2026届高考物理一轮总复习专题讲义14：功和功率

2026高考物理一轮总复习专题讲义14：功和功率 （共29页） 目录 【链接高考】 1 【知识梳理】 5 【考向分析】 8 考向一、恒力做功的分析和计算 8 考向二、变力做功的计算 9 考向三、功率的计算 10 考向四、机车运动中的功率及图像问题 12 【高考解题速通】 15 【链接高考】 1．（2024·广东·高考真题）如图所示，探测器及其保护背罩通过弹性轻绳连接降落伞。在接近某行星表面时以的速度竖直匀速下落。此时启动“背罩分离”，探测器与背罩断开连接，背罩与降落伞保持连接。已知探测器质量为1000kg，背罩质量为50kg，该行星的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取。忽略大气对探测器和背罩的阻力。下列说法正确的有（　　） A．该行星表面的重力加速度大小为 B．该行星的第一宇宙速度为 C．“背罩分离”后瞬间，背罩的加速度大小为 D．“背罩分离”后瞬间，探测器所受重力对其做功的功率为30kW 【答案】AC 【详解】A．在星球表面，根据 可得 行星的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取，可得该行星表面的重力加速度大小 故A正确； B．在星球表面上空，根据万有引力提供向心力 可得星球的第一宇宙速度 行星的质量和半径分别为地球的和，可得该行星的第一宇宙速度 地球的第一宇宙速度为，所以该行星的第一宇宙速度 故B错误； C．“背罩分离”前，探测器及其保护背罩和降落伞整体做匀速直线运动，对探测器受力分析，可知探测器与保护背罩之间的作用力 “背罩分离”后，背罩所受的合力大小为4000N，对背罩，根据牛顿第二定律 解得 故C正确； D．“背罩分离”后瞬间探测器所受重力对其做功的功率 故D错误。 故选AC。 2．（2023·山东·高考真题）《天工开物》中记载了古人借助水力使用高转筒车往稻田里引水的场景。引水过程简化如下：两个半径均为R的水轮，以角速度ω匀速转动。水筒在筒车上均匀排布，单位长度上有n个，与水轮间无相对滑动。每个水筒离开水面时装有质量为m的水，其中的60%被输送到高出水面H处灌入稻田。当地的重力加速度为g，则筒车对灌入稻田的水做功的功率为（   ）    A． B． C． D．nmgωRH 【答案】B 【详解】由题知，水筒在筒车上均匀排布，单位长度上有n个，且每个水筒离开水面时装有质量为m的水、其中的60%被输送到高出水面H处灌入稻田，则水轮转一圈灌入农田的水的总质量为 m总 = 2πRnm × 60% = 1.2πRnm 则水轮转一圈灌入稻田的水克服重力做的功 W = 1.2πRnmgH 则筒车对灌入稻田的水做功的功率为 联立有 故选B。 3．（2023·山东·高考真题）质量为M的玩具动力小车在水平面上运动时，牵引力F和受到的阻力f均为恒力，如图所示，小车用一根不可伸长的轻绳拉着质量为m的物体由静止开始运动。当小车拖动物体行驶的位移为时，小车达到额定功率，轻绳从物体上脱落。物体继续滑行一段时间后停下，其总位移为。物体与地面间的动摩擦因数不变，不计空气阻力。小车的额定功率P0为（   ）    A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设物体与地面间的动摩擦因数为μ，当小车拖动物体行驶的位移为S1的过程中有 F－f－μmg = (m＋M)a     v2= 2aS1 P0= Fv 轻绳从物体上脱落后 a2= μg v2= 2a2(S2－S1) 联立有 故选A。 4．（2023·湖北·高考真题）两节动车的额定功率分别为和，在某平直铁轨上能达到的最大速度分别为和。现将它们编成动车组，设每节动车运行时受到的阻力在编组前后不变，则该动车组在此铁轨上能达到的最大速度为（    ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】由题意可知两节动车分别有 当将它们编组后有 联立可得 故选D。 5．（2024·福建·高考真题）我国古代劳动人民创造了璀璨的农耕文明。图（a）为《天工开物》中描绘的利用耕牛整理田地的场景，简化的物理模型如图（b）所示，人站立的农具视为与水平地面平行的木板，两条绳子相互平行且垂直于木板边缘。已知绳子与水平地面夹角为，，。当每条绳子拉力的大小为时，人与木板沿直线匀速前进，在内前进了，求此过程中 (1)地面对木板的阻力大小； (2)两条绳子拉力所做的总功； (3)两条绳子拉力的总功率。 【答案】(1)450N (2)9.0×103J (3)600W 【详解】（1）由于木板匀速运动则有 解得 （2）根据功的定义式有 解得 （3）根据功率的定义，有 【知识梳理】 【考纲要求】 1、理解功、功率、平均功率、瞬时功率等概念含义； 2、知道功的正负的物理意义；掌握恒力做功特点及计算方法； 3、会分析机车在恒定功率或恒定牵引力作用下运动状态的变化情况； 4、会计算变力的功； 5、知道摩擦力做功的多种情况。 【知识网络】 【考点梳理】 考点一、功 1、功的定义 　　一个物体受到力的作用，如果在力的方向上发生一段位移，就说这个力对物体做了功。 2、做功的两个必要因素 　　力和物体在力的方向上发生的位移，缺一不可。 3、功的物理意义：功是能量变化的量度 　　能量的转化跟做功密切相关，做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功就有多少能量发生了转化，功是能量转化的量度。 4、公式 　　（1）当恒力F的方向与位移的方向一致时，力对物体所做的功为。 　　（2）当恒力F的方向与位移的方向成某一角度时，力F物体所做的功为．