人教版(2019) 高一物理必修 第二册 第八章 第1节 功和功率
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第八章机械能守恒定律任何人类活动都离不开能量。
例如,现代化的生活离不开电厂供应的电能,许多现代交通离不开燃料燃烧释放的化学能,核电站能够利用原子核裂变时释放的核能,人类生活需要摄入食物中的化学能,植物的生长依赖太阳能……在长期的科学实践中,人们发现不同形式的能量可以互相转化,并且能量的转化与功的概念紧密相连。
这是因为,如果在一个过程中存在做功的现象,就必然存在能量变化的现象,功的计算能够为能量的定量表达及能量的变化提供分析的基础。
物理学的任务是发现普遍的自然规律。
因为这样的规律的最简单的形式之一表现为某种物理量的不变性,所以对于守恒量的寻求不仅是合理的,而且也是极为重要的研究方向。
——劳厄1第八章 1 功与功率问题?起重机竖直提升重物时,重物运动的方向与力的方向一致,则力对物体做的功为力的大小与重物移动距离的乘积。
更普遍的情形是物体运动的方向与力的方向不一致,例如马拉雪橇时拉力方向和雪橇运动方向间有一个角度。
这时应当怎样计算功呢?1劳厄(Max Von Laue,1879—1960),德国物理学家,诺贝尔物理学奖获得者。
功当力F 的方向与运动方向成某一角度时(图8.1-1),可以把力F 分解为两个分力:与位移方向一致的分力F 1,与位移方向垂直的分力F 2。
设物体在力F 的作用下发生的位移的大小是l ,则分力F 1所做的功等于F 1l 。
分力F 2的方向与位移的方向垂直,物体在F 2的方向上没有发生位移,F 2所做的功等于0。
因此,力F 对物体所做的功W 等于F 1l ,而F l =F cos α,所以W =Fl cos α这就是说,力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角的余弦这三者的乘积。
功是标量。
在国际单位制中,功的单位是焦耳(joule ),简称焦,符号是J 。
1 J 等于1 N 的力使物体在力的方向上发生1 m 位移的过程中所做的功,所以1 J =1 N ×1 m =1 N ·m正功和负功下面我们讨论力与位移成不同的角度时,力做功的几种情况。
8.1 功和功率一:知识精讲归纳考点一、功1.功的公式:W =Fl cos α,其中F 、l 、α分别为力的大小、位移的大小、力与位移的夹角.2.功是标(填“矢”或“标”)量.在国际单位制中,功的单位是焦耳,符号是J. 考点二、正功和负功1.力对物体做正功或负功的条件 由W =Fl cos α可知(1)当α=π2时,W =0,力F 对物体不做功.(2)当0≤α<π2时,W >0,力F 对物体做正功.(3)当π2<α≤π时,W <0,力F 对物体做负功.2.总功的计算当一个物体在几个力的共同作用下发生一段位移时,这几个力对物体所做的总功等于: (1)各个分力分别对物体所做功的代数和.(2)几个力的合力对物体所做的功. 考点三、功率1.意义:功率是表示物体做功快慢的物理量.2.定义:功W 与完成这些功所用时间t 之比.3.定义式:P =W t.单位:瓦特,简称瓦,符号W. 4.功率与速度的关系式:P =Fv (F 与v 方向相同).应用:由功率速度关系知,汽车、火车等交通工具和各种起重机械,当发动机的功率P 一定时,牵引力F 与速度v 成反(填“正”或“反”)比,要增大牵引力,就要减小速度. 5.功率是标(填“标”或“矢”)量.技巧归纳:正、负功的理解和判断当物体在多个力的共同作用下发生一段位移时,合力对物体所做的功等于各分力对物体做功的代数和.故计算合力的功有以下两种方法:(1)先由W =Fl cos α计算各个力对物体所做的功W 1、W 2、W 3…然后求所有力做功的代数和,即W 合=W 1+W 2+W 3+….(2)先由力的合成或根据牛顿第二定律求出合力F 合,然后由W 合=F 合l cos α计算总功,此时α为F 合的方向与l 的方向间的夹角.1.