1、第十一章 功和机械能,一、功和功率 1.功: (1)做功的两个必要因素。 作用在物体上的_。 物体在这个力的方向上_。 (2)概念:功等于力与物体在力的方向上移动的距离的_。 (3)公式:_。 (4)国际单位:焦耳,符号:_。,力,移动的距离,乘积,W=Fs,J,2.功率: (1)比较做功快慢的方法。 做功相同比时间,时间_,做功越快; 时间相同比做功,做功_,做功越快。,越短,越多,(2)功率。 意义:表示做功的快慢。 概念:功与做功所用时间之比。 公式:_。 (3)国际单位:瓦特,符号:_,1 kW=_W。,W,103,二、动能和势能 1.能量:物体能够_,我们就说这个物体具有能量,简 称
2、能。 2.动能: (1)定义:物体由于_而具有的能量。 (2)决定因素: 质量相同的物体,运动的速度_,它的动能越大。 运动速度相同的物体,质量_,它的动能越大。,对外做功,运动,越大,越大,3.势能: (1)重力势能。 定义:在地面附近,物体由于_所具有的能。 决定因素:物体的_越大,_越高,它具有的重力势能 就越大。 (2)弹性势能。 定义:物体由于发生_而具有的能。 决定因素:物体的_越大,它具有的弹性势能就 越大。,高度,质量,位置,弹性形变,弹性形变程度,三、机械能及其转化 1.机械能: (1)定义:动能、重力势能和弹性势能的统称。 (2)转化:动能和势能可以相互转化,如小球从 A摆
3、到B,_能转化为_能,小球从B摆到 C,_能转化为_能。 (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_。,重力势,动,动,重力势,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:_,即将水能和风能具有的机械能转化为_能。,机械,发电,电,【微点拨】 1.做功的条件:有力有距离,且力与距离方向一致。物体受力并移动距离不一定做功,如力的方向与运动距离的方向垂直时,这个力不做功。 2.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
4、看另一个因素时间。但功率大的机械做功一定快。 3.功与能: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。,4.动能和势能: (1)一个物体可以同时具有动能和势能。 (2)判断重力势能的大小,一般是以水平地面为标准。,【速练题】 (1)运动员下落时,运动员受到 的作用,对运动员做功。(忽略空气阻力) (2)运动员下落时, 转化为动 能,与蹦床接触后,床面发生弹性形变,运动员 的动能转化为蹦床的 ,在能量的转化过程中,不计阻力和能量损失,机械能 。(选填“增加”“减小”或“不变”),重力,重力,重力势能,弹性势能,不变,主题一 力是否做功的判断 1.做功的两个必要因素: (1)必须有
5、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:,【示范题1】(2014成都中考)如图所示,在水平地面上,小聪用力将箱子拉走了;小明用力推箱子,但箱子没有移走,下面关于做功的分析,正确的是 ( )A.小明用了力,他对箱子做了功 B.小聪用力拉动了箱子,她对箱子做了功 C.小聪在拉箱子的过程中,箱子的重力做了功 D.小明、小聪都没有对箱子做功,B,【备选例题】(2013杭州中考)在甲、乙两图中,甲图地面粗糙、乙图地面光滑。质量分别为m、2m的两个物体在大小为F的恒力作用下,在力的方向上前进了相同的距离,则下列结论正确的是 ( ),A.甲图中F做的功小于乙图
6、中F做的功 B.甲图中F做的功等于乙图中F做的功 C.甲图中F做的功大于乙图中F做的功 D.条件不足,无法确定甲、乙图中F做的功谁大,B,主题二 功和功率的计算 1.计算:F:物体受到的力,s:物体在力的方向上移动的距离。 (1)功:W=Fs; (2)功率:P=,2.特例: (1)重力做的功:W=Gh; (2)物体以速度v匀速运动时,P= =Fv。 3.功和功率的估测:估测力的大小和物体在力的方向上移动的 距离,估算功。根据时间估算功率。,【中考警示】F、s的对应性:F和s具有同一性、同时性、一致性(方向一致)、统一性(单位都用国际单位)。,【示范题2】(2013长沙中考)2013年长沙体育中
