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第十一讲 功、功率、势能
1、功
(1)定义:物体受力的作用,并在力的方向上发生一段位移,就说力对物体做了功。
(2)公式:W=Fscosα,其中α为F与位移s的夹角,F是力的大小,s是位移大小。
(3)单位:焦耳(J),1J=1N·m
(4)功是标量:没有方向,但有正负。力对物体做正功说明该力对物体运动起推动作用;力对物体做负功说明该力对物体运动起阻碍作用。正负表示是动力做功、还是阻力做功,正功并不大于负功。
(ⅰ)当0<α<900时,W>0,力对物体做正功;
(ⅱ)当α=900时,W=0,力对物体不做功;
(ⅲ)当900<α<1800时,W<0,力对物体做负功或说成物体克服这个力做功。
(5)总功的计算
(ⅰ)先用平行四边形定则求出合外力,再根据W=F合scosα计算功;
(ⅱ)先分别求出各个外力做的功,再把各个外力的功代数相加。
常见题型一:功
例题1:下列说法正确的是( )
A.物体间的一对相互作用力做功的代数和可能不为0
B.滑动摩擦力一定对物体做负功
C.静摩擦力一定对物体不做功
D.某个力对物体做功越多,它的功率就越大
例题2:如图所示,物块在与水平方向成θ角的恒力F作用下,沿水平面向右运动一段距离x.在此过程中,恒力F对物块做的功为( )
A.Fxcosθ B.Fxsinθ C. D.
跟踪训练1:某人从4m深的水井中,将50N的水桶匀速提至地面,又提着水桶在水平地面上匀速行走了12m,在整个过程中,人对水桶所做的功为( )
A.800J B.600J C.200J D.-200J
跟踪训练2:如图1所示,拖着旧橡胶轮胎跑是身体耐力训练的一种有效方法.如果某受训者拖着轮胎在水平直道上跑了100m,那么下列说法正确的是( )
A.轮胎受到的拉力对轮胎不做功
B.轮胎受到地面的摩擦力对轮胎做了负功
C.轮胎受到的重力对轮胎做了正功
D.轮胎受到地面的支持力对轮胎做了正功
跟踪训练3:某人从4m深的水井中,将50N的水桶匀速提至地面,然后提着水桶在水平地面上匀速行走了12m,在整个过程中,人对水桶所做的功为( )
A.800 J B.600 J C.200 J D.﹣200 J
2、功率
(1)定义:功与完成这些功所用时间的比值。
(2)公式:定义式 P=W/t ,一般用于计算平均功率。
计算式 P=F·v cosα,一般用于计算瞬时功率,其中F是力的大小,v是瞬时速度,α是F与v的夹角。对于F和v在同一直线上,可直接用P=F·v来计算。
(3)额定功率和实际功率的区别
常见题型二、功率
例题1:下列关于功率的说法正确的是( )
A.功率是描述力对物体做功快慢的物理量
B.功率是描述力对物体做功多少的物理量
C.某个力对物体做功越多,它的功率就越大
D.某个力对物体做功时间越长,它的功率就越大
例题2:货轮拖曳驳船所需的力与其速度成正比,当拖曳速度为10km/h时,所需功率为20k则当速度减小为5km/h时所需功率为( )
A.5Kw B.10Kw C.20 Kw D.40 Kw
跟踪训练1:关于功率,下列认识正确的是( )
A.由P=,可知功率越大的机器做的功越多
B.由P=Fv可知汽车发动机功率越大,汽车的速率越大
C.由P=可知单位时间内做功越多则功率越大
D.由P=Fv可知做功的力越大其功率越大
跟踪训练2:共享电动自行车已成为许多城市便捷的日常交通工具。张老师骑电动自行车沿平直公路行驶,因为想锻炼身体,故改用脚蹬骑车。现设张老师与车的总质量为100kg,人与车的速度恒为5m/s,骑行过程中所受阻力约为人与车总重力的0.02倍,取g=10m/s2.此时人骑电动车做功的功率约为( )
A.10W B.100W C.1 000W D.10 000W
3、重力势能、重力势能的变化与重力做功的关系
(1)定义:地球上的物体具有的跟它的高度有关的能,它是物体和地球的系统所共有的。
(2)概念:重力势能EP=mgh 重力做功WG=mg(h1-h2)
重力势能的增加量△Ep=mgh2-mgh1 WG= -△Ep
(3)理解:①重力做功与路径无关只与始末位置的高度差有关;②重力做正功重力势能减少,重力做负功重力势能增加;③重力做功等于重力势能的减少量;④重力势能是相对的,是和地球共有的,即重力势能的相对性和系统性.
