第第十一十一 章章 功和機(jī)械能功和機(jī)械能 考點1 功定義如果一個力作用在物體上，物體在這個力的方向上移動了一段距離，就說這個力對物體做了功做功的兩個必要因素1.作用在物體上的力；2.物體在這個力的方向上移動的距離力不做功的三種情況有距離無力有力無距離“力”、“距”垂直特點物體由于慣性而運(yùn)動物體受力但保持靜止?fàn)顟B(tài)物體受到某力的作用，但運(yùn)動方向始終與該力垂直舉例被踢飛的足球搬而未起人提著水桶水平前進(jìn)功的計算定義力學(xué)中，功等于力與物體在力的方向上移動的距離的乘積公式WFs單位焦耳，簡稱焦，符號J,1J1Nm考點2 功率定義功與做功所用時間之比叫做功率物理意義表示做功快慢的物理量，功率大，說明做功快，單位時間內(nèi)做的功多；功率小，說明做功慢，單位時間內(nèi)做的功少公式單位國際單位是瓦特，簡稱瓦，用W表示；換算關(guān)系：1kW1000W,1W1J/s辨一辨 做功多的機(jī)械，功率不一定大，同樣做功少的機(jī)械，功率不一定小，功率的大小還要看另一個因素時間但功率大的機(jī)械做功一定快( )想一想 結(jié)合功率的公式，如何測量人爬樓的功率？(1)用磅秤測出人的質(zhì)量m；(2)用卷尺測出爬樓的高度h；(3)用秒表測出爬樓所用的時間t；(4)爬樓的功率是P .能量物體能夠?qū)ν庾龉捅硎疚矬w具有能量機(jī)械能動能概念物體由于運(yùn)動而具有的能影響因素質(zhì)量、速度重力勢能概念在地球表面附近，物體由于受到重力并處在一定高度時所具有的能影響因素質(zhì)量、高度彈性勢能概念物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能影響因素物體發(fā)生彈性形變的程度轉(zhuǎn)化動能與重力勢能的轉(zhuǎn)化上升階段動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，下降階段則相反動能與彈性勢能的轉(zhuǎn)化形變階段動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，復(fù)原階段彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能機(jī)械能守恒如果只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總和不變水能和風(fēng)能的利用水力、風(fēng)力發(fā)電站將水能和風(fēng)能具有的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能考點3 機(jī)械能及其守恒辨一辨辨一辨 1.正在做功的物體一定具有能量，但具有能量的物體不一定正在做功()2.一個物體不可以同時具有動能和勢能()思路點撥思路點撥 物體能夠?qū)ν庾龉Γ硎疚矬w具有能量，但具有能量的物體不一定正在做功；動能和勢能沒有必然的聯(lián)系，物體可以同時具有動能和勢能.想一想 1.如圖為某學(xué)校學(xué)生正在開展“每天一小時”校園體育活動的一個場景小紅跳繩經(jīng)過最高點時重力勢能最大，剛落到地面的瞬間，動能最大2玩悠悠球時，使悠悠球上下來回運(yùn)動悠悠球上升時，動能和重力勢能又如何變化？悠悠球下降時，動能和重力勢能又如何變化？上升時動能減小，重力勢能增大下降時動能增大，重力勢能減小【教材重點圖片】重點圖片命題點1.功率的理解如圖11.21所示，大人和小孩(大人比小孩重)同時從一樓爬到三樓，大人做的功大于小孩做的功；若兩人在相同時間內(nèi)完成爬樓，大人做功的功率大于小孩做功的功率(均選填“等于”、“大于”或“小于”)2.功率的計算如圖11.22所示，起重機(jī)在15s內(nèi)將質(zhì)量為6t的大石頭豎直勻速提升1m，則起重機(jī)對大石頭做的功是6104J，功率為4103W.3.