即力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移的夹角的余弦这三者的乘积。 5、功是标量，但有正负 　　功的单位由力的单位和位移的单位决定。在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，符号是J。 要点诠释：一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做功（取绝对值）。这两种说法在意义上是相同的。例如竖直向上抛出的球，在向上运动的过程中，重力对球做了－6J的功，可以说成球克服重力做了6J的功。 由，可以看出： 　　①当=0时，，即，力对物体做正功； 　　②当时，，力对物体做正功。 　　①②两种情况都是外界对物体做功。 　　③当时，力与位移垂直， ，即力对物体不做功，即外界和物体间无能量交换； 　　④当时，，力对物体做负功,也称物体克服这个力做了功； 　　⑤当时，，此时，即力的方向与物体运动位移的方向完全相反，是物体运动的阻力。 　　④⑤两种情况都是物体对外界做功。 6、合力的功 要点诠释：（1）当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力的合力对物体所做的功，等于各个力分别对物体所做功的代数和，即 （2）也可先求合外力，再求合外力的功；先求出物体受到的合力，再由求解，但应注意应为合力与位移的夹角，在运动过程中保持不变。 （3）也可用动能定理求解。 7、变力做功的求解方法 　　（1）用动能定理或功能关系（功是能量转化的量度） 　　（2）将变力的功转化为恒力的功 当变力的功率P一定时，可用求功，如机车牵引力做的功。 考点二、功率 1、功率是描述力做功快慢的物理量，是功与所用时间的比值。 定义式 ① 导出式②（其中中和两矢量的夹角） ①中求出的P为平均功率，若功率一直不变，亦为瞬时功率。②式中若为平均速率，则P为平均功率；若为瞬时速率，则P为瞬时功率。一般情况下，求平均功率使用，求瞬时功率使用。 2、功率的单位是瓦特。 3、额定功率和实际功率 　　额定功率是指任意机械在正常条件下可以长时间工作而不损坏机械的最大输出功率，实际功率是指机械实际工作时的功率。 　　一般情况下，实际功率可以小于或等于额定功率，而在特殊情况下实际功率可以超过额定功率，只能是较短时间，但尽量避免。 4、力的功率 　　当力F和速度在一条直线上，力的功率；当F与垂直，则F的功率P=0；当F与成任意夹角，则F的功率。 5、机车的启动的两种方式： （1）机车以恒定的功率启动 要点诠释：　机车以恒定的功率启动后，若运动过程中所受阻力不变，由于牵引力，随增大，F减小，根据牛顿第二定律，当速度增大时，加速度减小，其运动情况是做加速度减小的加速运动，直至时，减小至零，此后速度不再增大，速度达到最大值而做匀速运动，做匀速直线运动的速度是。这一过程的关系如图所示。 （2）车以恒定的加速度启动 要点诠释：由知，当加速度不变时，发动机牵引力F恒定，再由知，F一定，发动机实际输出功率P随的增大而增大，但当P增大到额定功率以后不再增大，此后，发动机保持额定功率不变，继续增大，牵引力F减小，直至时，＝0，车速达到最大值，此后匀速运动。 　在P增至之前，车匀加速运动，其持续时间为 （这个必定小于，它是车的功率增至之时的瞬时速度）。计算时，利用，先算出F，再求出，最后根据求；在P增至之后，为加速度减小的加速运动，直至达到。 这一过程的关系如图所示。 注意数形结合：第一段牵引力（加速度）恒定，就根据牛顿第二定律和运动学求解，属于恒力做功；第二段，变力做功，根据动能定理求解。 【考向分析】 考向一、恒力做功的分析和计算 1．（2025·北京丰台·一模）如图所示，冰车静止在冰面上，小孩与冰车的总质量。大人用恒定拉力，使冰车开始沿水平冰面移动，拉力方向与水平面的夹角为。已知冰车与冰面间的动摩擦因数，重力加速度，，。求。 (1)小孩与冰车受到的支持力的大小。 (2)小孩与冰车的加速度的大小。 (3)拉力作用时间，冰车位移的大小。 (4)拉力作用时间内，合外力做的功。 【答案】(1) (2) (3) (4) 【详解】（1）对小孩与冰车，竖直方向有 代入题中数据，解得 （2）对小孩与冰车，由牛顿第二定律有 其中摩擦力 联立以上，解得加速度大小 （3）拉力作用时间，冰车位移 （4）拉力作用时间内，合外力做的功 考向二、变力做功的计算 1．（2025·山东·二模）如图所示，半径为的四分之一光滑圆弧竖直固定，最低点放置一质量为的物块，可视为质点。物块在方向始终沿圆弧切线的推力作用下由运动到，力大小恒为。对于该运动过程，下列说法正确的是（　　） A．力做功大小为 B．力做功大小为 C．力的功率先增大后减小 D．克服重力做功的功率先增大后减小 【答案】B 【详解】AB．由于力F方向始终沿圆弧切线，且大小恒为mg ，根据变力做功的计算方法，这里可以用微元法。把圆弧分成很多小段，每一小段上力F做的功（是每一小段的弧长） 则力F做功的大小 故A错误，B正确； C．从A到B过程，F始终大于重力沿切线方向的分力，所以物体一直在做加速运动，速度一直在增大，根据（F与v始终夹角为） 可知F的功率一直在增大，故C错误； D．设重力方向与速度方向夹角，题图可知，对于该运动过程，从增大到，则克服重力做功的功率 可知一直在增大，v也在增大，故克服重力做功的功率一直增大，故D错误。 故选B。 2．（2025·山东·模拟预测）如图所示，在倾角为的光滑固定斜面上，与斜面平行、劲度系数为k的轻弹簧下端连接在垂直斜面的固定挡板N上，上端连接质量为m的物块P，质量也为m的物块Q紧靠着P，整个系统处于静止状态。现给Q施加一平行于斜面向上的拉力，使Q缓慢移动，到Q与P将要分离时撤去拉力，重力加速度大小为g。则（　　） A．此过程中拉力的最大值为 B．此过程中拉力做的功为 C．