1、第十一章 功和机械能,一、功 1.做功的两个必要因素: (1)作用在物体上的_。 (2)物体在这个力的_上移动的距离。 2.概念:功等于力与物体在力的方向上移动的距离 的_。,力,方向,乘积,3.公式:_。 4.国际单位:焦耳,符号:_。,W=Fs,J,二、功率 1.比较做功快慢的方法: (1)做功相同比时间,时间_,做功越快。 (2)时间相同比做功,做功_,做功越快。 2.意义:表示做功的_。 3.概念:功与做功所用时间_。 4.公式:_。,越短,越多,快慢,之比,5.单位: (1)国际单位:_。 (2)常用单位:_。 (3)换算:1kW=_W。 6.生活中常见的功率:中学生跳绳的功率约为6
2、0W;优秀运动员短时间运动的功率约为1000W。,W,kW,103,三、动能和势能,运,动,高度,弹,性形变,质量,速度,质量,越高,弹性形变,转化,四、机械能及其转化 1.机械能: (1)定义:_、重力势能和_的统称。 (2)转化:动能和势能可以相互转化。 (3)守恒:如果只有动能和势能相互转化,尽管动能和 势能的大小会变化,但机械能的总和_,如不计空 气阻力,小球在摆动的过程中机械能_。,动能,弹性势能,不变,保持不变,2.水能和风能: (1)能量:流动的水和风具有大量的_能。 (2)利用:发电,即将水能和风能具有的_能转化 为_能。,机械,机械,电,【教材图解诊断自测】 1.图甲中,提着
3、滑板在水平路面上前行,人对滑板施加 的力_做功;图乙中,搬而未起,人对石头施加的力 _做功;图丙中,人推车向前运动一段距离,人对车 的推力_做功。(均选填“有”或“没有”)。,没有,没有,有,2.如图所示,大人和小孩(大人比小孩重)同时从一楼 爬到三楼,大人做的功_小孩做的功;若两人在相 同时间内完成爬楼,大人做功的功率_小孩的功 率。(均选填“等于”“大于”或“小于”),大于,大于,3.如图所示,当卫星从远地点向近地点运动时,相对于 地球高度_,速度_,所以动能增大,势能_ _,(均选填“不变”“增大”或“减小”)_能转 化为_能。,减小,增大,减,小,势,动,4.如图,滚摆从图中的位置1静
4、止释放,下降至位置2, 再上升到达最高点3,这三个位置中滚摆重力势能最大 的是位置_,动能为零的是位置_,动能最大的是 位置_,机械能最大的是位置_。(填写位置编号),1,1、3,2,1,5.如图,运动员下落时,_对运动员做功(忽略空气 阻力);_能转化为_能,与蹦床接触后,床面发 生弹性形变,运动员的_能转化为蹦床的_能, 不计阻力和能量损失,运动员的机械能_(选填 “增加”“减小”或“不变”)。,重力,重力势,动,动,弹性势,不变,考点1 力是否做功的判断 1.做功的两个必要因素: (1)必须有力作用在物体上。 (2)物体在这个力的方向上移动了距离。,2.几种常见的没有做功的情况:,【提分
5、技法】 力的方向与物体移动的方向不垂直,则此力就一定做功; 若力的方向与物体运动的方向垂直,则该力一定不做功。,【规避失分点】 踢足球、掷铅球时,球在飞行的过程中,人不做功;但人在“踢”“掷”的过程中,人一定做功。,【典例1】(2017鄂州中考)下列生活实例中,力对物体做功的有 世纪金榜导学号59944133( )A.甲和乙 B.甲和丙 C.乙和丙 D.丙和丁,【解题关键】解答本题抓住以下关键: 关键1:判断是否有力作用在物体上。 关键2:判断力的方向与物体移动的方向是否垂直,不垂直就做功。,【精讲精析】选B。本题考查是否做功的判断。推着小车前进,对小车有一个力的作用,小车在力的方向上通过了距