功率表示的是物体做功的快慢,而不是做功的多少,功率大,做功不一定多,反之亦然.技巧归纳三:P =Fv 中三个量的制约关系技巧归纳四:机车启动的两种方式v↑⇒F=P不变v↓⇒a=F-F阻m↓1.机车的最大速度v m的求法:机车达到匀速前进时速度最大,此时牵引力F等于阻力F f,故v m =PF=PFf.2.匀加速启动最长时间的求法:牵引力F=ma+F f,匀加速的最后速度v m′=P额ma+Ff,时间t=vm′a.3.瞬时加速度的求法:据F=Pv求出牵引力,则加速度a=F-Ffm.二:考点题型归纳题型一:功的概念与计算1.(2023春·宁夏银川·高一贺兰县第一中学校考阶段练习)如图所示,质量为m的物体相对静止在倾角为θ的斜面上,斜面沿水平方向向右匀速移动了距离l,物体相对斜面静止,则下列说法正确的是()A.重力对物体做正功B.摩擦力对物体做负功C.合力对物体做功不为零D.支持力对物体不做功2.(2023春·重庆沙坪坝·高一重庆一中校考阶段练习)如图所示,有两箱相同的货物,现要用电梯将它们从一楼运送到二楼。
人教版(2019) 高一物理必修第二册第八章第1节功和功率姓名:__________ 班级:__________考号:__________一、选择题(共14题)1、关于功的概念,下列说法中正确的是()A.力对物体做功越多,说明力一定越大B.力对物体做功越少,说明物体的位移一定越小C.力对物体不做功,说明物体一定没有移动D.物体发生了位移,不一定有力对它做功2、关于作用力与反作用力做功的关系,下列说法正确的是()A.当作用力做正功时,反作用力一定做正功B.当作用力做正功时,反作用力可以做正功,也可以做负功C.作用力与反作用力所做的功一定大小相等、正负相反D.当作用力不做功时,反作用力也一定不做功3、在光滑水平面上推物块和在粗糙水平面上推物块相比较,如果所用的水平推力相同,物块在推力作用下通过的位移相同,则推力对物块所做的功A. 一样大B. 在光滑水平面上推力所做的功较多C. 由物块通过这段位移的时间决定D. 由于物块的质量未知,故无法比较4、物体在相同的水平恒力作用下,分别沿粗糙的水平地面和光滑的水平地面在恒力的方向上移动相同的距离,恒力做功分别为W1和W2,下列说法正确的是()A.W1=W2B.W1>W2C.W1﹤W2D.无法确定5、一质量为m的小球,用长为L的轻绳悬挂于O点,小球在水平力F作用下,从平衡位置P点移动到Q点,如图所示,关于力F所做的功下列说法正确的是()A.若水平力F是恒定的力,则力F所做的功为B.若水平力F是恒定的力,则力F所做的功为C.若是把小球缓慢移动,则力F所做的功为D.若是把小球缓慢移动,则力F所做的功为6、某人把一质量为m的物体竖直向上抛出,物体达到最高点h后落回到抛出点。
若物体在上升和下落过程中所受到空气的阻力大小均为F f,则物体在整个过程中(重力加速度为g)()A.克服重力做功mgh B.克服重力做功2mghC.克服阻力做功F f h D.克服阻力做功2F f h7、如图所示,重为20N的物体,沿固定的斜面由静止开始下滑,经过1s下降了1m的高度,在此过程中重力做功的平均功率为A.50W B.40W C.30W D.20W8、如图所示,货物放在自动扶梯的水平台阶上,随扶梯一起向斜上方做匀速直线运动,下列说法正确的是A.重力对货物做正功B.摩擦力对货物做正功C.支持力对货物做正功D.合外力对货物做正功9、如图,滑雪者由静止沿斜坡从A点自由滑下,然后在水平地面上前进至B点停下,已知斜坡、水平面和滑雪者之间的动摩擦因数皆为μ,滑雪者(包括滑雪板)的质量为m,A、B两点间水平距离为L,A、C之间的距离为,B、C之间的距离,在滑雪者经过AB段过程中,克服摩擦力做的功为A. 等于B. 大于C. 小于D. 等于10、三个质量相同小球,从同一高度由静止释放,其中a球自由下落,b、c球分别沿斜面和曲面下滑,如图所示.