第19講機(jī)械能 功和功率 機(jī)械能 1 動能 物體由于 而具有的能 2 重力勢能 物體由于 而具有的能 3 彈性勢能 物體由于發(fā)生 而具有的能 4 影響動能大小的相關(guān)因素 物體的 越大 動能越大 越大 動能也越大 5 影響重力勢能的相關(guān)因素 物體的 越大 越高 具有的重力勢能越大 運動 被舉高 彈性形變 質(zhì)量 速度 質(zhì)量 位置 6 影響彈性勢能的相關(guān)因素 物體的 越大 彈性勢能就越大 7 滾擺 滾擺從最高點開始往下運動時 始點處 最大 為 0 開始向下運動中 開始轉(zhuǎn)化為 動能漸趨增大 勢能漸趨減小 到達(dá) 時 此刻動能最大 反方向的轉(zhuǎn)換 滾擺不斷上升過程中 轉(zhuǎn)化為 勢能漸趨增大 動能漸趨減小 到達(dá)了一個新的最高點時 勢能最大 動能為 0 形變 勢能 動能 勢能 動能 最下端 動能 勢能 8 單擺 將擺錘拉到一定的高度后放手 擺錘在向下擺動的過程中 轉(zhuǎn)化為 在擺錘擺過最低點后向上擺動的過程中 轉(zhuǎn)化為 9 機(jī)械能守恒的含義 在只有重力或彈力對物體做功的條件下 或者不受其他外力的作用下 物體的 和 包括重力勢能和彈性勢能 發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 但 的總量保持不變 這個規(guī)律叫做 定律 10 如果沒有摩擦阻力 動能和勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中 機(jī)械能總量 11 如果存在摩擦阻力 動能和勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中 機(jī)械能的總量會減少 減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為摩擦產(chǎn)生的 能 重力勢能 動能 動能 重力勢能 動能 勢能 機(jī)械能 機(jī)械能守恒 保持不變 內(nèi) 例1 如圖所示 在殲20飛機(jī)加速向上運動的過程中 關(guān)于飛行員的能量分析 下列說法正確的是 A 動能增加 重力勢能不變B 動能不變 重力勢能增加C 機(jī)械能總量不變D 機(jī)械能總量增加 解析 在殲20飛機(jī)加速向上運動的過程中 飛行員的質(zhì)量不變 速度增大 其動能增大 高度升高 重力勢能增大 故飛行員機(jī)械能總量增加 D 1 在小球從O點由靜止開始沿x軸豎直下落的過程中 小球某種形式的能量E隨下落高度x變化的圖像如圖所示 若不計空氣阻力 那么這種能量是 A 重力勢能B 動能C 機(jī)械能D 內(nèi)能 解析 如圖 橫坐標(biāo)代表的是能量 縱坐標(biāo)代表的是物體下降的高度 物體下落時質(zhì)量保持不變 高度降低 重力勢能減小 不計空氣阻力 小球下降時 重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能 動能增大 機(jī)械能的總量不變 B 2 一輛在水平路面上勻速行駛的灑水車正在灑水作業(yè) 該灑水車在灑水的過程中 機(jī)械能 填 增大 減小 或 不變 解析 雖然灑水車在勻速行駛 速度不變 但由于灑水過程中質(zhì)量不斷變小 則動能不斷變小 同時 由于在水平路面上行駛 高度不變 而質(zhì)量變小 勢能減小 故機(jī)械能總量肯定會減小 減小 3 草原發(fā)生大面積蝗災(zāi)時 