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    2024届高考物理一轮复习(新教材鲁科版)第六章机械能守恒定律第1讲功、功率机车启动问题课件

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    2024届高考物理一轮复习(新教材鲁科版)第六章机械能守恒定律第1讲功、功率机车启动问题课件

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    这是一份2024届高考物理一轮复习(新教材鲁科版)第六章机械能守恒定律第1讲功、功率机车启动问题课件,共60页。PPT课件主要包含了考点四机车启动问题,恒力做功的分析和计算,必备知识,力的方向,不做功,关键能力,答案300J,答案100J,答案-400J,答案0等内容,欢迎下载使用。
    考点一 恒力做功的分析和计算
    考点二 变力做功的分析和计算
    考点三 功率的分析和计算
    1.做功的两个要素(1)作用在物体上的  .(2)物体在     上发生位移.2.公式W=Fscs α(1)α是力与   方向之间的夹角,s为物体的位移.(2)该公式只适用于   做功.
    1.只要物体受力的同时又发生了位移,则一定有力对物体做功.(  )2一个力对物体做了负功,则说明这个力一定阻碍物体的运动.(  )3.作用力做正功时,反作用力一定做负功.(  )4.力对物体做功的正负是由力和位移间的夹角大小决定的.(  )
    1.是否做功及做功正负的判断(1)根据力与位移的方向的夹角判断;(2)根据力与瞬时速度方向的夹角α判断:0≤α<90°,力做正功;α=90°,力不做功;90°<α≤180°,力做负功.
    2.计算功的方法(1)恒力做的功:直接用W=Fscs α计算.(2)合外力做的功方法一:先求合外力F合,再用W合=F合scs α求功.方法二:先求各个力做的功W1、W2、W3、…,再应用W合=W1+W2+W3+…求合外力做的功.方法三:利用动能定理W合=Ek2-Ek1.
    例1 (2023·上海市模拟)如图,一磁铁吸附在铁板AB的下方.现保持铁板与水平面间的夹角θ不变,缓慢推动B端,使AB与磁铁一起水平向左匀速移动,则A.合外力对磁铁做正功B.AB对磁铁的作用力不做功C.AB对磁铁的弹力不做功D.AB对磁铁的摩擦力不做功
    由于磁铁做匀速运动,磁铁所受合外力为零,合外力对磁铁不做功,故A错误;磁铁受重力和AB对它的作用力而做匀速运动,根据平衡条件可知,AB对磁铁的作用力大小等于重力,方向竖直向上,与磁铁的运动方向相互垂直,故AB对磁铁的作用力不做功,故B正确;AB对磁铁的弹力垂直接触面,与磁铁的运动方向不垂直,故弹力一定做功,故C错误;AB对磁铁的摩擦力沿接触面,与磁铁运动方向不垂直,故摩擦力一定做功,故D错误.
    例2 如图所示,升降机内斜面的倾角θ=30°,质量为2 kg的物体置于斜面上始终不发生相对滑动,在升降机以5 m/s的速度匀速上升4 s的过程中.g取10 m/s2,求:(1)斜面对物体的支持力所做的功;
    物体置于升降机内随升降机一起匀速运动过程中,处于受力平衡状态,受力分析如图所示由平衡条件得fcs θ-Nsin θ=0,fsin θ+Ncs θ-G=0
    s=vt=20 m斜面对物体的支持力所做的功WN=Nscs θ=300 J
    斜面对物体的摩擦力所做的功Wf=fscs (90°-θ)=100 J
    (2)斜面对物体的摩擦力所做的功;
    物体重力做的功WG=-Gs=-400 J
    (3)物体重力所做的功;
    合外力对物体做的功方法一:W合=WN+Wf+WG=0方法二:F合=0,W合=F合scs α=0.
    (4)合外力对物体所做的功.