機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化(1)如圖11.41所示，運(yùn)動員下落時，重力對運(yùn)動員做功(忽略空氣阻力)；運(yùn)動員的重力勢能轉(zhuǎn)化為他的動能，與蹦床接觸后，床面發(fā)生彈性形變，運(yùn)動員的動能轉(zhuǎn)化為蹦床的彈性勢能，不計阻力和能量損失，運(yùn)動員的機(jī)械能不變(選填“增加”、“減小”或“不變”).(2)如圖11.46所示，當(dāng)衛(wèi)星從遠(yuǎn)地點向近地點運(yùn)動時，相對于地球高度減小，速度增大，所以動能增大，勢能減小(前三空均選填“不變”、“增大”或“減小”)，勢能轉(zhuǎn)化為動能.重點難點突破1機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化：在只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)化時，相互轉(zhuǎn)化情況如下：類型類型1 1 機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化(1)一般而言，規(guī)定物體在“水平地面上”沒有重力勢能，即此時物體的重力勢能為零(2)不考慮摩擦?xí)r，動能和勢能總和不變，一種能量減少，另一種能量增加，減少的能量轉(zhuǎn)化為增加的能量2機(jī)械能守恒條件機(jī)械能守恒條件：只有動能和勢能之間相互轉(zhuǎn)化時，機(jī)械能守恒若克服其他力做功，則機(jī)械能不守恒.【例【例1】 2017臨朐一模將一支有彈力后蓋的圓珠筆按在桌面上，松開手，會發(fā)現(xiàn)圓珠筆豎直向上跳起下列是圓珠筆從松手到上升至最高點的過程中有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的分析，正確的是(C)A.動能重力勢能彈性勢能B.內(nèi)能動能重力勢能C.彈性勢能動能重力勢能D.動能重力勢能內(nèi)能【思路點撥】【思路點撥】將有彈力后蓋的圓珠筆按在桌面上，此時圓珠筆具有彈性勢能，松手后彈性勢能轉(zhuǎn)化為圓珠筆的動能，隨后圓珠筆上升，重力勢能增大，故動能又轉(zhuǎn)化為重力勢能.變式運(yùn)用 1、2017泰安模擬跳遠(yuǎn)運(yùn)動的幾個階段如圖所示，則運(yùn)動員( )A.在助跑階段機(jī)械能不變B.在起跳時機(jī)械能為零C.經(jīng)過最高點時動能最大D.經(jīng)過最高點時重力勢能最大D 助跑階段，運(yùn)動員的質(zhì)量不變，速度逐漸增大，因此動能增大；運(yùn)動員的高度不變，因此重力勢能不變，機(jī)械能等于動能和勢能的和，動能增大，重力勢能不變，因此機(jī)械能增大，故A錯；起跳時，運(yùn)動員的速度達(dá)到最大值，動能達(dá)到最大值，重力勢能不變，機(jī)械能達(dá)到最大值，故B錯；經(jīng)過最高點時，豎直方向速度為零，只有水平方向的速度，故動能最小，高度最大，重力勢能最大，故C錯、D正確2、2016文華期末下列四幅圖中，動能和勢能之間沒有發(fā)生轉(zhuǎn)化的是( )A 壓路機(jī)的速度不變，質(zhì)量不變，動能不變，沒有發(fā)生動能和勢能的轉(zhuǎn)化，故A符合題意；上升的滾擺，高度增加，重力勢能增大，速度減小，動能減小，所以是將動能轉(zhuǎn)化為重力勢能的過程，故B不符合題意；用弓將箭射出去，弓的彈性勢能減小，箭的動能增大，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，故C不符合題意；過山車向下俯沖，高度減小，重力勢能減小，速度變大，動能變大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，故D不符合題意公式物理意義解題注意事項功的計算拉力做功：W=FsF表示作用在物體上的拉力；s是物體在拉力方向上通過的距離力與物體移動的距離必須對應(yīng)于同一物體且同一段時間力的單位用N，距離的單位用m重力做功：W=GhG表示物體的重力；h表示物體下降的高度克服阻力做功：W=fsf表示摩擦阻力；s是物體克服阻力移動的距離功率的計算W表示在這段時間內(nèi)做的功；t表示做功所用的時間P、W、t必須對應(yīng)于同一段時間和同一物體時間的單位用s，功的單位用J，功率的單位才會是W，速度的單位用m/sP=FvF表示拉力；v表示物體在拉力方向上的速度類型類型2 