从释放到运动至地面的过程中,小球所受重力做功关系正确的是()A. W a>W b>W cB. W a<W b<W cC. W a<W b=W cD. W a=W b=W c11、A、B两物体质量分别为m和2m,A置于光滑水平面上,B置于粗糙水平面上,用相同水平力F分别推A和B,使它们前进相同的位移,下面说法正确的是()A.两次推力做功相等B.第二次推力做功大一些C.第一次推力做功大D.无法比较12、如图,一光滑大圆环固定在桌面上,环面位于竖直平面内,在大圆环上套着一个小环,小环由大圆环的最高点从静止开始下滑,在小环下滑的过程中,大圆环对它的作用力A.一直不做功B.一直做正功C.始终指向大圆环圆心D.始终背离大圆环圆心13、如图,质量分别为M和m的两物块(均可视为质点,且M>m)分别在同样大小的恒力作用下,沿水平面由静止开始做直线运动,两力与水平面的夹角相同,两物块经过的位移相同.设此过程中F1对M 做的功为W1,F2对m做的功为W2,则()A.无论水平面光滑与否,都有W1=W2B.若水平面光滑,则W1>W2C.若水平面粗糙,则W1>W2D.若水平面粗糙,则W1<W214、小物块位于光滑的斜面上,斜面位于光滑的水平地面上,如图所示。
从地面上看,在小物块沿斜面下滑的过程中,斜面对小物块的作用力()A. 垂直于接触面,做功为零B. 垂直于接触面,做功不为零C. 不垂直于接触面,做功零D. 不垂直于接触面,做功不为零二、填空题(共5题)15、在国际单位制中,焦耳是______、______和______的单位。
16、一位质量m=50kg的滑雪运动员从高h=10m的斜坡自由下滑.如果运动员在下滑过程中受到的阻力f=50N,斜坡的倾角为30°,运动员在下滑过程中,克服阻力做功J,合力做的总功J.(g取10m/s)17、一只木箱,质量为50kg,它和地面之间的动摩擦因数是0.2,今用水平力推木箱,使它在水平地面上匀速移动5m,推力所做的功等于J,木箱克服摩擦力所做的等于J.18、如图所示,斜面倾角为37o,上面放有质量为3kg货物,有人用水平方向的拉力拉斜面,使斜面与货物一起向左匀速移动了5m,则在此过程中,支持力对货物所做的功为J,摩擦力对货物所做的功为 J。
(已知sin370=0.6 cos370=0.8)19、质量为M的人手握轻绳的一端站在质量为m的木板上,绳索另一端绕过定滑轮拴住木板,木板放在光滑固定水平台面上。
如图所示,当人用力F拉绳时,人和板共同加速前进,如果人与板的质量关系是M>m,则板对人的摩擦力大小f = ,对人做(功)(填“正”或“负”);如果是M<m,则f = ,对人做(填“正”或“负”)。
三、计算题(共5题)20、如图所示,用F=8.0N的水平拉力,使质量m =2.0kg的物体由静止开始沿光滑水平面做匀加速直线运动。
求:(1)物体加速度a的大小;(2)在t=3.0s内水平拉力F所做的功。
21、质量为M,长为L的长木板,放置在光滑的水平面上,长木板最右端旋转一质量为m的小物块,如图所示,现在长木板右端加一水平恒力F,使长木板从小物块下面抽出,小物块与长木板动摩擦因数为μ,求把长木板抽出来水平恒力F所做的功.22、如图所示,质量为0.8kg的物块以5m/s的初速度从斜面顶端下滑,斜面长5m,倾角为37°,物块与斜面间的动摩擦因数为μ=0.2,(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:(1)物块从斜面顶端下滑至底端,重力做多少功?(2)物块在斜面上运动时的加速度是多大?23、一物体放在水平地面上,如图(甲)所示,已知物体所受水平拉力F随时间t的变化情况如图(乙)所示,物体相应的速度v随时间t的变化关系如图(丙)所示.求:(1)0~6 s时间内物体的位移;(2)0~10 s时间内,物体克服摩擦力所做的功.24、如图4-1所示,传送带与地面倾角θ=37°,AB长为16米,传送带以10米/秒的速度匀速运动。
