高一物理上册TCT沪科教版T同步功和功率3星级doc.docx
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高一物理上册TCT沪科教版T同步功和功率3星级doc
精锐教育学科教师辅导教案
学员编号:
年级:
高一课时数:
1
学员姓名:
辅导科目:
物理学科教师:
授课内容
功和功率
星级
★★★
授课日期及时段
教学内容
Ⅰ.课堂导入
<建议用时5分钟!
>
我们很多生活中的小轿车都是有排档的,那么,请问你们知道排档的作用是什么吗?
Ⅱ.同步讲解
<建议用时20分钟!
>
一、要点提纲:
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)
功的公式和单位
1、公式:
W=F·Scosα
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=1N·m (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。
功率的概念:
1、功率是描述做功快慢的物理量。
2、功和完成这些功所用的时间的比值,叫做功率。
3、功率是标量。
功率的公式和单位:
1、定义式:
(其中W代表功,t代表做功所用的时间,P代表功率)
2、功率的单位:
(1)在国际单位制中,功率的单位是瓦特,简称“瓦”,符号“W”
1W=1J/S(1瓦=1焦/秒)
(2)千瓦:
符号“kw”1kw=1000w(1千瓦=1000瓦)
平均功率与瞬时功率
1、平均功率:
其中
是物体在t时间内的平均速度,α是F与
之间的夹角。
2、瞬时功率:
P=Fvcosα(当Δt→0时,
为瞬时速度)
其中v是物体在某一时刻的瞬时速度,α是F与v之间的夹角。
3、说明:
如果作用于物体上的力为恒力,且物体以速度v做匀速直线运动,则力对物体做功的功率保持不变。
在这种情况下,任意一段时间内的平均功率与任一瞬间的瞬时功率都是相同的。
二.题型分类:
题型一:
功的概念
【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)
【答案】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ΣF=0
x轴:
mgsin37°+f=F
y轴:
mgcos37°=N
∴
物体的位移
∴WG=mg·s·cos(90°+37°)=10×5×(-
)=-30(J)
WF=F·s·cos0°=10×5=50(J)
Wf=f·s·cos180°=4×5×(-1)=-20(J)
WN=N·s·cos90°=0
W合=ΣF·s=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=mg·s'·cos180°=10×3×(-1)=-30(J),可见重力对物体做功与始末位置的高度差有关。
【解析】 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=F·Scosα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。
【例2】(★★★)质量为M、长为L的长木板,放置在光滑的水平面上,长木板最右端放置一质量为m的小物块,如图8-1所示.现在长木板右端加一水平恒力F,使长木板从小物块底下抽出,小物块与长木板摩擦因数为μ,求把长木板抽出来所做的功.
【答案】由F=ma得m与M的各自对地的加速度分别为
设抽出木板所用的时间为t,则m与M在时间t内的位移分别为
所以把长木板从小物块底下抽出来所做的功为
【解析】解决此类问题的关键在于深入分析的基础上,头脑中建立一幅清晰的动态的物理图景,为此要认真画好草图(如图8-2).在木板与木块发生相对运动的过程中,作用于木块上的滑动摩擦力f为动力,作用于木板上的滑动摩擦力f′为阻力,由于相对运动造成木板的位移恰等于物块在木板左端离开木板时的位移Sm与木板长度L之和,而它们各自的匀加速运动均在相同时间t内完成,再根据恒力功的定义式求出最后结果.
变式训练:
如图8-3所示,用恒力F通过光滑的定滑轮,将静止于水平面上的物体从位置A拉到位置B,物体可视为质点,定滑轮距水平面高为h,物体在位置A、B时,细绳与水平面的夹角分别为α和β,求绳的拉力F对物体做的功.
【答案】设物体在位置A时,滑轮左侧绳长为l1,当物体被绳拉至位置B时,绳长变为l2,因此物体由A到B,绳长的变化量
又因T=F,则绳的拉力T对物体做的功
【解析】如何由求变力功转化为求恒力功,即实现由变到不变的转化,本题采用了等效法,即将恒定拉力F作用点的位移与拉力F的乘积替代绳的拉力对物体做功.这种解题的思路和方法应予以高度重视.
题型二:
功率的计算
【例3】(★★★)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)
【答案】
(1)重力在t=3s内对物体所做的功为:
W=mg·s=20×45=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=mg·V=20×30=600(W)
【解析】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=
×10×9=45(m),物体在3s末的速度v=at=10×3=30(m/s)。
知道了重力G=mg=20(N)、S、v就可以算出功和功率。
变式训练:
汽车发动机的功率为60kW,汽车的质量为4t,当它行驶在坡度为0.02的长直公路上时,如图8-4,所受阻力为车重的0.1倍(g=10m/s2),求:
(1)汽车所能达到的最大速度vm=?
