高三物理《功和功率》教材分析.docx
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高三物理《功和功率》教材分析
高三物理《功和功率》教材分析
高三物理《功和功率》教材分析
考点17 功和功率
考点名片
考点细研究:
本考点考查要点有:
(1)功的理解与计算;
(2)恒力及合力做功的计算、变力做功;(3)机车启动问题;(4)功、功率与其他力学知识的综合。
其中考查到的如:
2016年天津高考第8题、201年全国卷第17题、201年海南高考第3题、201年北京高考第23题、201年浙江高考第18题、201年四川高考第9题、2014年全国卷第16题、2014年重庆高考第2题、2013年安徽高考第22题等。
备考正能量:
本考点内容在高考中往往与动能定理、功能关系、图象问题等结合考查。
预计今后高考将延续以上特点,并结合当代生活实际、科技和社会热点作为命题的背景和素材。
一、基础与经典
1.关于摩擦力对物体做功,以下说法中正确的是( )
A.滑动摩擦力总是做负功
B.滑动摩擦力可能做负功,也可能做正功
.静摩擦力对物体一定不会做功
D.静摩擦力对物体总是做正功
答案 B
解析 不论是滑动摩擦力,还是静摩擦力,都既可以为阻力,也可以为动力,则既可以做负功,也可以做正功,也都可能不做功,故选项A、、D均错误,B正确。
2用水平力F拉一物体,使物体在水平地面上由静止开始做匀加速直线运动,t1时刻撤去拉力F,物体做匀减速直线运动,到t2时刻停止,其速度—时间图象如图所示,且α>β。
若拉力F做的功为1,平均功率为P1;物体克服摩擦阻力Ff做的功为2,平均功率为P2,则下列选项正确的是( )
A.1>2,F=2FfB.1=2,F>2Ff
.P12FfD.P1=P2,F=2Ff
答案 B
解析 整个运动过程中,根据动能定理有1-2=0,所以1=2,又P1=,P2=,所以P1>P2;根据牛顿第二定律,施加拉力F时,加速度大小a1=,撤去拉力F后加速度大小a2=,v&sh;t图象斜率的绝对值表示加速度的大小,根据题图可知a1>a2,即>可得F>2Ff,综上分析,本题答案为B。
3如图所示,木板可绕固定水平轴转动。
木板从水平位置A缓慢转到B位置,木板上的物块始终相对于木板静止。
在这一过程中,物块的重力势能增加了2。
用FN表示物块受到的支持力,用Ff表示物块受到的摩擦力。
在此过程中,以下判断正确的是( )
A.FN和Ff对物块都不做功
B.FN对物块做功为2,Ff对物块不做功
.FN对物块不做功,Ff对物块做功为2
D.FN和Ff对物块所做功的代数和为0
答案 B
解析 物块所受的摩擦力Ff沿木板斜向上,与物块的速度方向时刻垂直,故摩擦力Ff对物块不做功,物块在慢慢移动过程中,重力势能增加了2,重力做负功2,支持力FN对物块做正功2,故B正确。
4将一个苹果斜向上抛出,苹果在空中依次飞过三个完全相同的窗户1、2、3。
图中曲线为苹果在空中运行的轨迹。
若不计空气阻力的影响,以下说法正确的是( )
A.苹果通过第1个窗户所用的时间最长
B.苹果通过第3个窗户的竖直方向平均速度最大
.苹果通过第1个窗户重力做的功最大
D.苹果通过第3个窗户重力的平均功率最小
答案 D
解析 抛出的苹果在竖直方向上做竖直上抛运动,通过三个窗户的时间由竖直方向的运动决定。
苹果竖直方向上做减速运动,三个窗户的竖直高度相同,故通过第1个窗户所用时间最短,A项错误;通过第3个窗户所用时间最长,因此该过程中竖直方向的平均速度最小,重力的平均功率最小,B项错误,D项正确;重力做功与高度差有关,故通过三个窗户时苹果克服重力做的功相同,项错误。
如图所示,位于固定粗糙斜面上的小物块P,受到一沿斜面向上的拉力F,沿斜面匀速上滑。
现把力F的方向变为竖直向上,若使物块P仍沿斜面保持原的速度匀速运动,则( )
A.力F一定要变小B.力F一定要变大
.力F的功率将减小D.力F的功率将增大
答案
