1、,第 18 讲 机械能及其转化、机械效率,中考考点及考查角度 系统复习,考点一 机械能及其转化,一、动能和势能1能：物体能够_，我们就说它具有_，简称能。拓展：(1)能量是表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。(2)一个物体“能够做功”，并不一定是“要做功”，也不是“正在做功”或“已经做功”。如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功，也不一定要做功。2动能：物体由于_而具有的能量，称为动能。物体的动能与_和_有关。拓展：具有动能的物体的基本特征是“运动”，一切运动的物体都具有动能。,能量,对外做功,运动,质量,速度,3重力势能：物体由于_而具有的能，称为重力势能，重力势
2、能与_和_有关。拓展：(1)具有重力势能的物体的基本特征是“被举高”，一切被举高的物体都具有重力势能。(2)物体被举高的高度是相对于参考面而言的，参考面可以任意选取，一般选择地面为参考面。4弹性势能：物体由于_而具有的能，称为弹性势能。弹性势能与物体本身和_有关。5重力势能和弹性势能统称为势能。二、机械能及其转化1机械能：_和_统称为机械能。2机械能的转化与守恒：动能和势能可以相互转化，如果只有动能和势能相互转化，机械能的_保持不变，就说机械能是守恒的。,被举高的高度,总和,发生弹性形变,动能,被举高,质量,势能,发生弹性形变的程度,【例1】2015莱芜在研究物体的动能与哪些因素有关的实验中，
3、小华首先猜想：A物体的动能可能与物体的质量有关B物体的动能可能与物体的速度有关C物体的动能可能与物体的材料有关为了验证猜想，小华设计了以下探究实验：让小球从斜面上某一高度静止释放，撞击静止在水平面上的木块，实验过程如图甲、乙、丙、丁所示。图中m1m2、s1s2、s1s3、h1h2，水平面上所用的木块是同一木块。,考查角度1实验探究动能和重力势能大小的影响因素,(1)小华通过比较甲和乙得出的猜想_(填猜想序号)是正确的。(2)小华通过比较_两次实验，得出猜想A是正确的。(3)你认为通过比较_两次实验，可以验证猜想C是错误的。(4)小华在本次实验中是通过观察_来判断小球动能大小的。,“探究影响物体
4、动能大小的因素”的高频命题点有：(1) 实验注意事项：让小球从静止自由滑下。(2)转换法的应用：物体动能大小不能直接观察，而是通过物体推动其他物体运动距离来反映，推动物体运动距离越远，物体的动能越大。,【考法点拨】,B,甲、丙,木块移动距离大小,甲、丁,(3)控制变量法的应用：探究物体动能和物体质量之间关系时，应控制物体速度不变，而使物体的质量不同；探究物体动能和物体速度之间关系时，应控制物体的质量不变，来改变物体的速度.探究物体动能大小与物体材料的关系，应控制物体质量和运动速度相同，改变物体的材料。(4)实验结论：动能大小与物体的质量和速度的关系是：质量相同时，速度越大，动能越大；速度相同时
5、，质量越大，动能越大。本题中甲、丁两次实验两球的质量相等，材料不同，在下滑高度相同即速度相同时，木块被推动的距离相同，由此说明物体的动能与物体的材料无关。,举一反三训练,1.如图甲所示，是刘悦设计的“探究小球的重力势能大小与哪些因素有关”的实验装置。其中AB是四分之一光滑圆弧轨道，BC是粗糙的水平面，木块初始时刻静止在B点，让小球从距水平面高h处由静止释放，小球刚好能沿着过A点的切线方向进入圆弧轨道，然后与木块发生碰撞，木块运动一段距离后最终停下来，小球可认为是光滑的。如图乙所示，是实验过程中的三个步骤，其中小球质量m1m2m3，小球由静止释放的位置距水平面的高度h1h2h3。,(1)在小球由
