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    2021版浙江新高考选考物理一轮复习教师用书:6第五章 1第1节 功和功率

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    2021版浙江新高考选考物理一轮复习教师用书:6第五章 1第1节 功和功率

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    知识内容考试要求真题统计2016.102017.42017.112018.42018.112019.42020.11.追寻守恒量——能量b       2.c 210201720   3.功率c  10    4.重力势能c4  135  5.弹性势能b    5  6.动能和动能定理d20 2020520217.机械能守恒定律d20  20  178.能量守恒定律与能源d 12  20  实验:探究做功与物体速度变化的关系    17(1)  17实验:验证机械能守恒定律    17(2)   1 功和功率基础梳理提示: 位移 能量转化 Flcos α 正功 不做功负功 快慢  Fvcos α 正常工作 额定自我诊断 判一判(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)作用力做负功时反作用力一定做正功(  )(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(  )(5)PFv可知发动机功率一定时机车的牵引力与运行速度的大小成反比(  )(6)汽车上坡时换低挡位其目的是减小速度得到较大的牵引力(  )提示:(1)× (2) (3)× (4) (5) (6) 做一做(2020·福建闽粤联合体联考)如图所示质量相同的两物体从同一高度由静止开始运动A沿着固定在地面上的光滑斜面下滑B做自由落体运动两物体分别到达地面时下列说法正确的是(  )A重力的平均功率PAPB  B重力的平均功率PAPBC重力的瞬时功率PAPB  D重力的瞬时功率PAPB提示:D.设斜面的倾角为θ高度为hB做自由落体运动运动时间tBA做匀加速直线运动agsin θ根据gsin θttA可知tAtB;重力做功相等根据PPAPBAB错误;根据动能定理mghmv2两物体到达地面时的速度大小均为vA物体重力的瞬时功率PAmgvsin θB物体重力的瞬时功率PBmgvPAPBC错误D正确 对功的判断和计算知识提炼1功的正负的判断方法2恒力做功的计算方法典题例析 如图所示质量为m的小球用长为L的轻绳悬挂O用水平恒力F拉着小球从最低点运动到使轻绳与竖直方向成θ角的位置求此过程中各力对小球做的功及总功[审题指导] WF·lcos α可以理解为功等于力与力方向上的位移的乘积[解析] 如图小球在F方向的位移为CB方向与F同向WFF·CBF·Lsin θ小球在重力方向的位移为AC方向与重力反向WGmg·AC·cos 180°=-mg·L(1cos θ)绳的拉力FT时刻与运动方向垂直WFT0WWFWGWFTF·Lsin θmgL(1cos θ)[答案] 见解析题组过关 考向1 恒力做功的求解1(2020·杭州质检)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WF1WF2分别表示拉力F1F2所做的功Wf1Wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功(  )AWF2>4WF1Wf2>2Wf1BWF2>4WF1Wf22Wf1CWF2<4WF1Wf22Wf1DWF2<4WF1Wf2<2Wf1解析:C.物体两次的加速度之比a2a121位移之比l2l1tt21摩擦力之比f2f111由牛顿第二定律得Ffma则拉力之比F2F1(ma2f)(ma1f)<2做功之比WF2WF1(F2·l2)(F1·l1)<4Wf2Wf1(f2·l2)(f1·l1)21C正确 考向2 变力做功的求解2(2020·宁波调研)一滑块在水平地面上沿直线滑行t0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FF、滑块的速v随时间的变化规律分别如图甲和乙所示设在第1 s内、第2 s内、第3 s内力F对滑块做的功分别为W1W2W3则以下关系正确的是(  )AW1W2W3     BW1<W2<W3CW1<W3<W2  DW1W2<W3解析:B.