(2)若汽车从静止开始以0.6m/s2的加速度做匀加速直线运动,则此过程能维持多长时间?
(3)当汽车匀加速行驶的速度达到最大值时,汽车做功多少?
(4)在10s末汽车的即时功率为多大?
【答案】
(1)汽车在坡路上行驶,所受阻力由两部分构成,即
f=Kmg+mgsinα=4000+800=4800N.
又因为F=f时,P=f·vm,所以
(2)汽车从静止开始,以a=0.6m/s2,匀加速行驶,由F=ma,有F′-f-mgsinα=ma.所以
F′=ma+Kmg+mgsinα=4×103×0.6+4800=7.2×103N.
保持这一牵引力,汽车可达到匀加速行驶的最大速度v′m,有
由运动学规律可以求出匀加速行驶的时间与位移
(3)由W=F·S可求出汽车在匀加速阶段行驶时做功为
W=F·S=7.2×103×57.82=4.16×105J.
(4)当t=10s<13.9s,说明汽车在10s末时仍做匀加速行驶,则汽车的即时功率
Pt=F·vt=F·a·t=7.2×103×0.6×10=43.2kW.
【解析】本题为功和功率概念应用于汽车运动过程中的综合题.注意汽车匀加速行驶的特征:
牵引力为恒力,发动机输出功率与即时功率逐渐呈线性增大.当输出功率达到额定功率可作为匀加速运动结束的判据。
此后牵引力将逐渐减小,直至
时以vm收尾匀速行驶.
Ⅲ.达标检测
<建议用时10分钟!
>
(时间10分钟,共10道题,满分30分)
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
【答案】C
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
【答案】BD
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)h C、m(g+a)h D、m(g-a)h
【答案】D
4.(★★★)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、mgscosθ C、mgssinθ D、mascosθ
【答案】A
5.(★★★)质量为m的物体放在倾角为θ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、mgscosθ B、mgsinθ C、0 D、无法计算
【答案】C
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、700W
【答案】B
7.(★★★)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/s2 C、1.5m/s2 D、2m/s2
【答案】A
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、
v
【答案】A
9.(★★★)质量为5×106kg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】f=5×105N,vm=20m/s
本次测试得分______________
<喔………达标啦!
>
Ⅳ.物理巴士
爱因斯坦测试特异功能
少年朋友,如果有人说,他能知道你正在想什么,你信吗?
很多人都会说不信。
大物理学家爱因斯坦也这样认为。
传说他曾经亲自测试过这种事。
一个名叫沃夫·梅森的人,他说他有这种特异功能。
一天,爱因斯坦正和一位学者谈话,梅森来了。
见到梅森,爱因斯坦忽然想起一件事。
不料,梅森立即转身到隔壁房间拿来一把剃须刀。
爱因斯坦大笑起来,原来他刚才想的就是“刮胡子”。
这件事虽然只是传说,但是一些科学家确实在探索这个问题。
不久前,在前苏联的一次机器人展览会上,一台“生物电操作器”吸引了很多人。
把一只金属手镯套在人的手臂上,只要套手镯的人脑子里想着“握紧拳头”,远处的机械手便立即握紧;当想到“松开手”时,机械手的手指也马上松开了。
这说明了什么呢?
说明思想并不像人们过去认为的那样,是装在大脑里摸不着的东西,它是物质的,可以通过导线传导。
当一个人的大脑在想事的时候,就会有生物电活动,通过导线的传导,机械手上的接收装置把这些生物电流放大,形成了操作机器的命令,机械手就随着人的思维握紧或松开手指。
人的思想能通过导线指挥机器装置,那么,能不能不通过导线,而以电波的形式直接传给另一个人呢?
1979年,美国两位博士宣布,他们用计算机已经能把人思维时的脑电波翻译成词,并已鉴别出27个词的脑电波图形。
他们像做电脑图那样,把脑电图机的电极连在被试验的人头上,然后,要求接受试验的人重复想某一个单词,比如:
“杯子”。
当想到“杯子”时,人的脑子里就会出现杯子这个词的意念,这种意念又会呈现一定的脑电波波型。
这样计算机就能把这个词的脑电波波型记录下来。
后来多次试验证明:
不论是谁,只要是说出或默想起“杯子”这个单词,计算机的荧光屏上就会出现相同特征的波型。
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