6、静止释放到即将与木块碰撞的过程中，小球的重力势能转化为小球的_。(2)通过观察_来比较小球的重力势能的大小。(3)步骤一、步骤二是探究小球的重力势能大小与_的关系。(4)步骤二、步骤三是探究小球的重力势能大小与_的关系。,动能,木块移动的距离,小球的质量,小球的高度,(1)题图甲中将小球从图示位置由静止释放，小球向下运动的过程中，观察到它的速度越来越大，则小球的动能逐渐增大，高度逐渐降低，重力势能逐渐减小，重力势能转化为动能。(2)该实验通过木块移动的距离大小反映小球重力势能的大小，利用了转换法。(3)比较步骤一、步骤二可以看出小球释放的高度相同，小球的质量不同，所以是探究小球的重力势能大小与
7、小球质量的关系。(4)比较步骤二、步骤三可以看出小球质量相同，小球的释放高度不同，所以是探究小球的重力势能大小与小球高度的关系。,【例2】2015潍坊如图所示，斜面与水平面在M点通过小圆弧相连，弹簧左端固定，原长时右端在N点，小物块从斜面上P点由静止滑下，与弹簧碰撞后又返回到P点，则( )A小物块从P向M运动过程中，重力势能减少B小物块从P向M运动过程中，机械能减少C小物块从P向M运动过程中，机械能不变D弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性势能最大,考查角度2机械能的转化和守恒,A、C、D,通过物体的速度、所处高度、弹性形变程度的变化判定物体动能、重力势能、弹性势能的大小变化，能量总是从逐渐减小的那
8、种向逐渐增加的那种转化。本题中小物块从P向M运动过程中，质量不变，高度变小，重力势能减小，故A正确；小物块从P点由静止滑下，与弹簧碰撞后还能返回到P说明没有能量损失，机械能守恒；小物块从P向M运动过程中，重力势能转化为动能，机械能不变；故B错误，C正确；弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性形变达到最大限度，弹性势能最大，故D正确。,【技巧与思路点拨】,21.2016泰州如图所示，将摆球从A点静止释放，摆球在A、C两点间来回摆动，B为最低点，不计空气阻力，下列说法正确的是()A从A点到B点，摆球动能增大，机械能增大B从B点到C点，摆球动能减小，机械能减小C摆球在摆动过程中所经各点的机械能均相等D摆球在
9、B点的机械能最大，在A、C两点的机械能最小,C,举一反三训练,22.2015广州小球在没有空气阻力的情况下，沿无摩擦轨道运动。(1)如图所示，小球从A点静止释放，小球到达C点时速度是否为零？_。(2)将轨道BC段改为水平，如图所示，小球仍从A点静止释放，小球经过M点时的机械能大于、小于还是等于其在A点的机械能？_。以小球经过M点时为计时起点，大致画出小球在MN段运动的速度时间图线。,等于,举一反三训练,是,(1)小球从A点静止释放，由于不计空气阻力和摩擦，没有机械能的损失，所以小球到达C点时速度是0；(2)根据题目可知，由于不计空气阻力和摩擦，机械能是守恒的，所以小球经过M点时的机械能等于其在
10、A点的机械能；由于不计空气阻力和摩擦力，小球原来是运动的，所以小球在MN段做匀速直线运动。,考点二 机械效率,1有用功：_。2额外功：_。3总功：_。4机械效率：_，表达式：_。温馨提示：(1)任何机械的机械效率都小于1，机械效率只是一个比值，没有单位；(2)机械效率一般用百分数表示；(3)机械效率与功率不同，机械效率是有用功在总功中的比例，而功率是反映做功快慢的物理量。5滑轮组机械效率的测量：原理：_。实验结论：(1)在其他条件一定时，吊起的物体越重，滑轮组的机械效率越高。(2)在其他条件一定时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高。提示：实验时要求用弹簧测力计竖直匀速拉动物体。,为达到目的必须
