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1、第五單元功、功率和機(jī)械效率,課時(shí) 13功功率 機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化,力,力,距離,距離,乘積,Fs,焦耳,功,做功所用時(shí)間,快慢,快,慢,瓦特,W,103,Fv,對外做功,J,運(yùn)動,控制變量法,轉(zhuǎn)換法,初速度,質(zhì)量,速度,木塊被推動的距離,轉(zhuǎn)換,越大,速度,質(zhì)量,越大,被舉高,質(zhì)量,所處高度,彈性形變,機(jī)械能,減小,減小,增大,增大,動,重力勢,重力勢,動,重力勢,動,動,重力勢,動,重力勢,重力勢,動,動,重力勢,不變,摩擦及阻力,守恒,減小,增大,例1指出下列各情況中,力對物體是否做功:(均選填“做功”或“不做功”) (1)在草地上滾動的足球,支持力對球。 (2)手提一桶水在水平面上運(yùn)動一段

2、距離,拉力對桶。 (3)一只蘋果從樹上落下過程中,重力對它。 (4)小球被踢出去后,由于慣性在光滑的水平面上滾動,腳對球。 (5)懸掛著的電燈,電線的拉力對電燈。 (6)舉重運(yùn)動員舉起杠鈴過程中,舉力對杠鈴。 (7)鋼筆在紙面上寫字中,紙面的摩擦力對鋼筆。,不做功,不做功,做功,不做功,不做功,做功,做功,例2一個跳傘運(yùn)動員的總質(zhì)量為80 kg,當(dāng)它從500 m的高空跳下后,過了一段時(shí)間才打開降落傘,最后以4 m/s的豎直速度勻速下降了10 s恰好落到地面,在整個過程中,重力做了多少功?最后豎直勻速下落階段克服阻力做了多少功?(未開傘前不考慮空氣阻力,g取10 N/kg),答案 解:重力做功為

3、WG=mgh=80 kg10 N/kg500 m=4105 J。 勻速下落的距離h1=vt=4 m/s10 s=40 m, 克服阻力做的功Wf=fh2=Gh1=mgh1=80 kg10 N/kg40 m=3.2104 J。,變式1小夏推箱子經(jīng)歷了如圖13-1所示的過程,最終箱子被推出去后又向前滑行了一段距離。下列對上述過程中涉及的物理知識,分析正確的是() A.圖甲:因?yàn)橄渥記]動,所以小夏沒有對箱子施加力的作用 B.圖乙:因?yàn)橄渥邮艿降哪Σ亮Υ笥谕屏?所以小夏沒推動箱子 C.圖乙:因?yàn)樾∠膶ο渥邮┘恿肆?所以小夏對箱子做了功 D.圖丙:小夏對箱子做的功小于推力與箱子移動距離的乘積,D,圖13-

4、1,變式2一個人先后用同樣大小的力F將不同質(zhì)量的物體分別在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上沿力的方向移動相同的距離s(如圖13-2所示),該力在這三個過程中所做的功分別為W1、W2、W3,關(guān)于它們之間的大小關(guān)系,下列說法正確的是() A.W1

5、C.省力多的機(jī)械功率大 D.單位時(shí)間內(nèi)完成的功越多,則功率越大 E.做功多的機(jī)械功率大 F.做功時(shí)間長的機(jī)械功率大 G.做功快的機(jī)械功率大 H.做功時(shí)間一定,功率大的機(jī)械做功多 I.做相同的功,功率大的用的時(shí)間短 J.功率小的機(jī)械做的功少,DGHI,例4如圖13-3所示,小麗和爺爺進(jìn)行爬樓比賽。他們同時(shí)從一樓出發(fā),爬到五樓,結(jié)果小麗先到達(dá)。已知小麗的體重比爺爺?shù)捏w重輕。下列說法正確的是() A.爬到五樓時(shí),小麗做的功比爺爺做的功多 B.爬到五樓時(shí),爺爺做的功比小麗做的功多 C.小麗做功的功率一定比爺爺做功的功率大 D.爺爺做功的功率一定比小麗做功的功率大,圖13-3,例5 2017益陽 跳傘是