有關(guān)功和功率的綜合計算【例2】 2017濰城模擬如圖是引體向上的示意圖，在體育課中，小明同學(xué)在半分鐘內(nèi)做了12個規(guī)范的引體向上已知小明的質(zhì)量為60kg，每次引體向上他能將自身重心提高0.4m，求：(g取10N/kg)(1)小明每做一次引體向上所做的功是多少？(2)小明整個過程中的功率是多少？變式運(yùn)用 3、掃地機(jī)器人是智能家用電器的一種，它正逐漸進(jìn)入我們的生活如圖所示是一款集自動清掃技術(shù)和人工智能設(shè)計于一體的地面清掃機(jī)器人小王在室內(nèi)運(yùn)動場上試用中發(fā)現(xiàn)，該機(jī)器人在1min內(nèi)沿直線勻速清掃的距離為18m，若它在運(yùn)動中所受阻力為105N，問：(1)此機(jī)器人在清掃地面時運(yùn)動的速度為多大？(2)此過程中機(jī)器人的水平推力所做的功及功率分別是多大？重點實驗聚焦聚焦實驗16：探究物體的動能跟哪些因素有關(guān)【實驗裝置及結(jié)論】(1)實驗設(shè)計：從斜面上滾下的鋼球A碰上木塊B后，能將木塊B撞出一段距離在同樣的平面上，木塊B被撞得越遠(yuǎn)，鋼球A的動能越大.(2)實驗方法：控制變量法和轉(zhuǎn)換法.(3)實驗結(jié)論：質(zhì)量相同的物體，運(yùn)動的速度越大，它的動能越大；運(yùn)動速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動能也越大【命題點全梳理】1同一小球從斜面上不同高度由靜止自由滾到斜面底端時的速度不同，小球所處的高度越大，到達(dá)斜面底端時的速度就越大2質(zhì)量不同的小球從同一斜面的同一高度釋放，運(yùn)動到水平面時，它們速度的大小相等3在探究過程中，要注意控制變量法的運(yùn)用：使用同一個斜面(粗糙程度不變)、被推動的是同一木塊、木塊所放置的木板的粗糙程度不變“讓同一鋼球從不同高度自由滾下”這是控制質(zhì)量不變，研究動能的大小與運(yùn)動速度的關(guān)系“讓質(zhì)量不同的鋼球和木球從同一高度滾下”是控制運(yùn)動速度不變，研究動能的大小與質(zhì)量的關(guān)系4判斷小球動能的大小時，應(yīng)用了轉(zhuǎn)換法小球從斜面上由靜止開始向下運(yùn)動，撞擊水平木板上的木塊，被撞木塊的運(yùn)動距離越長，小球做的功越多，運(yùn)動小球所具有的動能越大.【例】 2017宿遷中考在“探究影響動能大小的因素”實驗中，如圖a、b、c所示，讓質(zhì)量為m、2m的兩個小球分別從斜面上由靜止?jié)L下，小球撞擊放在水平木板上的木塊，使木塊滑動，虛線位置為木塊滑動一段距離后停止的位置.(1)小球動能是由重力勢能(填某種能量)轉(zhuǎn)化來的.(2)實驗中通過木塊滑動的距離反映小球動能的大小.(3)比較a、c兩圖進(jìn)行的實驗，可以探究小球的動能與速度的關(guān)系.(4)比較a、b兩圖進(jìn)行的實驗，可以得到小球的動能隨質(zhì)量增大而增大.【思路點撥】(1)小球動能是由重力勢能轉(zhuǎn)化來的；(2)實驗中通過木塊滑動的距離反映小球動能的大小；(3)要探究動能與速度的關(guān)系，需保持小球的質(zhì)量不變，讓同一小球從斜面不同高度自由滾下，可知應(yīng)比較a、c兩圖的實驗；(4)比較a、b兩圖的實驗可得：小球的動能隨質(zhì)量的增大而增大.