1、第 20 讲 功和功率 机械能, 分类一 机械功与功率), 功)【考点梳理】1做功的两个必要因素：_作用在物体上的力_和_物体在力的方向上通过的距离_。要明确“在力的作用下，物体沿力的方向通过了一段距离，那么这个力就对物体做了功” 。【注意】判断做功的标准：有力，有距离并且力和距离在同一个方向上。不做功的三种情况：a.有力 F 无距离 s，例如举高重物静止不动，虽然用了力，但没在力的方向上通过距离，没做功；b.有距离 s 没有力 F，如正在空中飞行的足球，运动了一段距离，但运动员施加的力已经消失，运动员对其没有做功；c.有力 F，也有距离 s，但在力的方向上没有通过距离( 运 动方向和力的方向
2、垂直 )，此力也不做功，例如水平方向运 动的物体，重力不做功。2功的公式：W_Fs_。科学上规定：功等于作用在物体上的力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。【注意】F 和 s 必须“同一物体” “同一时间” “同一方向” 。3功的单位：焦耳(简称“焦 ”)，1 J_1_Nm。4做功的实质：做功的实质就是_能量转化_的过程，通过做功的形式将一种能量转化为其他形式的能量。物体做了多少功，就有多少_能量_发生了转化。能量与功的单位一样，都是_焦耳_。【活学活用】1下列没有对物体做功的是( D )A物体在绳子拉力作用下升高B静止的小车在拉力作用下运动起来C汽车在刹车阻力的作用下速度降低D人用力搬石头，
3、石头不动2手抛鸡蛋的杂技演出抛出的鸡蛋从最高处到最低处重力做功大概是( A )A0.2 J B2 J C20 J D200 J3在下列情况中，人对物体是否做功？并说明理由。(1)将重物从地面上提起放到肩上：_放到肩上这个过程做功 ，放到肩上后不做功，受力但没有在力的方向上通过距离_；(2)将重物提在手中沿水平方向移动 50 m 的距离：_不做功，力的方向和距离垂直，不在同一直线上_；(3)扛着重物登上三楼：_做功，既有力又有距离，并且距离和力的方向一致 _；(4)推出去的铅球在空中向前飞行时：_不做功，铅球在飞行过程中不受推力 ，依靠的是惯性_。, 功 率)【考点梳理】1功率的概念：_单位时间
4、内做的功叫功率_。功率用来描述_物体做功快慢_，也可反映能量转化的快慢。2功率的公式：P ；P Fv。Wt3功率的单位：瓦特(W)、千瓦 (kW)、焦/秒(J/s) ；1 瓦(W)1_焦/秒(J/s)_。【注意】根据 P 可知，当 P 一定时，W 与 t 成正比。换句话说，使用_功率_相同Wt的机械，做功时间长的做功就多。当 W 一定时，P 与 t 成反比。换句话说，做相同的_功_时，时间用得少的机械的功率就大。当 t 一定时，W 与 P 成正比。换句话说，做功_时间_相同时，功率大的那台机械做的功就多。4类比功率与速度速度 功率物理意义 运动快慢 做功快慢定义 单位时间通过的路程 单位时间内
5、所做的功定义式vstPWt单位 m/s J/s 或 W【活学活用】4今年国庆节举行了一次登紫金山比赛，体重相同的小明和小刚两人从太平门沿同一路线登上紫金山，小明是快跑上去的，而小刚是慢跑上去的，则下列说法正确的是( C )A两人登山做的功相同，功率也相同B小明登山所做功比小刚多，但功率小C两人登山做的功相同，但功率不同D小明登山所做功比小刚少 ，但功率大5如图所示，挖掘机挖土的速度往往很慢，这是为了( B )A保证挖掘质量B获得较大挖掘动力C节约燃料D保证挖掘施工安全6学习了功率的知识后，小明和几位同学准备开展“比一比谁的功率大”的活动，他们设计了三套方案：测量出各自的体重、爬楼用的时间和爬楼