6、一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)的運(yùn)動,現(xiàn)在越來越受到人們的喜愛。在某次跳傘訓(xùn)練過程中,一體重為500 N的運(yùn)動員從空中懸停的直升機(jī)上由靜止開始豎直跳下,其速度與時(shí)間的關(guān)系如圖13-4所示,經(jīng)15 s下落210 m后,開始做勻速直線運(yùn)動直至落地,整個過程中用時(shí)30 s。求在整個過程中: (1)運(yùn)動員的平均速度。 (2)重力做的功。 (3)勻速下降時(shí)重力做功的功率。,圖13-4,(2)重力做的功。,(3)勻速下降時(shí)重力做功的功率。,(2)運(yùn)動員下落的高度為h=s=300 m; 重力做的功W=Gh=500 N300 m=1.5105 J。,(3)勻速下降時(shí),重力做功的功率P=Fv=Gv=500 N6 m/s=31

7、03 W。,變式1如圖13-5所示是甲、乙兩物體做功與所需時(shí)間的關(guān)系圖像,由圖像可知() A.P甲P乙B.P甲

8、槍魚”搜尋任務(wù)完成后,變?yōu)樽灾貢r(shí)恰能靜止漂浮在海面上,此時(shí)露出海面的體積為多大? (3)若由起重裝置將上述漂浮在海面的“金槍魚”勻速豎直吊離海面,起重裝置拉力的功率隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示,P3=3P1。求t1時(shí)刻起重裝置對“金槍魚”的拉力。(不考慮水的阻力),圖13-6,解:(1)海面下2000 m處的壓強(qiáng)p1=gh1=1.0103 kg/m310 N/kg2000 m=2107 Pa, “金槍魚”下潛至最大潛水深度處的壓強(qiáng) p2=gh2=1.0103 kg/m310 N/kg4500 m=4.5107 Pa, 增加的壓強(qiáng)p=p2-p1=4.5107 Pa-2107 Pa=2.5107 P

9、a, 探測窗口承受海水的壓力增加量 F=pS=2.5107 Pa2010-4 m2=5104 N。,(2)“金槍魚”搜尋任務(wù)完成后,變?yōu)樽灾貢r(shí)恰能靜止漂浮在海面上,此時(shí)露出海面的體積為多大?,(3)若由起重裝置將上述漂浮在海面的“金槍魚”勻速豎直吊離海面,起重裝置拉力的功率隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示,P3=3P1。求t1時(shí)刻起重裝置對“金槍魚”的拉力。(不考慮水的阻力),例6關(guān)于功和能,下列說法正確的有。 A.穩(wěn)穩(wěn)掛在墻上的電視機(jī),沒有對外做功,所以它沒有機(jī)械能 B.發(fā)生彈性形變的物體具有的能叫彈性勢能 C.五樓教室里的同學(xué)一定比四樓的同學(xué)的重力勢能大 D.一個質(zhì)量不變的物體運(yùn)動速度加快時(shí),動

10、能增大 E.一個質(zhì)量不變的物體重力勢能變大了,一定是高度升高了 F.功、熱量、能量的單位都是焦耳(J),BDEF,變式關(guān)于能的概念,下列說法中正確的是() A.空中飛行的鴿子一定比燕子的動能大 B.跑得快的運(yùn)動員一定比跑得慢的運(yùn)動員動能大 C.甲同學(xué)比乙同學(xué)質(zhì)量大些,甲同學(xué)的勢能一定比乙同學(xué)的勢能大 D.如果一個物體能夠?qū)ν庾龉?這個物體就一定具有能,D,例7判斷下列說法的正誤,正確的用“”表示,錯誤的用“”表示。 (1)一個同學(xué)在蹦床上玩,從跳起到上升至最高點(diǎn)的過程中,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能() (2)羽毛球是很多中年人喜歡的運(yùn)動,羽毛球在空中上升時(shí)重力勢能減小,動能增大() (3)鉛球從最高點(diǎn)