11、做的功,不需要但又不得不做的功,有用功与额外功之和是总共做的功,有用功与总功的比值,拓展：(1)机械效率具有“可变性”：由公式 可知，如果该机械的额外功(W额)一定，有用功(W有)越大，机械效率()就越大。比如用同一个滑轮组把一块巨石和一个乒乓球提起相同的高度，前者的机械效率要大，由此可见，对同一个机械，它的机械效率是可变的，而不是某一确定值。(2)提高机械效率的方法：由公式 可知：当有用功(W有)一定时，额外功(W额)越小，则机械效率()越大，因此设法减小额外功可以提高机械效率，如减轻动滑轮(做额外功的机械)本身的重量、加润滑油以减小摩擦、用轻质材料制作机械，都可以不同程度地减小额外功，提高
12、机械效率。当额外功(W额)一定时，有用功(W有)越大，则机械效率()越大，因此增大有用功可以提高机械效率，如增加物重可以提高机械效率。,(3)利用滑轮组提升重物时，在不考虑绳重和摩擦的情况下，产生额外功的原因是克服动滑轮的自重做功，即W额G动h，滑轮组的机械效率最终可表示为： 。(4)利用定滑轮、动滑轮和滑轮组提升相同重物、上升相同高度时，机械效率关系为：定动组。(5)利用斜面提升重物，克服摩擦所做的功为额外功，即：W额fL。,【例3】 2015滨州利用四个相同的滑轮，组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，用同样的时间，把质量相等的重物G提升了相同的高度，所用的拉力分别为F甲、F乙，拉力做的功分别为
13、W甲、W乙，拉力的功率分别为P甲、P乙，机械效率分别是甲、乙(忽略绳重与摩擦)，下列关系式正确的是( )AF甲F乙甲乙BF甲F乙甲乙CW甲W乙P甲P乙DW甲W乙P甲P乙,A、D,考查角度1机械效率的简单计算,本题考查功、功率、机械效率。由图可知，承担物重的绳子段数n甲3，n乙2；由题可知，滑轮重、物体重力均相等，不计绳重与摩擦，根据F (G物G动)可知，甲滑轮组的拉力较小，即F甲F乙；拉力做的功是总功，物重相等，提升相同的高度，有用功相同；不计绳重与摩擦，滑轮重相同，做的额外功相同，由W总W有用W额可知，拉力做的总功相等，即W甲W乙；拉力做功的功率：P ，由于总功相等、做功时间相同，故功率大小
14、相同，即P甲P乙；有用功、总功均相等，由 可知，两个滑轮组的机械效率相等，即甲乙。可见A、D正确、B、C错。故选A、D。,举一反三训练,3.2015武汉如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为G的物体，若拉力的大小为F，物体和地面之间的摩擦力大小为f，A点的拉力为FA，则下列滑轮组的机械效率表达式正确的是()A.B.C. D.,C,分析图可知，由2段绳子与动滑轮相连，则s2s物， ，物体在水平地面上做匀速运动，则此时A处绳子的拉力与物体与地面之间的摩擦力是一对平衡力，物体和地面之间的摩擦力为f，A处的拉力大小为FAf。则 。,【思路点拨】,【例4】 2016泰州在“探究影响滑轮组机械效率
15、的因素”的实验中，小明用同一滑轮组进行了三次实验，实验数据如下表：(1)根据表格中的数据，在图甲中画出滑轮的绕绳方法。,考查角度2测量机械效率,(2)实验中，沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使物体缓缓上升。在测量绳端所受的拉力时，弹簧测力计应_(填“保持静止”或“匀速上升”)。(3)第三次实验时，测力计示数如图乙所示，此时绳端受到的拉力为_N，滑轮组的机械效率为_%。(4)根据表格中的数据分析可知：随着物重的增大，额外功_(填“变小”“不变”或“变大”)，原因是_。要提高同一滑轮组的机械效率，可以采取_的措施。,匀速上升,1.8,74.1,变大,克服摩擦做功更多,增加提起的物重(减轻动滑轮重或加
16、强转动部分的润滑等),本题考查了探究影响滑轮组机械效率的实验，涉及滑轮组的组装、实验操作注意事项、弹簧测力计的读数以及机械效率的计算。(1)由表格中数据可知，ns/h3，绕绳方法如图所示；(2)为使拉力相对稳定，弹簧测力计应保持匀速上升；(3)由图乙可知，此时弹簧测力计的示数为1.8N；滑轮组的机械效率为： 100% 100% 100%74.1%；(4)由表格数据可知，随着物重的增大，额外功变大，原因是：克服摩擦做功更多；要提高同一滑轮组的机械效率，可采取的措施有：增加提起的物重、减轻动滑轮重或加强转动部分的润滑等。,举一反三训练,4.小红在“探究斜面的机械效率与哪些因素有关”的活动中，提出了