解析 受到一沿斜面向上的拉力F,F=gsinθ+μgsθ,把力F的方向变为竖直向上,仍沿斜面保持原的速度匀速运动,F=g,由于题述没有给出θ和μ的具体数值,不能判断出力F如何变化,选项A、B错误;力沿斜面时P1=Fv=(gsinθ+μgsθ)v,F变为竖直向上后,P2=F′vsinθ=gvsinθ,P2v)时,所受牵引力为F。
以下说法正确的是( )
A.坦克速度为v时,坦克的牵引力做功为Fs
B.坦克的最大速度v=
.坦克速度为v时加速度为a=
D.坦克从静止开始达到最大速度v所用时间t=
答案 B
解析 坦克以恒定功率加速,根据P=Fv得,v增大,F减小,牵引力做的功不等于Fs,A错误;坦克运动速度为v时,牵引力等于阻力f,则v=,故B正确;坦克速度为v时,牵引力为F,由牛顿第二定律得F-f=a,a=,故正确;坦克做变加速运动,≠,t≠,D错误。
9(多选)一质量为800g的电动汽车由静止开始沿平直公路行驶,达到的最大速度为18/s,利用传感器测得此过程中不同时刻电动汽车的牵引力F与对应的速度v,并描绘出F&sh;图象,图中AB、B均为直线。
若电动汽车在行驶过程中所受的阻力恒定,由图象可知下列说法正确的是( )
A.电动汽车由静止开始一直做变加速直线运动
B.电动汽车的额定功率为108
.电动汽车由静止开始经过2s,速度达到6/s
D.电动汽车行驶中所受的阻力为600N
答案 BD
解析 根据题图可知,电动汽车从静止开始做匀加速直线运动而后做加速度逐渐减小的变加速直线运动,达到最大速度,选项A错误;由题设条,可知电动汽车的最大速度为18/s时,其所受合外力为零,故此时阻力等于牵引力,为600N,选项D正确;根据功率定义,P=fv=600×18=108,选项B正确;电动汽车匀加速运动的时间为t,由牛顿第二定律可得F′-f=a,a=3/s2,=at,t==12s,若电动汽车一直匀加速2s,其速度才可达到6/s,实际上电动汽车匀加速12s后做加速度逐渐减小的变加速运动,因而2s时电动汽车的速度小于6/s,选项错误。
10.(多选)如图甲所示,静止在水平地面的物块A,受到水平向右的拉力F作用,F与时间t的关系如图乙所示,设物块与地面的静摩擦力最大值f与滑动摩擦力大小相等,则( )
A.0~t1时间内F的功率逐渐增大
B.t2时刻物块A的加速度最大
.t2时刻后物块A做反向运动
D.t3时刻物块A的动能最大
答案 BD
解析 根据图乙可知:
在0~t1时间内拉力F没有达到最大静摩擦力f,物体处于静止状态,则拉力F的功率为零,选项A错误;对物块A由牛顿第二定律有F-f=a,由于t2时刻拉力F最大,则t2时刻物块加速度a最大,选项B正确;t2到t3这段时间内拉力F大于f,所以物块做加速运动,t3时刻速度达到最大,选项错误,D正确。
二、真题与模拟
11.201·海南高考]假设摩托艇受到的阻力大小正比于它的速率。
如果摩托艇发动机的输出功率变为原的2倍,则摩托艇的最大速率变为原的( )
A.4倍B.2倍倍D倍
答案 D
解析 阻力f与速率v成正比,设比值为,则f=v。
摩托艇达到最大速率时P=fv,得P=v2,即输出功率与最大速率的平方成正比,若输出功率变为原的2倍,则最大速率变为原的倍,D正确。
12.201·浙江高考](多选)我国科学家正在研制航母舰载机使用的电磁弹射器。
舰载机总质量为30×104g,设起飞过程中发动机的推力恒为10×10N;弹射器有效作用长度为100,推力恒定。
要求舰载机在水平弹射结束时速度大小达到80/s。
弹射过程中舰载机所受总推力为弹射器和发动机推力之和,假设所受阻力为总推力的20%,则( )
A.弹射器的推力大小为11×106N
B.弹射器对舰载机所做的功为11×108
.弹射器对舰载机做功的平均功率为88×107
D.舰载机在弹射过程中的加速度大小为32/s2
答案 ABD
解析 由题述可知,舰载机弹射过程的加速度为a==/s2=32/s2,D项正确;根据牛顿第二定律,F发+F弹-02(F发+F弹)=a,可求得弹射器的推力大小F弹=11×106N,A项正确;弹射器对舰载机做的功为=11×106×100=11×108,B项正确;弹射过程的时间t==s=2s,弹射器做功的平均功率P==44×107,项错误。