6、离,所以推力对小车做了功,甲符合题意;用力提着滑板水平前进,此过程中,力与距离的方向垂直,故没有做功,乙不符合题意;物体在绳子拉力作用下,向上移动一段距离,对物体做了功,丙符合题意;人用力搬石头但没有搬动,有力,但物体没有通过距离,故没有做功,丁不符合题意。,【典例2】(2016杭州中考)在台球比赛中,选手推动球杆撞击白球,白球发生运动后碰撞其他球,以下说法正确的是 ( ),A.在水平桌面滚动的球受到了重力,重力对它做了功 B.手推动球杆前进时,手对球杆做了功 C.桌面对球的支持力做了功 D.白球撞击黑球后没有静止,是因为人的手还在对白球做功,【解题关键】解答本题抓住以下关键: 关键1:判断是
7、否有力作用在物体上。 关键2:判断力的方向与物体移动的方向是否垂直,不垂直就做功。,【精讲精析】选B。重力与球运动的方向垂直,重力对球不做功,故A错误;手推动球杆前进时,有力也有距离,所以手对球杆做了功,故B正确;桌面支持力与球的运动方向垂直,支持力对球不做功,故C错误;手对白球没有力的作用,白球继续运动是因为白球具有惯性,故D错误。故选B。,【备选例题】 (2016泰州中考)根据如图所示的几个情景,下列说法正确的是 ( ),A.女孩搬起一个箱子,女孩对箱子做了功 B.司机费了很大的力也未能推动汽车,但司机对汽车做了功 C.吊车吊着货物水平移动一段距离,吊车对货物做了功 D.足球被踢出后在草地
8、上滚动的过程中,运动员对足球做了功,【精讲精析】选A。本题考查做功的两个必要因素。 女孩搬起一个箱子,对箱子施加了力的作用,且箱子在 力的方向上通过了一段距离,因而女孩对箱子做了功, 故A正确;司机费了很大的力也未能推动汽车,汽车虽 然受了力,但没有移动距离,因而司机没有对汽车做功, 故B错误;吊车吊着货物水平移动一段距离,吊车对货 物施加的力的方向,与货物移动的方向垂直,吊车没有,对货物做功,故C错误;足球被踢出后在草地上滚动的过程中,运动员对足球没有力的作用,因而运动员没有对足球做功,故D错误。,考点2 功和功率的计算 1.功和功率的计算,2.功和功率的估测:估测力的大小和物体在力的方向上
9、移动的距离,估算功。再根据时间估算功率。,【规避失分点】 功率与功的关系:做功多的机械,功率不一定大,同样做功少的机械,功率不一定小,功率的大小还要看另一个因素时间。但功率大的机械做功一定快。,【典例3】(2017绍兴中考)如图为四 旋翼无人机,质量为1.2kg,下方悬挂着 一个质量为0.1kg的摄像机。在10s内无人机从地面竖直上升了20m,然后边摄像边斜向上飞行了30s,仪表盘上显示离地面高度为36m。无人机前10s对摄像机做功_J,整个过程中,无人机对摄像机做功的功率为_W。,【精讲精析】本题考查功和功率的计算。 摄像机的重力为:G=mg=0.1kg10N/kg=1N; 无人机前10s对
10、摄像机做功为: W=Gh=1N20m=20J; 整个过程中对摄像机所做的功为: W=Gh=1N36m=36J;,无人机对摄像机做功的功率为: P= =0.9W。 答案:20 0.9,【典例4】(2017苏州中考)小华和妈妈去超市购物,她们将17kg物品放在小推车中推行,小推车在某段时间内速度v随时间t变化的关系图像如图所示。已知小推车重130N,所受阻力是总重的0.15倍。(g取10N/kg) 世纪金榜导学号59944134,(1)在010s内,水平推力_(选填“大于” “小于”或“等于”)阻力,阻力大小为_N。 (2)1020s内水平推力做了多少功? (3)1020s内水平推力的功率多大?,
