最大速度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)
(2)以恒定加速度动的运动过程中,匀加速过程结束时,功率最大,速度不是
最大,vvm=。
(3)汽车启用动能定理解决,PtFxΔEk,只有以恒定加速度
的一段时间可以用匀变速直线运动公式。
1.力对物体是做功,关键看力与物体的位移方向间的夹角,只夹角不等于 90°
做功。
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2.斜面对物体的支持力直于斜面,不一定直于物体的位移,斜面对物体的支
持力可能做功。
3.作用力与作用力等大向,作用力与作用力做的功不一定一正一负、大小
相等,实际上二者没有必联系。
4时功PFvcos α发动机牵引力的功率 PFv,因汽车的牵引力方向与
汽车运动方向相cos α1
5汽车匀加速动过程的速度一定小于汽车所能到的最大速度。
[课堂综合训练]
1.(2019·)如图所示,小物块甲从竖直固定的光滑圆弧轨道
顶端由静止滑下,轨道半径R圆弧底端切线水平。小物块乙从高为
R的光滑斜面顶端由静止滑下。下列判断正确的是(  )
A.两物达底端时速度相
B.两物运动到底端的过程中重力做功相
C.两物达底端时动能相
D.两物达底端时,重力对做功的时功率大于重力对做功的时功率
析:D 两物块下的高相同,根动能理,mgRmv2,解v,可
知两物块到时的速度大小相等,方向不同,A错误;两物块的质量大小关系不确
定,故无法判断两物块运动到底端时重力做的功及动能是否相同,BC错误;在底端时,
重力对做功的瞬时功率为零,重力对做功的瞬时功率大于零,D正确。
2.物体变力 F用下沿水平方向直线动,物体质量
m10 kgF体的x的变情况如图示。物体坐标
点由静止发,不计一摩擦。借鉴教中学习直线运动时,
v t求位移的方法,结合其他所学知识,据如图所示的 Fx
,可求物体运动到 x16 m 时的速度大小为(  )
A3 m/s         B4 m/s
C2 m/s D. m/s
解析C F在运动过程中所做的总功 WF×(48)×10 J×10×(1612)J
40 J,由动能定理得 WFmv20,解得物体运动x16 m 的速度大小为 v2 m/sC
正确。
3.水平力 F着一物体在水平面上做匀速直线运动,F时间
物体所受的摩擦力时间的变化如图中实线所示,下列说法中正确的是(
)
AF做功的功率是从 t1小的,t2F做功的功率
变为
BF做功的功率是从 t1开始小的,t3F做功的功率刚好变为
CF做功的功率是从 t2开始小的,并且t2直接变为
DF做功的功率是从 t2开始小的,t3F做功的功率刚好变为
解析:A  由题图可知,在 t2时刻,物体所受摩擦力发生突显然先的滑
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动摩擦力变为摩擦力,因此,t2时刻,物体静止状,由功率 PFv
知,t2时刻 F做功的功率好变为零,故选项 BD错误;由题图可知,物体受到的滑动摩
擦力为 f始时物体做匀速直线
运动,可知此时 Ff,即 F最大值ft2t3时间内,物体静止状态,可知 F
Ff,因为 F均匀小,合题图可知 Ft1时刻小;即 F做功的功率从 t1时刻
小,故选项 A正确,C错误。
4.一重机的钢绳静止开始匀加速提起量为 m的重物,当重物的速度v1时,
重机的功率到最大P持该功率不变,继续提升重物,直到以最大速
v2匀速上,重物上的高度为 h。则个过程中,下列说法正确的是(  )
A钢绳的最大拉力为
B钢绳的最大拉力为 mg
C.重物做匀加速运动的速度为
D.重物做匀加速运动的加速度为g
解析:D 重物向上加速过程状态绳拉力大于 mg,匀速运动
的拉力为=mg,故 AB错误;重物匀加速运动的速度不是运动的最大速度,此时
对重物的拉力大于 mg,故其速度小于,故 C错误;重物匀加速运动的速度为 v1,此时
的拉力为 F=,由牛顿第定律得:a==-g,故 D正确。
5汽车量为 m, 输出率恒P, 沿平x程中 速度v1
最大速度 v2假设汽车在运动过程中所受力恒定, 汽车x所用的时间为多
少?
