高中物理 第1章 功和功率整合提升学案 鲁科版必修2.docx

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高中物理第1章功和功率整合提升学案鲁科版必修2

2019-2020年高中物理第1章功和功率整合提升学案鲁科版必修2

一、功的计算

1．公式W＝Fscosα，s是物体相对地面的位移，F为恒力．流程图如下：

2．变力做功的计算

（1）将变力做功转化为恒力做功．

当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程的乘积．

（2）当变力做功的功率P一定时，如机车恒定功率启动，可用W＝Pt求功．

（3）图象法：

若已知F－s图象，则变力的功可用F－s图象下的面积表示．如图1所示，s轴上方的面积表示力对物体做正功的多少，s轴下方的面积表示力对物体做负功的多少．

例1　将一质量为m的小球竖直向上抛出，小球上升h后又落回地面，在整个过程中受到的空气阻力大小始终为f，则关于这个过程中重力与空气阻力所做的功，下列说法正确的是（　　）

图1

A．重力做的功为2mgh，空气阻力做的功为－2fh

B．重力做的功为0，空气阻力做的功也为0

C．重力做的功为0，空气阻力做的功为－2fh

D．重力做的功为2mgh，空气阻力做的功为0

例2　一物体在变力F的作用下沿s轴做直线运动．力F随位移s的变化情况如图2所示，则在0～16m位移内力对物体做的功为（　　）

图2

A．40JB．80J

C．60JD．120J

二、功率的两个公式P＝和P＝Fv的区别

1．P＝只能计算平均功率，而P＝Fv能计算平均功率和瞬时功率．

2．应用公式P＝Fv时需注意

（1）F与v方向在同一直线上时：

P＝Fv.

（2）F与v方向有一夹角α时：

P＝Fvcosα.

例3　质量为m的物体静止在光滑水平面上，从t＝0时刻开始受到水平力的作用．力的大小F与时间t的关系如图3所示，力的方向保持不变，则（　　）

图3

A．3t0时刻的瞬时功率为

B．3t0时刻的瞬时功率为

C．在t＝0到3t0这段时间内，水平力的平均功率为

D．在t＝0到3t0这段时间内，水平力的平均功率为

三、机车启动问题

1．机车的输出功率：

P＝Fv，其中F为机车的牵引力，v为机车的瞬时速度．

2．无论哪种启动过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即vm＝＝.

3．机车以恒定加速度启动，匀加速过程结束时，功率最大，速度不最大，v＝

4．机车以恒定功率运行时，牵引力的功W＝Pt.

例4　一列火车总质量m＝500t，机车发动机的额定功率P＝6×105W，在轨道上行驶时，轨道对火车的阻力f是车重的0.01倍，g取10m/s2，求：

（1）火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，当行驶速度为v1＝1m/s和v2＝10m/s时，火车的瞬时加速度a1、a2各是多少；

（3）在水平轨道上以36km/h速度匀速行驶时，发动机的实际功率P′；

（4）若火车从静止开始，保持0.5m/s2的加速度做匀加速运动，这一过程维持的最长时间．

例5　如图4所示为一正在施工的塔式起重机．在起重机将质量m＝5×103kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a＝0.2m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做vm＝1.02m/s的匀速运动．取g＝10m/s2，不计额外功．求：

图4

（1）起重机允许输出的最大功率；

（2）重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2s末的输出功率．

答案精析

章末整合提升

分类突破

例1　C　[重力是恒力，可以用公式W＝Fscosα直接计算，由于位移为零，所以重力做的功为零；空气阻力在整个过程中方向发生了变化，不能直接用公式计算，可进行分段计算，上升过程和下降过程空气阻力做的功均为－fh，因此在整个过程中空气阻力做的功为－2fh.故选项C正确．]

例2　A　[F－s图象与s轴所围面积表示功，而4～8m内做的正功与12～16m内负功的代数和为零，故0～16m内的功W＝10×4J＝40J．]

例3　BD　[3t0时速度

v＝a1·2t0＋a2t0＝·2t0＋·t0＝

3t0时刻瞬时功率P＝3F0·v＝，故A错，B对；

0～2t0内，力F0做的功

W1＝F0···（2t0）2＝

2t0～3t0内位移s2＝a1·2t0·t0＋··t

＝＋＝

2t0～3t0内水平力3F0做的功

W2＝3F0s2＝

0～3t0内平均功率＝＝.故C错，D对．]

例4　

（1）12m/s　

（2）1.1m/s2　0.02m/s2

（3）5×105W　（4）4s

解析　

（1）火车速度达到最大时，牵引力与阻力平衡，即

F＝f＝0.01mg时火车的加速度为零，速度达最大vm，则：

vm＝＝＝＝12m/s.

（2）火车恒定功率启动过程中，火车牵引力的功率保持不变，当v

当v＝v1＝1m/s时，F1＝＝6×105N，

根据牛顿第二定律得：

a1＝＝1.1m/s2.

当v＝v2＝10m/s时，F2＝＝6×104N，据牛顿第二定律得：

a2＝＝0.02m/s2.

（3）当v＝36km/h匀速运动时，火车实际功率为：

P′＝0.01mgv＝5×105W.

（4）火车匀加速启动过程，加速度保持不变；匀加速过程结束时，功率最大，速度不最大，即v＝

例5　

（1）5.1×104W　

（2）5s　2.04×104W

解析　

（1）设起重机允许输出的最大功率为P0，重物达到最大速度时，拉力F0等于重力．P0＝F0vm①

F0＝mg②

代入数据，有：

P0＝5.1×104W③

（2）匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，设此时重物受到的拉力为F，速度为v1，匀加速运动经历时间为t1，有：

P0＝Fv1④

F－mg＝ma⑤

v1＝at1⑥

由③④⑤⑥，代入数据，得：

t1＝5s⑦

t＝2s时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为v2，输出功率为P，则v2＝at⑧

P＝Fv2⑨

由⑤⑧⑨，代入数据，得：

P＝2.04×104W.