11、【解题关键】解答本题抓住以下关键: (1)推车做加速运动时,推力大于阻力。 (2)利用重力与阻力之间的关系求出阻力,即可知道 推力。 (3)推力做功:W=Fs。 (4)功率:P= 。,【规范解答】(1)010s内小推车做加速运动,此时水平推力大于阻力。 f=(170N+130N)0.15=45N。 (2)1020s内推车做匀速直线运动,根据二力平衡可知推力与阻力相等,即:F=f 行走的距离是:s=vt=0.8m/s10s=8m, 做的功是:W =Fs=45N8m=360J。,(3)功率是:P= =36W。 答案:(1)大于 45 (2)360J (3)36W,【备选例题】 1.(2016西宁中
12、考)西宁市湟水河河道改造工程中,装载机5s内将一块重2000N的石块匀速举高3m,装载机的举力对石块做功为_J,举力做功的功率为_W。,【精讲精析】装载机的举力对石块做功为克服石块重 力做功,W=Gh=2 000N3m=6103J;举力做功的功率 为P= =1 200 W。 答案:6103 1.2103,2.(2016宜昌中考改编)释放化学能的过程不断地发生在人体内,食物也是一种“燃料”。营养成分在人体细胞里与氧结合,提供细胞组织所需的能量。人体摄入的能量(营养师常称之为热量)过多或过少,都有损于健康。 (1)小华同学质量为50kg,正常情况下步行上一层楼需要12s,他克服重力做多少功?他克服
13、重力做功的功率是多少?(每层楼高3m,g取10N/kg),(2)人体摄入过多的能量往往希望通过运动消耗掉。小华同学吃了一块净含量50g的巧克力,该巧克力的营养成分表上标有“每100g能量2361kJ”的字样。如果他从巧克力获得的能量全部用于克服重力做功,则他要爬多少层楼?(每层楼高3m),【解题关键】关键点1:利用W=Gh=mgh求步行上一层楼 做的功,又知道时间,明确利用P= 求功率。 关键点2:求出吃一块净含量50g的上述巧克力获得的 能量,明确爬一层楼克服重力做的功,二者之比可得爬 楼层数。,【规范解答】本题考查了功和功率的计算。 (1)步行上一层楼做的功:W=Gh=mgh=50kg10
14、N/kg 3m=1500J, 他克服重力做功的功率:P= =125W。,(2)吃一块净含量50g的上述巧克力获得的能量: Q= 50g=1180.5kJ=1.1805106J, 爬一层楼克服重力做的功为1500J,所以,他爬楼的层 数:n= =787层。 答案:(1)1500J 125W (2)787层,考点3 机械能及其转化 1.机械能之间的相互转化:在只有动能和势能相互转化时,相互转化情况如下:,解读:(1)一般而言,规定物体在“水平地面上”没有重力势能,即此时物体的重力势能为零。 (2)水平面上运动的物体,只能发生动能与弹性势能的相互转化。 (3)当发生重力势能与弹性势能转化时,一定还有
15、动能的参与。,(4)不考虑摩擦阻力时,动能和势能总和不变,一种能量减少,另一种能量增加,减少的能量转化为增加的能量。,2.机械能守恒条件:只有动能和势能之间相互转化时,机械能守恒。若克服其他力做功,则机械能不守恒。,【规避失分点】 (1)正在做功的物体一定具有能量,但具有能量的物体不一定正在做功。 (2)一个物体可以同时具有动能和势能。 (3)判断重力势能的大小,一般是以水平地面为标准。,【典例5】(2017衡阳中考)下列四幅图中,动能和势能之间没有发生相互转化的是 ( ),【精讲精析】选C。用弓将箭射出去,弓弹性势能减小,箭的动能增大,弹性势能转化为动能,故A不符合题意;上升的滚摆,高度增加