命題挖掘 (5)實驗后，同學(xué)們聯(lián)想到在許多公交事故中，造成安全隱患的因素有汽車的“超載”與“超速”，進(jìn)一步想知道，在影響物體動能大小的因素中，哪個對動能影響更大？于是利用上述器材進(jìn)行了實驗測定，得到的數(shù)據(jù)如下表：實驗序號小球的質(zhì)量m/g小球自由落下的高度h/cm木塊被撞后運(yùn)動的距離s/m1301042302016360108(a)為了探究“超載”安全隱患，應(yīng)選擇1和3兩個序號的實驗進(jìn)行比較.(b)為了探究“超速”安全隱患，應(yīng)選擇1和2兩個序號的實驗進(jìn)行比較.分析表格中對應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)可知：速度對物體動能的影響更大，當(dāng)發(fā)生交通事故時，由此造成的危害更嚴(yán)重.六年真題全練全練命題點命題點1 1 功和功率12014泰安中考如圖所示，用F20N的水平推力推著重為40N的物體沿水平方向做直線運(yùn)動，若推力F對物體做了40J的功，則在這一過程中()A重力做的功一定為40JB物體一定受到20N的摩擦力C物體一定運(yùn)動了2mD物體一定運(yùn)動了4mC22016泰安中考學(xué)習(xí)物理要注意聯(lián)系生活實際，觀察物理現(xiàn)象，以下說法符合實際的是()泰安市冬天最低氣溫約30；人正常步行速度約為2.1m/s；通過家庭節(jié)能燈中的電流約為100mA；手托兩個雞蛋勻速向上抬高1m約做功1J.A只有、 B只有、C只有、 D只有、D 泰安市冬季最低氣溫在10左右，不符合實際；人正常步行速度約為1m/s，不符合實際；通過家庭節(jié)能燈中的電流約為100mA，符合實際；兩個雞蛋的重力在1N左右，手托兩個雞蛋勻速向上抬高1m約做功WGh1N1m1J，符合實際故選D.32016泰安中考如圖所示，物體A在水平拉力F的作用下，沿水平面以0.4m/s的速度運(yùn)動了2s，彈簧測力計的示數(shù)為5N.則拉力F做功為 J.圖中使用的是動滑輪，拉力等于彈簧測力計的示數(shù)，即F5N，在拉力F方向上移動的距離s2s物2v物t20.4m/s2s1.6m，拉力做的功WFs5N1.6m8J.8猜押預(yù)測猜押預(yù)測 1、2016攀枝花中考如圖所示，木塊放在水平面上，用彈簧測力計沿水平方向拉木塊使其做直線運(yùn)動，兩次拉動木塊得到的st圖象分別是圖乙中的圖線，兩次對應(yīng)的彈簧測力計示數(shù)分別為F1、F2，兩次拉力的功率分別為P1、P2，則F1 F2，P1 P2.(均選填“”)盡管彈簧測力計兩次拉動木塊的速度不同，由于都是勻速運(yùn)動，拉力與滑動摩擦力都是一對平衡力，在壓力和接觸面的粗糙程度不變的情況下，滑動摩擦力的大小不變，所以，F(xiàn)1F2；由乙圖，第一次拉動木塊的速度較大，根據(jù)PFv，所以P1P2.2、如圖，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，下圖中，重力對該球做功的功率與速度關(guān)系正確的圖線是( )B命題點命題點2 機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化42016泰安中考下列事例中，由彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能的是( )A風(fēng)吹動樹葉B秋千從高處向低處擺動C汽車沿盤山公路勻速前進(jìn)D拉彎的弓把箭射出D 