    考向1 微元法计算变力做功
    例3 (2023·安徽滁州市定远县联考)如图所示,在水平桌面上,长R=5 m的轻绳一端固定于O点(俯视图),另一端系一质量m=2.0 kg的小球,现对小球施加一个大小不变的力F=10 N,方向始终与小球在该点的切线成37°角,F拉着物体从M点运动到N点,已知小球与桌面间的动摩擦因数μ=0.2,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,则拉力F做的功与克服摩擦力做的功之比为
    例4 (2023·河南洛阳市第一中学高三检测)质量为2 kg的物体静止在光滑的水平面上,从某时刻起,对物体施加一方向不变的水平拉力F,该拉力与物体的位移s的关系图像如图所示,则物体在s=7 m处时的速度大小为
    考向2 图像法计算变力做功
    例5 如图所示,一轻质立方体被从水表面缓慢压入水中,直至其上表面没入水中,已知立方体的棱长为L,水的密度为ρ,重力加速度为g,不考虑水面高度的变化.该过程中,立方体克服水的浮力所做的功为
    考向3 平均值法计算变力做功
    1.定义:功与完成这些功所用   之比.2.物理意义:描述力对物体做功的   .3.公式:(1)P= ,P描述时间t内力对物体做功的   .(2)P=Fv①v为平均速度,则P为   功率.②v为瞬时速度,则P为   功率.③当力F和速度v不在同一直线上时,可以将力F分解或者将速度v分解.
    1.由P= 知,只要知道W和t就可求出任意时刻的功率.(  )2.由P=Fv既能求某一时刻的瞬时功率,也可以求平均功率.(  )3.当F为恒力时,v增大,F的功率一定增大.(  )
    1.平均功率的计算方法
    2.瞬时功率的计算方法(1)利用公式P=Fvcs α,其中v为t时刻的瞬时速度.F可为恒力,也可为变力,α为F与v的夹角,α可以不变,也可以变化.(2)公式P=Fvcs α中,Fcs α可认为是力F在速度v方向上的分力,vcs α可认为是速度v在力F方向上的分速度.
    例6 (多选)(2023·福建厦门市湖滨中学月考)两个完全相同的小球A和B,在同一高度处以大小相等的初速度v0分别水平抛出和竖直向上抛出,不计空气阻力,下列说法中正确的是A.两小球落地时的速度大小相等B.两小球落地时,重力的瞬时功率相等C.从开始运动至落地,重力对两小球做功相等D.从开始运动至落地,重力对两小球做功的平均功率相等
    根据P=mgvcs α,由于落地时的速度大小相等,重力与速度方向的夹角不同,则重力的瞬时功率不等,故B错误;两小球下落的高度相同,质量相同,则重力对两小球做功相等,故C正确;平抛运动的时间小于竖直上抛运动的时间,重力做功相等,根据平均功率公式知,重力对两小球做功的平均功率不等,故D错误.
    例7 一滑块在水平地面上沿直线滑行,t=0时其速度为1 m/s,从此刻开始在滑块运动方向上再施加一水平作用力F,力F和滑块的速度v随时间t的变化规律分别如图甲、乙所示,则以下说法正确的是A.第1 s内,F对滑块做的功为3 JB.第2 s内,F对滑块做功的平均功率为4 WC.第3 s末,F对滑块做功的瞬时功率为1 WD.前3 s内,F对滑块做的总功为零
    由题图可知,第1 s内,滑块位移为1 m,F对滑块做的功为2 J,A错误;第2 s内,滑块位移为1.5 m,F对滑块做的功为4.5 J,平均功率为4.5 W,B错误;第3 s内,滑块位移为1.5 m,F对滑块做的功为1.5 J,第3 s末,F对滑块做功的瞬时功率P=Fv=1 W,C正确;前3 s内,F对滑块做的总功为8 J,D错误.
    例8 (多选)汽车在平直公路上以速度v0匀速行驶,发动机功率为P,牵引力为F0,t1时刻,司机减小了油门,使汽车的功率立即减小一半,并保持该功率继续行驶,到t2时刻,汽车又恢复了匀速直线运动(设整个过程中汽车所受的阻力不变).在下列选项中能正确反映汽车速度v、汽车牵引力F在这个过程中随时间t的变化规律的是
    例9 (2023·福建省莆田二中模拟)质量为10 t的货车以150 kW的恒定功率由静止开始运动,经时间32 s速度达到最大速度vm=30 m/s,最终做匀速直线运动.求:(1)货车所受到的摩擦力大小;答案 5 000 N
    (2)货车速度为6 m/s时的加速度大小;答案 2 m/s2
    (3)货车在加速运动过程中通过的位移大小.答案 60 m
    1.(2023·广东惠州一中月考)图甲为一女士站在台阶式自动扶梯上匀速上楼(忽略扶梯对手的作用),图乙为一男士站在履带式自动扶梯上匀速上楼,两人相对扶梯均静止.下列关于做功的判断中正确的是A.图甲中支持力对人做正功B.图甲中摩擦力对人做负功C.图乙中支持力对人做正功D.图乙中摩擦力对人做负功
    题图甲中,人匀速上楼,不受摩擦力,摩擦力不做功,支持力向上,与速度方向的夹角为锐角,则支持力做正功,故A正确,B错误;
    题图乙中,支持力与速度方向垂直,支持力不做功,摩擦力方向与速度方向相同,做正功,故C、D错误.