在传送带上端A无初速地释放一个质量为0.5千克的物体,它与传送带之间的动摩擦系数为μ=0.5,求:(1)物体从A运动到B所需时间,(2)物体从A 运动到B 的过程中,摩擦力对物体所做的功(g=10米/秒2)============参考答案============一、选择题1、解:A、根据W=Fscosθ可知,力对物体做功越多,三者的乘积大,但物体受到的力不一定越大,故A 错误;B、力对物体做功越少,只能三者的乘积小,不能说明物体的位移一定越小,故B错误;C、当力和物体的位移相互垂直时,力做功为零;故力对物体不做功,不能说明没有移动;故C错误;D、由C的分析可知,若匀速运动,则可能没有外力做功;故D正确;故选:D.2、B【解析】AB.作用力和反作用力是作用在两个相互作用的物体之上的;作用力和反作用力可以同时做正功,也可以同时做负功;如冰面上两个原来静止的小孩子相互推一下之后,两人同时后退,则两力做正功;而两个相对运动后撞在一起的物体,作用力和反作用力均做负功,A错误,B正确;C.作用力和反作用力可以同时做正功,也可以同时做负功,C错误;D.若物体在一个静止物体表面上滑动,则由于静止的物体没有位移,则相互作用的摩擦力对静止的物体不做功,对滑动的物体做功,所以作用力和反作用力可以一个力做功,另一个力不做功,D错误。
故选B。
3、A【解析】在两次的运动过程中,推力的大小是相同的,在力的作用下物体的位移的大小也是相同的,根据功的公式W=FL可知,两次推力做功一样多,所以A正确,BCD错误.4、A5、AC【解析】若拉力为恒力,并且力始终沿水平方向,水平位移为lsinθ,所以拉力做的功为:W F=Flsinθ,故A正确,B错误;球在缓慢移动的过程中,水平力F是变力,不能通过功的公式求解功的大小,根据动能定理得:W F-mgl(1-cosθ)=0,解得水平力F所做的功为:W F=mgl(1-cosθ).故C正确,D错误.所以AC正确,BD错误.6、D【详解】AB.从物体被抛出到落回抛出点的全过程中,初、末位置相同,位移为零,所以重力做功为零,故A错误,B错误;CD.在上升的过程中,克服阻力做功F f h,在下降的过程中,克服阻力做功F f h,则整个过程中克服阻力做功为2F f h,故C错误,D正确。
故选D。
7、D【解析】物体沿固定的斜面由静止开始下滑过程重力做功为,根据平均功率公式可得此过程中重力做功的平均功率为,故选项D正确,A、B、C错误。
8、C【解析】对货物受力分析,受到重力和水平台阶对货物竖直向上的支持力,由于随扶梯一起向斜上方做匀速直线运动,根据平衡条件可得水平台阶对货物没有摩擦力,合外力为零,所以重力对货物做负功,支持力对货物做正功,合外力对货物做不做功,故选项C正确,A、B、D错误。
9、A【解析】在AC段,滑雪者的摩擦力大小为:f=μmg cosθAC段克服摩擦力做的功为:W AC=μmg cosθ•L ACL AC cosθ=L1,即为AC段在水平方向的距离;CB段克服摩擦力做的功为:W CB=μmgL BC所以在滑雪者经过AB段运动的过程中,克服摩擦力做的功为:W=μmgL1+μmgL BC=μmgL.A. 等于,与结论相符,选项A正确;B. 大于,与结论不相符,选项B错误;C. 小于,与结论不相符,选项C错误;D. 等于,与结论不相符,选项D错误.10、D【解析】重力做功只与物体运动的初末位置的高度差有关,即,由于三小球的质量相同,下降的高度相同,故重力做功相同,故D正确,ABC错误.点睛:本题主要考查了重力做功的计算,明确重力做功只与初末位置有关,与运动的路径无关.11、解:利用功的公式W=Fs可知,两次做的功相同.故选A12、A【考点定位】圆周运动;功【名师点睛】此题关键是知道小圆环在大圆环上运动过程中,小圆环受到的弹力方向始终沿大圆环的半径方向,先是沿半径向外,后沿半径向里.13、解:由题意可知:F1做功为W1=FLcosαF2做功为W2=FLcosα故BCD错误,A正确;故选:A14、B【解析】对整体进行受力分析可知,小物块和斜面不受外力作用,动量守恒,在物块下滑的过程中,斜面向右运动,所以小物块沿斜面向下运动的同时会向右运动,由于斜面是光滑的,没有摩擦力的作用,所以斜面对物块只有一个支持力的作用,方向是垂直斜面向上的,物块的运动的方向与支持力的方向夹角为钝角,支持力做负功,故B正确,ACD错误。