風(fēng)吹動樹葉，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動能，沒有彈性勢能和動能的轉(zhuǎn)化，故A錯誤；秋千從高處向低處擺動，其質(zhì)量不變，高度減小，重力勢能減小，同時動能增加，即重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，故B錯誤；汽車沿盤山公路勻速前進(jìn)，其動能不變，重力勢能增大，機(jī)械能增大，即消耗燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故C錯誤；拉彎的弓具有彈性勢能，將箭射出，即將彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，故D正確52012泰安中考人騎自行車下坡時，速度越來越快，下列關(guān)于這一運(yùn)動過程的說法中，正確的是()A人與車的動能增大，重力勢能增大B人與車的動能增大，重力勢能減小C人與車的動能減小，重力勢能增大D人與車的動能不變，重力勢能不變B 人騎自行車下坡時，質(zhì)量不變，速度越來越快，動能增大，高度減小，重力勢能減小62015泰安中考當(dāng)殲20飛機(jī)加速向上運(yùn)動時，飛行員的機(jī)械能 (選填“增大”、“不變”或“減小”)當(dāng)殲20飛機(jī)加速向上運(yùn)動時，因為飛行員的質(zhì)量不變，速度增大，所處的高度增大，所以動能增大，重力勢能增大，故飛行員的機(jī)械能增大72014泰安中考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 (選填“增大”、“減小”或“不變”)灑水車在灑水過程中，質(zhì)量減小、速度不變，則動能減小，重力勢能減小，故機(jī)械能減小增大減小猜押預(yù)測猜押預(yù)測 3、2017樂山中考如甲圖所示，小球從豎直放置的彈簧上方一定高度處由靜止開始下落，從a處開始接觸彈簧，壓縮至c處時彈簧最短從a至c處的過程中，小球在b處速度最大小球的速度v和彈簧被壓縮的長度L之間的關(guān)系如乙圖所示不計空氣阻力，則從a至c處的過程中，下列說法中正確的是( )A小球所受重力始終大于彈簧的彈力B小球的重力勢能先減小后增大C小球減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能D小球的動能一直減小當(dāng)小球速度減小時，重力小于彈力，故A錯誤；小球的高度一直減小，質(zhì)量不變，因而其重力勢能一直減小，故B錯誤；小球減少的機(jī)械能用來克服彈簧的彈力做功，轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能，故C正確；從a到b，小球速度增大，動能增大，故D錯誤C命題點3 有關(guān)功和功率的綜合計算通常以生活中的體育與健身項目或者生產(chǎn)運(yùn)輸中的情景來考查功和功率的計算；通常以計算題的形式進(jìn)行考查82016泰安中考如圖甲所示是使用汽車打撈水庫中重物的示意圖，汽車通過定滑輪牽引水下一個質(zhì)量均勻分布的正方體重物，在整個打撈過程中，汽車以恒定的速度v0.1m/s向右運(yùn)動圖乙是此過程中汽車?yán)跟時間t變化的圖象設(shè)t0時汽車開始提升重物，忽略水的阻力和滑輪的摩擦，g取10N/kg.求：(1)水庫水的深度；(2)重物的密度；(3)整個打撈過程中汽車的最小功率猜押預(yù)測 4、2016安丘模擬電梯是高層住宅必備的交通工具如圖甲所示是某種升降電梯工作原理圖，它由轎廂、對重、電動機(jī)、鋼絲繩、滑輪等部件連接組成，電動機(jī)和對重通過鋼絲繩分別給轎廂施加拉力，連接轎廂的兩根鋼絲繩非?？拷I廂與對重的運(yùn)動方向始終相反對重的質(zhì)量為400kg，空轎廂的質(zhì)量是500kg，額定載重量是1000kg.某次電梯滿載上升時的vt圖象如圖乙所示不計鋼絲繩重力和一切摩擦(g取10N/kg)(1)電梯勻速上升的高度是多少？(2)電梯勻速運(yùn)動階段，對重的重力做的功是多少？(3)電梯勻速運(yùn)動時，電動機(jī)鋼絲繩對轎廂拉力的功率是多少？(4)簡述對重的作用(至少兩條)