7、考,男生新设引体向上项目。如图是引体向上的示意图,小云同学在半分钟内做了12个规范的引体向上。已知小云的质量为60kg,每次引体向上他能将自身重心提高0.4m,则小云每做一次引体向上所做的功为 J,整个过程中的平均功率为 W。(g取10N/kg),240,96,【备选例题】 1.(2012南通中考)如图所示,某同学正在进 行手抛鸡蛋表演,由图可估算出鸡蛋从最高点 落到手中的过程中。鸡蛋重力做的功最接近 于 ( ) A.0.02 J B. 0.2 J C.2 J D.20 J,B,2.学校最近买了30套总质量为300 kg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 m高的实验室。
8、(1)该实验员在搬运中,对实验器材总共做功 J; (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的关系如表所示,那么他搬完全部箱子,且回到开始搬运处,所用最短时间为 s (计算结果精确到0.1,g取10 N/kg)。,4.5104,1 518.2,【解析】(1)实验员对实验器材总共做的功为W=Gh=mgh=300 kg 10 N/kg15 m=4.5104J;(2)表格中提供的时间是搬起箱 子、放下箱子和下楼的时间,这个时间不包括搬箱子上楼的时 间。搬完全部箱子,回到开始搬运处所用的时间应该是搬箱子 上楼的时间
9、加上搬起箱子、放下箱子和下楼的时间(这个时间 也就是表格中提供的时间)。每次搬运10 kg时,所用总时间为+40 s30=2 325 s;每次搬运20 kg所用时间为+60 s15=1 650 s;每次搬运30 kg所用时间为+70 s10=1 518.2 s。,主题三 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:不考虑摩擦时,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的转化时,机械能守恒。若克服其他力做功,则机械能不守恒。,【示范题3】(2014滨州中考)如图所示,捻
10、动 滚摆的轴使其升高后释放,观察滚摆运动过程, 长时间后滚摆会停止上下摆动。从能量角度对 其分析,下列说法不正确的是( ) A.滚摆沿着悬线向下运动时,重力势能减小,动能增加 B.滚摆到最低点后又上升,动能转化为重力势能 C.滚摆整个运动过程中,机械能守恒 D.滚摆每次上升的高度逐渐减小,说明滚摆具有的机械能减小,C,【备选例题】(2012泰安中考)人骑自行车下坡时,不用蹬车自由滑行的过程中速度也会越来越快,下列关于这一运动过程的说法中,正确的是 ( ) A.人与车的动能增大,重力势能增大 B.人与车的动能增大,重力势能减小 C.人与车的动能减少,重力势能增大 D.人与车的动能不变,重力势能不
11、变,B,主题 物体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】 动能大小的显示: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,具有的动能_。 (1)探究动能与物体速度的关系。 思路:控制_不变,只改变_,如图,让同一钢球从 _高度由静止滑下。 (2)探究动能与物体质量的关系。 思路:控制_不变,只改变_,如图,让_钢球从 同一高度由静止滑下。,越大,质量,物体速度,不同,物体速度,质量,不同,【要点探究】 (1)在实验中,为什么让不同的钢球在同一位置释放? 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
12、钢球在不同的位置释放? 提示:目的是控制同一个钢球在撞击木块时速度不同。,【示范案例】 (2014新疆中考)“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置如图所示,艾力同学让同一钢球A分别从不同的高度由静止开始滚下,观察木块B被撞击后移动的距离s。回答下列问题:,(1)艾力同学在研究动能大小跟 的关系,实验中他控制 了钢球的 不变; (2)钢球沿斜面滚下过程中,重力势能 ,动能_(均选填“增大”“减小”或“不变”); (3)观察木块被撞击后移动距离的长短,是为了判断 ; 若水平面绝对光滑,本实验将 (选填“能”或“不能”) 达到探究目的。,速度,质量,减小,增大,钢球动能的大小,不能,【拓展探究】
13、结合【示范案例】探究以下问题: (1)实验中,如果物体B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,降低小球开始滚下的高度,B,考点一 功 1.(2013临沂中考)下列过程中人对桶做功的是 ( ) A.提着桶站立不动 B.提着桶水平移动 C.提着桶站在匀速向上运动的电梯内 D.提着桶站在匀速水平运动的车厢内,C,2.(2014衡阳中考)小明从一楼提20个普通鸡蛋送给三楼的张爷爷,小明对这些鸡蛋大约做了多少功 ( ) A.0 J B.600 J C.
