专题11 功和功率的理解与计算原卷版Word文档下载推荐.docx

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③相互作用的一对滑动摩擦力做功过程中会发生物体间机械能转移和机械能转化为内能，内能Q＝Ffx相对．

对功的正、负的判断

【例1】.一辆正沿平直路面行驶的车厢内，一个面向车前进方向站立的人对车厢壁施加水平推力F，在车前进s的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．当车匀速前进时，人对车做的总功为正功B．当车加速前进时，人对车做的总功为负功

C．当车减速前进时，人对车做的总功为负功D．不管车如何运动，人对车做的总功都为零

【变式1】如图所示，木块B上表面是水平的，木块A置于B上，并与B保持相对静止，一起沿固定的光滑斜面由静止开始下滑，在下滑过程中（　　）

A．A所受的合外力对A不做功B．B对A的弹力做正功

C．B对A的摩擦力做正功D．A对B做正功

【变式2】

（2019·

河北邯郸月考）里约奥运会男子100米决赛中，牙买加名将博尔特以9秒81的成绩夺得冠军．博尔特在比赛中，主要有起跑加速、途中匀速和加速冲刺三个阶段，他的脚与地面间不会发生相对滑动．以下说法正确的是（　　）

A．加速阶段地面对人的摩擦力做正功

B．匀速阶段地面对人的摩擦力不做功

C．由于人的脚与地面间不发生相对滑动，所以不论加速还是匀速，地面对人的摩擦力始终不做功

D．无论加速还是匀速阶段，地面对人的摩擦力始终做负功

恒力做功的求解

恒力做功的计算方法

【例2】．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，用WF1、WF2分别表示拉力F1、F2所做的功，Wf1、Wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功，则（　　）

A．WF2>

4WF1，Wf2>

2Wf1　B．WF2>

4WF1，Wf2＝2Wf1

C．WF2<

4WF1，Wf2＝2Wf1D．WF2<

4WF1，Wf2<

2Wf1

【变式1】如图所示，质量为m的物体在恒力F的作用下从底端沿斜面向上一直匀速运动到顶端，斜面高h，

倾斜角为θ.现把物体放在顶端，发现物体在轻微扰动后可匀速下滑，重力加速度大小为g.则在上升过程中恒力F做的功为（　　）

A．FhB．MghC．2mghD．无法确定

【变式2】如图所示，两个物体与水平地面间的动摩擦因数相等，它们的质量也相等．在甲图中用力F1拉

物体，在乙图中用力F2推物体，夹角均为α，两个物体都做匀速直线运动，通过相同的位移．设F1和F2对物体所做的功分别为W1和W2，物体克服摩擦力做的功分别为W3和W4，下列判断正确的是（　　）

甲　　　　　　　乙

A．F1＝F2　　　　　　　　B．W1＝W2C．W3＝W4D．W1－W3＝W2－W4

热点题型二　求解变力做功的四种方法

方法

以例说法

应用动能定理

用力F把小球从A处缓慢拉到B处，F做功为WF，则有：

WF－mgl（1－cosθ）＝0，得WF＝mgl（1－cosθ）

微元法

质量为m的木块在水平面内做圆周运动，运动一周克服摩擦力做功Wf＝f·

Δx1＋f·

Δx2＋f·

Δx3＋…＝f（Δx1＋Δx2＋Δx3＋…）＝f·

2πR

平均力法

弹簧由伸长x1被继续拉至伸长x2的过程中，克服弹力做功W＝

·

（x2－x1）

图象法

一水平拉力F0拉着一物体在水平面上运动的位移为x0，图线与横轴所围面积表示拉力所做的功，W＝F0x0

【例3】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．现用水平拉力F将小球缓慢拉

到细线与竖直方向成θ角的位置．在此过程中，拉力F做的功为（　　）

A．FLcosθB．FLsinθC．FL（1－cosθ）D．mgL（1－cosθ）

【变式1】如图所示，固定的光滑竖直杆上套着一个滑块，用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮，以大小恒定

的拉力F拉绳，使滑块从A点起由静止开始上升．若从A点上升至B点和从B点上升至C点的过程中拉力

F做的功分别为W1和W2，图中AB＝BC，则（　　）

A．W1＞W2B．W1＜W2C．W1＝W2D．无法确定W1和W2的大小关系

宁波模拟）如图所示，摆球质量为m，悬线长为L，把悬线拉到水平位置后放手．设在摆球运动过程中空气阻力F阻的大小不变，则下列说法正确的是（　　）

A．重力做功为mgLB．悬线的拉力做功为0

C．空气阻力F阻做功为－mgLD．空气阻力F阻做功为－

F阻πL

热点题型三　功率的理解与计算

1．平均功率的计算方法

（1）利用P＝

.