11、自由落到最低點(diǎn)的過程中,重力勢能減小,動能增大() (4)飛船由遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)勻速運(yùn)動的過程中動能不變,重力勢能減小(),,,,,(5)排球在下落過程中受到空氣阻力作用,機(jī)械能保持不變() (6)人在乘坐電梯勻速上升時(shí),重力勢能增大,機(jī)械能不變() (7)沿斜面勻速向上推動物體運(yùn)動,物體的動能不變,重力勢能增大,機(jī)械能增大() (8)冬奧會上滑雪運(yùn)動員從山坡上勻速下滑時(shí),其動能不變,重力勢能減小,機(jī)械能減小() (9)下雨天,雨滴從高空中勻速下落的過程中,重力勢能減小,機(jī)械能不變() (10)灑水車沿街道勻速行駛,將水灑向路面,在此過程中它的動能不變,機(jī)械能不變() (11)“神州十一號”飛船

12、飛離地面時(shí)速度越來越大,在此過程中,航天英雄景海鵬所具有的動能變大,機(jī)械能變大(),,,,,,,,變式如圖13-7所示,足球以初速度v沿著凹凸不平的草地從a運(yùn)動到d,足球() A.在b、d兩點(diǎn)時(shí)動能相等 B.在a、d兩點(diǎn)時(shí)機(jī)械能相等 C.從b到c的過程中機(jī)械能減少 D.從c到d的過程中重力勢能減少,C,圖13-7,例1某同學(xué)在探究“動能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中,設(shè)計(jì)了如圖13-8甲所示的實(shí)驗(yàn)方案,并進(jìn)行了如下的操作: 步驟1:讓鋼球從斜面A點(diǎn)由靜止開始下滑,到達(dá)水平面時(shí)的速度為v1,撞擊木塊并使木塊移動,記下木塊移動的距離s1; 步驟2:讓鋼球從斜面B點(diǎn)由靜止開始下滑,到達(dá)水平面時(shí)的速度為

13、v2,撞擊木塊并使木塊移動,記下木塊移動的距離s2; 步驟3:改變鋼球的質(zhì)量讓鋼球從A點(diǎn)由靜止開始下滑,撞擊木塊并使木塊移動,記下木塊移動的距離s3。,圖13-8,解析 (1)A點(diǎn)高于B點(diǎn),同一鋼球在A點(diǎn)處具有的重力勢能大于在B點(diǎn)處的重力勢能;鋼球從斜面上向下滾動時(shí),重力勢能轉(zhuǎn)化為動能,所以鋼球從A點(diǎn)釋放后,滾動到水平面時(shí)的動能較大,速度也較大,即v1v2。 (2)步驟1和步驟3控制鋼球在斜面上的初始位置相同,則鋼球滾動到水平面上時(shí)的速度相同,改變鋼球的質(zhì)量,即在速度相同的情況下,探究動能與質(zhì)量的關(guān)系。,(1)比較v1、v2,可知v1v2。原因:鋼球的重力勢能越大,轉(zhuǎn)化為鋼球的能越大。 (2)

14、比較步驟和步驟3可以探究動能大小和物體質(zhì)量的關(guān)系。,動,1,解析 (3)鋼球到達(dá)水平面時(shí)具有動能,推動木塊運(yùn)動時(shí),一部分動能轉(zhuǎn)移給木塊使木塊運(yùn)動,最終轉(zhuǎn)化為木塊克服摩擦力所做的功,另一部分由鋼球自身克服摩擦,轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,故EkW。 (4)步驟1與步驟2兩次實(shí)驗(yàn)操作中,木塊對水平面的壓力和接觸面的粗糙程度相同,所受摩擦力相等,即f1=f2。,(3)鋼球從斜面上滑下,碰撞到斜面底端水平放置的木塊后繼續(xù)向前運(yùn)動,兩者在水平木板上滑行一段時(shí)間后停下,如圖甲所示,設(shè)木塊克服摩擦力所做的功為W,小球與木塊碰撞前動能為Ek,則Ek(選填“”“s2,則f1f2。,,=,(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,該同學(xué)拿走木塊,先后將