16、,重力势能增大,速度减小,动能减小,所以是将动能转化为重力势能的过程,故B不符合题意;在水平公路上匀速行驶的汽车,动能不变,重力势能不变,所以动能与势能没有发生相互转化,故C符合题意;向近地点运动的卫星,高度减小,重力势能变小,但是速度变大,动能变大,是重力势能转化为动能,故D不符合题意。故选C。,【典例6】(多选)(2017龙东中考)为了更好地推进习总书记提出的“一带一路”倡议,我国计划发射十八颗通信卫星,为沿线图家提供信息服务。下列关于人造地球卫星说法中,正确的是 世纪金榜导学号59944135( ),A.卫星运动到近地点时,动能最大,重力势能最小 B.卫星运动到远地点时,动能最大,重力势
17、能最小 C.卫星由近地点向远地点运动,重力势能转化为动能 D.卫星由远地点向近地点运动,重力势能转化为动能,【精讲精析】选A、D。本题考查机械能的转化。卫星的运动过程,类似于在地球上的上抛,物体被上抛过程中,速度逐渐减小,高度增加,相应的动能减小,重力势能增加,下落时动能变大,重力势能变小。对比分析卫星,当卫星运动到近地点时,动能最大,重力势能最小;由近地点向远地点运动,动能转化为重力势能,由远地点向近地点运动,重力势能转化为动能,A、D两项正确。,【典例7】(2016兰州中考)“弓开如满月,箭去似流星”形容射箭运动员拉弓放箭的情形,那么在这个过程中弓的_能转化为箭的_能。,【精讲精析】 关键
18、点1:明确拉弯的弓发生弹性形变,具有弹性势能; 关键点2:明确把箭射出的过程中,弓的形变变小,弓的弹性势能减小。箭的速度增加,箭的动能增大,因此弓的弹性势能转化为箭的动能。 答案:弹性势 动,【备选例题】 1.(2016淄博中考)如图所示,空中加油机正在给匀速水平飞行的战斗机加油,加油后战斗机仍以原来的高度和速度做匀速飞行,则战斗机的 ( ),A.动能不变,势能不变,机械能不变 B.动能不变,势能减少,机械能减少 C.动能增加,势能不变,机械能增加 D.动能增加,势能增加,机械能增加,【精讲精析】选D。本题考查动能、重力势能、弹性势能大小的影响因素及掌握动能、重力势能、弹性势能、机械能的大小变
19、化情况。加油后战斗机仍以原来的高度和速度做匀速飞行,战斗机油量增加,质量增大,动能增大。战斗机的质量增大,高度不变,重力势能增大。机械能=动能+势能,战斗机没有发生弹性形变,不考虑弹性势能。动能增大,重力势能增大,机械能增大。故A、B、C错误,D正确。故选D。,2.(2016长春中考)如图所示,分析小球从A点自由 摆动到C点的过程,不考虑空气阻力,以下说法正确的 是 ( ),A.小球从A点自由摆动到B点的过程中动能转化为重力势能 B.小球摆动到最低点B时动能为零 C.小球摆动到最高点C时重力势能最小 D.小球在整个过程中的机械能守恒,【精讲精析】选D。如图所示是单摆,当小球从A点到B点的过程中
20、,重力势能转化成动能;从B点到C点的过程中,动能转化成重力势能;其中A、C两点的动能为零,重力势能最大,B点的动能最大,重力势能最小;在整个的运动过程中机械能守恒。,【知识拓展】多米诺骨牌效应 多米诺骨牌效应发生时,骨牌瞬间依次倒下的场面蔚 为壮观,其间显示的图案丰富多彩,令人惊叹,其中蕴 含着丰富的科学道理,这就是“多米诺骨牌效应”。 该效应产生的能量是十分巨大的。这种效应的物理道 理是:骨牌竖着时,重心较高,倒下时重心下降,倒下过 程中,将其重力势能转化为动能,它倒在第二张牌上,这个动能就转移到第二张牌上,第二张牌将第一张牌转移来的动能和自己倒下的过程中由本身具有的重力势能转化来的动能之和
