资源简介 第29课时 功和功率 [双基落实课]立足“四层”·夯基础 复兴号动车在世界上首次实现速度350 km/h自动驾驶功能,成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。判断下列说法正误:(1)“复兴号”动车匀速运行时牵引力做正功。( )(2)匀速行驶的“复兴号”动车受到的阻力和重力均做负功。( )(3)若“复兴号”动车以恒定功率出站时(阻力恒定),其加速度是增大的。( )(4)由公式P=Fv只可以求平均功率,不可以求瞬时功率。( )着眼“四翼”·探考点考点一 恒力做功的分析和计算 [素养自修类] 1.【功的正负判断】图甲为一女士站在台阶式自动扶梯上匀速上楼(忽略扶梯对手的作用),图乙为一男士站在履带式自动扶梯上匀速上楼,两人相对扶梯均静止。下列关于做功的判断正确的是( )A.图甲中支持力对人做正功B.图甲中摩擦力对人做负功C.图乙中支持力对人做正功D.图乙中摩擦力对人做负功2.【恒力做功的计算】中国制造的某一型号泵车如图所示,表中列出了其部分技术参数。已知混凝土密度为2.4×103 kg/m3,假设泵车的泵送系统以150 m3/h的输送量给30 m高处输送混凝土,则每小时泵送系统对混凝土做的功至少为( )发动机最大输 出功率/kW 332 最大输送 高度/m 63整车满载 质量/kg 5.4×104 最大输送 量/(m3·h-1) 180A.1.08×107 J B.5.04×107 JC.1.08×108 J D.2.72×108 J1.两个角度判断功的正负(1)由力与位移(或速度)的夹角判断。(2)依据能量变化判断:功是能量转化的量度,若有能量转化,则必有力对物体做功。此法常用于判断两个相互联系的物体之间的相互作用力做功的情况。2.总功的计算方法方法一:先求合力F合,则总功W总=F合lcos α,此法要求F合为恒力。方法二:先求各个力做的功W1,W2,W3,…,则总功W总=W1+W2+W3+…,注意代入“+”“-”再求和。方法三:根据动能定理求总功,即W总=ΔEk。考点二 变力做功的分析和计算 [多维探究类] 以例说法微元法 圆周运动一周克服摩擦力做功Wf=Ff·Δx1+Ff·Δx2+Ff·Δx3+…=Ff(Δx1+Δx2+Δx3+…)=Ff·2πR等效转 换法 恒力F把物块从A拉到B,绳子对物块做功W=FF-x图 像法 物体在水平面上运动的位移为x0,拉力所做的功可以用图线与横轴所围面积表示,W=x0平均 力法 当力与位移为线性关系,力的平均值为=,力做的功W=ΔxW=Pt 公式法 当功率恒定时,利用公式W=Pt计算功,在如图所示的P-t图像中前3 s内力做功W=P1t1+P2t2+P3t3=6 J动能定 理法 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-cos θ)=0,得WF=mgL(1-cos θ)考法一 微元法计算变力的功(2024·舟山高三联考)如图所示,在水平面上,有一弯曲的槽道AB,槽道由半径分别为和R的两个半圆构成。现用大小恒为F的拉力将一光滑小球从A点沿槽道拉至B点,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( )A.0 B.FRC.πFR D.2πFR听课记录 考法二 等效转换法计算变力的功(多选)如图所示,固定的光滑竖直杆上套着一个滑块,滑块用绕过光滑的定滑轮O的轻绳系着。现以大小不变的拉力F拉绳,使滑块从A点由静止开始上升,滑块运动到C点时速度最大。已知滑块质量为m,滑轮O到竖直杆的距离为d,∠OAO'=37°,∠OCO'=53°,重力加速度为g(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)。则( )A.拉力F大小为mgB.拉力F大小为mgC.滑块由A到C过程轻绳对滑块做功mgdD.滑块由A到C过程轻绳对滑块做功mgd听课记录 考法三 平均力法计算变力的功如图所示,传送带通过滑道将长为L、质量为m的匀质物块以初速度v0向右传上水平台面,物块前端在台面上滑动s后停下来。已知物块与滑道间的摩擦不计,物块与台面间的动摩擦因数为μ,且s>L。则物块在整个过程中克服摩擦力所做的功为( )A.μmg B.μmgsC.μmg D.μmg(s-L)听课记录 考法四 图像法计算变力的功如图甲所示,质量为4 kg的物体在水平推力作用下开始运动,推力大小F随位移大小x变化的情况如图乙所示,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.5,g取10 m/s2,则( )A.