13.201·全国卷]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变化的图线中,可能正确的是( )
答案 A
解析 在v&sh;t图象中,图线的斜率代表汽车运动时的加速度,由牛顿第二定律可得:
在0~t1时间内,-f=a,当速度v不变时,加速度a为零,在v&sh;t图象中为一条水平线;当速度v变大时,加速度a变小,在v&sh;t图象中为一条斜率逐渐减小的曲线,选项B、D错误;同理,在t1~t2时间内,-f=a,图象变化情况与0~t1时间内情况相似,由于汽车在运动过程中速度不会发生突变,故选项错误,选项A正确。
14.2014·重庆高考]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1和2倍,最大速率分别为v1和v2,则( )
A.v2=1v1B.v2=v1
.v2=v1D.v2=2v1
答案 B
解析 根据机车的启动规律可知,当牵引力等于阻力时,车速最大,有v=,又Ff=g,则==,B项正确。
1.2014·全国卷]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F1、F2分别表示拉力F1、F2所做的功,f1、f2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功,则( )
A.F2>4F1,f2>2f1
B.F2>4F1,f2=2f1
.F2<4F1,f2=2f1
D.F2<4F1,f2<2f1
答案
解析 由v=at可知,a2=2a1;由x=at2可知,x2=2x1;根据题意,物体受的摩擦力Ff不变,由f=Ffx可知,f2=2f1;由a=可知,F2<2F1。
由F=Fx可知,F2<4F1,选项正确。
16.2016·西城期末](多选)如图1所示,物体A以速度v0做平抛运动,落地时水平方向的位移和竖直方向的位移均为L,图1中的虚线是A做平抛运动的轨迹。
图2中的曲线是一光滑轨道,轨道的形状与图1中的虚线相同。
让物体B从轨道顶端无初速下滑,B下滑过程中没有脱离轨道。
物体A、B都可以看做质点。
重力加速度为g。
则下列说法正确的是( )
A.A、B两物体落地时的速度方向相同
B.A、B两物体落地时的速度大小相等
.物体B落地时水平方向的速度大小为
D.物体B落地时重力的瞬时功率为g
答案 A
解析 曲线运动轨迹上的任意一点切线方向为该点的速度方向,A对;根据动能定理知,A、B在下落过程中重力做功相同,但B初速度为零,所以落地时速度大小不相等,B错;由v0t=gt2,t=,v=gt=2v0知道A落地时竖直方向速度为水平方向速度的2倍,因为B落地时速度与A落地时速度方向相同,所以可以知道B竖直方向速度为水平方向速度的2倍,设B落地时速度为v,水平分速度为vx,则竖直分速度为2vx,由gL=v2,v2=v+(2vx)2得vx=,对;落地时重力的瞬时功率P=g·2vx=2g,D错。
17.2017·太原调研]质量为的汽车在平直的路面上启动,启动过程的速度图象如图所示,其中A段为直线,AB段为曲线,B点后为平行横轴的直线。
已知从t1时刻开始汽车的功率保持不变,整个运动过程中汽车所受阻力的大小恒为Ff,以下说法正确的是( )
A.0~t1时间内,汽车牵引力的数值为
B.t1~t2时间内,汽车的功率等于v2
.t1~t2时间内,汽车的平均速率小于
D.汽车运动的最大速率v2=v1
答案 D
解析 0~t1时间内汽车的加速度大小为,为汽车所受的合外力大小,而不是牵引力大小,选项A错误;由牛顿第二定律可知F-Ff=a,故F=+Ff,t1时刻汽车牵引力的功率为Fv1=v1,之后汽车功率保持不变,选项B错误;t1~t2时间内,汽车的平均速率大于,选项错误;牵引力等于阻力时速度最大,即t2时刻汽车速率达到最大值,则有v1=Ffv2,解得v2=v1,选项D正确。