撤去拉力瞬间弹簧的弹力大小为0 D．撤去拉力瞬间Q的加速度大小为 【答案】BD 【详解】A．因为Q缓慢移动，则Q受力平衡，当Q与P将要分离时，它们之间的弹力为0，此时拉力最大，最大为，故A错误； C．撤去拉力瞬间，P所受弹簧的弹力与重力沿斜面向下的分力平衡，则撤去拉力瞬间弹簧的弹力大小为，故C错误； D．撤去拉力瞬间，Q与P的加速度相同，根据牛顿第二定律 可得 故D正确； B．移动过程由平衡条件有 故拉力F与移动的位移成线性关系，此过程F对的平均值为 此过程的位移大小为 所以此过程中拉力做的功为 故B正确。 故选BD。 考向三、功率的计算 1．（2025·四川绵阳·三模）如图所示，成人用与水平方夹角为α、斜向上的拉力F向前拉总质量为m的小孩和雪橇，从静止开始沿直线匀加速通过距离x的过程中（　　） A．雪橇对地面的压力大小是mg-Fcosα B．雪橇与地面之间摩擦力大小是Fsinα C．拉力做功是Fx D．拉力做功是Fxcosα 【答案】D 【详解】A．将小孩和雪橇作为整体，受力分析可知，在竖直方向上 解得 根据牛顿第三定律可知，雪橇对地面的压力大小是，A错误； B．由于雪橇做加速运动，可知摩擦力，无法比较与Fsinα的大小关系，B错误； CD．根据功的定义可知，拉力做功，C错误，D正确。 故选D。 2．（2021·浙江·高考真题）如图所示是我国自主研发的全自动无人值守望远镜，它安装在位于南极大陆的昆仑站，电力供应仅为1×103W。若用国际单位制基本单位的符号来表示W，正确的是（　　） A．N・s B．N・m/s C．kg・m/s D．kg・m2/s3 【答案】D 【详解】A．不是国际单位制基本单位，根据冲量的定义可知，是冲量的单位，A错误； B．根据功率的计算公式可知功率的单位可以表示为，但不是国际单位制基本单位，B错误； C．根据动量的定义可知，是动量的单位，C错误； D．根据可知功率的单位可以表示为，结合可知，则功率得单位，D正确。 故选D。 3．（2021·北京·高考真题）如图所示，高速公路上汽车定速巡航（即保持汽车的速率不变）通过路面abcd，其中ab段为平直上坡路面，bc段为水平路面，cd段为平直下坡路面。不考虑整个过程中空气阻力和摩擦阻力的大小变化。下列说法正确的是（　　） A．在ab段汽车的输出功率逐渐减小 B．汽车在ab段的输出功率比bc段的大 C．在cd段汽车的输出功率逐渐减小 D．汽车在cd段的输出功率比bc段的大 【答案】B 【详解】AB．在ab段，根据平衡条件可知，牵引力 所以在ab段汽车的输出功率 不变，在bc段牵引力 bc段的输出功率 故A错误B正确； CD．在cd段牵引力 汽车的输出 在cd段汽车的输出功率不变，且小于bc段，故CD错误。 故选B。 考向四、机车运动中的功率及图像问题 1．（2020·江苏·高考真题）质量为的汽车在水平路面上匀速行驶，速度为，受到的阻力大小为。此时，汽车发动机输出的实际功率是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】汽车匀速行驶，则牵引力与阻力平衡 汽车发动机的功率 故选C。 2．（2023·广东·模拟预测）如图甲所示，一个倾角为的斜面固定在地面上，一辆质量为m的汽车由静止以额定功率P驶上斜面，汽车行驶的最大速度为v1；如图乙所示，若汽车从斜面顶端由静止以额定功率P向下运动，汽车行驶的最大速度为v2.已知汽车行驶过程中受到的阻力大小恒定不变，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．汽车均做匀加速直线运动 B．最大行驶速度v1大于v2 C．阻力大小为 D．额定功率大小为 【答案】D 【详解】A．汽车以额定功率行驶，做加速度减小的加速运动，当加速度减为零时，速度达到最大，因此汽车均做变加速直线运动，A错误； BCD．设汽车行驶过程中受到的阻力为，当汽车达到最大速度时，加速度为零，对题图甲有，牵引力 额定功率 对题图乙有，牵引力 额定功率 联立可得 ， 故 D正确，BC错误。 故选D。 3．（2022·浙江·一模）已知汽车在平直路面上由静止启动，阻力恒定，最终达到最大速度后以额定功率匀速行驶，ab、cd平行于v轴，bc反向延长线过原点O，汽车质量为M，已知M、、、，下列说法不正确的是（　　）    A．汽车额定功率为 B．汽车从b到c过程作变加速运动 C．汽车匀加速运动持续的时间为 D．汽车从a到b过程克服阻力做功 【答案】C 【详解】A．根据 可得 汽车额定功率为图象的斜率，有 故A正确； B．汽车从b到c过程中功率保持不变，随着汽车速度的增大，牵引力减小，根据牛顿第二定律有 可知随着牵引力的减小，汽车的加速度减小，故汽车从b到c过程作变加速运动，故B正确； C．汽车所受的阻力为 由于额定功率等于图象斜率有 即 汽车从a到b，根据牛顿第二定律有 汽车从a到b匀加速运动持续的时间为 故C错误； D．汽车从a到b过程的位移 汽车从a到b过程克服阻力做功 故D正确。 本题选不正确的，故选C。 【高考解题速通】 1．（2025·河北廊坊·一模）石磨是把米、麦、豆等粮食加工成粉、浆的一种工具。如图所示，石磨由下盘（不动盘）和上盘（转动盘）两部分组成。某人在手柄上施加方向总与垂直、大小为的水平力作用使石磨上盘匀速转动，已知点到转轴的距离为，则石磨上盘匀速转动一周的过程中摩擦力所做的功约为（    ） A．0 B． C． D． 【答案】D 【详解】F与摩擦力一直是平衡力，F克服摩擦力做功，因F大小不变，方向不断变化，则在微小的位移内可认为是恒力则微元功为 根据 可知摩擦力所做的功约为-18J。故选D。 2．（2024·辽宁辽阳·一模）一电动玩具汽车启动时，以额定功率沿直线加速并达到最大速度，其加速度a与速度倒数的关系图像如图所示。已知电动玩具汽车受到的阻力大小恒为100N，取重力加速度大小。