6、的高度，算出爬楼的功率并进行比较；控制爬楼的时间相同，测量出各自的体重、爬楼的高度，算出爬楼做的功并进行比较；控制爬楼的高度相同，测量出各自的体重、爬楼的时间，算出体重和时间的比值并进行比较，可行的是( D )A只有 B只有C只有 D都可以, 机械效率)【考点梳理】1有用功、额外功及总功的含义(1)有用功：在做功过程中，我们所需要的功( 即对人有用的功)，用 W 有用 表示。为实现做功目的，对我们要做功的物体做的功是有用功，它在数值上等于达到做功目的而直接用手对物体做的功。(2)额外功：在做功过程中，对额外负担所做的功，用 W 额外 表示。额外功是在实现做功目的时，我们对辅助工具、器材所做的功
7、，它并非我们需要，是额外负担，但又不得不做。(3)总功：在做功过程中，所做的有用功与额外功之和是总功 ，用 W 总 表示，即 W 总_W 有用 W 额外 _。达到做功目的，我们所做的有用功与额外功之和是总功，它在数值上等于利用机械所做的功。【注意】区分某一做功过程中的有用功、 额外功，关键是弄清做功的目的 ，然后才可以确定有用功和额外功。2机械效率的定义及表达式(1)定义：机械效率等于有用功与总功之比，机械效率用希腊字母 “ ”表示。(2)公式：W有 用W总斜面： GhFL定滑轮： GhFs GhFh GF动滑轮： GhFs GhF2h G2F滑轮组： GhFs GhFnh GnF【注意】因为
8、使用机械要克服机械自重和相互部件间的摩擦，做一些额外功，所以机械效率必然小于 100%。【活学活用】7如图剪刀剪纸机械效率为 80%，这表示( D )A若作用在剪刀的动力是 1 N，则阻力是 0.8 NB若作用在剪刀的阻力是 1 N，则动力是 0.8 NC若作用在剪刀的动力做功 1 J，则有 0.2 J 的功用于剪纸D若作用在剪刀的动力做功 1 J，则有 0.8 J 的功用于剪纸8如图所示，同一个滑轮组用不同的方法进行组装，若两次提起的物重相同，且不计绳重和摩擦，则两者的机械效率的关系是 甲_(填“” “”或“ ”) 乙 ，使用甲的优点是_可以改变用力的方向_，使用乙的优点是_更省力_。9水平
9、地面上有一重为 5 000 N 的箱子，现用起重机把箱子吊到 3 m 高的位置，所用时间为 10 s， 起重臂下的钢丝绳是绕在一个动滑轮上的 ，如图所示，钢丝绳上的拉力为 3 000 N。(1)起重机起吊该箱子的机械效率是多少？(2)钢丝绳上拉力的功率是多少？解：(1)有用功：W 有 Gh5 000 N3 m15 000 J，总功：W 总 FsF2 h3 000 N23 m18 000 J，起重机起吊该箱子的机械效率： 100% 100%83.3% 。W有W总 15 000 J18 000 J(2)钢丝绳上拉力的功率：P 1800 W 。W总t 18000 J10 s, 分类二 各种各样的能)
10、, 能量的形式)【考点梳理】能量是以多种形式存在的，常见的能量形式有：机械能、光能、内(热) 能、电能、化学能、核能。【活学活用】10能量从哪里来？地球上所有能量几乎都来自太阳的_热_能和直接给地球提供的_光_能；被植物通过光合作用吸收的光能转化为_化学_能；加热空气，使空气流动，就有了_风_能( 空气的动能)；促进水循环，使水有了_机械_ 能。, 分类三 机械能), 区别动能和势能)【考点梳理】1动能：物体由于_运动_而具有的能。2重力势能：物体由于_被举高_而具有的能。3弹性势能：物体由于发生_弹性形变_而具有的能。【活学活用】11(2012嘉兴)据报道，一辆横穿铁路的拖拉机 ，因故障而停
11、在铁道上，此时从远处驶来一列火车，尽管司机及时采取紧急制动措施，但是缓慢行驶的列车还是将拖拉机撞“飞”了。这是因为火车的( A )A动能很大 B速度很大C势能很大 D功率很大12下列关于动能和势能的搭配错误的是( D )A.动 能重 力 势 能弹 性 势 能拉 弯 的 弓正 在 行 驶 的 汽 车树 上 的 苹 果B.机 械 能动 能重 力 势 能空 中 飞 行 的 小 鸟悬 挂 在 天 花 板 上 的 电 灯运 动 的 水 流C.机 械 能重 力 势 能弹 性 势 能桌 上 的 课 本秋 千 的 来 回 摆 动手 表 里 拧 紧 的 发 条D.动 能 转 化 为 重 力 势 能重 力 势 能