在第1 s滑块的位移为x1×1×1 m0.5 mF做的功为W1F1x11×0.5 J0.5 J;第2 s滑块的位移为x2×1×1 m0.5 mF做的功为W2F2x23×0.5 J1.5 J;第3 s滑块的位移为x31×1 m1 mF做的功为W3F3x32×1 J2 J所以W1<W2<W3.求解变力做功的几种思路(1)利用动能定理WΔEk或功能关系WΔE计算能量变化量ΔEΔEk即等量替换的物理思想(2)当变力的功率P一定时可用WPt求功如机车以恒定功率启动(3)当变力方向不变大小与位移成正比时可用力对位移的平均值F(FF)来计算(4)当变力大小不变方向在变化且力的方向始终与速度方向相同或相反时功可用力与路程的乘积计算(5)用变力F随位移x的变化图象与x轴所围的面积计算功注意x轴上下两侧分别表示正、负功.   对功率的理解与计算题组过关1(多选)(2020·台州高二期中)我国科学家正在研制航母舰载机使用的电磁弹射器舰载机总质量为3.0×104 kg设起飞过程中发动机的推力恒为1.0×105 N;弹射器有效作用长度为100 m推力恒定要求舰载机在水平弹射结束时速度大小达到80 m/s.弹射过程中舰载机所受总推力为弹射器和发动机推力之和假设所受阻力为总推力的20%(  )A弹射器的推力大小为1.1×106 NB弹射器对舰载机所做的功为1.1×108 JC弹射器对舰载机做功的平均功率为8.8×107 WD舰载机在弹射过程中的加速度大小为32 m/s2解析:ABD.对舰载机应用运动学公式v2022ax8022·a·100得加速度a32 m/s2选项D正确;设总推力为F对舰载机应用牛顿第二定律可知:F20%FmaF1.2×106 N而发动机的推力1.0×105 N则弹射器的推力为F(1.2×1061.0×105)N1.1×106 N选项A正确;弹射器对舰载机所做的功为WF·l1.1×108 J选项B正确;弹射过程所用的时间为t s2.5 s平均功率P W4.4×107 W选项C错误2(2020·杭州调研)一台起重机从静止开始匀加速地将一质量m1.0×103 kg的货物竖直吊起2 s末货物的速度v4 m/s.起重机在这2 s内的平均输出功率及2 s末的瞬时功率分别为(g10 m/s2)(  )A2.4×104 W 2.4×104 WB2.4×104 W 4.8×104 WC4.8×104 W 2.4×104 WD4.8×104 W 4.8×104 W解析:B.货物运动的加速度am/s22 m/s2设起重机吊绳的拉力为F根据牛顿第二定律Fmgma所以Fm(ga)1.0×103×(102)N1.2×104 N货物上升的位移lat24 m则拉力做的功WF·l1.2×104×4 J4.8×104 J2 s内的平均功率2.4×104 W2 s末的瞬时功率PFv1.2×104×4 W4.8×104 W.1平均功率的计算(1)利用P.(2)利用PF·vcos α其中v为物体运动的平均速度F为恒力2瞬时功率的计算(1)利用公式PF·vcos α其中vt时刻的瞬时速度(2)PF·vF其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度(3)PFv·v其中Fv为物体受的外力F在速度v方向上的分力注意:对于α变化的不能用公式PFvcos α计算平均功率   机车启动问题知识提炼两种启动方式的比较两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动Pt图和vtOA过程分vFaa不变F不变vPFv直到PFv1运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动维持时间t0AB过程分析FFa0FvFa运动性质vm做匀速直线运动加速度减小的加速运动BCFFa0vm匀速运动典题例析 (2020·绍兴调研)某汽车发动机的额定功率为60 kW汽车质量为5 t汽车在运动中所受阻力的大小恒为车重的0.1(g10 m/s2)(1)若汽车以额定功率启动则汽车所能达到的最大速度是多少?当汽车速度达到5 m/s其加速度是多少?(2)若汽车以恒定加速度0.5 m/s2启动则其匀加速过程能维持多长时间?[审题指导] (1)达到最大速度时汽车处于什么状态?(2)v5 m/s牵引力多大?(3)以加速度0.5 m/s2启动时牵引力多大?此阶段能达到的最大速度为多少?