農(nóng)業(yè)部門利用飛機(jī)噴灑農(nóng)藥消滅蝗蟲 當(dāng)飛機(jī)在某一高度水平勻速飛行噴灑農(nóng)藥時 它的 A 動能不變 勢能不變B 動能減少 勢能增加C 動能增加 勢能減少D 動能減少 勢能減少 解析 噴灑農(nóng)藥后 飛機(jī)的質(zhì)量減少 在速度和高度不變的情況下 動能和勢能都會減少 D 4 如圖所示 在毽子被踢出后豎直上升的過程中 它的動能 重力勢能 均填 增大 減小 或 不變 解析 毽子上升過程中 動能轉(zhuǎn)化為勢能 因此動能減少 勢能增加 減小 增大 5 如圖所示 小朋友沿著滑梯勻速下滑的過程中 下列說法正確的是 A 他受到的重力不做功B 他的重力勢能減少C 他的動能增加D 他的機(jī)械能不變 解析 下滑過程中 重力做功 高度減小 勢能減少 因為勻速下滑 所以動能不變 結(jié)果機(jī)械能減少 B 6 用手將一重為G的鐵球緩慢放在一彈簧上 放手后 鐵球從A位置開始向下運動 到達(dá)B位置速度達(dá)到最大 到達(dá)C位置小球的速度變?yōu)榱?已知AC間的高度差為h 則從A位置到C位置鐵球的重力做功是 在此過程中彈簧的彈性勢能增加量為 B位置到C位置的過程中鐵球所受的重力 填 大于 小于 或 等于 彈簧所施加的彈力 整個過程中不計能量損耗 Gh Gh 小于 7 滾擺從圖中的位置1靜止釋放 下降經(jīng)過位置2 繼續(xù)下降 再上升到達(dá)最高點3 這三個位置 滾擺重力勢能最大的是位置 動能為零的是位置 機(jī)械能最大的是位置 填寫位置序號 解析 滾擺是重力勢能和動能相互轉(zhuǎn)化的機(jī)械 滾擺升到最高點后 放開手 可以看到滾擺旋轉(zhuǎn)著下降 越轉(zhuǎn)越快 到最低點時滾擺轉(zhuǎn)而上升 回到接近原來的位置 滾擺在最高點位置時重力勢能最大 動能為0 在最低點時動能最大 開始釋放的位置最高 所以圖示三個位置中位置1的重力勢能最大 動能為零 機(jī)械能最大 1 1和3 1 8 我們居住的城市高樓林立 如不小心發(fā)生高空墜物事件 則可能給人們的生命財產(chǎn)造成損害 更不可有意為之 日前 某小區(qū)的陳先生在早上下樓取車時發(fā)現(xiàn)車的后擋風(fēng)玻璃被穿了一個孔 上面還插著一個可樂瓶 肇事的可樂瓶里大約還有1 5的可樂 對此 下列描述正確的是 A 可樂瓶從高空墜落 動能會轉(zhuǎn)化為重力勢能B 可樂瓶對擋風(fēng)玻璃沒有做功C 可樂瓶從高空墜落 重力勢能會轉(zhuǎn)化為動能D 可樂瓶砸在擋風(fēng)玻璃的瞬間 具有很大的重力勢能 解析 A 可樂瓶從高空墜落 重力勢能會轉(zhuǎn)化為動能 而不是動能會轉(zhuǎn)化為重力勢能 說法錯誤 B 可樂瓶將擋風(fēng)玻璃擊穿了一個孔 對物體做了功 故說法錯誤 C 可樂瓶從高空墜落過程中 高度減少 勢能減少 速度增加 動能增加 這是因為重力勢能會轉(zhuǎn)化為動能 說法正確 D 勢能最大時 應(yīng)該高度最高 即開始下落時勢能最大 C 9 對于如圖所示滾擺運動的現(xiàn)象 下列解釋中不正確的是 A 動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化B 下降時重力勢能減小 動能增大C 上升的最大高度逐次降低 說明能量不守恒D 有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 但總能量不變 解析 滾擺向上運動的過程中 由于高度升高 重力勢能增加 同時速度減小 