14、60 J D.6 J【解析】本题考查功的估算。20个普通鸡蛋的重力约为10 N,一楼到三楼升高约6 m,所以小明对这些鸡蛋大约做的功W=Fs=Gh=10 N6 m=60 J。,C,3.(2014泸州中考)如图所示,某同学用 大小为F的水平推力,推着重力为G的木箱 m在水平地板上向右做匀速直线运动,当木箱运动的距离为s时,下列关于做功的判断正确的是 ( ) A.木箱受到重力做功的大小为Gs B.木箱受到地板摩擦力做功大小为Fs C.木箱受到合力做功的大小为Fs D.木箱受到地板的支持力做功大小为(F+G)s,B,4.(2013安顺中考)如图甲所示,水平地面上的一物体,受到 方向不变的水平推力F的
15、作用,力F的大小与时间t的关系和物 体速度v与时间t的关系如图乙所示。则第2 s末前,物体处于状态,物体在第6 s到第9 s末期间,推力F做功是J。,静止,24,5.(2013南宁中考)2013年4月,四川雅安发生地震,南宁运送救灾物资的货车奔赴灾区,途中匀速驶上高为20 m、长为200 m的某斜坡。若救灾货车的总质量为9 t,牵引力大小为3104N,则该货车驶上此斜坡克服重力所做的功为 J,牵引力所做的功为 J。(g取10 N/kg),1.8106,6106,6.(2014株洲中考)如图甲所示,用弹簧测力计测量水平桌面上的钩码所受的重力。弹簧测力计从图示位置开始向上缓慢提升,其示数F与上升的
16、高度h之间的关系如图乙所示。试解答下列问题。,(1)钩码所受的重力为 N。 (2)当h=4 cm时,弹簧测力计的示数是 N,桌面对钩码的支持力是 N。 (3)从开始提升到h=16 cm,弹簧测力计对钩码所做的功是多少?,4.5,3.0,1.5,当h=6 cm时,弹簧测力计的拉力等于钩码的重力,此时钩码开始离开桌面,向上运动,当h=16 cm时,钩码上升的高度h=10 cm,故弹簧测力计对钩码所做的功W=Fs=Gh=4.5 N0.1 m=0.45 J。,考点二 功率 7.(2013达州中考)中学生小华在一次跳绳的体能测试中, 1 min内跳了120次,每次跳离地面的高度约为5 cm,则他跳绳 时
17、的功率最接近 ( ) A.5 W B.50 W C.500 W D.5 000 W 【解析】本题考查的是功率的计算。估算一个中学生 的体重为600 N,跳一次做的功W=Gh=600 N0.05 m=30 J,则 1 min跳绳的功率P= 120=60 W。,B,8.(2013巴中中考)一次体育课上,甲、乙两同学进行爬竿比 赛,甲从某一位置匀速爬到竿顶用时8 s,乙从同一位置爬到竿 顶用时10 s。若甲、乙两人体重相等,则他们爬竿功率之比为( ) A.54 B.45 C.2516 D.1625 【解析】本题考查功率的相关计算。由题意,甲、乙两人 上升的高度相同,体重相等,则两人做功相等,爬竿的功
18、率 得: 则 。故选A。,A,9.体重相同的小红和小田从一楼爬到五楼, 她们同时出发,小红先到,小田后到,此过程中 ( ) A.小红做功多 B.小田做功多 C.小红的功率大 D.小田的功率大,C,10.(2013株洲中考)工人用力F水平推重 为200 N的物体,在4 s内水平推力F与物体 沿力的方向移动的距离s之间的关系如图 所示。在这过程中,水平推力做的功为 J,推力做功的功率为 W。,120,30,11.(2014白银中考)起重机把一个质量为0.5 t的工件在15 s 内匀速地向上提升了6 m,则起重机提升工件的拉力为 N, 起重机提升工件的功率为 W。(g取10 N/kg) 【解析】本题
19、考查功和功率的相关知识。由题意知,拉力与工 件的重力是一对平衡力, 所以F=G=mg=500 kg10 N/kg=5 000 N; 起重机提升工件的功率: P= =2 000 W。,5 000,2 000,12.(2013柳州中考)据报道,广西第一条城际高铁柳州段于2013年2月26日开始铺轨,预计于2013年10月开通。柳南铁路客运专线北起柳州站,南至南宁站,全长约225 km,列车运行设计速度250 km/h。 (1)假如高铁列车以设计速度运行,从柳州站到南宁站需要多少小时? (2)铁道线采用无缝钢轨铺设。每根钢轨重3105N,搬运时,起重机在10 s内把它匀速提升了1 m的高度,起重机提
20、升钢轨做了多少功?功率是多少?,【解析】本题考查运动和速度、功及功率的相关计算。 高铁列车以设计速度运行, 从柳州站到南宁站需要的时间 t= =0.9 h 起重机提升钢轨做功为 W=Fs=Gh=3105N1 m=3105J 功率为P= =3104W 答案:(1)0.9 h (2)3105J 3104W,考点三 能量及动能 13.(2013益阳中考)下列关于能量及其转化的说法正确的是( ) A.物体匀速上升过程中,其机械能保持不变 B.热机的四个工作冲程中,做功冲程是将机械能转化成内能 C.利用太阳能发电是将太阳能转化为机械能 D.风力发电是将风的动能转化为电能,D,14.(2014福州中考)我
