2020版高考一轮复习(江苏专版)第5章 第1节 功和功率 下载本文

(1)在机车功率P=Fv中,F是机车的牵引力而不是机车所受合力或阻力,所以P=Ffvm只体现了一种数量关系用于计算,即牵引力与阻力平衡时达到最大运行速度。

(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前一段时间,切不可生搬硬套。

[集训冲关]

1.(2018·沭阳期末)如图是一汽车在平直路面上启动的速度—时间图像,t1时刻起汽车的功率保持不变。由图像可知( )

A.0~t1时间内,汽车的牵引力增大,加速度增大,功率不变 B.0~t1时间内,汽车的牵引力不变,加速度不变,功率不变 C.t1~t2时间内,汽车的牵引力减小,加速度减小 D.t1~t2时间内,汽车的牵引力不变,加速度不变

解析:选C 0~t1时间内,汽车的速度是均匀增加的,是匀加速直线运动,汽车的牵引力不变,加速度不变,由P=Fv知功率增大,故A、B错误;t1~t2时间内,汽车的功率保持不变,速度在增大,由P=Fv知汽车的牵引力在减小,由牛顿第二定律知F-f=ma,知加速度减小,故C正确,D错误。

2.[多选](2019·连云港月考)为减少机动车尾气排放,某市推出新型节能环保电动车。在检测该款电动车性能的实验中,质量为8×10 kg的电动车由静止开始沿平直公路行驶,利用传感器测得此过程中不同时刻电动车的牵引力F与对应

1

的速度v,并描绘出如图所示的F-图像(图中AB、BC均为直线)。假设电动车行驶中所受阻力恒定,最终

v匀速运动,重力加速度g取10 m/s。下列说法正确的是( )

A.电动车运动过程中的最大速度为15 m/s B.该车起动后,先做匀加速运动,然后匀速运动 C.该车做匀加速运动的时间是6 s

D.该车加速度大小为0.25 m/s时,动能是4×10 J

解析:选AD 从题给图像中可得C点速度最大,故最大速度为15 m/s,A正确;由图线可知,AB段牵引力不变,先做匀加速直线运动,BC段图线的斜率不变,斜率表示电动机的功率,知功率不变,速度增大,牵引力减小,做加速度逐渐减小的加速运动,当牵引力等于阻力后,做匀速直线运动,B错误;从题给图像中可得匀加速运动的末速度为v=3 m/s,当牵引力等于阻力时,速度最大,由图线知,f=400 N,根据牛顿第二定律得,匀加速运动的加速度大小a=

F-f2 000-40022

= m/s=2 m/s,则匀加速运动的时m800

2

4

2

2

v3

间t== s=1.5 s,故C错误;电动汽车以恒定功率P=Fv=2 000×3 W=6 000 W启动,当加速度a

a2

F′-400P6 0002

=0.25 m/s,得此时的牵引力为F′=600 N,所以此时的速度为v′== m/s=10 m/s,mF′600

124

故此时的动能为Ek=mv′=4×10 J,D正确。

2

功和功率计算中的两类易错题

(一)滑轮两侧细绳平行

1.如图所示,质量为M、长度为L的木板放在光滑的水平地面上,在木板的右端放置质量为m的小木块,用一根不可伸长的轻绳通过光滑的定滑轮分别与木块、木板连接,木块与木板间的动摩擦因数为μ,开始时木块和木板静止,现用水平向右的拉力F作用在木板上,将木块拉向木板左端的过程中,拉力至少做功为( )

A.2μmgL C.μ(M+m)gL

1

B.μmgL

2 D.μmgL

解析:选D 拉力做功最小时,木块应做匀速运动,对木块m受力分析,由平衡条件可得FT=μmg。对木板M受力分析,由平衡条件可得:F=FT+μmg,又因当木块从木板右端拉向左端的过程中,木板向右L

移动的位移l=,故拉力F所做的功W=F·l=μmgL,或者根据功能关系求解,在木块运动到木板左端

2的过程,摩擦产生热量为μmgL,D正确。

2.(2018·淮安期中)如图甲所示,滑轮质量、摩擦均不计,质量为2 kg的物体在拉力F作用下由静止开始向上做匀加速运动,其速度随时间的变化关系如图乙所示,由此可知( )

A.物体加速度大小为2 m/s B.F的大小为21 N C.4 s末F的功率为42 W D.4 s内F的平均功率为42 W

解析:选C 由题图乙可知,v -t图像的斜率表示物体加速度的大小,即a=0.5 m/s,由2F-mg=ma可得:F=10.5 N,

A、B均错误;4 s末F的作用点的速度大小为vF=2v物=4 m/s,故4 s末F的功率为P=FvF=42 W,C正确;4 s内物体上升的高度h=4 m,力F的作用点的位移l=2h=8 m,拉力F所做的功W=Fl=84 J,W

故平均功率P==21 W,D错误。

t

[反思领悟]

(1)不计摩擦和滑轮质量时,滑轮两侧细绳拉力大小相等。 (2)通过定滑轮连接的两物体,位移大小相等。

(3)通过动滑轮拉动物体时,注意物体与力的作用点的位移、速度、作用力间的大小关系。 (二)滑轮两侧细绳不平行

3.一木块前端有一滑轮,绳的一端系在右方固定处,水平穿过滑轮,另一端用恒

2

2

力F拉住,保持两股绳之间的夹角θ不变,如图所示,当用力F拉绳使木块前进s时,力F对木块做的功(不计绳重和滑轮摩擦)是( )

A.Fscos θ C.2Fscos θ

B.Fs(1+cos θ) D.2Fs

θ

解析:选B 方法一:如图所示,力F作用点的位移l=2scos,

2故拉力F所做的功W=Flcos α=2Fscos

2

θ

=Fs(1+cos θ)。 2

方法二:可看成两股绳都在对木块做功W=Fs+Fscos θ=Fs(1+cos θ),则选项B正确。 [反思领悟]

对于通过动滑轮拉物体,当拉力F的方向与物体的位移方向不同时,拉力F做的功可用如下两种思路求解:

(1)用W=Flcos α求,其中l为力F作用点的位移,α为F与l之间的夹角。 (2)用两段细绳拉力分别所做功的代数和求解,如第3题的第二种方法。