高中物理功和功率.doc

学习重点：1、功的概念2、功的两个不可缺少的要素3、机械功的计算公式4、功率的概念及其物理意义知识要点：（一）功的概念1、定义：如果一个物体受到力的作用，并且在力的方向上发生了一段位移，物理学中就说力对物体做了功。2、做功的两个不可缺少的要素：力和物体在力的方向上发生的位移。（分析一个力是否做功，关键是要看物体在力的方向上是否有位移）（二）功的公式和单位1、公式：W=FScos即：力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦三者的乘积。 2、功的单位：在国际单位制中功的单位是“焦耳”，简称“焦”，符号“J”1J=1Nm （1焦耳=1牛米）3、公式的适用条件：F可以是某一个力，也可以是几个力的合力，但F必须为恒力，即大小和方向都不变的力。4、两种特殊情况：（从A运动到B）（1）力与位移方向相同，即=0W=FScos0=FS （2）力与位移方向相反，即=180W=FScos180=-FS 5、公式中各字母的正负取值限制：F和S分别指“力的大小”和“位移的大小”即公式中的F和S恒取正值，指力和位移之间的夹角，也就是力的方向和位移的方向之间的夹角，的取值范围是：0180。6、参考系的选择：位移与参考系的选取有关，所以功也与参考系的选取有关。在中学范围内，计算时一律取地面或相对于地面静止的物体作为参考系。（三）正功与负功1、功的正负完全取决于的大小：（1）当00，W0，此时力F对物体做正功，该力称为物体的“动力”。（2）当=90时，cos=0，w=0，此时力F对物体做零功，或称力对物体不做功。（3）当90180时，cos0，Wf，则汽车做加速运动。随着速度v的增大，由P0=Fv可知，F逐渐减小，所以汽车的加速度逐渐减小，汽车做加速度逐渐减小的加速运动，当F减小至与f相等时，即F=f，汽车的速度达到最大，vm，此后汽车以速度vm做匀速直线运动。特别地，如果汽车以额定功率P额启动、运行，由上面的分析可知，汽车所能达到的最大速度就是 这个过程可以简单地表示成：v小，F大，a大vFF=F-favFF=fvm（2）以恒定牵引力F0（F0f）启动：汽车刚开动时，行驶速度v较小，P实P额，由于F=F0-f是恒定的，所以加速度a也是恒定的，汽车做匀加速直线运动，随着v的增大，汽车的实际功率P实=F0v逐渐增大，当P实=P额时，安全运行的要求使得此后汽车的牵引力必须减小，则加速度a逐渐减小，汽车开始做加速度逐渐减小的加速运动，当F=f时，汽车的速度达到最大，vm ，此后汽车以vm做匀速直线运动。这个过程可以简单地表示成：F0不变，v小，P实=F0vP额，F=F0-f不变a不变vP实P实=P额，vFF=F-favFF=fvm（3）两种启动方式的v-t图线如下图所示： 以恒定功率启动 以恒定牵引力启动 典型例题：例1、一个质量m=1kg的物体，受到与斜面平行向上的拉力F=10N，沿斜面向上做匀速直线运动，从斜面底端运动到斜面顶端，已知斜面的倾角为370，高为H=3m,求各力对物体所做的功，以及各力对物体所做的总功。（g取10m/s2）分析：物体从斜面底端匀速滑至顶端，由此可见物体所受到的合外力为零。这是本题的一个突破口，对物体进行受力分析，然后通过所给的F的大小，以及质量的大小，推导出其它各力的大小，在确定了物体所受各力的大小之后，应确定各力与物体位移之间的夹角，再根据求功的公式进行计算。 求合力对物体做的功，可以直接将合力、位移、合力与位移的夹角代入公式计算，也可以求各分力做的功，合力功等于分力功的代数和。两种方法都可以，在本题中由于合外力为零，因此可直接由W=FScos得出合力功为零，当然也可以由各分力的功的代数和来验证。