21、国研制的新型消雾无人机在加速飞往雾霾区域的过程中,它的 ( ) A.动能增大 B.质量增大 C.合力为零 D.运动状态不变,A,15.(2013聊城中考)如图所示是把小球放在相同的斜面上自由滚下,撞击静止在水平面上的木块进行的实验,能说明物体动能与物体的速度有关的是 ( )A.甲、丙 B.乙、丙 C.甲、乙 D.甲、乙、丙,C,16.(2013温州中考)2013年4月20日,四川雅安发生7.0级地震,引发了人们对灾区的高度关注。5月初,灾区普降暴雨,局部引发山体滑坡。高处滑下的泥石流由于具有巨大的 能,对灾区群众的生命财产造成新的危害。,动,17.(2014威海中考)为了模拟研究汽车超载和超速
22、带来的安全隐患,小明同学设计了如图甲、乙、丙所示的探究实验,将A、B、C三个小球先后从同一装置,高度分别为hA、hB、hC的位置滚下(mA=mBhB),推动小木块运动一段距离后静止,请你根据生活经验和所学的物理探究方法,对以下问题进行解答:,(1)用来研究超速安全隐患时,需要控制的变量是 ,实 验时应选择 两个图所示实验进行比较; (2)用来研究超载安全隐患时,应选择 两个图 所示实验进行比较。通过这个实验得到的结论是_。,质量,甲、乙,甲、丙,速度一定时,汽车的质量越大,动能越大,考点四 势能 18.(2014汕尾中考)如图所示,小朋友沿着 滑梯匀速下滑的过程中,下列说法正确的是( ) A.
23、他受到的重力不做功 B.他的重力势能减少 C.他的动能增加 D.他的机械能不变,B,19.(2013南京中考)如图是竖直向上抛出的小 球上升过程中每隔相等的时间曝光一次所得的 照片。从图中可以判断:小球在a、b位置间的平 均速度 (选填“大于”“小于”或“等 于”)在c、d位置间的平均速度;在上升过程中,小球的重力势能 (选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“不变”)。,大于,逐渐增大,20.(2014绵阳中考)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,木块初始静止在B点,让小球从距水平面高h处由静止释放,小球
24、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m1m2=m3,小球由静止释放的位置距水平面的高度h1=h2h3。,(1)在小球由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,21.(2013咸宁中考)小红看到运动员拉弓射箭时,弓拉得越弯,箭射得越远。小红猜想
25、:弹性势能的大小可能与物体的弹性形变有关。(1)为验证其猜想是否正确,她设计了如图所示的实验,将小球置于弹簧的右端,将同一个弹簧每次压缩 的长度(弹簧被压缩后未超过其弹性限度),松开后小球弹开钻入同一位置的相同纸盒,并留在其中,分析比较纸盒 ,从而比较同一弹簧在不同弹性形变时弹性势能的大小。,不同,运动的距离,(2)假若水平面绝对光滑,本实验将 (选填“能”或“不能”)达到探究目的。 (3)小红根据实验现象认为:小球推动纸盒一起移动一段距离后都要停下来,所以弹簧、小球和纸盒所具有的能量最终都彻底消失了,你认为小红的观点是 (选填“正确”或“错误”)的。,不能,错误,考点五 机械能的转化及守恒
26、22.(2014成都中考)如图所示,在歼20飞 机加速向上运动的过程中,关于飞行员的 能量分析,下列说法正确的是 ( ) A.动能增加,重力势能不变 B.动能不变,重力势能增加 C.机械能总量不变 D.机械能总量增加,D,23.(多选)在索契冬奥会上,我国选手贾宗洋在自由式滑雪比赛中获得铜牌,他在比赛过程中运动的轨迹(abcde)如图所示,如果不计空气阻力,则贾宗洋( )A.从a点下滑到b点过程中,动能增加 B.从b点运动到c点过程中,重力势能增加 C.在c点的机械能等于d点的机械能 D.在a点的重力势能等于c点的重力势能,ABC,24.“歼-10”是我国自主研制的新一代轻型战斗机,具有卓越的机动性能。当它在空中加速向下俯冲时,动能 ,重力势能 。(以上两空选填“增大”“不变”或“减小”),增大,减小,25.2012年6月16日“神舟九号”载人飞船成功发射,完成任务后宇航员乘返回舱安全返回,返回舱到达离地面一定高度时打开降落伞,受到空气的阻力而匀速下落,在匀速下落过程中,返回舱的动能 ,机械能 。(选填“增大”“不变”或“减小”),不变,减小,