（2）利用P＝Fvcosα，其中v为物体运动的平均速度．

2．瞬时功率的计算方法

（1）P＝Fvcosα，其中v为t时刻的瞬时速度．

（2）P＝FvF，其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度．

（3）P＝Fvv，其中Fv为物体受到的外力F在速度v方向上的分力．

【例4】

海口模拟）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的关系如图所示，力的方向保持不变，则（　　）

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

【变式1】如图甲所示，一个质量m＝2kg的物块静止放置在粗糙水平地面O处，物块与水平面间的动摩擦因数μ＝0.5，在水平拉力F作用下物块由静止开始向右运动，经过一段时间后，物块回到出发点O处，取水平向右为速度的正方向，物块运动过程中其速度v随时间t变化规律如图乙所示，g取10m/s2.则（　　）

A．物块经过4s时间到出发点B．4.5s时水平力F的瞬时功率为24W

C．0～5s内摩擦力对物块先做负功，后做正功，总功为零D．0～5s内物块所受合力的平均功率为1.8W

（2018·

高考全国卷Ⅲ）地下矿井中的矿石装在矿车中，用电机通过竖井运送到地面．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，提升的质量相等．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，（　　）

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∶1

C．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

热点题型四　机车启动问题

1．模型一　以恒定功率启动

（1）动态过程

（2）这一过程的Pt图象和vt图象如图所示：

2．模型二　以恒定加速度启动

3．三个重要关系式

（1）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＝

（2）机车以恒定加速度启动时，匀加速过程结束时功率最大，速度不是最大，即v＝

＜vm＝

（3）机车以恒定功率运行时，牵引力做的功W＝Pt，由动能定理得Pt－F阻x＝ΔEk，此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移或速度．

4.四个常用规律

（1）P＝Fv.

（2）F－Ff＝ma.

（3）v＝at（a恒定）．

（4）Pt－Ffx＝ΔEk（P恒定）．

以恒定功率启动方式的求解

【例5】．某车以相同的功率在两种不同的水平路面上行驶，受到的阻力分别为车重的k1和k2倍，最大速率分别为v1和v2，则（　　）

A．v2＝k1v1　B．v2＝

v1

C．v2＝

v1D．v2＝k2v1

以恒定牵引力启动方式的求解

【例6】．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，其v－t图象如图所示，已知0～t1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，在t3时刻达到最大速度v3，以后匀速运动．下列判断正确的是（　　）

A．从0至t3时间内，列车一直做匀加速直线运动B．t2时刻的加速度大于t1时刻的加速度

C．在t3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

机车启动中的常见图像问题

图像

【例7】如图所示为汽车的加速度和车速的倒数

的关系图象．若汽车质量为2×

103kg，它由静止开始沿平直公路行驶，且行驶中阻力恒定，最大车速为30m/s，则（　　）

A．汽车所受阻力为2×

103NB．汽车匀加速所需时间为5s

C．汽车匀加速的加速度为3m/s2D．汽车在车速为5m/s时，功率为6×

104W

【例8】

（2015·

高考全国卷Ⅱ）一汽车在平直公路上行驶．从某时刻开始计时，发动机的功率P随时间t的变

化如图所示．假定汽车所受阻力的大小f恒定不变．下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图象中，可能