常见题型三、重力势能、重力势能的变化与重力做功的关系
例题1:如果只有重力对物体做功,下列说法正确的是( )
A.重力做正功,机械能增加
B.重力做负功,机械能减小
C.重力做负功,重力势能减少
D.无论重力做正功还是做负功,机械能都不改变
例题2:如图所示,质量为m的小球,从离桌面H高处由静止下落,桌面离地高度为h,若以桌面为零势能参考平面,那么小球落地时的重力势能是( )
A.mgH B.mgh C.0 D.﹣mgh
跟踪训练1:关于重力做功和重力势能的变化,下列叙述正确的是( )
A.做竖直上抛运动的物体,在上升阶段,重力做负功,重力势能减少
B.做竖直上抛运动的物体,在上升阶段,重力做正功,重力势能增加
C.做竖直上抛运动的物体,在上升阶段,重力做负功,重力势能增加
D.做竖直上抛运动的物体,在上升阶段,重力做正功,重力势能减少
跟踪训练2:质量为1kg的物体从30m高处自由下落2s,此时它的重力势能为(设地面处的重力势能为零)( )
A.200J B.300J C.100J D.400J
4、弹性势能
例题1:宋代诗人苏轼的名句“会挽雕弓如满月,西北望,射天狼”中蕴含了一些物理知识。关于拉弓过程,下列说法正确的是( )
A.人对弓的作用力大于弓对人的作用力
B.人对弓的作用力小于弓对人的作用力
C.弓的弹性形变越大,弹性势能就越大
D.弓的弹性形变越大,弹性势能就越小
例题2.如图所示,轻弹簧K一端与墙相连,质量为4kg的木块,沿光滑水平面以5m/s的速度运动,并压缩弹簧,则弹簧在被压缩过程中最大弹性势能为 .
跟踪训练:1.关于弹性势能,下列说法中正确的是( )
A.只有弹簧发生弹性形变时才具有弹性势能,其他物体发生弹性形变时是不会有弹性势能的
B.弹簧伸长时有弹性势能,压缩时没有弹性势能
C.弹性限度范围内,同一个弹簧形变量越大,弹性势能就越大
D.火车车厢底下的弹簧比自行车座底下的弹簧硬,则将它们压缩相同的长度时,火车车厢底下的弹簧具有的弹性势能小
跟踪训练:2.如图所示,在一直立的光滑管内放置一轻质弹簧,上端O点与管口A的距离为2X0,一质量为m的小球从管口由静止下落,将弹簧压缩至最低点B,压缩量为x0,不计空气阻力,则( )
A.小球运动的最大速度大于2
B.小球运动中最大加速度为g
C.弹簧的劲度系数为
D.弹簧的最大弹性势能为3mgx0
巩固练习
1.两个互相垂直的力F1和F2作用在同一物体上,使物体运动.物体通过一段位移时,力F1对物体做功4J,力F2对物体做功3J,则力F1与F2的合力对物体做功为( )
A.7 J B.2 J C.5 J D.3.5 J
2.甲、乙两个集装箱质量相同,先用起重机将甲集装箱以5m/s的速度匀速提升20m,再将乙集装箱以8m/s的速度匀速提升10m,那么起重机( )
A.第一次做功多,功率小
B.两次做功一样多,功率一样大
C.第二次做功多,功率大
D.两次做功一样多,第二次功率大
3.关于弹性势能,下列说法中正确的是( )
A.任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能
B.任何具有弹性势能的物体不一定发生了弹性形变
C.弹性势能不能转化为重力势能
D.弹簧的弹性势能只跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关
4.质量为m的小物块,从离桌面高H处由静止下落(不计阻力),桌面离地面高为h,如图所示.如果以桌面为参考平面,那么小物块落地时的机械能及整个过程中重力势能的变化分别是( )
A.mgh,增力mg(H﹣h) B.mgh,减少mg(H+h)
C.mgH,增加mg(H﹣h) D.mgH,减少mg(H+h)
5.重为500N的物体放在水平地面上,与地面的滑动摩擦因数为μ=0.2,在大小为F=500N,方向与水平面成α=37°斜向上的拉力作用下前进l=10m.在此过程中力F做功为 J,则摩擦力做功为 J.