動能減小 反之 高度降低 重力勢能減小 同時速度增大 動能增加 故AB都正確 因為重力勢能和動能統(tǒng)稱為機(jī)械能 上升高度逐次降低 說明有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 但總能量不變 故C錯誤 D正確 C 10 如圖所示是一個左右對稱的凹形槽 將小球從A點由靜止釋放 若小球由A點到B點運動過程中克服摩擦力做的功用W表示 忽略空氣阻力 則下列說法正確的是 A 小球從A點運動到B點的過程中 勢能的減少量與動能的增加量之差等于WB 小球能夠從A點運動到D點C 小球從A點運動到B點的過程中 勢能的減少量等于動能的增加量D 小球從A點運動到C點的過程中 機(jī)械能的減少量等于動能的增加量 A 解析 從A點向B點運動過程中 大部分重力勢能轉(zhuǎn)化成動能 因為有摩擦 少部分重力勢能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能 故A正確 因為有摩擦 少部分重力勢能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能 所以小球不能夠從A點運動到D點 故B錯誤 小球從A點運動到B點的過程中 勢能的減少量等于動能的增加量和克服摩擦做的功 故C錯誤 小球從A點運動到C點的過程中 機(jī)械能的減少量等于克服摩擦做的功 故D錯誤 機(jī)械功 1 做功的兩個必要因素 和 2 功的單位 焦耳 簡稱 焦 1焦 牛 米 3 功的公式 W 4 科學(xué)上規(guī)定 功等于作用在物體上的力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積 5 做功的實質(zhì) 做功的實質(zhì)就是 的過程 通過做功的形式將一種能量轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 6 物體做了多少功 就有多少 發(fā)生了轉(zhuǎn)化 能與功的單位一樣 都是 作用在物體上的力 物體在力的方向上通過的 距離 1 Fs 能量轉(zhuǎn)化 能量 焦耳 例2 下列幾種現(xiàn)象中 沒有對物體做功的是 D A 物體在繩子拉力作用下升高B 靜止的小車在拉力作用下運動起來C 汽車在剎車阻力的作用下速度降低D 人用力搬石頭 石頭不動 解析 A 物體受拉力作用 并且在拉力作用下向上移動了距離 拉力對物體做功 B 靜止的小車受拉力作用 并且沿拉力的方向移動了距離 拉力對小車做功 C 汽車在剎車阻力的作用下降低速度 克服阻力做了功 D 人用力搬石頭 石頭不動 就是沒有移動距離 不做功 故D符合題意 11 如圖所示 在水平地面上 小聰用力將箱子拉走了 小明用力推箱子 但箱子沒有移走 下面關(guān)于做功的分析 正確的是 B A 小明用了力 他對箱子做了功B 小聰用力拉動了箱子 她對箱子做了功C 小聰在拉箱子的過程中 箱子的重力做了功D 小明 小聰都沒有對箱子做功 解析 做功的條件是物體受到力 并且在力的方向上通過一定的距離 因此小聰對箱子施加了力 并且箱子被拉動了 所以她做了功 12 如圖所示是一個傳送帶 A B輪轉(zhuǎn)動帶動物體C向右上方勻速運動 物體C沒有在皮帶上發(fā)生滑動 皮帶與輪之間不打滑 物體C的重力勢能不斷增加 這是因為 A 重力做功的緣故B 支持力做功的緣故C 摩擦力做功的緣故D 動能轉(zhuǎn)化為勢能的緣故 C 解析 貨物隨傳送帶一起勻速斜向上運動 受到重力 支持力和摩擦力的作用 如圖所示 重力方向豎直向下 