正确的是（　　）

【例9】

中原名校联盟质检）如图甲所示，水平面上一质量为m的物体在水平力F作用下开始做加速

运动，力F的功率P保持恒定，运动过程中物体所受的阻力f大小不变，物体速度最终达到稳定值vm，作

用过程物体速度的倒数

与加速度a的关系图象如图乙所示．在已知功率P的情况下，根据图象所给信息可

知以下说法中正确的是（　　）

A．可求出m、f和vmB．不能求出m

C．不能求出fD．可求出加速运动时间

【例10】如图甲所示，用起重机将地面上静止的货物竖直向上吊起，货物由地面运动至最高点的过程中，

其vt图象如图乙所示．下列说法正确的是（　　）

　甲　　　　　　　　　乙

A．在0～t1时间内，货物处于超重状态B．在t1～t2时间内，起重机拉力对货物不做功

C．在t2～t3时间内，起重机拉力对货物做负功

D．匀速阶段拉力的功率可能比加速阶段某一时刻拉力的瞬时功率小

【题型演练】

1.（2019·

广东佛山模拟）质量为2kg的小铁球从某一高度由静止释放，经3s到达地面，不计空气阻力，g取10m/s2.则（　　）

A．2s末重力的瞬时功率为200WB．2s末重力的瞬时功率为400W

C．2s内重力的平均功率为100WD．2s内重力的平均功率为400W

2、（2018·

高考全国卷Ⅰ）高铁列车在启动阶段的运动可看做初速度为零的匀加速直线运动．在启动阶段，列车的动能　（　　）

A．与它所经历的时间成正比　　B．与它的位移成正比

C．与它的速度成正比D．与它的动量成正比

3.同一恒力按同样的方式施于物体上，使它分别沿着粗糙水平地面和光滑水平地面移动相同一段距离时，恒力做的功和平均功率分别为W1、P1和W2、P2，则二者的关系是（　　）

A．W1＞W2、P1＞P2　　　B．W1＝W2、P1＜P2

C．W1＝W2、P1＞P2D．W1＜W2、P1＜P2

4．一汽车的额定功率为P，设在水平公路行驶所受的阻力恒定，最大行驶速度为vm，则（　　）

A．无论汽车以哪种方式启动，加速度与牵引力成正比

B．若汽车匀加速启动，则在刚达到额定功率时的速度等于vm

C．汽车以速度vm匀速行驶，若要减速，则要减少实际功率

D．若汽车以额定功率启动，则做匀加速直线运动

5.如图所示，质量为60kg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点，其垂线与脚、两手连线中点间的距离Oa、Ob分别为0.9m和0.6m．若她在1min内做了30个俯卧撑，每次肩部上升的距离均为0.4m，则1min内克服重力做的功和相应的功率约为（g取10m/s2）（　　）

A．430J,7WB．4320J,72W

C．720J,12WD．7200J,120W

6．一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

的图象如图所示．若已知汽车的质量，则根据图象所给信息，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．汽车受到的阻力D．汽车运动到最大速度所需的时间

7.（2019·

湖南怀化期中联考）一起重机的钢绳由静止开始匀加速提起质量为m的重物，当重物的速度为v1时，

起重机的有用功率达到最大值P，此后，起重机保持该功率不变，继续提升重物，直到以最大速度v2匀速

上升为止，则整个过程中，下列说法正确的是（　　）

A．重物的最大速度v2＝

B．重物匀加速运动的加速度为

C．钢绳的最大拉力为

D．钢绳的最大拉力为

8.（2019·

郑州检测）如图所示，斜面顶端A与另一点B在同一水平线上，甲、乙两小球质量相等．小球甲沿

光滑斜面以初速度v0从顶端A滑到底端，小球乙以同样的初速度从B点抛出，不计空气阻力，则（　　）

A．两小球落地时速率相同B．两小球落地时，重力的瞬时功率相同

C．从开始运动至落地过程中，重力对它们做功相同D．从开始运动至落地过程中，重力的平均功率相同

9.（2019·

湖北联考）在离水平地面h高处将一质量为m的小球水平抛出，在空中运动的过程中所受空气阻力大小恒为f，落地时小球距抛出点的水平距离为x，速率为v.那么，在小球运动的过程中（　　）

A．重力做功为mghB．克服空气阻力做的功为f·

C．落地时，重力的瞬时功率为mgvD．重力势能和机械能都逐渐减少

10.一列火车总质量m＝500t，发动机的额定功率P＝6×

105W，在轨道上行驶时，轨道对列车的阻力Ff是车重的0.01倍．（g取10m/s2）

（1）求列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，求当行驶速度为v1＝1m/s和v2＝10m/s时，列车的瞬时加速度a1、a2的大小；

（3）列车在水平轨道上以36km/h的速度匀速行驶时，求发动机的实际功率P′；

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