则电动玩具汽车的额定功率和最大速度分别为（    ） A．200W  2m/s B．100W  4m/s C．100W  2m/s D．200W  4m/s 【答案】A 【详解】设电动玩具汽车的额定功率为，受到的阻力大小为，根据牛顿第二定律可得 又 联立可得 根据图像可得 ， 解得 当牵引力等于阻力时，速度到达最大，则有 故选A。 3．（2025·河北·一模）一辆起重机某次从时刻由静止开始竖直提升质量为500kg的物体，物体的图像如图所示，2s后起重机的功率为额定功率，不计空气阻力，取重力加速度大小，下列说法正确的是（    ） A．物体在匀加速阶段的位移大小为2m B．该起重机的额定功率为5.25kW C．物体的最大速度大小为 D．和时间内牵引力对物体做的功之比为 【答案】B 【详解】A．物体在匀加速阶段的位移大小 故A错误； B．设物体做匀加速运动阶段牵引力为，加速度为，根据牛顿第二定律 物体做匀加速运动阶段的最大速度 该起重机的额定功率 联立解得 故B正确； C．物体的最大速度 故C错误； D．内牵引力对物体做的功为 时间内牵引力对物体做的功为 和时间内牵引力对物体做的功之比为 故D错误。 故选B。 4．（2024·江苏南通·一模）一辆轿车在平直公路上由静止开始匀加速运动，达到额定功率后保持功率不变，最终做匀速运动．轿车在行驶过程中受到的阻力恒定，关于轿车的速度，功率随时间的变化规律正确的是（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】AB．设汽车的额定功率为P，所受恒定阻力为，牵引力为，匀加速结束时的速度为，由于汽车开始做匀加速直线运动，设其加速度为，则根据速度与时间的关系可得 当汽车的匀加速阶段结束，其速度还未达到最大值，此时根据 结合牛顿第二定律 可知，速度将继续增大，而牵引力将减小，则加速度将减小，即此后汽车将做加速度逐渐减小的加速运动，直至牵引力等于阻力时，加速度减小为0，速度达到最大值，而速度—时间图像的斜率表示加速度，因此可知该图像第一阶段为倾斜的直线，第二阶段为斜率逐渐减小的向下弯曲的曲线，故AB错误； CD．根据 而汽车在匀加速阶段 可得 而 即在匀加速阶段有 式中，则可知在汽车匀加速阶段汽车的功率与时间成正比，即此图像为过原点的一条倾斜直线，而匀加速结束后，汽车的功率达到额定值，此后功率不变，其图像与时间轴平行，故C正确，D错误。 故选C。 5．（2024·安徽·二模）2023年11月10日，我国首条具有完全自主知识产权的超高速低真空管道磁浮交通系统试验线——高速飞车大同（阳高）试验线一期主体工程完工，其速度能达1000千米/时以上，标志着我国在新型交通领域的研究已迈入世界先进行列。如图所示．高速飞车的质量为m，额定功率为，列车以额定功率在平直轨道上从静止开始运动，经时间t达到该功率下的最大速度，设恒定阻力为，则（    ） A．列车达到的最大速率等于 B．列车达到最大速度前加速度与牵引力成正比 C．列车在时间t内牵引力做功大于 D．在时间t内列车位移大于 【答案】C 【详解】A．飞车车受牵引力等于阻力时，速度最大，则有 故A错误； B．根据牛顿第二定律可得 列车达到最大速度前加速度与牵引力并非正比关系，故B错误； C．根据动能定理可知 则 故C正确； D．根据动能定理可知 解得 故D错误； 故选C。 6．（2024·湖南长沙·一模）一辆质量为m的小汽车在水平地面上由静止开始运动，其功率随速度的变化关系如图所示，其中AB段平行于v轴，汽车匀速运动阶段的速度为。根据图像，下列说法正确的是（　　） A．速度增大到的过程中，汽车的加速度逐渐减小，当时， B．汽车与地面间的摩擦力大小为 C．在OA段汽车的位移为 D．若AB段汽车的位移为s，则AB段汽车运动的时间 【答案】C 【详解】A．图像斜率代表牵引力，速度增大到的过程中，汽车的牵引力不变，加速度不变，故A错误； B．汽车匀速运动阶段的速度为，此时牵引力等于摩擦力，汽车与地面间的摩擦力大小为 故B错误； C．图像斜率代表牵引力，汽车牵引力在OA段不变，故汽车为匀加速启动，在A点功率为额定功率，牵引力为匀加速运动的牵引力，故匀加速阶段的牵引力为 联立得 故C正确； D．根据动能定理 得 故D错误。 故选C。 7．（2024·四川成都·一模）（多选）如图甲所示，一足够长的水平传送带以某一恒定速度顺时针转动，一根轻弹簧一端与竖直墙面连接，另一端与工件不拴接。工件将弹簧压缩一段距离后置于传送带最左端无初速度释放，工件向右运动受到的摩擦力Ff随位移x变化的关系如图乙所示，x0、Ff0为已知量，则下列说法正确的是（工件与传送带间的动摩擦因数处处相等）（　　）    A．工件在传送带上先做加速运动，后做减速运动 B．工件向右运动2x0后与弹簧分离 C．弹簧的劲度系数为 D．整个运动过程中摩擦力对工件做功为 【答案】BD 【详解】A．从图乙可知，摩擦力在处方向发生变化，在区间工件的摩擦力大小发生变化，说明工件与传送带相对静止，故工件先做加速运动后做匀速运动，故A错误； B．在区间摩擦力大小等于弹簧弹力大小，位置摩擦力为零，所以弹力为零，所以工件运动后与弹簧分离，故B正确； C．由胡克定律得 解得弹簧的劲度系数 故C错误； D．摩擦力对工件先做正功后做负功，图乙图像与x轴围成的面积在数值上等于摩擦力对工件做的功，即 故D正确。 故选BD。 8．（2021·重庆·高考真题）（多选）额定功率相同的甲、乙两车在同一水平路面上从静止启动，其发动机的牵引力随时间的变化曲线如图所示。两车分别从和时刻开始以额定功率行驶，从和时刻开始牵引力均视为不变。若两车行驶时所受的阻力大小与重力成正比，且比例系数相同，则（　　） A．甲车的总重比乙车大 B．甲车比乙车先开始运动 C．甲车在时刻和乙车在时刻的速率相同 D．