[解析] (1)当汽车的加速度为零时汽车的速度v达到最大值vm此时牵引力与阻力相等故最大速度为vm m/s12 m/sv5 m/s时的牵引力F1 N1.2×104 NF1Ffma得:a m/s21.4 m/s2.(2)当汽车以a0.5 m/s2的加速度启动时的牵引力F2maFf(5 000×0.50.1×5×103×10) N7 500 N匀加速运动能达到的最大速度为vm m/s8 m/s由于此过程中汽车做匀加速直线运动满足vmat故匀加速过程能维持的时间t s16 s.[答案] (1)12 m/s 1.4 m/s2 (2)16 s机车启动问题中的三个重要关系式(1)无论哪种运动过程机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度vm(式中Fmin为最小牵引力其值等于阻力F)(2)机车以恒定加速度启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)机车以恒定功率运动时牵引力做的功WPt.由动能定理:PtFxΔEk.此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小.  题组过关 考向1 以恒定功率启动方式的求解1(2020·嘉兴质检)质量为m的汽车以恒定的功率P从静止开始在平直路面上行驶一段距离s后达到最大速度vm经历时间为t.若行驶中阻力Ff恒定则以下关系式正确的是(  )Avm   BPFfvmCPtmv   DPtFfs解析:B.根据PFvFFfma若保持功率P不变可知汽车做加速度减小的加速运动达到最大速度vm做匀速运动A错误;匀速运动时FFf所以PFfvmB正确;对加速过程根据动能定理可知:PtFfsmv0CD错误 考向2 以恒定牵引力启动方式的求解2(2020·金华高二期中)某汽车集团公司研制了一辆燃油与电动混合动力赛车燃油发动机单独工作时的额定功率为P蓄电池供电的电力发动机单独工作时的额定功率为已知赛车运动过程中受到的阻力恒定(1)若燃油发动机单独工作时的最大速度为120 km/h则两台发动机同时工作时的最大速度为多少?(2)若赛车先单独启动电力发动机从静止开始做匀加速直线运动经过t1时间达到额定功率然后以燃油发动机的额定功率单独启动继续加速又经过t2时间达到最大速度v0赛车总质量为m求赛车的整个加速距离解析:(1)燃油发动机单独工作PF1v1fv1两台发动机同时工作PF2v2fv2最大速度v2210 km/h.(2)燃油发动机的额定功率为P最大速度为v0阻力f匀加速过程功率随时间均匀增加发动机的平均功率为设总路程为s由动能定理有t1Pt2fsmv解得s.答案:(1)210 km/h (2) [随堂检测]1(2017·11月浙江选考)如图所示质量为60 kg的某运动员在做俯卧撑运动运动过程中可将她的身体视为一根直棒已知重心在c其垂线与脚、两手连线中点间的距离OaOb分别为0.9 m0.6 m若她在1 min内做了30个俯卧撑每次肩部上升的距离均为0.4 m则克服重力做的功和相应的功率约为(  )A430 J7 W   B4 300 J70 WC720 J12 W   D7 200 J120 W答案:B2质量为m的汽车启动后沿平直路面行驶如果发动机的功率恒为P且行驶过程中受到的摩擦阻力大小一定汽车能够达到最大速度为v那么当汽车的速度为v汽车的瞬时加速度的大小为(  )A.  B.  C.  D.解析:B.以恒定功率起步的机车PFvv逐渐增大F逐渐减小即牵引力逐渐减小所以机车做加速度逐渐减小的加速运动当牵引力等于阻力时不再加速速度达到最大可知阻力为fF则当速度为v可求得牵引力F3则此时的加速度为a故本题的正确选项为B.3当前我国高铁事业发展迅猛假设一辆高速列车在机车牵引力和恒定阻力作用下在水平轨道上由静止开始启动vt图象如图所示已知0t1时间内为过原点的倾斜直线t1时刻达到额定功率P此后保持功率P不变t3时刻达到最大速度v3以后匀速运动下列判断正确的是(  )A0t3时间内列车一直做匀加速直线运动Bt2时刻的加速度大于t1时刻的加速度Ct3时刻以后机车的牵引力为零D该列车所受的恒定阻力大小为解析:D.0t1时间内列车做匀加速运动t1t3时间内加速度逐渐变小AB错误;t3以后列车做匀速运动牵引力大小等于阻力大小C错误;匀速运动时FfFD正确4.