12、 转 化 为 动 能动 能 转 化 为 弹 性 势 能正 在 下 落 的 雨 滴碰 地 面 瞬 间 的 篮 球骑 车 沿 斜 坡 下 行 的 人, 影响动能大小的因素)【考点梳理】影响动能大小的因素有两点：一是物体的_质量_越大，动能越大；二是物体的_速度_越大，动能越大。【活学活用】13(2012衢州)小徐利用如图实验来研究物体动能大小与哪些因素有关。让质量不同的钢球从斜面上同一高度静止释放，钢球运动到斜面底部，推动木块运动一段距离后停下。实验数据见下表：实验次数钢球质量 m(g)钢球到达斜面底部时的速度 v(m/s)木块移动的距离 s(cm)1 20 1.8 302 40 1.8 593
13、60 1.8 87(1)表格中的实验数据说明了钢球的动能大小与_质量_有关。(2)小徐对如何判断钢球的动能大小进行深入思考，认为可以通过比较钢球推动木块移动距离的大小来反映钢球对木块_做功_的多少，从而判断钢球动能的大小。, 影响势能大小的因素)【考点梳理】1影响重力势能的相关因素：物体的_质量_越大，_位置_越高，具有的重力势能越大。2影响弹性势能的相关因素：物体的_形变_越大，弹性势能就越大。【活学活用】14将体积相等的实心塑料球和铅球放在同一水平面上，请你回答：(1)哪个球的重力势能大？答：_铅球_。(2)你有什么简单易行的措施使它们具有的重力势能一样大？( 写出一种即可)答：_把塑料球
14、抬起一定高度_。, 机械能的相互转化)【考点梳理】1滚摆：(1)滚摆从最高点开始往下运动时，始点处_势能 _最大，_动能_为零。(2)开始向下运动时，_势能_开始转化为_动能_，动能渐趋增大，势能渐趋减小，机械能总和不变；到达_最下端_时，动能最大。(3)反方向的转换，滚摆不断上升过程中，_动能_ 转化为_势能_，势能渐趋增大，动能渐趋减小，到达了一个新的最高点时，势能最大，动能为零。2单摆：将摆锤拉到一定的高度后放手，摆锤在向下摆动的过程中_重力势能_转化为_动能_，在摆锤摆过中点后向上摆动的过程中_动能_转化为_重力势能_。【活学活用】15如图所示，小华把悬挂的铁锁拉近并紧贴自己的鼻子，稳
15、定后松手，头保持不动，铁锁向前摆去又摆回。下列说法正确的是( B )A锁不断地来回摆动，是因为动能不断增加B锁向下摆的过程中，重力势能转化为动能C锁摆到最低点后会继续上升，是因为受重力作用D锁摆动的过程中，机械能总量不变 ，所以摆回来时会碰到鼻子, 机械能守恒)【考点梳理】机械能守恒的含义：在只有_重力_或_弹力_对物体_做功_的条件下(或者不受其他_外力_的作用下)，物体的_动能 _和_势能_( 包括重力势能和弹性势能 )发生相互转化，但_机械能_的总量保持不变。这个规律叫做机械能守恒定律。【活学活用】16如图所示是一个左右对称的凹形槽，将小球从 A 点由静止释放，若小球由 A 点到B 点运
16、动过程中克服摩擦力做的功用 W 表示，忽略空气阻力 ，则下列说法正确的是( A )A小球从 A 点运动到 B 点的过程中 ，势能的减少量与动能的增加量之差等于 WB小球能够从 A 点运动到 D 点C小球从 A 点运动到 B 点的过程中，势能的减少量等于动能的增加量D小球从 A 点运动到 C 点的过程中，机械能的减少量等于动能的增加量第 16 题图第 17 题图17如图所示，一个小球由静止从光滑曲面的顶端自由滑下，若它在顶端的重力势能为 65 J， 则滑到底端的动能是( D )A35 J B50 J C55 J D65 J, 专项一 功)【重点提示】分析物体是否做功，主要是抓住做功的两个必要因素