质量是2kg的物体在竖直向上的拉力作用下,由静止开始运动,以2m/s2的加速度匀加速上升,经过5s,求5s内拉力对物体所做的功是多少?5s内拉力的平均功率及5s末拉力的瞬时功率各是多少?(g取10m/s2)(不计空气阻力)
7.如图所示,借助一长为L的粗糙斜面,将一质量为m的物体(视为质点)移上货车。第一次使物体以初速度v从斜面底端沿斜面上滑,滑行的最大距离为;第二次使物体以相同的初速度向上滑行的同时,施加沿斜面向上的恒定推力,作用一段距离后撤去该力,物体继续上滑,恰好到达斜面顶端。
(1)求第一次上滑过程中物体的加速度大小a;
(2)定性说明第二次上滑过程中物体可能的运动情况;
(3)求第二次上滑过程中推力对物体做的功W。
课堂作业
一.选择题(共5小题)
1.如图所示,将弹簧拉力器用力拉开的过程中,弹簧的弹力和弹性势能的变化情况是( )
A.弹力变大,弹性势能变小
B.弹力变小,弹性势能变大
C.弹力和弹性势能都变大
D.弹力和弹性势能都变小
2.关于力对物体做功,下列说法正确的是( )
A.恒力对物体做功与物体运动的路径无关,只与初末位置有关
B.合外力对物体不做功,物体必定做匀速直线运动
C.作用力与反作用力在相同时间内所做的功一定大小相等,一正一负
D.滑动摩擦力对物体一定做负功
3.一个人从深4m的水井中匀速提取50N的水桶至地面,在水平道路上行走了12m,再匀速走下6m深的地下室,则此人用来提水桶的力所做的功为( )
A.500J B.1100J C.100J D.﹣100J
4.一人站在阳台上以相同的速率分别把三个质量相等的小球竖直向下、竖直向上、水平抛出,不计空气阻力,则( )
A.三个小球落地时速度相同
B.三个小球落地时,重力的瞬时功率相同
C.从抛出到落地的过程中,重力对它们做功相同
D.从抛出到落地的过程中,重力对它们做功的平均功率相同
5.质量为m的小物块,从离桌面高H处由静止下落,桌面离地面高为h,如图所示.如果以桌面为参考平面,那么小物块落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化分别是( )
A.mgh,减少mg(H﹣h) B.mgh,增加mg(H+h)
C.﹣mgh,增加mg(H﹣h) D.﹣mgh,减少mg(H+h)
二.计算题(共1小题)
6.如图甲所示,轨道ABC由一个倾角为θ=30°的斜面AB和一个水平面BC组成,一个可视为质点的质量为m的滑块从A点由静止开始下滑,滑块在轨道ABC上运动的过程中,受到水平向左的恒力F的作用、大小和时间的关系如图乙所示,经过时间t0滑块经过B点时无机械能损失,最后停在水平轨道BC上,滑块与轨道之间的动摩擦因数μ=0.5,已知重力加速度为g.求:
(1)整个过程中滑块的运动时间;
(2)整个过程中水平恒力F做的功;
(3)整个过程中摩擦力做的功。
参考答案
1、功
常见题型一
例题1:A
例题2:A
跟踪训练1:C
跟踪训练2:B
跟踪训练3:C
2、功率
常见题型二
例题1:A
例题2:A
跟踪训练1:C
跟踪训练2:B
3、重力势能、重力势能的变化与重力做功的关系
常见题型三
例题1:D
例题2:D
跟踪训练1:C
跟踪训练2:C
4、弹性势能
例题1:C
例题2.50J
跟踪训练1: C
跟踪训练2:.AD
巩固练习
AAAD
5.4000,-400
6.600J,120W,240W
7.(1)-
(2)①先做匀加速上滑,撤去推力后匀减速上滑;
②先匀速上滑,撤去推力后匀减速上滑;
③先做加速度较小的匀减速运动,撤去推力后再做加速度较大的匀减速。
(3)mv2
课堂作业
选择题
DADCD
二.计算题
6.(1)6t0(2)mg2t02(3)3 mg2t02
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