支持力與傳送帶垂直向上 因為物體C向右上方勻速運動 所以重力和支持力都不做功 物體運動方向與摩擦力方向一致 所以摩擦力對物體做功 物體C的重力勢能不斷增加 因為物體勻速運動 所以物體的動能不變 沒有將動能轉(zhuǎn)化為物體的重力勢能 13 2014年2月13日 我國運動員李堅柔奪得索契冬奧會女子500m短道速滑金稗 起跑時 她用腳向后蹬冰面以獲得向前的力 這說明力的作用是 她冰鞋上的冰刀摩擦冰面 冰面熔化 這是通過 方式改變內(nèi)能 滑過終點線后 由于 她仍向前滑行 14 小生同學(xué)用100N的推力推動重500N的木箱 使木箱沿推力方向做勻速直線運動 10s內(nèi)前進(jìn)了6m 求 小生同學(xué)對木箱做的功和功率 相互的 做功 慣性 功率 1 功率的概念 2 功率的物理意義 用來描述 也可反映能量轉(zhuǎn)化的快慢 3 功率的單位 瓦特 W 千瓦 焦 秒 1瓦 1 4 功率的公式 P 單位時間內(nèi)做的功叫做功率 物體做功快慢 焦 秒 W t Fv 例3 下列關(guān)于功率的說法正確的是 A 做功多的物體功率一定大B 做功時間長的物體功率一定小C 完成相同的功 做功時間短的物體功率一定大D 做功越多 做功時間越長的物體功率一定大 解析 選項A僅說明做功的多少 沒有說明做功的時間 選項B僅說明做功所用的時間 沒有說明做功的多少 因此選項A B都不正確 根據(jù)功率的定義式P W t 在完成相同功的前提下 做功時間越短 功率越大 可見選項C正確 對選項D 由于無法確定所做的功與所用的時間的比值 因此無法比較功率的大小 故也是錯誤的 C 15 在自由下落過程中物體運動速度會越來越快 一個物體由A點自由下落 相繼經(jīng)過B C兩點 已知AB BC 如圖所示 物體在AB段重力做功W1 做功功率P1 在BC段重力做功W2 做功功率P2 則下列關(guān)系正確的是 A W1 W2 P1 P2B W1 W2 P1 P2C W1 W2 P1 P2D W1 W2 P1 P2 D 16 一個大人和一個小孩分別將5塊完全相同的磚運到二樓 如圖所示 這個過程中 下列說法正確的是 A 大人對磚做的功比小孩對磚做的功多B 大人對磚做的功比小孩對磚做的功少C 大人對磚做功的功率一定比小孩對磚做功的功率大D 大人對磚做功的功率一定比小孩對磚做功的功率小 C 17 如圖 用大小相等的拉力F 分別沿斜面和水平面拉木箱 拉力方向和運動方向始終一致 運動時間tab tcd 運動距離sab scd比較兩種情況下拉力所做的功和功率 A ab段做功較多B ab段與cd段的功一樣多C ab段功率較大D ab段與cd段的功率一樣大 B 18 電梯的簡化模型如圖甲所示 考慮安全 舒適 省時等因素 電梯速度要經(jīng)過增大 不變和減小的過程 這一過程是通過改變拉力大小來實現(xiàn)的 某次上升過程中電梯所受拉力F隨上升高度h變化的圖像如圖乙所示 這個過程用時1分鐘 求這個過程中 1 電梯上升的平均速度 2 拉力做的功 3 拉力做功的功率 1 水平桌面上的文具盒在水平方向的拉力作用下 沿拉力的方向移動一段距離 則下列判斷正確的是 A 文具盒所受重力做了功B文具盒所受支持力做了功C 文具盒所受拉力做了功D 沒有力對文具盒做功 解析 做功的兩個條件是物體受到力的作用 并且在力的方向移動了一定的距離 文具盒在水平方向的拉力作用下 沿拉力的方向移動一段距離 因此拉力做了功 C 2 在水平地面上 用20N的水平拉力拉重為50N的小車 使小車沿水平方向前進(jìn)了10m 此過程中拉力所做的功是 A 200JB 500JC 1000JD 