17、以下猜想：A斜面的机械效率可能与物体的重力有关；B斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关；为了验证自己的猜想，小红用木板搭成了如图所示的装置进行探究，记录数据如下表：,(1)在实验过程中，应沿斜面向上_拉动木块；(2)第次实验中斜面的机械效率_；(3)对比实验的数据可以用来验证猜想_，对比两次实验数据，可初步得出的结论是_。,匀速,60%,A,斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关,(1)只有木块做匀速直线运动时，受到的摩擦力才等于弹簧测力计拉力的大小；(2)第次实验斜面的机械效率： 100% 100%60%；(3)对比实验、数据，控制的是斜面的斜面倾角，改变的是物体的重力，因此是研究斜面机械效率
18、与物体重力的关系，即验证的是猜想A；对比实验、数据，控制的是物体的重力，改变的是斜面倾角，且倾角越大效率越高，故可得结论：在其他条件相同时，斜面倾角越大，机械效率越高。,【例5】有两个人利用斜面共同将木箱拉上汽车，为了提高斜面的机械效率，下列做法中可取的是()A以较快的速度将木箱匀速拉上汽车B以较慢的速度将木箱匀速拉上汽车C改由一个人将木箱匀速拉上汽车D斜面长不变，改用光滑的斜面，将木箱匀速拉上汽车,考查角度3机械效率提高的方法,D,影响斜面机械效率的因素主要是斜面的粗糙程度，斜面越光滑，受到的摩擦力越小，机械效率越高。,【规律点拨】,举一反三训练,5. 2016云南如图所示，使用滑轮组提升重
19、物时，能提高机械效率的是(忽略绳重和摩擦)()A改变绕绳方式B减小动滑轮的质量C减小提升重物的高度D减小被提升物的质量,B,机械效率的高低取决于有用功和总功两个因素，不能理解成：“有用功多，机械效率高”；或“总功大，机械效率低”。还有机械效率的高低与是否省力及重物提升的高度无关。改变绳子的缠绕方法，对重物被拉升没有影响，即对有用功没影响；忽略绳重和摩擦，对动滑轮的拉升也没有影响，即不影响额外功。所以改变绕绳方式不影响机械效率。故A错；减少动滑轮的重力，在提升物体重力不变的情况下，即有用功不变的情况下，额外功减小了，所以机械效率就提高了，故B正确；减少重物提升高度的时候，绳端被拉升的距离也变短了
20、，根据 可知机械效率并不受影响。故C错；减小被提升物的质量，就减小了重物的重力，忽略绳重和摩擦，在动滑轮不变的情况下，即额外功不变的情况下，有用功减小了，所以机械效率就降低了故D错误故选B。,中考综合 应用 探究 培优拔尖,拔尖角度1 功、功率、机械效率的综合计算,【例6】 2015遂宁某兴趣小组用如图5186甲所示的滑轮组(物体与动滑轮用绳子a连接)匀速拉动放在同一水平面上的不同物体，物体受到的摩擦力从200N开始逐渐增加，直到组装滑轮组的绳子b被拉断，每次物体拉动的距离均为2m。通过实验绘出了该滑轮组机械效率随物体受到摩擦力大小变化的关系图像如图乙所示。(不计绳重和绳与滑轮间的摩擦)求：,
21、(1)动滑轮重力；(2)当滑轮组的机械效率为80%，物体以0.2m/s的速度匀速运动时，该滑轮组的有用功率；(3)一个重500N的同学利用该滑轮组，想独自用竖直向下的力拉断绳子b，请你通过计算分析他能否实现。,解：(1)因为 ，所以动滑轮重力为G动 200N；(2)当滑轮组的机械效率为280%时，根据 得，物体受到的摩擦力为f2 800N，所以滑轮组的有用功率为PF2vf2v800N0.2m/s160W；(3)当物体与地面间摩擦力达到最大f31600N时，作用在绳子b自由端的拉力为F最大(f3G动)(1600N200N)600N，因为F最大600NG500N，所以中学生无法直接拉断绳子b。,此