(2017·11月浙江选考)如图所示是具有登高平台的消防车具有一定质量的伸缩臂能够在5 min内使承载4人的登高平台(人连同平台的总质量为400 kg)上升60 m到达灭火位置此后在登高平台上的消防员用水炮灭火已知水炮的出水量为3 m3/min水离开炮口时的速率为20 m/s则用于(  )A水炮工作的发动机输出功率约为1×104 WB水炮工作的发动机输出功率约为4×104 WC水炮工作的发动机输出功率约为2.4×106 WD伸缩臂抬升登高平台的发动机输出功率约为800 W答案:B [课后达标]一、选择题1一辆汽车在平直公路上从静止开始运动假设汽车的功率保持不变所受的阻力恒定则下列说法正确的是(  )A汽车一直做匀加速运动B汽车先匀加速运动后匀速运动C汽车先匀加速运动后匀减速运动直至静止D汽车做加速度越来越小的加速运动直至匀速运动答案:D2设飞机飞行中所受阻力与其速度的平方成正比若飞机以速度v匀速飞行其发动机功率为P则飞机以3v匀速飞行时其发动机的功率为(  )A3P           B9PC27P   D无法确定答案:C3.(2020·湖州质检)如图所示细线的一端固定于O另一端系一小球在水平拉力作用下小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是(  )A逐渐增大        B逐渐减小C先增大后减小   D先减小后增大答案:A4如图所示木板可绕固定水平轴O转动木板从水平位置OA缓慢转到OB位置木板上的物块始终相对于木板静止在这一过程中物块的重力势能增加了2 JFN表示物块受到的支持力Ff表示物块受到的摩擦力在此过程中以下判断正确的是(  )AFNFf对物块都不做功BFN对物块做功为2 JFf对物块不做功CFN物块不做功Ff对物块做功为2 JDFNFf对物块所做功的代数和为0答案:B5中国已成为世界上高铁运营里程最长、在建规模最大的国家报道称新一代高速列车正常持续运行牵引功率达 9 000 kW速度为300 km/h.假设一列高速列车从杭州到金华运行路程为150 km(  )A列车从杭州到金华在动力上消耗的电能约为9 000 kW·h B列车正常持续运行时的阻力大小约为105 NC如果该列车以150 km/h运动则牵引功率为4 500 kWD假设从杭州到金华阻力大小不变则列车克服阻力做功大小等于阻力与位移的乘积解析:B.根据题意不知道该列车运行时间所以无法求出杭州到金华列车消耗的电能A错误;根据PFv可知F1.08×105 NB正确;列车的瞬时速度为150 km/h但不能确定是匀速运动还是其他运动所以不能确定牵引功率C错误;假设阻力大小不变则克服阻力做功应该为阻力大小与其路程的乘积D错误6(2020·丽水高三期中)如图所示为牵引力F和车速的倒数的关系图象若汽车质量为2×103 kg它由静止开始沿平直的公路行驶设阻力恒定且最大车速为30 m/s(  )A汽车所受的阻力为6×103 NB汽车的速度为15 m/s功率为6×104 WC汽车匀加速运动的加速度为3 m/s2D汽车匀加速所需的时间为7.5 s答案:B7(2020·温州乐清期中)塔吊吊起货物沿竖直方向匀速上升过程中钢丝绳对货物的拉力及其功率变化说法正确的是(  )A拉力增大功率不变   B拉力不变功率变大C拉力减小功率变大   D拉力不变功率不变解析:D.因为货物匀速上升Fmg则拉力不变根据PFv拉力功率不变D正确ABC错误8.激流勇进是一种常见的水上机动游乐设备常见于主题游乐园中游客们在一定安全装置的束缚下沿着设计好的水道漂行其间通常会有至少一次大幅度的机械提升和瞬时跌落图中所示为游客们正坐在皮筏艇上从高处沿斜坡水道向下加速滑行在此过程中下列说法正确的是(  )A合力对游客做负功   B皮筏艇对游客不做功C重力对游客做正功   D游客的机械能增加答案:C9(2020·宁波质检)汽车发动机的额定功率是60 kW汽车的质量为2×103 kg在平直路面上行驶受到的阻力是车重的0.1.若汽车从静止出发0.5 m/s2的加速度做匀加速运动则出发50 s汽车发动机的实际功率为(g10 m/s2)(  )A25 kW   B50 kWC60 kW   D75 kW解析:C.