甲车在时刻和乙车在时刻的速率相同 【答案】ABC 【详解】A．根据题述，两车额定功率P相同，匀速运动后牵引力等于阻力，因此甲车阻力大于乙车阻力，根据甲车时刻后和乙车时刻后两车牵引力不变，甲车牵引力大于乙车可知 可知甲车的总重比乙车大，故A正确； B．如图所示 甲车在A点所对应的时刻牵引力与阻力瞬间相等，所以甲车从这个时刻开始，做加速运动；乙车在B点所对应的时刻牵引力与阻力瞬间相等，乙车从这个时刻开始加速，所以甲车比乙车先开始运动，故B正确； C．两车分别从和时刻开始以额定功率行驶，这两个时刻，两车的牵引力等大，由 可知，甲车在时刻和乙车在时刻的速率相同，故C正确； D．时刻甲车达到最大速度，时刻乙车达到最大速度，根据汽车的额定功率 可知由于甲车的总重比乙车大，所以甲车在时刻的速率小于乙车在时刻的速率，故D错误。 故选ABC。 9．（2020·天津·高考真题）（多选）复兴号动车在世界上首次实现速度350km/h自动驾驶功能，成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车，初速度为，以恒定功率P在平直轨道上运动，经时间t达到该功率下的最大速度，设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变。动车在时间t内（    ） A．做匀加速直线运动 B．加速度逐渐减小 C．牵引力的功率 D．牵引力做功 【答案】BC 【详解】AB．动车的功率恒定，根据可知动车的牵引力减小，根据牛顿第二定律得 可知动车的加速度减小，所以动车做加速度减小的加速运动，A错误，B正确； C．当加速度为0时，牵引力等于阻力，则额定功率为 C正确； D．动车功率恒定，在时间内，牵引力做功为 根据动能定理得 D错误。 故选BC。 10．（2024·黑龙江·二模）（多选）我国新能源汽车发展迅猛，已成为全球最大的新能源汽车产销国。质量为m的某新能源汽车在水平路面上以恒定加速度a启动，其图像如图所示，其中OA段和BC段为直线。已知汽车动力系统的额定功率为P，汽车所受阻力大小恒为f，则下列说法正确的是（　　） A．汽车做匀加速运动的最大速度 B．汽车能达到的最大行驶速度 C．汽车速度为时的功率为 D．汽车速度为时的加速度大小为 【答案】CD 【详解】A．据牛顿第二定律有 解得 则汽车做匀加速运动的最大速度 故A错误； B．当牵引力与阻力平衡时，汽车达到最大行驶速度，即 故B错误； C．汽车速度为时，功率为 故C正确； D．汽车速度为时，牵引力大小为 根据牛顿第二定律有 解得 故D正确。 故选CD。 11．（2021·浙江·高考真题）如图所示，质量m=2kg的滑块以v0=16m/s的初速度沿倾角θ=37°的斜面上滑，经t=2s滑行到最高点。然后，滑块返回到出发点。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，求滑块 (1)最大位移值x； (2)与斜面间的动摩擦因数； (3)从最高点返回到出发点的过程中重力的平均功率P。 【答案】(1)16m；(2)0.25；(3)67.9W 【详解】(1)小车向上做匀减速直线运动，有 得 (2)加速度 上滑过程 得 (3)下滑过程 由运动学公式 重力的平均功率 12．（2022·江苏·高考真题）在轨空间站中物体处于完全失重状态，对空间站的影响可忽略，空间站上操控货物的机械臂可简化为两根相连的等长轻质臂杆，每根臂杆长为L，如题图1所示，机械臂一端固定在空间站上的O点，另一端抓住质量为m的货物，在机械臂的操控下，货物先绕O点做半径为、角速度为的匀速圆周运动，运动到A点停下，然后在机械臂操控下，货物从A点由静止开始做匀加速直线运动，经时间t到达B点，A、B间的距离为L。 （1）求货物做匀速圆周运动时受到合力提供的向心力大小； （2）求货物运动到B点时机械臂对其做功的瞬时功率P。 （3）在机械臂作用下，货物、空间站和地球的位置如题图2所示，它们在同一直线上，货物与空间站同步做匀速圆周运动，已知空间站轨道半径为r，货物与空间站中心的距离为d，忽略空间站对货物的引力，求货物所受的机械臂作用力与所受的地球引力之比。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）质量为的货物绕点做匀速圆周运动，半径为，根据牛顿第二定律可知 （2）货物从静止开始以加速度做匀加速直线运动，根据运动学公式可知 解得 货物到达点时的速度大小为 货物在机械臂的作用下在水平方向上做匀加速直线运动，机械臂对货物的作用力即为货物所受合力，所以经过时间，货物运动到点时机械臂对其做功的瞬时功率为 （3）空间站和货物同轴转动，角速度相同，对质量为空间站，质量为的地球提供向心力 解得 货物在机械臂的作用力和万有引力的作用下做匀速圆周运动，则 货物受到的万有引力 解得机械臂对货物的作用力大小为 则 13．（2021·上海·高考真题）如图，在倾角为的斜面，段光滑且长为，段粗糙（动摩擦因数恒定）且足够长，一质量为的物体在平行于斜面方向的力的作用下，从静止开始运动，段沿斜面向上匀加速运动，经过时间到达点。（重力加速度为） （1）求段拉力的大小； （2）求物体运动到点时拉力的功率； （3）若段拉力的功率恒为，且物体做减速运动，定性画出物体由运动到的图线。 【答案】（1）；（2）；（3）见解析图 【详解】（1）物块在AB段运动受力分析如图，则 解得 （2）求物体运动到点时 拉力的功率 解得 （3）从A到B物体做匀加速运动，从B到C做减速运动，则s-t图像如图； ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2026高考物理一轮总复习专题讲义14：功和功率 （共14页） 目录 【链接高考】 1 【知识梳理】 3 【考向分析】 5 考向一、恒力做功的分析和计算 5 考向二、变力做功的计算 6 考向三、功率的计算 7 考向四、机车运动中的功率及图像问题 8 【高考解题速通】 9 【链接高考】 1．