解析:牵引力做功 W等于汽车增加的动能 ΔEk与克服摩擦力所做的功 Wf
WΔEkWf
其中 ΔEkmv22mv12
速度达到最大值 v2时,牵引力等于摩擦力 Ff
PFv2Ffv2得:Ff
克服摩擦力所做的功: WfFfx
Wmv22mv12
由于汽车以恒定功率 P行驶WPt
所以经历的时间
t===+。
答案:
1(2018·国卷)图,某同学用绳子拉动使
始沿粗糙水平面运动至具一速度。木箱获得的动能一定(  )
A.小于拉力所做的功
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B.等于拉力所做的功
C.等于克服摩擦力所做的功
D.大于克服摩擦力所做的功
解析A 由题意知,WWΔEkWΔEk,故 A正确B错误W
ΔEk的大小关系不确定,故 CD错误。
2(多选)质量为 4 kg 的物体被人由静止开始向上提升 0.25 m 速度1 m/s,则下
列说法正确的是(g10 m/s2)(  )
A对物体做的功为 12 J
B.合外力对物体做的功为 2 J
C.物体克服重力做的功为 10 J
D对物体做的功等于物体加的动能
析:ABC 对物做的功等物体增加,即 Wmghmv212
JA正确D误;合外力对物体做的功等于物体动能的增加量,Wmv22 JB
正确;物体克服重力做的功等于物体重力能的增加量,即 Wmgh10 JC正确。
3.如图所示,B面是水平的,ABB
对静止,一沿固定的光滑斜面由静止开始下滑,在下滑过程中(  )
AA所受的合外力对 A不做功
BBA力做正功
CBA的摩擦力做正功
DAB做正功
解析:C AB沿定的光滑斜面由静止开始下滑,加速度为 gsin θ(θ为斜面
),由于 A速度增大,由动能定理知,A受的合外力对 A做正功,BA的摩擦力水
平向左,对 A做正功,BA力竖直向上,对 A做负功,选项 AB错误,C正确;B
下滑 h高度时的速度 v==,B得的动能 Ekmv2mghB下滑 h高度的过程中重力
BWGABWWGmgh,由WGWmgh,解W
0,即 AB不做功,选项 D错误。
4弹簧右端固定墙壁上,左一质量 m0.5 kg 的物如图所示,
始时弹簧处原长状,物静止与水平面间的动摩擦因数 μ0.2。以所在
点,水平向为正方向x,现对物块施加水平向的外力 F,外力 Fx轴坐标
变化的情况如图所示,物运动x0.4 m 时速度为,则此时弹簧弹性势能为(g
10 m/s2)(  )
A3.1 J          B3.5 J
C1.8 J D2.0 J
摘要:

第1页共91页第五章考纲要求考情分析功和功率Ⅱ  1.命题规律近几年高考对该部分内容既有单独考查,也有与牛顿运动定律、曲线运动、电磁学等内容相结合的综合考查,对该部分内容单独考查的题目多为选择题。2.考查热点将该部分内容与其他知识综合,与实际生产、生活和现代科技相结合进行命题的趋势较强,在复习中应侧重对基础知识的理解和应用。动能和动能定理Ⅱ重力做功与重力势能Ⅱ功能关系、机械能守恒定律及其应用Ⅱ实验五:探究动能定理实验六:验证机械能守恒定律第27课时 功和功率(双基落实课)点点通(一) 功的理解和正负判断1.做功两因素:力和物体在力的方向上发生的位移。2.公式:W=Flcosα。(1)α是力与位...

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