17、：物体受到力的作用；物体在力的方向上通过一段距离，二者缺一不可。【例 1】下列几个实例中，力没有做功的是( )A人拉车前进的过程B人向上搬石头，石头未动C划火柴的过程D刹车后车仍向前滑行【点拨】A.人拉车前进的过程 ，人给车一个向前的力，车向前移动了距离，拉力对车做功，不符合题意；B.用力搬石 头，人给石头一个向上的力 ，石头向上没有移动距离，力对石头没有做功，符合题意；C. 划火柴时，克服摩擦做功， 不符合题意；D.汽车受到刹车阻力的作用，并且其产生力效果，使汽车由运动变为静止，故刹车阻力对汽车做了功，不符合题意。【答案】B1下列情景中，人对物体做功的是( A )A小车在拉力作用下向前运动B
18、人提着水桶在水平路面上匀速前进C小孩推车，车未动D踢出的足球在地面上滚动一段距离, 专项二 功 率)【重点提示】功率表示物体做功的快慢，其大小由完成的功和所用时间共同决定的，与其他因素无关。【例 2】下列关于功率的说法正确的是( )A做功多的物体功率一定大B做功时间长的物体功率一定小C完成相同的功，做功时间短的物体功率一定大D做功越多，做功时间越长的物体功率一定大【点拨】功率的大小是由完成的功和所用的时间共同决定的。选项 A 仅说明做功的多少，没有说明做功的时间；选项 B 仅说明做功的时间，没有说明做功的多少，因此选项A、B 都不正确。根据功率的定义式 P ，在完成相同的功的前提下，做功时间越
19、短，功Wt率越大，可见选项 C 正确。对于选项 D，由于无法确定做功的多少与所用的 时间的比值，因此无法比较功率的大小，选项 D 也是错误的。【答案】C2下列关于功率的说法，正确的是( B )A功率越大，做功越多 B功率越大，做功越快C功率越大，越省力 D功率越大，机械效率越大, 专项三 能量的转化)【重点提示】自然界能的形式多种多样，不同形式的能之间可以相互转化。解决此类问题一定要先判断原来物体具有什么能，后来物体具有什么能，这样就容易判断能量的转化方向了。【例 3】(2014嘉兴)各种形式的能量都不是孤立的 ，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的。下面几幅图按能量转化的顺序
20、，排列正确的是( )A BC D【点拨】各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，地球上所有能量直接或间接来自于太阳能，所以上面几幅图能量的转化顺序为：太阳树林燃煤电厂空调。【答案】C3如图所示是一位同学正在体育课中进行实心球投掷训练，投出的实心球在上升过程中( C )A动能不变，重力势能增加B重力势能不变，动能增加C动能转化为重力势能D重力势能转化为动能, 探究 影响动能、势能大小的因素)【例 1】小鹭想探究弹性势能的大小与哪些因素有关，她利用一段弹簧、光滑轨道、物块 A 和 B 等器材进行实验。如图所示，用物块将弹簧压缩到一定程度后释放，物块沿轨道向
21、左滑行，最高可冲到光滑斜面虚框处。(1)实验时可通过观察同一滑块_来判断弹性势能的大小。(2)比较图甲、乙两个实验可以初步得出，弹簧的弹性形变越大 ，具有的弹性势能就_。(3)若物块冲上斜面的最大高度 hah ch b，弹性形变的大小 lal bl c，则物块达到最高处所具有的重力势能 Ea、E b、E c的大小关系是_。【点拨】(1)实验时可通过观察同一滑块冲上斜面的高度来判断 弹性势能的大小；(2) 比较甲与乙两个实验可知，弹簧的形变量 lal b，物块冲上斜面的高度 hah b，同一滑块冲上斜面的高度越大，弹簧的弹性势能越大，由此可见：弹簧的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大；(3)弹簧