物体先做加速运动,推力减小到零后才开始做减速运动B.运动过程中推力做的功为200 JC.物体在运动过程中的加速度先变小后不变D.因推力是变力,无法确定推力做功的大小听课记录 考点三 功率的分析和计算 [素养自修类] 1.【瞬时功率的计算】(2025·台州模拟)如图所示,某学校有一喷泉,向上喷出的水柱达5 m高。已知喷泉喷头出水口的横截面积为1×10-4 m2,水的密度为1×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2,则空中水柱的总质量和该喷头喷水的功率约为( )A.1 kg,50 W B.1 kg,100 WC.2 kg,50 W D.2 kg,100 W2.【平均功率的计算】(2024·浙江6月选考5题)一个音乐喷泉喷头出水口的横截面积为2×10-4 m2,喷水速度约为10 m/s,水的密度为1×103 kg/m3,则该喷头喷水的功率约为( )A.10 W B.20 WC.100 W D.200 W3.【功和功率的单位换算】(2025·浙江1月选考1题)我国新一代车用电池能够提供更长的续航里程,其参数之一为210 W·h/kg。其中单位“W·h”(瓦时)对应的物理量是( )A.能量 B.位移C.电流 D.电荷量1.瞬时功率的计算方法(1)利用公式P=Fvcos α,其中v为t时刻的瞬时速度。(2)利用公式P=FvF,其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度。(3)利用公式P=Fvv,其中Fv为物体受到的外力F在速度v方向上的分力。2.平均功率的计算方法(1)利用P=求解。(2)利用P=Fcos α求解,其中为物体运动的平均速度。考点四 机车启动问题 [互动共研类] 1.两种启动方式以恒定功率启动 以恒定加速度启动P-t图像 和 v-t图像OA 段 过程分析 v↑ F=↓ a=↓ a=不变 F不变v↑ P=Fv↑ 直到P额=Fv1运动性质 加速度减小的加速运动 匀加速直线运动,维持时间t0=AB 段 过程分析 F=F阻 a=0 vm= v↑ F=↓ a=↓运动性质 以vm做匀速直线运动 加速度减小的加速运动BC段 无 F=F阻 a=0 以vm=做匀速运动2.三个重要关系式(1)无论哪种启动方式,机车的最大速度都为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、速度或时间。目前,上海有若干辆超级电容车试运行,运行中无须连接电缆,只需在乘客上车间隙充电 30 s~1 min,就能行驶3~5 km。假设有一辆超级电容车,质量m=2×103 kg,额定功率P=60 kW,当超级电容车在平直水平路面上行驶时,受到的阻力Ff是车重力的0.1倍,g取10 m/s2。 (1)超级电容车在此路面上行驶所能达到的最大速度是多少?(2)若超级电容车从静止开始,保持以0.5 m/s2的加速度做匀加速直线运动,这一过程能维持多长时间?(3)若超级电容车从静止开始,保持额定功率做加速运动,50 s后达到最大速度,求此过程中超级电容车的位移大小。尝试解题1.(多选)(2025·舟山质检)一辆起重机从t=0时刻由静止开始竖直提升质量为500 kg的物体,物体的a-t图像如图所示,4 s末起重机的功率达到额定功率并保持不变,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2,下列说法正确的是( )A.物体在匀加速阶段的位移大小为4.0 mB.该起重机的额定功率为10.0 kWC.物体的最大速度大小为2.0 m/sD.0~4 s和4 s~8 s时间内牵引力对物体做的功之比为1∶22.(2025·绍兴期末)一架小型飞行器在平直跑道上以恒定功率200 kW由静止开始加速,最后以最大速度起飞,设在跑道上所受到的阻力不变,加速度a和速度的倒数的关系图像如图所示,则该飞行器( )A.质量为400 kgB.最大起飞速度大小为500 m/sC.在跑道上所受阻力大小为2 000 ND.速度大小为50 m/s时加速度大小为3 m/s2【特别提醒】 (1)在机车功率P=Fv中,F是机车的牵引力而不是机车所受的合力或阻力,表达式P=Ffvm只有在达到最大速度时才成立,此时F=Ff。(2)恒定功率下的启动过程一定不是匀加速运动,匀变速直线运动的公式不再适用,启动过程发动机做的功可用W=Pt计算,不能用W=Fl计算(因为F为变力)。(3)以恒定加速度启动只能维持一段时间,之后又要经历非匀变速直线运动,所以匀变速直线运动的公式只适用于匀加速阶段,不可生搬硬套。