18.2017·东北三省四市联考]A、B两物体放在同一水平面上,分别受到水平拉力F1、F2的作用,而从静止开始从同一位置出发沿相同方向做匀加速直线运动。
经过时间t0和4t0,当二者速度分别达到2v0和v0时分别撤去F1和F2,以后物体做匀减速运动直至停止。
两物体运动的v&sh;t图象如图所示。
已知二者的质量之比为12,下列结论正确的是( )
A.物体A、B的位移大小之比是3
B.两物体与地面间的动摩擦因数可能不相等
.F1和F2的大小之比是6
D.整个运动过程中F1和F2做功之比是6
答案
解析 v&sh;t图象与两坐标轴所围的面积表示质点在对应时间内的位移,A、B两物体的位移分别为x1=×2v0×3t0=3v0t0,x2=×v0×t0=v0t0,故x1x2=6,选项A错误;撤去拉力后,A、B两物体的加速度大小分别为a1==,a2==,即a1=a2=μg,故两物体与地面间的动摩擦因数相等,选项B错误;在加速过程中由牛顿第二定律可得F1-μ1g=1a1、F2-μ2g=2a2、a1=、a2=、μg=,而2=21,故F1F2=6,选项正确;全过程中根据动能定量可知1=μ1gx1,2=μ2gx2,故整个运动过程中F1和F2做功之比12=3,选项D错误。
19.2016·江西遂川一模](多选)如图所示,三角形传送带以1/s的速度逆时针匀速转动,左右两边的传送带长都是2且与水平方向的夹角均为37°。
现有两个小物块A、B从传送带顶端都以1/s的初速度沿传送带下滑,物块与传送带间的动摩擦因数都是0,取g=10/s2,sin37°=06,s37°=08,则下列说法正确的是( )
A.物块A先到达传送带底端
B.物块A、B同时到达传送带底端
.传送带对物块A、B均做负功
D.物块A、B在传送带上的划痕长度之比为13
答案 BD
解析 物块重力沿传送带的分力G1=gsin37°=06g,沿传送带的滑动摩擦力f=μgs37°=04g,由于G1>f,所以两物块均受到沿斜面向上的滑动摩擦力,加速下滑的加速度大小均为a==2/s2,根据s=v0t+at2,得知两物块在传送带上运动的时间t相同,选项B正确,A错误;两物块各自受到的滑动摩擦力与速度方向相反,均做负功,选项正确;由v2-v=2as得末速度大小v=3/s,滑动时间t==1s,物块A、B在传送带上的划痕长度之比为=,选项D正确。
一、基础与经典
20如图所示,一质量为的小球,用长为L的轻绳悬挂于点:
(1)小球在水平拉力F的作用下从平衡位置P点缓慢地移动到Q点,此时悬线与竖直方向的夹角为θ;
(2)小球在水平恒力F作用下由P点移动到Q点,此时悬线与竖直方向的夹角为θ。
求上述
(1)
(2)两种情况下拉力F所做的功各为多大?
答案
(1)gL(1-sθ)’
(2)FLsinθ
解析
(1)将小球“缓慢”地移动,可认为小球一直处于平衡状态并且动能不变,由平衡条可求得:
当轻绳与竖直方向夹角为θ时,F=gtanθ,可见当θ由零增大到θ的过程中,F一直增大,因此用动能定理求变力F做功。
小球由P移动到Q的过程中由动能定理得-gL(1-sθ)=0,故有=gL(1-sθ)。
(2)当小球在恒力F作用下由P运动到Q时,由公式知力F做的功为=FLsinθ。
21.质量为的物体静止在光滑的水平面上,从t=0时刻开始物体受到水平力F的作用,水平力F的大小和方向与时间的关系如图所示。
(1)求3t0时间内水平力F所做的总功;
(2)3t0时刻水平力F的瞬时功率。
答案
(1)
(2)
解析
(1)设前2t0时间内物体的位移为x1,力反向时物体的速度为v1,反向后,设历时t1,物体速度为零,匀减速运动的位移为x2,反向匀加速运动的位移为x3,3t0时速度为v2,则有
x1=··(2t0)2=,v1=·2t0,
由v1=t1得t1==t0,
由2x2=v得x2==·t,
x3=·(t0-t1)2=,
因此3t0时间内水平力F所做的总功
=F0x1-3F0x2+3F0x3=。
(2)v2=(t0-t1)=t0,故3t0时刻水平力F的瞬时功率P=3F0v2=。
二、真题与模拟
