1、第二篇物质科学(一),第20课时功和功率机械能,一、机械能考点1识别动能、重力势能和弹性势能a(1)动能是物体由于_而具有的能。(2)势能重力势能：物体由于_而具有的能叫做重力势能。弹性势能：物体由于_而具有的能叫做弹性势能。,运动,被举高,弹性形变,考点2知道动能大小跟质量、速度的定性关系a动能的大小与物体的_及物体运动的_有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越_；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越_。考点3知道重力势能大小跟质量、举高高度的定性关系a重力势能的大小与物体的_及物体所处的_有关。考点4知道弹性势能大小跟弹性形变的定性关系a弹性势能的大小跟物体的材料以及_的大
2、小有关，弹性形变越大，物体的弹性势能就越_。,质量,速度,大,大,质量,高度,弹性形变,大,考点5举例说出动能和势能的相互转化a 单摆：将摆锤拉高一定的高度后放手。摆锤在向下摆动的过程中_转化为_，在摆锤摆过中点后向上摆动的过程中_转化为_。,重力势能,动能,动能,重力势能,考点6描述机械能守恒的含义a动能和势能统称为_。动能和势能之间可以_。如果没有摩擦等阻力，那么在势能和动能的相互转化中，机械能的_。即机械能守恒。(注意不考虑阻力)考点7利用机械能守恒解释简单的现象b1如果没有摩擦阻力，动能和势能在相互转化的过程中，机械能总量_。2如果存在摩擦阻力，动能和势能在相互转化的过程中， 机械能的
3、总量会减少。减少的机械能转化为摩擦产生的_能。,机械能,相互转化,总量保持不变,保持不变,热,1.(2015杭州)如图所示是蹦床运动员表演的情景。运动员从最低点到达最高点的过程中，运动员的动能和重力势能变化情况分别是()A动能减小，重力势能增大B.动能增大，重力势能减小C.动能先增大后减小，重力势能增大D.动能先减小后增大，重力势能减小,C,2.(2015丽水)2015年在苏州举行的第53届世乒赛中首次使用了“40”新球，新球与“40”旧球如图甲所示。小科想比较两种球的弹性大小，做了如下实验：将两球从相同高度由静止同时释放，比较两球落到同一桌面上弹起的高度得出弹性的大小，发现很难比较两球弹起的
4、高度，继续观察，两球在桌面上反复弹跳，发现新球停止弹跳时，旧球还在弹跳，如图乙所示。多次实验结果相同，说明旧球的弹性比新球好。,(1)乒乓球下落过程中重力势能逐渐_；(2)该实验体现了转换的思想，将比较球的弹性分别转换为比较弹起的高度和_。,减小,弹跳时间,二、机械功考点8理解功的概念b1做功的两个必要因素：_和_。2功是作用于物体的力和物体在力的方向上移动的_的_。考点9知道功的单位a功的单位：_，简称焦，符号是J。1焦1牛 米,作用在物体上的力,物体在力的方向上通过的距离,距离,乘积,焦耳,考点10应用功的公式进行简单的计算c公式：功力距离，即_。力没有做功的三种情况物体受到力的作用，但没
5、有移动距离；物体不受外力，由于惯性做匀速直线运动；物体通过的距离跟它受到的力的方向垂直。注意：物体做功的多少与物体是否做匀速直线运动、速度多大、接触面是否粗糙均无关。,WFs,三、功率考点11说明功率的概念b(1)定义：_内做的功叫功率。(2)意义：功率是用来描述物体_的物理量。考点12知道功率的单位a功率的单位：_，简称瓦，符号是W。1瓦1焦/秒,单位时间,做功快慢,瓦特,考点13应用功率公式进行简单的计算c功率的公式：_PFv考点14从能的转化来说明功率b_，所以做功快慢也就是能量转化的快慢。因此，功率是表示能量转化快慢的物理量。,PW/t,功是能量转化的量度,3.(2015自贡)下列说法