第六章 机械能第29课时 功和功率 [双基落实课]立足“四层”·夯基础 复兴号动车在世界上首次实现速度350 km/h自动驾驶功能,成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。判断下列说法正误:(1)“复兴号”动车匀速运行时牵引力做正功。( √ )(2)匀速行驶的“复兴号”动车受到的阻力和重力均做负功。( × )(3)若“复兴号”动车以恒定功率出站时(阻力恒定),其加速度是增大的。( × )(4)由公式P=Fv只可以求平均功率,不可以求瞬时功率。( × )着眼“四翼”·探考点考点一 恒力做功的分析和计算 [素养自修类] 1.【功的正负判断】图甲为一女士站在台阶式自动扶梯上匀速上楼(忽略扶梯对手的作用),图乙为一男士站在履带式自动扶梯上匀速上楼,两人相对扶梯均静止。下列关于做功的判断正确的是( )A.图甲中支持力对人做正功B.图甲中摩擦力对人做负功C.图乙中支持力对人做正功D.图乙中摩擦力对人做负功解析:A 题图甲中,人匀速上楼,不受摩擦力,支持力向上,与速度方向的夹角为锐角,则支持力做正功,故A正确,B错误;题图乙中,支持力与速度方向垂直,支持力不做功,摩擦力方向与速度方向相同,做正功,故C、D错误。2.【恒力做功的计算】中国制造的某一型号泵车如图所示,表中列出了其部分技术参数。已知混凝土密度为2.4×103 kg/m3,假设泵车的泵送系统以150 m3/h的输送量给30 m高处输送混凝土,则每小时泵送系统对混凝土做的功至少为( )发动机最大输 出功率/kW 332 最大输送高度/m 63整车满载 质量/kg 5.4×104 最大输送 量/(m3·h-1) 180A.1.08×107 J B.5.04×107 JC.1.08×108 J D.2.72×108 J解析:C 泵车的泵送系统以150 m3/h的输送量给30 m高处输送混凝土,每小时泵送系统对混凝土做的功W=ρVgh=2.4×103×150×10×30 J=1.08×108 J,故C正确。1.两个角度判断功的正负(1)由力与位移(或速度)的夹角判断。(2)依据能量变化判断:功是能量转化的量度,若有能量转化,则必有力对物体做功。此法常用于判断两个相互联系的物体之间的相互作用力做功的情况。2.总功的计算方法方法一:先求合力F合,则总功W总=F合lcos α,此法要求F合为恒力。方法二:先求各个力做的功W1,W2,W3,…,则总功W总=W1+W2+W3+…,注意代入“+”“-”再求和。方法三:根据动能定理求总功,即W总=ΔEk。考点二 变力做功的分析和计算 [多维探究类] 以例说法微元法 圆周运动一周克服摩擦力做功Wf=Ff·Δx1+Ff·Δx2+Ff·Δx3+…=Ff(Δx1+Δx2+Δx3+…)=Ff·2πR等效转 换法 恒力F把物块从A拉到B,绳子对物块做功W=FF-x图 像法 物体在水平面上运动的位移为x0,拉力所做的功可以用图线与横轴所围面积表示,W=x0平均 力法 当力与位移为线性关系,力的平均值为=,力做的功W=ΔxW=Pt 公式法 当功率恒定时,利用公式W=Pt计算功,在如图所示的P-t图像中前3 s内力做功W=P1t1+P2t2+P3t3=6 J动能定 理法 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-cos θ)=0,得WF=mgL(1-cos θ)考法一 微元法计算变力的功(2024·舟山高三联考)如图所示,在水平面上,有一弯曲的槽道AB,槽道由半径分别为和R的两个半圆构成。现用大小恒为F的拉力将一光滑小球从A点沿槽道拉至B点,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( )A.0 B.FRC.πFR D.2πFR答案:C解析: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F可以看成恒力,小球的路程为πR+π·,则拉力做的功为πFR,故C正确。考法二 等效转换法计算变力的功(多选)如图所示,固定的光滑竖直杆上套着一个滑块,滑块用绕过光滑的定滑轮O的轻绳系着。现以大小不变的拉力F拉绳,使滑块从A点由静止开始上升,滑块运动到C点时速度最大。已知滑块质量为m,滑轮O到竖直杆的距离为d,∠OAO'=37°,∠OCO'=53°,重力加速度为g(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)。则( )A.拉力F大小为mgB.