（2024·广东·高考真题）如图所示，探测器及其保护背罩通过弹性轻绳连接降落伞。在接近某行星表面时以的速度竖直匀速下落。此时启动“背罩分离”，探测器与背罩断开连接，背罩与降落伞保持连接。已知探测器质量为1000kg，背罩质量为50kg，该行星的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取。忽略大气对探测器和背罩的阻力。下列说法正确的有（　　） A．该行星表面的重力加速度大小为 B．该行星的第一宇宙速度为 C．“背罩分离”后瞬间，背罩的加速度大小为 D．“背罩分离”后瞬间，探测器所受重力对其做功的功率为30kW 2．（2023·山东·高考真题）《天工开物》中记载了古人借助水力使用高转筒车往稻田里引水的场景。引水过程简化如下：两个半径均为R的水轮，以角速度ω匀速转动。水筒在筒车上均匀排布，单位长度上有n个，与水轮间无相对滑动。每个水筒离开水面时装有质量为m的水，其中的60%被输送到高出水面H处灌入稻田。当地的重力加速度为g，则筒车对灌入稻田的水做功的功率为（   ）    A． B． C． D．nmgωRH 3．（2023·山东·高考真题）质量为M的玩具动力小车在水平面上运动时，牵引力F和受到的阻力f均为恒力，如图所示，小车用一根不可伸长的轻绳拉着质量为m的物体由静止开始运动。当小车拖动物体行驶的位移为时，小车达到额定功率，轻绳从物体上脱落。物体继续滑行一段时间后停下，其总位移为。物体与地面间的动摩擦因数不变，不计空气阻力。小车的额定功率P0为（   ）    A． B． C． D． 4．（2023·湖北·高考真题）两节动车的额定功率分别为和，在某平直铁轨上能达到的最大速度分别为和。现将它们编成动车组，设每节动车运行时受到的阻力在编组前后不变，则该动车组在此铁轨上能达到的最大速度为（    ） A． B． C． D． 5．（2024·福建·高考真题）我国古代劳动人民创造了璀璨的农耕文明。图（a）为《天工开物》中描绘的利用耕牛整理田地的场景，简化的物理模型如图（b）所示，人站立的农具视为与水平地面平行的木板，两条绳子相互平行且垂直于木板边缘。已知绳子与水平地面夹角为，，。当每条绳子拉力的大小为时，人与木板沿直线匀速前进，在内前进了，求此过程中 (1)地面对木板的阻力大小； (2)两条绳子拉力所做的总功； (3)两条绳子拉力的总功率。 【知识梳理】 【考纲要求】 1、理解功、功率、平均功率、瞬时功率等概念含义； 2、知道功的正负的物理意义；掌握恒力做功特点及计算方法； 3、会分析机车在恒定功率或恒定牵引力作用下运动状态的变化情况； 4、会计算变力的功； 5、知道摩擦力做功的多种情况。 【知识网络】 【考点梳理】 考点一、功 1、功的定义 　　一个物体受到力的作用，如果在力的方向上发生一段位移，就说这个力对物体做了功。 2、做功的两个必要因素 　　力和物体在力的方向上发生的位移，缺一不可。 3、功的物理意义：功是能量变化的量度 　　能量的转化跟做功密切相关，做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功就有多少能量发生了转化，功是能量转化的量度。 4、公式 　　（1）当恒力F的方向与位移的方向一致时，力对物体所做的功为。 　　（2）当恒力F的方向与位移的方向成某一角度时，力F物体所做的功为．即力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移的夹角的余弦这三者的乘积。 5、功是标量，但有正负 　　功的单位由力的单位和位移的单位决定。在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，符号是J。 要点诠释：一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做功（取绝对值）。这两种说法在意义上是相同的。例如竖直向上抛出的球，在向上运动的过程中，重力对球做了－6J的功，可以说成球克服重力做了6J的功。 由，可以看出： 　　①当=0时，，即，力对物体做正功； 　　②当时，，力对物体做正功。 　　①②两种情况都是外界对物体做功。 　　③当时，力与位移垂直， ，即力对物体不做功，即外界和物体间无能量交换； 　　④当时，，力对物体做负功,也称物体克服这个力做了功； 　　⑤当时，，此时，即力的方向与物体运动位移的方向完全相反，是物体运动的阻力。 　　④⑤两种情况都是物体对外界做功。 6、合力的功 要点诠释：（1）当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力的合力对物体所做的功，等于各个力分别对物体所做功的代数和，即 （2）也可先求合外力，再求合外力的功；先求出物体受到的合力，再由求解，但应注意应为合力与位移的夹角，在运动过程中保持不变。 （3）也可用动能定理求解。 7、变力做功的求解方法 　　（1）用动能定理或功能关系（功是能量转化的量度） 　　（2）将变力的功转化为恒力的功 当变力的功率P一定时，可用求功，如机车牵引力做的功。 考点二、功率 1、功率是描述力做功快慢的物理量，是功与所用时间的比值。 定义式 ① 导出式②（其中中和两矢量的夹角） ①中求出的P为平均功率，若功率一直不变，亦为瞬时功率。②式中若为平均速率，则P为平均功率；若为瞬时速率，则P为瞬时功率。一般情况下，求平均功率使用，求瞬时功率使用。 2、功率的单位是瓦特。 3、额定功率和实际功率 　　额定功率是指任意机械在正常条件下可以长时间工作而不损坏机械的最大输出功率，实际功率是指机械实际工作时的功率。 　　