6、中正确的是()A.用手从地面竖直提起水桶，手竖直向上的拉力对水桶做了功B.提着水桶在路面上水平向前移动一段路程，手竖直向上的拉力对水桶做了功C.抛出手的铅球在空中向前运动的过程中，推力对铅球做了功D.用力推一辆汽车，汽车静止不动，推力在这个过程中对汽车做了功,A,4(2014玉林)一个大人和一个小孩分别将5块完全相同的砖运到二楼，如图所示，这个过程中，下列说法正确的是() A大人对砖做的功比小孩对砖做的功多B大人对砖做的功比小孩对砖做的功少C大人对砖做功的功率一定比小孩对砖做功的功率大D大人对砖做功的功率一定比小孩对砖做功的功率小,C,高频点1弹性势能的大小例1(2015孝感)如图所示，电梯内
7、一弹簧下挂一物块，当整个电梯突然向上做加速运动时，下列说法正确的是()A物块速度变大时其惯性增大B.弹簧对物块的拉力等于物块的重力C.弹簧对物块的拉力等于物块对弹簧的拉力D.弹簧伸长了，弹性势能不变,C,【解析】A.惯性是物体保持运动状态不变的性质，与物体速度等因素无关，只与物体质量有关，质量越大的物体，惯性越大，所以物块速度变大时，其惯性不变，A说法错误，不符合题意；B.当整个电梯突然向上做加速运动时，弹簧对物块的拉力大于物块的重力，B说法错误，不符合题意；C.弹簧对物块的拉力与物块对弹簧的拉力是一对相互作用力，而相互作用力的大小相等，C说法正确，符合题意；D.弹簧的弹性势能与弹簧的材料及弹
8、簧的长度变化量有关，对于同一弹簧，弹簧的长度变化量越大，弹簧的弹性势能越大，D说法错误，不符合题意；故答案选C。,1(2014杭州)用手将一重为G的铁球缓慢放在一弹簧上，放手后，铁球从A位置开始向下运动，到达B位置速度达到最大，到达C位置小球的速度变为零。已知AC间的高度差为h，则从A位置到C位置铁球的重力做功是_；在此过程中弹簧的弹性势能增加量为_。B位置到C位置的过程中铁球所受的重力_(填“大于”、“小于”或“等于”)弹簧所施加的弹力。(整个过程中不计能量损耗),Gh,Gh,小于,高频点2动能势能的相互转化例2(2015德州)某运动员做蹦极运动，如图甲所示，从高处O点开始下落，A点是弹性绳
9、的自由长度，在B点运动员所受弹力恰好等于重力，C点是第一次下落到达的最低点。运动员所受弹性绳弹力F的大小随时间t变化的情况如图乙所示(蹦极过程视为在竖直方向的运动)。下列判断正确的是(),A,A从A点到B点过程中运动员加速下落B.从B点到C点过程中运动员重力势能增大C.t0时刻运动员动能最大D.运动员重力大小等于F0 【解析】从A到B，绳子伸长，绳子的拉力不断变大，拉力小于重力的过程中，合力向下，故加速度也向下，A正确；从B点到C点过程中相对地面的距离一直在减小，故重力势能减小，B错误；t0时刻弹性绳弹力最大，形变最大，运动员达到最低点，速度为0，动能最小，故C错误；由图乙可知运动员的重力小于
10、F0，故D错误。,2如图所示的是运动员在铅球比赛中的场景。铅球离手后，在空中飞行过程中动能Ek随时间t变化的曲线最接近的是(),A,【解析】由于铅球离手后上升到一定高度再下落，在铅球上升过程中动能减小，到最高点时动能最小，但不会不存在动能，下落过程中动能增加。,高频点3功、功率的简单计算例3(2014益阳)电梯的简化模型如图甲所示，考虑安全、舒适、省时等因素，电梯速度要经过增大、不变和减小的过程。这一过程是通过改变拉力大小来实现的。某次上升过程中电梯所受拉力F随上升高度h变化的图像如图乙所示。这个过程用时1分钟，求这个过程中： (1)电梯上升的平均速度；(2)拉力做的功；(3)拉力做功的功率。
11、【答案】(1)0.8m/s(2)9.6105J(3)1.6104W,【解析】(1)电梯上升的高度h48m，用时t60s，电梯上升的平均速度：(2)拉力在04m做的功：W1F1h12.5104N4m1.0105J，拉力在444m做的功：W2F2h22.0104N40m8.0105J，拉力在4448m做的功：W3F3h31.5104N4m0.6105J，所以，上升过程拉力做的功：WW1W2W31.0105J8.0105J0.6105J9.6105J；(3)拉力做功的功率：,3学校新近买了30套总质量为300千克的实验器材，每套一箱。实验员需要把这批实验器材搬运到15米高的实验室。(1)该实验员在搬