拉力F大小为mgC.滑块由A到C过程轻绳对滑块做功mgdD.滑块由A到C过程轻绳对滑块做功mgd答案:AC解析:滑块到C点时速度最大,则其加速度为零,则所受合力为零,则有Fcos 53°-mg=0,解得F=mg,故A正确,B错误;由能量守恒定律可知,拉力F做的功等于轻绳拉力F对滑块做的功,滑轮与A间绳长L1=,滑轮与C间绳长L2=,滑轮右侧绳子增大的长度ΔL=L1-L2=-=,拉力做功W=FΔL=mgd,故C正确,D错误。考法三 平均力法计算变力的功如图所示,传送带通过滑道将长为L、质量为m的匀质物块以初速度v0向右传上水平台面,物块前端在台面上滑动s后停下来。已知物块与滑道间的摩擦不计,物块与台面间的动摩擦因数为μ,且s>L。则物块在整个过程中克服摩擦力所做的功为( )A.μmg B.μmgsC.μmg D.μmg(s-L)答案:C解析:物块在完全滑上台面前,摩擦力由0均匀增大到μmg,完全滑上平台后物块所受摩擦力恒定不变,故整个过程中物块克服摩擦力做功W=L+μmg(s-L)=μmg,故C正确。考法四 图像法计算变力的功如图甲所示,质量为4 kg的物体在水平推力作用下开始运动,推力大小F随位移大小x变化的情况如图乙所示,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.5,g取10 m/s2,则( )A.物体先做加速运动,推力减小到零后才开始做减速运动B.运动过程中推力做的功为200 JC.物体在运动过程中的加速度先变小后不变D.因推力是变力,无法确定推力做功的大小答案:B解析:滑动摩擦力大小为Ff=μmg=20 N,物体先加速运动,当推力减小到20 N时,加速度减小为零,之后推力逐渐减小,物体做加速度增大的减速运动,当推力减小为零后,物体以大小为a=μg=5 m/s2的加速度做匀减速运动,选项A、C错误;F-x图像中图线与横轴所围的面积表示推力做的功,则W=×100×4 J=200 J,选项B正确,D错误。考点三 功率的分析和计算 [素养自修类] 1.【瞬时功率的计算】(2025·台州模拟)如图所示,某学校有一喷泉,向上喷出的水柱达5 m高。已知喷泉喷头出水口的横截面积为1×10-4 m2,水的密度为1×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2,则空中水柱的总质量和该喷头喷水的功率约为( )A.1 kg,50 W B.1 kg,100 WC.2 kg,50 W D.2 kg,100 W解析:C 设水运动到最高点所用时间为t,水的初速度v==gt,上升过程水柱的质量为m1=ρSvt,功率P= =,空中水柱的总质量为m=ρV=ρSv·2t,代入数据解得m=2 kg,P=50 W,C正确,A、B、D错误。2.【平均功率的计算】(2024·浙江6月选考5题)一个音乐喷泉喷头出水口的横截面积为2×10-4 m2,喷水速度约为10 m/s,水的密度为1×103 kg/m3,则该喷头喷水的功率约为( )A.10 W B.20 W C.100 W D.200 W解析:C 单位时间内从喷头流出的水的质量m=ρSv,喷头喷水的功率等于单位时间内喷出的水的动能增加量,即P=mv2,联立解得P=100 W,C正确。3.【功和功率的单位换算】(2025·浙江1月选考1题)我国新一代车用电池能够提供更长的续航里程,其参数之一为210 W·h/kg。其中单位“W·h”(瓦时)对应的物理量是( )A.能量 B.位移C.电流 D.电荷量解析:A W是功率的单位,h是时间的单位,根据功的公式W=Pt可知“W·h”对应的物理量为功或能量,A正确,B、C、D错误。1.瞬时功率的计算方法(1)利用公式P=Fvcos α,其中v为t时刻的瞬时速度。(2)利用公式P=FvF,其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度。(3)利用公式P=Fvv,其中Fv为物体受到的外力F在速度v方向上的分力。2.平均功率的计算方法(1)利用P=求解。(2)利用P=Fcos α求解,其中为物体运动的平均速度。考点四 机车启动问题 [互动共研类] 1.两种启动方式以恒定功率启动 以恒定加速度启动P-t图像 和 v-t图像OA 段 过程分析 v↑ F=↓ a=↓ a=不变 F不变v↑ P=Fv↑ 直到P额=Fv1运动性质 加速度减小的加速运动 匀加速直线运动,维持时间t0=AB 段 过程分析 F=F阻 a=0 vm= v↑ F=↓ a=↓运动性质 以vm做匀速直线运动 加速度减小的加速运动BC段 无 F=F阻 a=0 以vm=做匀速运动2.