21、,再传到第三张牌上所以每张牌倒下的时候,具有的动能都比前一张牌大,因此它们的速度一个比一个快,也就是说,它们依次获得的能量一个比一个大。,主题 探究物体的动能跟哪些因素有关 【实验方法】_法、_法。 【实验装置】,控制变量,转换,【实验关键】 (1)动能大小的比较:比较同一水平面上木块被撞的 距离的远近。木块运动的距离越远,钢球具有的动能 _。(转换法的应用),越大,(2)探究动能与物体速度的关系。(控制变量法的应用) 思路:控制_不变,只改变_。例如,让同 一钢球从不同高度由静止开始滚下。 (3)探究动能与物体质量的关系。(控制变量法的应用) 思路:控制_不变,只改变_。例如,让不 同钢球从
22、同一高度由静止开始滚下。,质量,物体速度,物体速度,质量,【要点探究】 (1)在实验中,为什么让不同的钢球从同一高度由静止开始滚下? 提示:目的是控制不同的钢球在撞击木块时速度相同。,(2)在实验中,为什么让同一个钢球从不同高度由静止开始滚下? 提示:目的是控制同一个钢球在撞击木块时速度不同。,(3)实验中,假设平面没有阻力,会出现什么现象? 提示:木块将永远做匀速直线运动。 (4)在实验中,木块运动到平面的末端之外,如何解决? 提示:降低斜面的高度,即把斜面适当放缓。降低钢球开始滚下的高度。,【示范案例】 (2017西宁中考)如图所示是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置示意图。
23、世纪金榜导学号59944136,(1)该实验装置要探究的是物体动能的大小与物体_的关系(物体A、B质量不变)。 (2)该实验中所探究物体的动能是指物体_(选填“A”或“B”)的动能。 (3)该实验物体动能的大小是通过_来反映的。,(4)该实验物体的速度是指物体A从斜面上由静止滚下与物体B即将碰撞时的速度,它是通过_(选填“高度”或“质量”)来改变的。 (5)实验表明,同一物体A从斜面高处滚下,高度越大,物体B被撞得越远,可得结论_。 (6)若要研究物体动能与质量的关系,则需不同质量的物体从斜面_高度由静止滚下,并观察记录。,【解析】本题考查探究物体动能大小与什么因素有关的实验。(1)动能的大小
24、与物体的质量和速度都有关系,因此探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验中,要探究的是物体动能的大小与物体质量和速度的关系。在该实验中探究与速度的关系。,(2)该实验研究的主体是物体A,研究的是物体A动能的大小与速度和质量的关系。 (3)该实验中物体动能的大小是通过B被撞距离的远近体现的,B被撞得越远,说明物体的动能越大,被撞得越近,说明物体的动能越小,这里采用了转换法的思想。,(4)该实验物体的速度是指物体A从斜面上由静止滚下与物体B即将碰撞时A的速度,这个速度的大小是通过控制物体A在斜面上的高度改变的。 (5)同一物体A从斜面高处滚下,高度越大,物体B被撞得越远,说明动能越大,可得结论为
25、:当物体质量相同时,物体的速度越大,动能越大。,(6)为了研究物体动能与物体质量的关系,实验中多次让不同质量的物体从斜面同一高度上由静止滚下时,控制了物体的速度相同。,答案:(1)速度 (2)A (3)B被撞的距离大小 (4)高度 (5)当物体质量相同时,物体的速度越大,动能越大 (6)相同,【延伸探究】结合【示范案例】思考以下问题: (1)实验中,如果木块运动到了长木板的末端仍未停止,在不更换实验器材的前提下,解决的方法是_。,(2)该实验主要运用了哪种物理方法来判断物体动能的大小 ( ) A.控制变量法 B.转换法 C.理想推理法 D.模型法 (3)交通规则中“禁止超载”就是通过限制车辆装