汽车受到的阻力Ff0.1mg2 000 N汽车以0.5 m/s2的加速度做匀加速运动由牛顿第二定律得FFfma解得F3 000 N50 s内车做匀加速运动vat25 m/s50 s末汽车功率PFv75 000 W75 kW但汽车发动机的额定功率是60 kW50 s 内车不是匀加速运动而是先匀加速运动后变加速运动出发50 s汽车发动机的实际功率为60 kWC正确10一辆汽车在平直的公路上以某一初速度运动运动过程中保持恒定的牵引功率其加速度a和速度的倒数的关系图象如图所示若已知汽车的质量则根据图象所给的信息不能求出的物理量是(  )A汽车的功率B汽车行驶的最大速度C汽车所受到的阻力D汽车运动到最大速度所需的时间解析:D.FFfmaPFv可得:a·对应图线可知k40可求出汽车的功率Pa00.05可得:vm20 m/s再由vm可求出汽车受到的阻力Ff但无法求出汽车运动到最大速度的时间11.(2020·浙江温岭高二月考)如图是武广铁路上某机车在性能测试过程中的vt图象测试时机车先以恒定的牵引力F启动发动机使机车在水平铁轨上由静止开始运动t1时刻机车关闭发动机t2时刻机车完全停下图象中θ>α设整个测试过程中牵引力F做的功和克服摩擦力f做的功分别为W1W20t1时间内F做功的平均功率和全过程克服摩擦力f做功的平均功率分别为P1P2则下列判断正确的是(  )AW1>W2F2f   BW1W2F>2fCP1<P2F>2f   DP1P2F2f解析:B.机车整个运动过程中根据动能定理有W1W20所以W1W2P1P2t2>t1所以P1>P2;根据牛顿第二定律机车的牵引力为F时的加速度大小a1关闭发动机后机车加速度大小a2根据vt图象斜率的意义可知a1>a2Ff >f所以有F >2f综上分析可知B正确12.如图所示汽车停在缓坡上要求驾驶员在保证汽车不后退的前提下向上启动这就是汽车驾驶中的坡道起步驾驶员的正确操作是:变速杆挂入低速挡徐徐踩下加速踏板然后慢慢松开离合器同时松开手刹汽车慢慢启动下列说法正确的是(  )A变速杆挂入低速挡是为了增大汽车的输出功率B变速杆挂入低速挡是为了能够提供较大的牵引力C徐徐踩下加速踏板是为了让牵引力对汽车做更多的功D徐徐踩下加速踏板是为了让汽车的输出功率保持为额定功率解析:B.PFv可知在功率一定的情况下当速度减小时汽车的牵引力就会增大此时更容易上坡则换低速挡增大牵引力A错误B正确;徐徐踩下加速踏板发动机的输出功率增大根据PFv可知是为了增大牵引力CD错误13一物体在粗糙的水平面上滑行从某时刻起对该物体再施加一水平恒力F则在此后的一段时间内(  )A如果物体改做匀速运动则力F一定对物体做负功B如果物体改做匀加速直线运动则力F一定对物体做正功C如果物体仍做匀减速运动则力F一定对物体做负功D如果物体改做曲线运动则力F一定对物体不做功解析:B.物体在粗糙的水平面上做匀减速直线运动施加一水平恒力F如果物体改做匀速运动则力F一定与摩擦力等大、反与物体运动方向相同对物体做正功A错误;如果物体改做匀加速直线运动则力F一定与物体运动方向相同且大于摩擦力F对物体做正功B正确;如果物体仍做匀减速运动则力F可能与物体运动方向相同但大小小于摩擦力对物体做正功也可能与物体运动方向相反对物体做负功C错误;只要物体受力F与物体运动方向不共线物体就做曲线运动F与速度的夹角既可以是锐角也可以是钝角还可以是直角各种做功情况都有可能D错误14.(2020·舟山高二期中)在水平面上有一弯曲的槽道弧AB槽道由半径分别为R的两个半圆构成(如图所示)现用大小恒为F的拉力将一光滑小球从A点沿滑槽道拉至B若拉力F的方向时时刻刻均与小球运动方向一致则此过程中拉力所做的功为(  )A0   BFRC.πFR   DFR解析:C.虽然拉力方向时刻改变但力与运动方向始终一致用微元法在很小的一段位移内可以看成恒力小球的路程为πRπ则拉力做的功为πFRC正确二、非选择题15如图甲所示在水平路段AB上有一质量为2×103 kg的汽车正以10 m/s的速度向右匀速运动汽车前方的水平路段BC较粗糙汽车通过整个ABC路段的vt图象如图乙所示(t15 s处水平虚线与曲线相切)运动过程中汽车发动机的输出功率保持20 kW 不变假设汽车在两个路段上受到的阻力(含地面摩擦力和空气阻力等)各自有恒定的大小求:(1)汽车在AB路段上运动时所受的阻力Ff1(2)汽车刚好到达B点时的加速度a(3)BC路段的长度解析:(1)汽车在AB路段时F1Ff1PF1v1Ff1联立解得:Ff1 N2 000 N.(2)t15 s时汽车处于平衡态F2Ff2PF2v2Ff2联立解得:Ff2 N4 000 N.t5 s时汽车开始减速运动F1Ff2ma解得a=-1 m/s2.(3)PtFf2xmvmv解得x68.75 m.答案:(1)2 000 N (2)1 m/s2 (3)68.75 m  

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