0J 解析 因為小車在水平拉力作用下沿水平方向移動的距離為10m 拉力做功為W Fs 20N 10m 200J A 3 小明爸爸的質(zhì)量為70kg 小明的質(zhì)量為50kg 當(dāng)父子倆一起從居住樓的一樓同時走上二樓 在此過程中以下判斷正確的是 A 兩個人做功的功率相等B 爸爸做功的功率比小明的大C 小明做功的功率比爸爸的大D 無法比較做功的快慢 解析 由G mg得 小明爸爸的質(zhì)量比小明的質(zhì)量大 所以小明爸爸重力大 上樓過程克服自身重力做功 由W Gh可知 小明爸爸做功多 由P W t可知 相同時間內(nèi) 小明爸爸功率大 B 4 多選 如圖物體在相同力F的作用下 分別在光滑水平面 粗糙水平面和粗糙斜面上沿著力的方向移動了相同的距離s 力F做的功分別為W1 W2 W3 則下列說法中正確的是 A W2 W3B W2 W3C W1 W2D W1 W3 AC 5 神舟飛船在發(fā)射時 高度增大 速度增加 在這個過程中 A 動能增加 勢能減小 機(jī)械能不變B 動能不變 勢能增加 機(jī)械能增加C 動能增加 勢能增加 機(jī)械能增加D 動能增加 勢能增加 機(jī)械能不變 解析 高度增加重力勢能增大 速度增加動能增大 機(jī)械能增加 C 6 在圖中 s 60cm 與之對應(yīng)的h 30cm 現(xiàn)用彈簧測力計進(jìn)行兩次操作 沿豎直方向勻速提升小車 沿斜面方向勻速拉動小車 記錄數(shù)據(jù)如下表 分析數(shù)據(jù)有如下一些發(fā)現(xiàn) 其中具有較高水平的發(fā)現(xiàn)是 A 沿斜面拉動時 拉力比小車的重力小B 測力計示數(shù)與移動距離近似成反比C 利用斜面可以省力 但不能少做功D 可以計算力所做的功 且兩次做功近似相等 解析 具有較高水平的發(fā)現(xiàn)是使用任何機(jī)械都不省功 C是D基礎(chǔ)上的延伸 故C更具有較高水平的發(fā)現(xiàn) C 7 學(xué)校運動會上舉行 雙搖跳繩 比賽 雙搖跳繩 是指每次在雙腳跳起后 繩連續(xù)繞身體兩周的跳繩方法 比賽中 初三某同學(xué)1min內(nèi)搖輕繩240圈 則他在整個跳繩過程中的功率最接近于 A 120WB 400WC 600WD 1000W 解析 中學(xué)生的質(zhì)量約50kg 其重力為G mg 50kg 10N kg 500N 跳躍過程中騰空高度約h 0 4m 因此一次做功W Fs Gh 500N 0 4m 200J 雙搖跳繩 240圈 人起跳120次 在1min內(nèi)一共做功W總 200J 120 24000J 功率P W t 24000J 60s 400W B 8 如圖甲 是小球從某高度處由靜止下落h過程的路程與時間關(guān)系圖 圖乙中 描述重力對該球做功大小與時間關(guān)系正確的圖線是 解析 因為重力做的功W Gh 與下落的高度成正比 因此重力做功與時間的關(guān)系和小球下落路程h與時間的關(guān)系相似 故選C C 9 如圖所示 滑板運動員從高處平臺的末端水平飛出 落在水平地面上 若不計空氣阻力 則運動員在下落過程中 A 重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 機(jī)械能增大B 重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 機(jī)械能不變C 動能轉(zhuǎn)化為重力勢能 機(jī)械能增大D 動能轉(zhuǎn)化為重力勢能 機(jī)械能減小 