一般情况下，实际功率可以小于或等于额定功率，而在特殊情况下实际功率可以超过额定功率，只能是较短时间，但尽量避免。 4、力的功率 　　当力F和速度在一条直线上，力的功率；当F与垂直，则F的功率P=0；当F与成任意夹角，则F的功率。 5、机车的启动的两种方式： （1）机车以恒定的功率启动 要点诠释：　机车以恒定的功率启动后，若运动过程中所受阻力不变，由于牵引力，随增大，F减小，根据牛顿第二定律，当速度增大时，加速度减小，其运动情况是做加速度减小的加速运动，直至时，减小至零，此后速度不再增大，速度达到最大值而做匀速运动，做匀速直线运动的速度是。这一过程的关系如图所示。 （2）车以恒定的加速度启动 要点诠释：由知，当加速度不变时，发动机牵引力F恒定，再由知，F一定，发动机实际输出功率P随的增大而增大，但当P增大到额定功率以后不再增大，此后，发动机保持额定功率不变，继续增大，牵引力F减小，直至时，＝0，车速达到最大值，此后匀速运动。 　在P增至之前，车匀加速运动，其持续时间为 （这个必定小于，它是车的功率增至之时的瞬时速度）。计算时，利用，先算出F，再求出，最后根据求；在P增至之后，为加速度减小的加速运动，直至达到。 这一过程的关系如图所示。 注意数形结合：第一段牵引力（加速度）恒定，就根据牛顿第二定律和运动学求解，属于恒力做功；第二段，变力做功，根据动能定理求解。 【考向分析】 考向一、恒力做功的分析和计算 1．（2025·北京丰台·一模）如图所示，冰车静止在冰面上，小孩与冰车的总质量。大人用恒定拉力，使冰车开始沿水平冰面移动，拉力方向与水平面的夹角为。已知冰车与冰面间的动摩擦因数，重力加速度，，。求。 (1)小孩与冰车受到的支持力的大小。 (2)小孩与冰车的加速度的大小。 (3)拉力作用时间，冰车位移的大小。 (4)拉力作用时间内，合外力做的功。 考向二、变力做功的计算 1．（2025·山东·二模）如图所示，半径为的四分之一光滑圆弧竖直固定，最低点放置一质量为的物块，可视为质点。物块在方向始终沿圆弧切线的推力作用下由运动到，力大小恒为。对于该运动过程，下列说法正确的是（　　） A．力做功大小为 B．力做功大小为 C．力的功率先增大后减小 D．克服重力做功的功率先增大后减小 2．（2025·山东·模拟预测）如图所示，在倾角为的光滑固定斜面上，与斜面平行、劲度系数为k的轻弹簧下端连接在垂直斜面的固定挡板N上，上端连接质量为m的物块P，质量也为m的物块Q紧靠着P，整个系统处于静止状态。现给Q施加一平行于斜面向上的拉力，使Q缓慢移动，到Q与P将要分离时撤去拉力，重力加速度大小为g。则（　　） A．此过程中拉力的最大值为 B．此过程中拉力做的功为 C．撤去拉力瞬间弹簧的弹力大小为0 D．撤去拉力瞬间Q的加速度大小为 考向三、功率的计算 1．（2025·四川绵阳·三模）如图所示，成人用与水平方夹角为α、斜向上的拉力F向前拉总质量为m的小孩和雪橇，从静止开始沿直线匀加速通过距离x的过程中（　　） A．雪橇对地面的压力大小是mg-Fcosα B．雪橇与地面之间摩擦力大小是Fsinα C．拉力做功是Fx D．拉力做功是Fxcosα 2．（2021·浙江·高考真题）如图所示是我国自主研发的全自动无人值守望远镜，它安装在位于南极大陆的昆仑站，电力供应仅为1×103W。若用国际单位制基本单位的符号来表示W，正确的是（　　） A．N・s B．N・m/s C．kg・m/s D．kg・m2/s3 3．（2021·北京·高考真题）如图所示，高速公路上汽车定速巡航（即保持汽车的速率不变）通过路面abcd，其中ab段为平直上坡路面，bc段为水平路面，cd段为平直下坡路面。不考虑整个过程中空气阻力和摩擦阻力的大小变化。下列说法正确的是（　　） A．在ab段汽车的输出功率逐渐减小 B．汽车在ab段的输出功率比bc段的大 C．在cd段汽车的输出功率逐渐减小 D．汽车在cd段的输出功率比bc段的大 考向四、机车运动中的功率及图像问题 1．（2020·江苏·高考真题）质量为的汽车在水平路面上匀速行驶，速度为，受到的阻力大小为。此时，汽车发动机输出的实际功率是（　　） A． B． C． D． 2．（2023·广东·模拟预测）如图甲所示，一个倾角为的斜面固定在地面上，一辆质量为m的汽车由静止以额定功率P驶上斜面，汽车行驶的最大速度为v1；如图乙所示，若汽车从斜面顶端由静止以额定功率P向下运动，汽车行驶的最大速度为v2.已知汽车行驶过程中受到的阻力大小恒定不变，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．汽车均做匀加速直线运动 B．最大行驶速度v1大于v2 C．阻力大小为 D．额定功率大小为 3．（2022·浙江·一模）已知汽车在平直路面上由静止启动，阻力恒定，最终达到最大速度后以额定功率匀速行驶，ab、cd平行于v轴，bc反向延长线过原点O，汽车质量为M，已知M、、、，下列说法不正确的是（　　）    A．汽车额定功率为 B．汽车从b到c过程作变加速运动 C．汽车匀加速运动持续的时间为 D．汽车从a到b过程克服阻力做功 【高考解题速通】 1．（2025·河北廊坊·一模）石磨是把米、麦、豆等粮食加工成粉、浆的一种工具。如图所示，石磨由下盘（不动盘）和上盘（转动盘）两部分组成。某人在手柄上施加方向总与垂直、大小为的水平力作用使石磨上盘匀速转动，已知点到转轴的距离为，则石磨上盘匀速转动一周的过程中摩擦力所做的功约为（    ） A．0 B． C． D． 2．（2024·辽宁辽阳·一模）一电动玩具汽车启动时，以额定功率沿直线加速并达到最大速度，其加速度a与速度倒数的关系图像如图所示。已知电动玩具汽车受到的阻力大小恒为100N，取重力加速度大小。则电动玩具汽车的额定功率和最大速度分别为（    ） A．200W  2m/s B．