22.201·天津高考]某快递公司分拣邮的水平传输装置示意如图,皮带在电动机的带动下保持v=1/s的恒定速度向右运动,现将一质量为=2g的邮轻放在皮带上,邮和皮带间的动摩擦因数μ=0。
设皮带足够长,取g=10/s2,在邮与皮带发生相对滑动的过程中,求:
(1)邮滑动的时间t;
(2)邮对地的位移大小x;
(3)邮与皮带间的摩擦力对皮带做的功。
答案
(1)02s
(2)01 (3)-2
解析
(1)设邮放到皮带上与皮带发生相对滑动过程中受到的滑动摩擦力为F,则F=μg
由牛顿第二定律得μg=a
由运动学可知v=at
由式并代入数据得t=02s/华-资*%库
(2)邮与皮带发生相对滑动的过程中,对邮应用动能定理,有Fx=v2-0
由式并代入数据得x=01
(3)邮与皮带发生相对滑动的过程中,设皮带相对地面的位移为s,则s=vt
摩擦力对皮带做的功=-Fs
由式并代入数据得=-2。
23.201·四川高考]严重的雾霾天气,对国计民生已造成了严重的影响,汽车尾气是形成雾霾的重要污染,“铁腕治污”已成为国家的工作重点。
地铁列车可实现零排放,大力发展地铁,可以大大减少燃油公交车的使用,减少汽车尾气排放。
若一地铁列车从甲站由静止启动后做直线运动,先匀加速运动20s达最高速度72/h,再匀速运动80s,接着匀减速运动1s到达乙站停住。
设列车在匀加速运动阶段牵引力为1×106N,匀速运动阶段牵引力的功率为6×103,忽略匀减速运动阶段牵引力所做的功。
(1)求甲站到乙站的距离;
(2)如果燃油公交车运行中做的功与该列车从甲站到乙站牵引力做的功相同,求公交车排放气态污染物的质量。
(燃油公交车每做1焦耳功排放气态污染物3×10-6克)
答案
(1)190
(2)204g
解析
(1)设列车匀加速直线运动阶段所用的时间为t1,距离为x1;在匀速直线运动阶段所用的时间为t2,距离为x2,速度为v;在匀减速直线运动阶段所用的时间为t3,距离为x3;甲站到乙站的距离为x。
则根据匀变速直线运动的规律可得:
x1=vt1
x2=vt2
x3=vt3
x=x1+x2+x3
联立式并代入数据得
x=190
(2)设列车在匀加速直线运动阶段的牵引力为F,所做的功为1;在匀速直线运动阶段的牵引力的功率为P,所做的功为2。
设燃油公交车做的功与该列车从甲站到乙站牵引力做的功相同时,排放的气态污染物质量为。
由题意,得
1=F·x1
2=P·t2
=1+2
=(3×10-9g·-1)·
联立式并代入数据得
=204g。
24.2016·云南省统一检测]一人骑自行车由静止开始上一长L=200斜坡,斜坡坡度为00(沿斜坡前进100,高度上升),自行车达到最大速度前做加速度a=1/s2的匀加速直线运动,达到最大速度后脚蹬踏板使大齿轮以n=转/秒的转速匀角速转动,自行车匀速运动一段时间后,由于骑行者体能下降,自行车距离坡顶0处开始做匀减速运动,已知最后0的平均速度只有之前平均速度的84%。
此人质量=60g,自行车质量=1g,大齿轮直径d1=1,小齿轮直径d2=6,车轮直径d3=60。
运动过程中,自行车受到大小恒为f=20N的摩擦阻力作用。
取g=10/s2,求:
(1)运动过程中自行车的最大速度v和到达坡顶时的速度v;
(2)从坡底到坡顶,此人做功的平均功率。
答案
(1)6/s 3/s
(2)3027
解析
(1)据题意可得ω1=ω2,ω1=2πn,v=ω2,联立解得v=6/s。
设匀加速运动的过程的时间为t1,则根据运动学公式有
v=at1,x1=at,解得t1=6s,x1=18。
设匀速运动的时间为t2,则有10-x1=vt2,解得t2=22s。
设人到坡顶的速度大小为v,根据题意可得:
=,=84%,得=×084,解得=4/s,
对匀减速运动的过程=,解得v=3/s。
(2)设最后0所用时间为t3,则0=t3,解得t3=111s。
从坡底到坡顶,人做的功为=(+)gLsinθ+(+)v2+fL,据题意sinθ=00,此人做功的平均功率为P=,解得P=3027。
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