2019-2020年高中物理第1章功和功率章末检测鲁科版必修2

[时间：

90分钟　满分：

100分]

一、单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28分）

1.如图1所示，平板车放在光滑水平面上，一个人从车的左端加速向右端跑动．设人受到的摩擦力为f，平板车受到的摩擦力为f′，下列说法正确的是（　　）

图1

A．f、f′均做负功

B．f、f′均做正功

C．f做正功，f′做负功

D．因为是静摩擦力，f、f′做功均为零

2．用F＝6N的力将质量为0.5kg的物体由静止开始竖直向上提起，取g＝10m/s2，则2s末F做功的功率是（　　）

A．6WB．12W

C．24WD．48W

3．某人利用机械效率为85%的滑轮组将重物提高0.5m和直接用手将同一物体匀速竖直提高0.5m两种情况下，比较人所做的总功（　　）

A．使用滑轮组时做功多

B．用手直接提高做功多

C．做功一样多

D．做的额外功一样多

4．质量为2kg的物体做自由落体运动，经过2s落地．取g＝10m/s2.关于重力做功的功率，下列说法正确的是（　　）

A．下落过程中重力的平均功率是400W

B．下落过程中重力的平均功率是100W

C．落地前的瞬间重力的瞬时功率是400W

D．落地前的瞬间重力的瞬时功率是200W

5．一个物体在粗糙的水平面上运动，先使物体向右滑动距离s，再使物体向左滑动s，正好回到起点，来回所受摩擦力大小都为f，则整个过程中摩擦力做功为（　　）

A．0B．－2fs

C．－fsD．无法确定

6．一质量为m、发动机额定功率为P的汽车，开上一倾角为α的坡路，设坡路足够长，摩擦阻力是车重的k倍，汽车在上坡过程中的最大速度为（　　）

A.B.

C.D.

7．一质量为1kg的质点静止于光滑水平面上，从t＝0时起，第1s内受到2N的水平外力作用，第2s内受到同方向的1N的外力作用．下列判断正确的是（　　）

A．0～2s内外力的平均功率是W

B．第2s内外力所做的功是J

C．第2s末外力的瞬时功率最大

D．第1s末外力的瞬时功率最大

二、多项选择题（本题共5小题，每小题5分，共25分）

8．如图2所示，在皮带传送装置中，皮带把物体P匀速带至高处，在此过程中，下述说法正确的是（　　）

图2

A．摩擦力对物体做正功

B．摩擦力对物体做负功

C．支持力对物体不做功

D．合外力对物体做正功

9.如图3所示，一个物体放在水平面上，在跟竖直方向成θ角的斜向下的推力F的作用下沿平面移动了位移s，若物体的质量为m，物体与地面之间的摩擦力为f，则在此过程中（　　）

图3

A．摩擦力做的功为－fs

B．力F做的功为W＝Fscosθ

C．力F做的功为W＝Fssinθ

D．重力做的功为mgs

10．一个恒力F作用在正在粗糙水平面上运动着的物体上．如果物体做减速运动，则（　　）

A．F对物体一定做负功

B．F对物体可能做负功

C．F对物体一定做正功

D．F对物体可能做正功

11.如图4所示，在相同的时间里，用力F甲、F乙把等重的物体提升相同的高度，乙的动滑轮比甲重（忽略绳重和摩擦），比较它们的机械效率η甲、η乙和两力做功的功率P甲、P乙，则（　　）

图4

A．η甲＞η乙B．η甲＜η乙

C．P甲＞P乙D．P甲＜P乙

12．如图5甲所示，滑轮质量、摩擦均不计，质量为2kg的物体在F作用下由静止开始向上做匀加速运动，其速度随时间的变化关系如图乙所示，由此可知（g取10m/s2）（　　）

图5

A．4s内F做功为84J

B．F的大小为21N

C．4s末F的功率大小为42W

D．4s内F做功的平均功率为42W

三、计算题（本题共4小题，共47分，解答时应写出必要的文字说明，方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位）．

13．（10分）一台起重机匀加速地将质量为1×103kg的货物由静止竖直吊起，在2s末货物的速度为v＝4m/s，g取10m/s2，不计阻力，求：

（1）起重机在这2s内的平均输出功率．

（2）起重机在2s末的瞬时功率．

14．（12分）一物体在水平面上沿直线运动，所受的水平拉力F及速度v随时间变化的关系如图6中的甲和乙所示，求0～14s内：

图6

（1）拉力F对物体所做的功；

（2）摩擦力对物体所做的功．

15．（12分）一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数.

规　格

后轮驱动直流永磁体电机

车型：

20″折叠式电动自行车

额定输出功率：

120W

整车质量：

30kg

额定转速：

240r/min

最大载重：

120kg

额定工作电压：

40V

续行里程＞40km

额定工作电流：

3.5A

××电动自行车厂　出厂日期：

xx年10月

设骑车人的质量为70kg，阻力恒为车和人总重的0.02倍，g取10m/s2，当该车电动机在额定输出功率下工作时：

（1）仅在电动机提供动力的情况下，求该车的最大速度．

（2）当该车速度v＝1m/s时，加速度多大？

16.（13分）使用如图7所示装置测滑轮组A、B的机械效率．已知物重G＝4.5N，用弹簧测力计向上匀速拉动绳子的自由端，使重物升高0.1m，弹簧测力计示数为2N．求：

（1）滑轮组A、B的机械效率η.

图7

（2）如果测出动滑轮B重为1.2N，那么这个实验过程中克服摩擦力做了多少功？

答案