解析 不計空氣阻力 運動員在下落過程中質(zhì)量不變 高度減小 速度增大 故重力勢能減小動能增大 重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 機(jī)械能不變 B 10 李陽等幾位同學(xué)準(zhǔn)備探究 彈簧彈性勢能的大小與什么因素有關(guān) 同學(xué)們猜想 彈簧彈性勢能可能與彈簧長度變化量和彈簧粗細(xì)有關(guān) 他們設(shè)計實驗裝置如圖 彈簧左端固定在墻上 放在水平面上 水平面A點左側(cè)光滑 右側(cè)粗糙 物體P壓縮彈簧到B點后從靜止釋放運動到C點 彈簧恢復(fù)到原長與物體脫離 物體運動到D點停止 請補充完成他們的探究過程 1 對同一根彈簧 物體P壓縮彈簧至B點 從靜止釋放 運動到D點 測量 之間的距離和 之間的距離 并改變 之間的距離 測多組數(shù)據(jù) 分析數(shù)據(jù)得到 彈簧長度變化量越大 彈性勢能越大 2 對原長相同 只有粗細(xì)不同的兩根彈簧 物體P分別壓縮彈簧至同一位置B點 從靜止釋放 運動到D點 分別測量 之間的距離 改變壓縮量 重復(fù)實驗 分析數(shù)據(jù)得到 彈簧彈性勢能與彈簧粗細(xì)有關(guān) BC AD BC AD 解析 1 本實驗探究的是彈性勢能和彈簧長度變化量之間的關(guān)系 所以必須測出彈簧長度變化量 即BC間的距離 彈性勢能通過彈簧推動物體在粗糙表面上運動的距離遠(yuǎn)近來體現(xiàn) 所以必須測出AD間的距離 為了使結(jié)論具有普遍性 應(yīng)改變彈簧長度變化量 即BC間的距離 多測幾組數(shù)據(jù) 2 本實驗探究彈性勢能與彈簧粗細(xì)是否有關(guān) 必須控制彈簧長度變化量 即BC間的距離相同 改變彈簧的粗細(xì) 測量物體在粗糙表面上運動的距離 AD間的距離 并進(jìn)行比較得出結(jié)論 11 在探究 物體的動能與質(zhì)量和速度是否有關(guān) 實驗中 小明先探究 物體的動能與質(zhì)量是否有關(guān) 所用的器材有 一個用長木板搭成的斜面 三個質(zhì)量不同的實心鐵球 一個木塊 各器材的組裝示意圖如圖1所示 1 每次實驗時 都要將鐵球從斜面的 由靜止釋放 其目的是 2 鐵球動能的大小是通過 來間接反映的 3 該實驗在操作時很難做到的是 4 某同學(xué)對小明的實驗方案進(jìn)行改進(jìn) 不用木塊 在木塊的位置上固定一個面積較大的擋板 在擋板前面貼上足夠厚的長方體橡皮泥 如圖2所示 每次實驗后都要換上另一塊相同的橡皮泥 此外 還需要對小明的方案進(jìn)行怎樣相應(yīng)的調(diào)整 如果需要 可增加其他器材 同一高度 控制進(jìn)入水平面速度相同 觀察木塊移動的距離 鐵球撞擊木塊時 使木塊沿與木板長 邊平行的方向直線運動 換成3個體積形狀完全相同 質(zhì)量不同的其他 金屬球 解析 1 根據(jù)實驗的要求可知 從同一高度由靜止釋放的目的是控制到達(dá)水平面速度相同 該實驗的目的是研究鐵球的動能大小與質(zhì)量的關(guān)系 2 實驗中 是通過觀察木塊移動的距離大小 來說明鐵球?qū)δ緣K做功的多少 從而判斷出鐵球具有的動能的大小 這是轉(zhuǎn)換法的運用 3 該實驗在操作時很難做到的是鐵球撞擊木塊時 使木塊沿與木板長邊平行的方向直線運動 4 實驗時要多次實驗 以便得出普遍規(guī)律 如圖2所示 每次實驗后都用同一鐵球 這是不合理的 要換成3個體積形狀完全相同 質(zhì)量不同的其他金屬球