三个重要关系式(1)无论哪种启动方式,机车的最大速度都为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、速度或时间。目前,上海有若干辆超级电容车试运行,运行中无须连接电缆,只需在乘客上车间隙充电 30 s~1 min,就能行驶3~5 km。假设有一辆超级电容车,质量m=2×103 kg,额定功率P=60 kW,当超级电容车在平直水平路面上行驶时,受到的阻力Ff是车重力的0.1倍,g取10 m/s2。 (1)超级电容车在此路面上行驶所能达到的最大速度是多少?(2)若超级电容车从静止开始,保持以0.5 m/s2的加速度做匀加速直线运动,这一过程能维持多长时间?(3)若超级电容车从静止开始,保持额定功率做加速运动,50 s后达到最大速度,求此过程中超级电容车的位移大小。答案:(1)30 m/s (2)40 s (3)1 050 m解析:(1)当超级电容车速度达到最大时,超级电容车的牵引力与阻力平衡,即F=FfFf=kmg=2 000 N又P=Ffvm解得vm=30 m/s。(2)超级电容车做匀加速运动,由牛顿第二定律得F1-Ff=ma解得F1=3 000 N设超级电容车刚达到额定功率时的速度为v1,P=F1v1v1==20 m/s设超级电容车匀加速运动的时间为t,则v1=at解得t=40 s。(3)从静止到达到最大速度的整个过程牵引力与阻力做功,由动能定理得Pt2-Ffx=m解得x=1 050 m。1.(多选)(2025·舟山质检)一辆起重机从t=0时刻由静止开始竖直提升质量为500 kg的物体,物体的a-t图像如图所示,4 s末起重机的功率达到额定功率并保持不变,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2,下列说法正确的是( )A.物体在匀加速阶段的位移大小为4.0 mB.该起重机的额定功率为10.0 kWC.物体的最大速度大小为2.0 m/sD.0~4 s和4 s~8 s时间内牵引力对物体做的功之比为1∶2解析:AD 物体在匀加速阶段的位移大小x1=a,解得x1=4 m,A正确;物体在匀加速阶段,根据牛顿第二定律可得F-mg=ma,解得牵引力大小为F=5 250 N,4 s末物体的速度为v=at1,解得v=2 m/s,则该起重机的额定功率为P=Fv=5 250×2 W=10.5 kW,B错误;当牵引力等于重力时,物体的速度达到最大,则有vm=,解得vm=2.1 m/s,C错误;0~4 s内牵引力对物体做的功为W1=Fx1=5 250×4 J=2.1×104 J,4~8 s时间内牵引力对物体做的功为W2=Pt2=10.5×103×4 J=4.2×104 J,则0~4 s和4~8 s时间内牵引力对物体做的功之比为W1∶W2=1∶2,D正确。2.(2025·绍兴期末)一架小型飞行器在平直跑道上以恒定功率200 kW由静止开始加速,最后以最大速度起飞,设在跑道上所受到的阻力不变,加速度a和速度的倒数的关系图像如图所示,则该飞行器( )A.质量为400 kgB.最大起飞速度大小为500 m/sC.在跑道上所受阻力大小为2 000 ND.速度大小为50 m/s时加速度大小为3 m/s2解析:D 对飞行器受力分析,根据牛顿第二定律有F-f=ma,其中F=,联立得a=-,结合题图线,当物体的速度最大时,加速度为零,结合图像可知,a=0时,=0.005 s/m,所以v=200 m/s,即最大速度大小为200 m/s,速度最大时阻力大小等于牵引力大小,则f=F牵=,代入数据可得f=1 000 N,由图像可知-=-1 m/s2,解得m=1 000 kg,A、B、C错误;由P=Fv,可知速度大小是50 m/s时F== N=4 000 N,飞行器的加速度a== m/s2=3 m/s2,D正确。【特别提醒】 (1)在机车功率P=Fv中,F是机车的牵引力而不是机车所受的合力或阻力,表达式P=Ffvm只有在达到最大速度时才成立,此时F=Ff。(2)恒定功率下的启动过程一定不是匀加速运动,匀变速直线运动的公式不再适用,启动过程发动机做的功可用W=Pt计算,不能用W=Fl计算(因为F为变力)。(3)以恒定加速度启动只能维持一段时间,之后又要经历非匀变速直线运动,所以匀变速直线运动的公式只适用于匀加速阶段,不可生搬硬套。8 / 8 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第29课时功和功率[双基落实课](学生版).docx 第29课时功和功率[双基落实课](教师版).docx