15、鋼球從同一斜面的不同高度處由靜止釋放,記錄鋼球在相同表面上滑行到靜止的距離,如圖乙所示。根據(jù)此現(xiàn)象,小剛得出了動能與速度有關(guān)的結(jié)論。你認(rèn)為該同學(xué)實(shí)驗(yàn)方案是否合理(選填“合理”或“不合理”)。 (6)若該同學(xué)還準(zhǔn)備利用圖乙器材探究“阻力對物體運(yùn)動的影響”。為完成探究任務(wù),該同學(xué)需要從下面提供器材中選擇的器材有。(填字母) A.砝碼B.毛巾 C.彈簧測力計(jì)D.棉布,合理,BD,解析 (5)相同的表面對鋼球的阻力是相同的,通過觀察鋼球滑行到靜止的距離大小可以判斷出鋼球的動能大小,即鋼球滑行到靜止的距離越大,鋼球的動能越大。從而可以得出動能與速度的關(guān)系,故該實(shí)驗(yàn)方案合理。,例2 2017鄂爾多斯 小夏

16、同學(xué)在體育活動中,從鉛球下落陷入沙坑的深度情況受到啟發(fā),并產(chǎn)生了如下猜想。 猜想一:物體的重力勢能與物體的質(zhì)量有關(guān); 猜想二:物體的重力勢能與物體的下落高度有關(guān); 猜想三:物體的重力勢能與物體的運(yùn)動路徑有關(guān)。 為此小夏設(shè)計(jì)了如圖13-9所示的實(shí)驗(yàn):用大小、形狀相同的A、B、C、D四個鉛球分別從距離沙表面某高度處靜止釋放,其中D球從光滑彎曲管道上端靜止滑入,最后從管道下端豎直落下(球在光滑管道中運(yùn)動時(shí)的能量損失不計(jì))。,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表:,圖13-9,(1)本實(shí)驗(yàn)中采用的研究問題的方法有。(寫出一種方法即可) (2)本實(shí)驗(yàn)中,鉛球的重力勢能大小是通過 來反映的。 (3)為驗(yàn)證猜想二,應(yīng)比較(填實(shí)驗(yàn)

17、序號)。得到的結(jié)論是:當(dāng)物體質(zhì)量相同時(shí), 。,鉛球陷入沙坑的深度,控制變量法,物體的下落高度越高,其重力勢能越大,,解析 (3)猜想二要探究物體重力勢能與下落高度的關(guān)系,應(yīng)控制小球的質(zhì)量和運(yùn)動路徑相同,下落高度不同,即兩次實(shí)驗(yàn)符合條件。,(4)比較,得到的結(jié)論是 。 (5)經(jīng)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)和分析,小夏大膽給出重力勢能(Ep)的表達(dá)式“Ep=mgh”,并去辦公室詢問了老師,得以證實(shí)。小夏高興不已,回到教室后,根據(jù)學(xué)過的知識又算出了各小球落到沙表面時(shí)的動能,其中B球的動能為J。(忽略空氣阻力,g取10 N/kg),2,當(dāng)物體的質(zhì)量和下落高度均相同時(shí),物體的重力勢能與物體的運(yùn)動路徑無關(guān),解析 (5)忽略空氣阻力,則小球下落時(shí)機(jī)械能守恒,下落前的重力勢能等于小球落到沙表面時(shí)的動能,則B球落到沙表面時(shí)的動能Ek=Ep=mgh=0.4 kg10 N/kg0.5 m=2 J。,