26、货物的质量,减小车辆的惯性和_,防止造成重大伤害。,【解析】(1)木块运动到了长木板的末端,说明钢球的动能过大,要减小钢球的动能,所以应该适当降低钢球开始滚下的高度。(2)本实验通过比较木块被推开的距离来判断钢球动能的大小。木块被推开的距离越远,说明钢球对木块做功越多,钢球的动能就越大。这种方法叫作转换法。(3)物体的动能和物体的质量及速度有关,在速度一定时,质量越大物体的动能越大,所以在交通规则中“禁止超载”。,答案:(1)降低钢球开始滚下的高度 (2)B (3)动能,【备选例题】 1.(2016南充中考)如图所示是“探究物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置。实验中,让同一个钢球从斜面上
27、的不同高度由静止滚下,碰到同一木块。,(1)实验中,通过观察_来判断钢球动能的大小。 (2)实验中,让同一个钢球从斜面上的不同高度由静止滚下,是为了探究钢球动能的大小与其_的关系。 (3)如果水平面是光滑的,木块受到钢球撞击后将做 _。,(4)本实验的科学研究方法用到了控制变量法,在你所学的物理探究实验中,哪些实验也用到了这个研究方法,请举一例:_。,【精讲精析】本题考查探究物体动能大小与什么因素有 关的实验。(1)钢球因为有动能撞击木块时,动能越大, 木块在水平面上移动的距离就越远,所以判断钢球动能 大小的依据是木块在水平面上移动的距离。(2)让同一 钢球从同一斜面的不同高度由静止开始释放的
28、目的是: 使钢球到达斜面底部时的速度不同,为了探究钢球动能 大小与其速度的关系。(3)如果水平面是光滑的,木块,不受摩擦力作用,木块受到钢球撞击后将做匀速直线运动。(4)探究问题中存在多个变量时,保持几个变量不变,改变一个变量,研究被改变的量对问题的影响,这就叫控制变量法;因通电导体产生的热量跟电流大小、通电时间、电阻大小等因素有关,所以在探究通电导体产生的热量跟哪些因素有关时,采用的探究方法是控制变量法。,答案:(1)木块被推动的距离 (2)速度 (3)匀速直线运动 (4)探究通电导体产生的热量跟哪些因素有关,2.(2016天津中考)某同学在探究“物体的动能和哪些因素有关”时,提出了如下猜想
29、: 猜想一:物体动能大小与物体的质量有关 猜想二:物体动能大小与物体的运动速度有关 为了验证上述猜想,老师提供了如下器材:斜槽、刻度尺、三个钢球(质量分别为0.1kg、0.2kg和0.3kg)、木块和长木板。,实验装置如图所示,让钢球从高为h的斜槽上由静止滚下,碰到水平面上的木块后,将木块撞出一段距离。在同样的平面上,木块被撞得越远,说明钢球的动能越大。,该同学利用上述器材和装置进行了实验,并在下表中记录了实验获得的数据。,请你完成下列任务: (1)为了便于验证猜想一,请重新设计一个实验表格,并将表中的相关数据全部筛选整理后填入你所设计的表中。 (2)分析重新设计的表中数据,可以得到的实验结论
30、是_。,【精讲精析】本题考查影响动能大小的因素的实验。(1)要验证猜想一,即验证物体动能的大小与物体的质量的关系,需要控制物体运动的速度不变,即控制钢球从斜槽的同一高度由静止滚下来,观察质量不同的钢球撞击木块移动的距离的远近,确定钢球具有的动能的大小。所以要选择原表格中的第1、4、5次实验数据,重新设计表格如下:,(2)由重新设计的表格中的数据可知,钢球下落高度相同,即钢球到达水平面时的运动速度相同,钢球的质量越大,木块移动的距离越远,说明钢球具有的动能越大。由此得出结论:当物体的运动速度一定时,物体的质量越大,动能就越大。,答案:(1)见解析 (2)当物体的运动速度一定时,物体的质量越大,动能就越大,