100W  4m/s C．100W  2m/s D．200W  4m/s 3．（2025·河北·一模）一辆起重机某次从时刻由静止开始竖直提升质量为500kg的物体，物体的图像如图所示，2s后起重机的功率为额定功率，不计空气阻力，取重力加速度大小，下列说法正确的是（    ） A．物体在匀加速阶段的位移大小为2m B．该起重机的额定功率为5.25kW C．物体的最大速度大小为 D．和时间内牵引力对物体做的功之比为 4．（2024·江苏南通·一模）一辆轿车在平直公路上由静止开始匀加速运动，达到额定功率后保持功率不变，最终做匀速运动．轿车在行驶过程中受到的阻力恒定，关于轿车的速度，功率随时间的变化规律正确的是（    ） A． B． C． D． 5．（2024·安徽·二模）2023年11月10日，我国首条具有完全自主知识产权的超高速低真空管道磁浮交通系统试验线——高速飞车大同（阳高）试验线一期主体工程完工，其速度能达1000千米/时以上，标志着我国在新型交通领域的研究已迈入世界先进行列。如图所示．高速飞车的质量为m，额定功率为，列车以额定功率在平直轨道上从静止开始运动，经时间t达到该功率下的最大速度，设恒定阻力为，则（    ） A．列车达到的最大速率等于 B．列车达到最大速度前加速度与牵引力成正比 C．列车在时间t内牵引力做功大于 D．在时间t内列车位移大于 6．（2024·湖南长沙·一模）一辆质量为m的小汽车在水平地面上由静止开始运动，其功率随速度的变化关系如图所示，其中AB段平行于v轴，汽车匀速运动阶段的速度为。根据图像，下列说法正确的是（　　） A．速度增大到的过程中，汽车的加速度逐渐减小，当时， B．汽车与地面间的摩擦力大小为 C．在OA段汽车的位移为 D．若AB段汽车的位移为s，则AB段汽车运动的时间 7．（2024·四川成都·一模）（多选）如图甲所示，一足够长的水平传送带以某一恒定速度顺时针转动，一根轻弹簧一端与竖直墙面连接，另一端与工件不拴接。工件将弹簧压缩一段距离后置于传送带最左端无初速度释放，工件向右运动受到的摩擦力Ff随位移x变化的关系如图乙所示，x0、Ff0为已知量，则下列说法正确的是（工件与传送带间的动摩擦因数处处相等）（　　）    A．工件在传送带上先做加速运动，后做减速运动 B．工件向右运动2x0后与弹簧分离 C．弹簧的劲度系数为 D．整个运动过程中摩擦力对工件做功为 8．（2021·重庆·高考真题）（多选）额定功率相同的甲、乙两车在同一水平路面上从静止启动，其发动机的牵引力随时间的变化曲线如图所示。两车分别从和时刻开始以额定功率行驶，从和时刻开始牵引力均视为不变。若两车行驶时所受的阻力大小与重力成正比，且比例系数相同，则（　　） A．甲车的总重比乙车大 B．甲车比乙车先开始运动 C．甲车在时刻和乙车在时刻的速率相同 D．甲车在时刻和乙车在时刻的速率相同 9．（2020·天津·高考真题）（多选）复兴号动车在世界上首次实现速度350km/h自动驾驶功能，成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车，初速度为，以恒定功率P在平直轨道上运动，经时间t达到该功率下的最大速度，设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变。动车在时间t内（    ） A．做匀加速直线运动 B．加速度逐渐减小 C．牵引力的功率 D．牵引力做功 10．（2024·黑龙江·二模）（多选）我国新能源汽车发展迅猛，已成为全球最大的新能源汽车产销国。质量为m的某新能源汽车在水平路面上以恒定加速度a启动，其图像如图所示，其中OA段和BC段为直线。已知汽车动力系统的额定功率为P，汽车所受阻力大小恒为f，则下列说法正确的是（　　） A．汽车做匀加速运动的最大速度 B．汽车能达到的最大行驶速度 C．汽车速度为时的功率为 D．汽车速度为时的加速度大小为 11．（2021·浙江·高考真题）如图所示，质量m=2kg的滑块以v0=16m/s的初速度沿倾角θ=37°的斜面上滑，经t=2s滑行到最高点。然后，滑块返回到出发点。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，求滑块 (1)最大位移值x； (2)与斜面间的动摩擦因数； (3)从最高点返回到出发点的过程中重力的平均功率P。 12．（2022·江苏·高考真题）在轨空间站中物体处于完全失重状态，对空间站的影响可忽略，空间站上操控货物的机械臂可简化为两根相连的等长轻质臂杆，每根臂杆长为L，如题图1所示，机械臂一端固定在空间站上的O点，另一端抓住质量为m的货物，在机械臂的操控下，货物先绕O点做半径为、角速度为的匀速圆周运动，运动到A点停下，然后在机械臂操控下，货物从A点由静止开始做匀加速直线运动，经时间t到达B点，A、B间的距离为L。 （1）求货物做匀速圆周运动时受到合力提供的向心力大小； （2）求货物运动到B点时机械臂对其做功的瞬时功率P。 （3）在机械臂作用下，货物、空间站和地球的位置如题图2所示，它们在同一直线上，货物与空间站同步做匀速圆周运动，已知空间站轨道半径为r，货物与空间站中心的距离为d，忽略空间站对货物的引力，求货物所受的机械臂作用力与所受的地球引力之比。 13．（2021·上海·高考真题）如图，在倾角为的斜面，段光滑且长为，段粗糙（动摩擦因数恒定）且足够长，一质量为的物体在平行于斜面方向的力的作用下，从静止开始运动，段沿斜面向上匀加速运动，经过时间到达点。（重力加速度为） （1）求段拉力的大小； （2）求物体运动到点时拉力的功率； （3）若段拉力的功率恒为，且物体做减速运动，定性画出物体由运动到的图线。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$