22、题是一道力学综合题，是中考试题的压轴题。考查了滑轮组的特点、功率、机械效率的变化。要求学生能从图像中获得有用信息，观察滑轮组找到隐含条件，同时把握知识间的内在联系，正确应用相应公式进行计算。,【考法点拨】,举一反三训练,6. 2016威海如图所示，把重力为600N的物体匀速推到斜面顶端，斜面长为3m，高为0.9m，实际推力为300N，那么物体与斜面之间的摩擦力是_N，斜面的机械效率是_。,120,60%,本题考查了使用斜面时摩擦力和机械效率的计算。由题知，斜面长s3m，斜面高h0.9m，物体重G600N，推力F300N；有用功：W有用Gh600N0.9m540J，推力做的总功：Fs300N3m
23、900J，额外功：W额外W总W有用900J540J360J，由W额外fs得摩擦力：f 120N；斜面的机械效率： 100% 100%60%。,【例7】 2016青岛小雨通过如图甲所示滑轮组将水中物体匀速提升至空中，他所用拉力F与绳子自由端移动的距离s的关系图像如图乙所示。其中物体在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率为85%。每个滑轮等重，不计绳重、摩擦和水的阻力。求：(1)物体在空中上升1m，小雨做的功是多少？(2)每个滑轮的重力是多少？(3)物体的密度是多少？,拔尖角度2 机械效率与浮力的综合计算,解：(1)由图乙可知，物体在空中上升时F200N。图甲中，承担动滑轮和重物的绳子段数n4，则W
24、总FsFnh200N41m800J。(2)由 可知，GnF485%200N680N。F (GG动)，G动nFG4200N680N120N，故每个动滑轮的重力为G0 60N。(3)由图乙知，物体浸没在水中，F100N，对动滑轮和物体进行整体分析可知，nFF浮GG动，解得F浮400N，V物V排 4102m3， 1.7103kg/m3。,举一反三训练,7. 2015绵阳我国南宋远洋商贸船“南海一号”于2007年成功打捞出水，为复原我国海上丝绸之路历史提供了极其珍贵的实物资料，采用沉井包裹沉船的整体打捞方式。在世界水下考古也是一大创新。某同学为了体验“南海一号”的打捞过程，特利用滑轮组从水下打捞一重物
25、。如图所示，用一个底面积S0.05m2，高h0.2m的长方体形状的重物模拟“南海一号”，该同学站在岸边拉动绳子的自由端，使重物从水底开始向上运动。假定重物一直做竖直向上的匀速直线运动，并经历三个运动阶段：第一阶段，从重物在水底开始运动到重物的上表面刚露出水面，绳对重物的拉力F1140N，用时t140s；第二阶段，从重物上表面刚露出水面到其下表面刚离开水面，用时t24s；第三阶,段，从重物下表面离开水面后在空中上升。已知动滑轮所受重力G060N，水1.0103kg/m3，g10N/kg，不计绳重、轮与轴之间的摩擦及水的阻力，不考虑重物出水前后质量的变化。求：(1)在第一阶段运动中，水对重物的浮力
26、F浮为多大？(2)在第一阶段运动中，绳对重物做功W1为多大？(3)滑轮组在第一阶段运动中的机械效率1和在第三阶段运动中的机械效率3分别为多大？,解：(1)重物排开水的体积与重物的体积相等，即V排VSh0.05m20.2m0.01m3，则F浮水V排g1.0103kg/m310N/kg0.01m3100N；,(2)由于第二阶段，从重物上表面刚露出水面到其下表面刚离开水面，用时t24s。上升高度为重物的高h，则上升速度v 0.05m/s；第一阶段上升高度h1vt10.05m/s40s2m，绳对重物做的功W1F1h1140N2m280J；(3)在第一阶段运动中，人拉绳自由端的拉力：F1 ，机械效率：1 70%； 对重物，由平衡条件有：GF1F浮140N100N240N，在第三阶段运动中，设重物上升高度为h3，滑轮组的机械效率：3 80%。,