12、运中，对实验器材总共做功_焦；,44100,(2)假设他身体可以向外提供的功率P与所搬运物体的质量m的关系如图所示，每次他搬起箱子、放下箱子和下楼的时间t与所搬运物体的质量m关系如表所示，那么他搬完全部箱子，且回到开始搬运处，所用最短时间为_秒(计算结果精确到0.1)。,1501.8,【解析】(1)知道实验器材的总质量，利用重力公式求受到的重力，又知道上升的高度，利用WGh求实验员在搬运中对实验器材做的功；(2)从Pm图像得出三种搬运方法的功率，在(1)中求出了将实验器材全搬到楼上做的总功，利用PW/t算出搬运器材上楼用的时间t；从表中数据可以得出每种搬运方法每次搬起箱子、放下箱子和下楼的时间
13、，乘以搬运次数得出每种搬运方法搬起箱子、放下箱子和下楼的时间t，t总tt为每种办法所用的总时间，通过计算回答。,【提醒】当重力大于弹性绳对运动员拉力时，运动员做加速运动；当弹性绳对运动员拉力大于重力时，运动员做减速运动。例4(2014长沙)如图所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员，运动员从O点自由下落，到A点处弹性绳自然伸直。B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力相等的点，C点是蹦极运动员到达的最低点(忽略空气阻力)，下列说法正确的是()A从O点到C点运动员速度一直减小B从O点到C点运动员的机械能一直在增大C从O点到C点运动员的机械能一直在减小D从O点到A点运
14、动员的机械能不变,D,【解析】根据题意可知，从O点到B点的过程中，重力大于弹性绳对运动员的拉力，因此速度越来越大；从B点到C点的过程中，弹性绳对运动员拉力大于重力，运动员的速度开始减小，到达C点时，速度为零；由于不计空气阻力，因此整个过程能量守恒，故ABC都是错误的。故选D。,例5(2015衢州)图甲为玩具“跳跳杆”及组成部件(相关信息见表)。杆内的弹簧可以自由伸缩，人站上踏板后弹簧受拉伸长，随后收缩将人向上弹起，带动跳跳杆一起向上运动；由于重力作用，人和跳跳杆在到达最高处后会下落，杆着地后，人继续往下运动拉长弹簧，接着弹簧又收缩将人向上弹起，所以人就和杆一起连续跳动。,(1)人站上踏板弹簧向
15、下伸长的过程中，下列说法正确的是_。A.人的重力势能减小B弹簧的弹性势能增大C.人的机械能守恒,AB,(2)玩跳跳杆需要保持身体的平衡和动作的协调，这主要是_(填“大脑”、“小脑”或“脑干”)的功能。(3)如图乙，质量为60kg、双脚面积为0.04m2的同学在玩跳跳杆，当弹簧的长度为56cm时，踏板与他的双脚完全接触，此时弹簧的弹力通过踏板对脚的压强是多少(踏板的重力忽略不计，弹簧的长度与所受拉力关系如图丙)？【答案】当弹簧长度56 cm时，弹簧的弹力F800N，受力面积S0.004m220.008 m2，pF/S800N /0.008 m21105Pa,小脑,(4)上题中的同学在水平地面上连
16、续跳了20次，杆每次上升的高度平均为0.2m，则弹簧克服杆本身重力做功_J(假设杆始终竖直)。从能量利用角度分析，跳跳杆本身的重量应该_。所以人就和杆一起连续跳动。【解析】(1)弹簧向下伸长时，人下降，重力势能减小，转化为弹簧的弹性势能。(2)小脑控制人的平衡。(4)WGh25N0.2m20100J，跳跳杆自身越轻，在做功时消耗的额外功就越少。,100,小一点或轻一点,(友情提示：本栏目建议午休时间完成)1.(2015邵阳)如图，小虎用水平向右的力推放在水平地面上的箱子，但没有推动，则此时()A.小虎的推力小于箱子受到的阻力B.小虎的推力大于箱子受到的阻力C.小虎对箱子做了功D.小虎对箱子没有