22、的形变量越大，弹簧的弹性势能越大，最 终物块在最高处时所具有的重力势能越大，因为 lal bl c，所以 EaE bE c。【答案】(1)冲上斜面的高度 (2)越大 (3) EaE bE c【例 2】(2014台州)利用如图装置进行 “探究动能大小的影响因素”实验。用两根细绳将小球悬挂起来，拉起小球，当细绳与竖直方向成 角后松手 ，小球撞击水平木板上的木块，记下木块移动的距离 s。改变角度 的大小，重复实验。(1)利用如图两根细绳悬挂小球，而不用一根细绳，其好处是_。(2)本实验探究的问题是物体的动能大小与_的关系。(3)利用上述实验，同时还可以探究的问题是_。【点拨】(1)若用一根细绳，小球
23、的摆动方向会不稳定，利用如 图两根细绳悬挂小球，便于控制小球的撞击方向，便于碰准木块；(2)实验中小球一定 ，小球摆动的角度不同，撞击木块时的速度不同，所以本实验探究的问题是物体的动能大小与速度的关系；(3)细绳与竖直方向成的 角不同，则下落的高度不同 ，通过对木块 做功的多少，可以判断小球重力势能的大小，所以该实验可以探究重力势能大小与高度的关系。【答案】(1)便于控制小球的撞击方向( 或便于撞准木块等) (2)速度 (3) 物体重力势能大小与高度有什么关系(或物体重力势能大小与高度的关系)1在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出了如下猜想：猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有
24、关；猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关。为此，小明选用材料不同的两根弹簧 A 和 B(长度和粗细相同) ，小球、木块和长刻度尺各一个，设计了如图所示的实验装置进行探究。实验中，木块起始位置相同，最后得出以下实验记录表。实验次数使用的弹簧被压缩后弹簧的长度/cm木块移动的距离 弹簧 A 5 s1 弹簧 A 8 s2 弹簧 B 5 s3 弹簧 B 8 s4(1)由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实验把弹性势能的大小转换为测量木块移动的距离，这种研究方法叫转换法。下列实验中用到此方法的是_(填序号) 。探究“杠杆的平衡条件”探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”(2)请将探究猜想一的方案补充完整。将
25、弹簧 A、小球、木块按如图所示安装好；压缩弹簧，使其长度为 5 cm。放手后，小球被弹出，推动木块移动了一段距离 s1；压缩弹簧，使其长度为_8_cm。放手后，小球被弹出，推动木块移动_s 2_；比较分析实验数据_s 1 和 s2_，得出结论。(3)弹簧将小球弹开的过程中，是弹簧的弹性势能转化成小球的 _动_能。(4)为了探究猜想二，可选用实验次数和_的数据进行比较分析 ，若_s 2s 4_，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。【常见误区】1功、功率、机械效率混淆不清，误认为做功越多，功率越大；机械效率越高，功率越大。2能量的相互转化的形式多种多样，在分析问题时，易漏掉其中某一种能量。【例 3】在一次参观中，外地游客丁先生从渠江公园乘电梯到思源广场，在电梯匀速上升的过程中，丁先生的( )A重力势能不断增大 B动能不断增大C机械能保持不变 D动能转化为重力势能【点拨】电梯匀速上升时，丁先生的动能不变，重力势能增大，机械能增大，这一过程是电能转化为机械能，因此只有选项 A 正确。【答案】A2下列说法正确的是( C )A机械效率越高的机械做功越快B机械效率越高的机械做功越多C功率越大的机械做功越快D功率越大的机械做功越多_
