2019高考物理第一轮复习 专题 功、功率、动能定理学案 鲁科版.doc
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1、1功、功率、动能定理功、功率、动能定理【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容: 功、功率、动能定理(一)功和功率 1. 功功是力的空间积累效应。它和位移相对应(也和时间相对应)。计算功的方法有两种: (1)按照定义求功。即:WFscos。在高中阶段,这种方法只适用于恒力做功。当20时F做正功,当2时F不做功,当2时F做负功。这种方法也可以说成是:功等于恒力和沿该恒力方向上的位移的乘积。 (2)用动能定理WEk或功能关系求功。当F为变力时,高中阶段往往考虑用这种方 法求功。这里求得的功是该过程中外力对物体做的总功(或者说是合外力做的功)。这种方法的依据是:做功的过程就是能量转化的过程,功是
2、能的转化的量度。如果知道某 一过程中能量转化的数值,那么也就知道了该过程中对应的功的数值。 例1. 如图所示,质量为m的小球用长L的细线悬挂而静止在竖直位置。在下列三种情况下,分别 用水平拉力F将小球拉到细线与竖直方向成角的位置。在此过程中,拉力F做的功各是多 少?(1)用F缓慢地拉;(2)F为恒力;(3)若F为恒力,而且拉到该位置时小球的速度 刚好为零。可供选择的答案有 A.cosFL B.sinFL C.cos1FL D.cos1mgL解:解:(1)若用F缓慢地拉,则显然F为变力,只能用动能定理求解。F做的功等于该过 程克服重力做的功。选D (2)若F为恒力,则可以直接按定义求功。选B (
3、3)若F为恒力,而且拉到该位置时小球的速度刚好为零,那么按定义直接求功和按 动能定理求功都是正确的。选B、D在第三种情况下,由sinFLcos1mgL,可以得到 2tansincos1 mgF,可见在摆角为2时小球的速度最大。实际上,因为F与mg的合力也是恒力,而绳的拉力始终不做功,所以其效果相当于一个摆,我们可以把这样的装置叫做“歪摆”。 2. 一对作用力和反作用力做功的特点 (1)一对作用力和反作用力在同一段时间内做的总功可能为正、可能为负、也可能为 零。 (2)一对互为作用反作用的摩擦力做的总功可能为零(静摩擦力)、可能为负(滑动2摩擦力),但不可能为正。 3. 功率功率是描述做功快慢的
4、物理量。(1)功率的定义式:tWP ,所求出的功率是时间t内的平均功率。(2)功率的计算式:PFvcos,其中是力与速度间的夹角。该公式有两种用法: 求某一时刻的瞬时功率。这时F是该时刻的作用力大小,v取瞬时值,对应的P为F在该时 刻的瞬时功率;当v为某段位移(时间)内的平均速度时,则要求这段位移(时间)内F 必须为恒力,对应的P为F在该段时间内的平均功率。 (3)重力的功率可表示为PGmgvy,即重力的瞬时功率等于重力和物体在该时刻的竖 直分速度之积。 (4)汽车的两种加速问题。当汽车从静止开始沿水平面加速运动时,有两种不同的加 速过程,但分析时采用的基本公式都是PFv和Ff ma 恒定功率
5、的加速。由公式PFv和Ffma知,由于P恒定,随着v的增大,F必将减 小,a也必将减小,汽车做加速度不断减小的加速运动,直到Ff,a0,这时v达到最大值 fP FPvmm m。可见恒定功率的加速一定不是匀加速。这种加速过程发动机做的功只能用WPt计算,不能用WFs计算(因为F为变力)。恒定牵引力的加速。由公式PFv和Ffma知,由于F恒定,所以a恒定,汽车做匀 加速运动,而随着v的增大,P也将不断增大,直到P达到额定功率Pm,功率不能再增大了。这时匀加速运动结束,其最大速度为mmm mvfP FPv,此后汽车要想继续加速就只能做恒定功率的变加速运动了。可见恒定牵引力加速时的功率一定不恒定。这种
6、加速过程发 动机做的功只能用WFs计算,不能用WPt计算(因为P为变功率)。要注意两种加速运动过程的最大速度的区别。 例2. 质量为2t的农用汽车,发动机额定功率为30kW,汽车在水平路面行驶时能达到的最大时速 为54km/h。若汽车以额定功率从静止开始加速,当其速度达到v36km/h时的瞬时加速度是 多大? 解:解:汽车在水平路面行驶达到最大速度时牵引力F等于阻力f,即Pmfvm,而速度为 v时的牵引力FPm/v,再利用Ffma,可以求得这时的a0.50m/s2(二)动能定理 1. 动能定理的表述 合外力做的功等于物体动能的变化。(这里的合外力指物体受到的所有外力的合力, 包括重力)。表达式
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