17、做功,D,第1题图,2.(2015成都)如图所示，直升飞机悬停在空中。下列对直升飞机能量的分析，正确的是()A.直升飞机具有重力势能B.直升飞机的动能不断转化为重力势能C.直升飞机的重力势能不断转化为动能D.直升飞机的机械能在不断增大,A,第2题图,【解析】直升飞机由于处于一定的高度，所以具有重力势能，故A正确；由于飞机停在空中不动，重力势能不变，所以B、C错；飞机悬停在空中时，动能和重力势能都不变，所以机械能不变，故D错；应选A。,3(2014雅安)如图所示，足球以初速度沿着凹凸不平的草地从a运动到d。下列分析正确的是()A在b、d两点动能相等B在a、d两点机械能相等C从b到c的过程机械能减
18、少D从c到d的过程重力势能减少,C,第3题图,4.(2015大连)如图所示，一弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上，a点是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b点是弹簧原长时小球的位置，c点是小球到达最右端的位置。则小球由a点运动到c点的过程中，下列说法正确的是()A.小球在a点，弹簧的弹性势能最小B.小球在b点，小球的速度最小C.从a到b点，小球的动能逐渐增大D.从b点到c点，弹簧的弹性势能逐渐减小,C,第4题图,5(2013苏州)如图所示的四个实例中，机械能正在减小的是(),C,6把篮球抛向空中，忽略空气阻力，如图哪一图像能正确反映球离手后至落回地面前机械能(E )与篮球离
19、地高度(h)的关系()【解析】把篮球抛向空中，忽略空气阻力，只有动能和势能的相互转化，机械能守恒，机械能不变。,A,7(2015镇江)如图1所示，静止在水平面上的物块，受水平拉力F作用，F随时间t的变化关系如图2所示。从t0开始，小兵每隔2s记录的物块位置和时刻如图3所示，下列说法正确的是()A.04s内，物块受到的摩擦力为4NB.810s内，物块受到的摩擦力为6NC.t10s时，物块的速度一定小于5m/sD.若16s时撤去F，物块将做匀速直线运动,C,第7题图,8(2013内江)如图甲所示，物体在水平拉力F12N的作用下，沿水平地面向右做直线运动，传感器发出的超声波遇到运动的物体后将被反射回
20、传感器，传感器显示出物体在水平方向通过的距离随时间变化的st图像，如图乙所示。则：(1)在015s内，物体受到的摩擦力的大小是多少？方向如何？(2)在015s内，拉力F的功率是多少？【答案】(1)12N，方向水平向左(2)24W,第8题图,【解析】(1)摩擦力fF12N，方向：水平向左；(2)WFs12N30m360J, PW/t360J/15s24W。,9.(2015嘉兴、舟山)肥胖可能会引发许多慢性疾病。某人用如图所示的健身拉力器进行减肥锻炼，配重由若干金属块(每块质量为10kg)组成，锻炼时可以根据自己的实际选择配重的金属块数量。(杆重、绳重、摩擦均不计，g取10N/kg)(1)拉力器上
21、的滑轮均属于_(填“定”或“动”)滑轮。,第9题图,定,(2)若该人的质量为85kg，他一次最多能拉起_块金属块。(3)当他选择6块金属块时，把拉杆向下拉动0.5米，若累积拉动100次，则拉力共做了多少功？假设脂肪氧化释放的能量10%用于拉力做功，则相当于消耗多少克脂肪？(已知1克脂肪在体内完全氧化约释放37.5千焦的能量)【答案】(3)FGmg60千克10牛/千克600牛，WFs100600牛0.5米3104焦，消耗脂肪的质量答：共做了3104焦的功，相当于消耗脂肪8克。,8,10.(2015株洲)一根金属棒AB置于水平地面上，今通过弹簧测力计竖直地将棒的右端B缓慢拉起，如图甲所示。在此过程中，弹簧测力计对棒所做的功W与B端离开地面的高度x的关系如图乙所示。请根据图像解答下列问题。(1)该金属棒的长度l_m。(2)在B端拉起的过程中，当x10.6m时，测力计的示数为F1_N；当x21.6m时，测力计的示数为F2_N。(3)求金属棒的重心到A端的距离d。【答案】0.72m,第10题图,1.2,3,5,