    2.水平恒力F两次作用在同一静止物体上,使物体沿力的方向发生相同的位移,第一次是在光滑水平面上,第二次是在粗糙水平面上,两次力F做的功和平均功率的大小关系是A.W1=W2,P1>P2 B.W1>W2,P1=P2C.W1>W2,P1>P2 D.W1=W2,P1=P2
    3.(2021·山东卷·3)如图所示,粗糙程度处处相同的水平桌面上有一长为L的轻质细杆,一端可绕竖直光滑轴O转动,另一端与质量为m的小木块相连.木块以水平初速度v0出发,恰好能完成一个完整的圆周运动.在运动过程中,木块所受摩擦力的大小为
    在运动过程中,只有摩擦力做功,而摩擦力做功与路径有关,根据动能定理
    4.如图甲所示,滑轮质量、摩擦均不计,质量为2 kg的物体在拉力F作用下由静止向上做匀加速运动,物体速度随时间的变化关系如图乙所示,由此可知A.物体加速度大小为2 m/s2B.F的大小为21 NC.4 s末F的功率为42 WD.0~4 s内F的平均功率为42 W
    v-t图像的斜率表示物体加速度,由题图乙可知,a=0.5 m/s2,由2F-mg=ma可得:F=10.5 N,A、B均错误;4 s末F的作用点的速度大小为vF=2v物=4 m/s,故4 s末F的功率为P=FvF=42 W,C正确;
    5.(多选)(2022·广东卷·9)如图所示,载有防疫物资的无人驾驶小车,在水平MN段以恒定功率200 W、速度5 m/s匀速行驶,在斜坡PQ段以恒定功率570 W、速度2 m/s匀速行驶.已知小车总质量为50 kg,MN=PQ=20 m,PQ段的倾角为30°,重力加速度g取10 m/s2,不计空气阻力.下列说法正确的有A.从M到N,小车牵引力大小为40 NB.从M到N,小车克服摩擦力做功800 JC.从P到Q,小车重力势能增加1×104 JD.从P到Q,小车克服摩擦力做功700 J
    小车从M到N,依题意有P1=Fv1=200 W,代入数据解得F=40 N,故A正确;依题意,小车从M到N,因匀速行驶,小车所受的摩擦力大小为f1=F=40 N,则摩擦力做功为W1=-40×20 J=-800 J,则小车克服摩擦力做功为800 J,故B正确;依题意,从P到Q,重力势能增加量为ΔEp=mg·PQsin 30°=5 000 J,故C错误;
    依题意,小车从P到Q,摩擦力大小为f2,有
    摩擦力做功为W2=-f2·PQ,联立解得W2=-700 J,则小车克服摩擦力做功为700 J,故D正确.
    6.(2023·黑龙江佳木斯市高三模拟)用铁锤把小铁钉钉入木板,设木板对钉子的阻力与钉进木板的深度成正比.已知铁锤第一次将钉子钉进d,如果铁锤第二次敲钉子时对钉子做的功与第一次相同,那么,第二次钉子进入木板的深度为
    7.(2023·山东烟台市高三检测)一辆汽车在平直公路上由静止开始启动,汽车先保持牵引力F0不变,当速度为v1时达到额定功率Pe,此后以额定功率继续行驶,最后以最大速度vm匀速行驶.若汽车所受的阻力f为恒力,汽车运动过程中的速度为v、加速度为a、牵引力为F、牵引力的功率为P,则下列图像中可能正确的是
    因为汽车先保持牵引力F0不变,由牛顿第二定律可得F0-f=ma,又因为汽车所受的阻力f为恒力,所以开始阶段汽车做匀加速直线运动,所以v-t图像开始应有一段倾斜的直线,故A错误;
    因为当速度为v1之前,保持牵引力F0不变,则功率满足P=F0v,即P与v成正比,所以P-v图像中0~v1段图像应为过原点的直线,故D错误.