解：对物体进行受力分析（先假设物体受到斜面对它的滑动摩擦力f），对各力进行正交分解， 由于物体做匀速运动，所以F =0x轴：mgsin37+ f=Fy轴：mgcos37=N物体的位移 WG=mgscos(90+37)=105(-)=-30(J)WF=Fscos0=105=50(J)Wf=fscos180=45(-1)=-20(J)WN=Nscos90=0W合=Fs=0（或W合=WG+WF+Wf+WN=(-30)+50+(-20)+0=0）所以，重力对物体做功为-30焦，拉力F对物体做功50J，摩擦力对物体做功-20焦，支持力对物体不做功。合力对物体做功为零。在本题中，重力做功WG=-30J，也可以说物体克服重力做了30J的功。求重力做功的另外一种简便算法是：物体在重力的方向上发生的位移s=H=3m，与重力的方向相反，所以WG=mgscos180=103(-1)=-30(J)，可见重力对物体做功与始末位置的高度差有关。例2、质量m=2kg的物体从静止开始自由下落，求：（1）重力G在t=3s内对物体做的功（2）重力G在t=3s内对物体做功的平均功率（3）在3s末，重力G对物体做功的瞬时功率。（取g=10m/s2）分析：物体只在重力作用下从静止开始做自由落体运动，由运动学知识可知，物体在t=3s内的位移s=at2=109=45(m)，物体在3s末的速度v=at=103=30(m/s)。知道了重力G=mg=20(N)、S、v就可以算出功和功率。解：（1）重力在t=3s内对物体所做的功为：W=mgs=2045=900(J)（2）重力在t=3s内对物体做功的平均功率： （3）在3s末，重力对物体做功的瞬时功率为：P=mgV=2030=600（W）注意：重力在t=3s内的平均功率也可以这样计算：物体在t=3s内的平均速度 平均功率： =mg =2015=300（W）练习：1、用同样的力F分别推放在光滑水平面上的质量较小的物体A和放在粗糙水平面上的质量较大的物体B。若A、B运动相同的位移，则：（）A、F对A做功多B、F对B做功的平均功率大C、F对A、B做功一样大D、F对A和B做功的平均功率相等2、关于摩擦力做功的说法正确的是：（）A、滑动摩擦力总是做负功B、滑动摩擦力可能做正功C、静摩擦力一定不做功D、静摩擦力可能做负功3、一悬绳吊着质量为m的物体，以大小为a的加速度竖直向上减速运动了一段距离h，则拉力对m做的功为：（）A、mah B、m(a-g)hC、m(g+a)hD、m(g-a)h4、质量为m的物体固定在一斜面上，当斜面向左以加速度a做匀加速直线运动了距离S时，斜面对物体做功是多少：（）A、mas B、mgscos C、mgssin D、mascos 5、质量为m的物体放在倾角为的斜面上，物体相对斜面静止向右匀速运动了距离s，则斜面对物体做功是多少：（）A、mgscosB、mgsin C、0 D、无法计算 6、从空中以40m/s的初速度平抛一个重为10N的物体，物体在空中运动3s落地，不计空气阻力，取g=10m/s2，则物体落地时重力的瞬时功率是：（）A、400W B、300W C、500W D、700W7、质量为2t的汽车的以30kW的功率在平直公路上行驶，能达到的最大速度为15m/s，当汽车速度为10m/s时，其加速度为：（）A、0.5m/s2 B、1m/s2C、1.5m/s2D、2m/s2 8、一辆汽车以恒定的功率沿倾角为30的斜坡行驶时，汽车所受的摩擦阻力等于车重的2倍，若车匀速上坡时速度为v，则它下坡时的速度为：（）A、v B、2v C、3v D、v9、质量为5106kg的列车以恒定的功率由静止沿平直轨道加速行驶，当速度增大到v1=2m/s时，加速度a1=0.9m/s2；当速度增大到v2=10m/s时，加速度a2=0.1m/s2。如果列车所受阻力不变，求：（1）汽车所受阻力多大？（2）在该功率下列车的最大速度是多少？答案：1、C 2、BD 3、D 4、A 5、C 6、B 7、A 8、A 9、f=5105N，vm=20m/s