    8.(多选)地下矿井中的矿石装在矿车中,用电机通过竖井运送至地面.某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图所示,其中图线①②分别描述两次不同的提升过程,它们变速阶段加速度的大小都相同;两次提升的高度相同,质量相等.不考虑摩擦阻力和空气阻力.对于第①次和第②次提升过程,下列说法正确的有A.矿车上升所用的时间之比为4∶5B.电机的最大牵引力之比为2∶1C.电机输出的最大功率之比为2∶1D.电机所做的功之比为4∶5
    由于两次提升过程变速阶段的加速度大小相同,在匀加速阶段,由牛顿第二定律,F-mg=ma,可得电机的最大牵引力之比为1∶1,选项B错误.
    由功率公式,P=Fv,电机输出的最大功率之比等于最大速度之比,为2∶1,选项C正确.
    9.(2021·湖南卷·3)“复兴号”动车组用多节车厢提供动力,从而达到提速的目的.总质量为m的动车组在平直的轨道上行驶.该动车组有四节动力车厢,每节车厢发动机的额定功率均为P,若动车组所受的阻力与其速率成正比(F阻=kv,k为常量),动车组能达到的最大速度为vm.下列说法正确的是A.动车组在匀加速启动过程中,牵引力恒定不变B.若四节动力车厢输出功率均为额定值,则动车组从静止开始做匀加速运动C.若四节动力车厢输出的总功率为2.25P,则动车组匀速行驶的速度为D.若四节动力车厢输出功率均为额定值,动车组从静止启动,经过时间t 达到最大速度vm,则这一过程中该动车组克服阻力做的功为 mvm2-Pt
    对动车组由牛顿第二定律有F牵-F阻=ma,动车组匀加速启动,即加速度a恒定,但F阻=kv随速度增大而增大,则牵引力也随阻力增大而增大,故A错误;
    若四节动力车厢输出功率均为额定值,动车组从静止启动,经过时间t达到最大速度vm,
    可得动车组克服阻力做的功为
    10.一辆汽车由静止开始沿平直公路行驶,汽车所受牵引力F随时间t变化关系图线如图所示.若汽车的质量为1.2×103 kg,阻力恒定,汽车的最大功率恒定,则以下说法正确的是
    由图可知,汽车在前4 s内的牵引力不变,汽车做匀加速直线运动,4~12 s内汽车的牵引力逐渐减小,则车的加速度逐渐减小,汽车做加速度减小的加速运动,直到车的速度达到最大值,以后做匀速直线运动,可知在4 s末汽车的功率达到最大值;汽车的速度达到最大值后牵引力等于阻力,所以阻力f=2×103 N,前4 s内汽车的牵引力为F=5×103 N,由牛顿第二定律F-f=ma可得a=2.5 m/s2,4 s末汽车的速度v1=at1=2.5×4 m/s=10 m/s,所以汽车的最大功率P=Fv1=5×103×10 W=5×104 W,A正确,B、C错误;
    11.质量为1.0×103 kg的汽车,沿倾角为30°的斜坡由静止开始向上运动,汽车在运动过程中所受摩擦阻力大小恒为2 000 N,汽车发动机的额定输出功率为5.6×104 W,开始时以a=1 m/s2的加速度做匀加速运动(g取10 m/s2).求:(1)汽车做匀加速运动的时间;
    由牛顿第二定律得F-mgsin 30°-f=ma设匀加速过程的末速度为v,则有P=Fvv=at1,解得t1=7 s.
    (2)汽车所能达到的最大速率;
    当达到最大速度vm时,加速度为零,有Fm=mgsin 30°+f则有P=Fmvm=(mgsin 30°+f)vm解得vm=8 m/s.
    (3)若斜坡长143.5 m,且认为汽车到达坡顶之前已达到最大速率,汽车从坡底到坡顶所需时间.
    又有s=s1+s2,解得t2≈15 s故汽车运动的总时间为t=t1+t2=22 s.
    12.(2023·福建龙岩市第一次质检)一辆小轿车在平直路面上以恒定功率加速,其加速度a和速度的倒数 的关系如图所示.已知轿车的总质量为1 300 kg,其所受的阻力不变,则轿车A.速度随时间均匀增大B.加速度随速度增大而增大C.所受阻力大小为2.73×103 ND.电动机输出功率为9.1×103 W
    由题图可知,加速度随速度的倒数增大而增大,故轿车做变加速直线运动且加速度随速度的增大而减小,A、B错误;

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