中考物理 第十一章 功和機械能-人教級全冊物理

第十一章功和機械能一、功1.做功的兩個必要因素:(1)作用在物體上的___。(2)物體在這個力的_____上移動的距離。2.概念:功等于力與物體在力的方向上移動的距離的_____。力方向乘積3.公式:_____。4.國際單位:焦耳,符號:__。W=FsJ二、功率1.比較做功快慢的方法:(1)做功相同比時間,時間_____,做功越快。(2)時間相同比做功,做功_____,做功越快。2.意義:表示做功的_____。3.概念:功與做功所用時間_____。4.公式:_____。越短越多快慢之比5.單位:(1)國際單位:__。(2)常用單位:___。(3)換算:1kW=___W。6.生活中常見的功率:中學生跳繩的功率約為60W;優(yōu)秀運動員短時間運動的功率約為1000W。WkW103三、動能和勢能項目動能勢能重力勢能彈性勢能區(qū)別定義物體由于______而具有的能物體由于處在一定_____而具有的能物體由于發(fā)生__________而具有的能決定因素物體的_____越大,運動的_____越大,它的動能越大物體的_____越大,位置_____,它具有的重力勢能就越大物體的_________越大,它具有的彈性勢能就越大聯(lián)系動能和勢能在一定條件下可以相互_____運動高度彈性形變質(zhì)量速度質(zhì)量越高彈性形變轉化四、機械能及其轉化1.機械能:(1)定義:_____、重力勢能和_________的統(tǒng)稱。(2)轉化:動能和勢能可以相互轉化。(3)守恒:如果只有動能和勢能相互轉化,盡管動能和勢能的大小會變化,但機械能的總和_____,如不計空氣阻力,小球在擺動的過程中機械能_________。動能彈性勢能不變保持不變2.水能和風能:(1)能量:流動的水和風具有大量的_____能。(2)利用:發(fā)電,即將水能和風能具有的_____能轉化為___能。機械機械電【教材圖解·診斷自測】1.圖甲中,提著滑板在水平路面上前行,人對滑板施加的力_____做功;圖乙中,搬而未起,人對石頭施加的力_____做功;圖丙中,人推車向前運動一段距離,人對車的推力___做功。(均選填“有”或“沒有”)。沒有沒有有2.如圖所示,大人和小孩(大人比小孩重)同時從一樓爬到三樓,大人做的功_____小孩做的功;若兩人在相同時間內(nèi)完成爬樓,大人做功的功率_____小孩的功率。(均選填“等于”“大于”或“小于”)大于大于3.如圖所示,當衛(wèi)星從遠地點向近地點運動時,相對于地球高度_____,速度_____,所以動能增大,勢能______,(均選填“不變”“增大”或“減小”)___能轉化為___能。減小增大減小勢動4.如圖,滾擺從圖中的位置1靜止釋放,下降至位置2,再上升到達最高點3,這三個位置中滾擺重力勢能最大的是位置__,動能為零的是位置_____,動能最大的是位置__,機械能最大的是位置__。(填寫位置編號)11、3215.如圖,運動員下落時,_____對運動員做功(忽略空氣阻力);_______能轉化為___能,與蹦床接觸后,床面發(fā)生彈性形變,運動員的___能轉化為蹦床的_______能,不計阻力和能量損失,運動員的機械能_____(選填“增加”“減小”或“不變”)。重力重力勢動動彈性勢不變考點1力是否做功的判斷1.做功的兩個必要因素:(1)必須有力作用在物體上。(2)物體在這個力的方向上移動了距離。2.幾種常見的沒有做功的情況:幾種情況有距離無力有力無距離“力”“距”垂直分析說明物體在某個方向不受力但由于慣性而運動一段距離時物體受力但保持靜止狀態(tài)物體受到的力與運動方向始終垂直,物體在力的方向上沒有移動距離幾種情況有距離無力有力無距離“力”“距”垂直實例

被踢飛的足球在空中飛行時

用力推汽車,汽車未動

人提著水桶沿水平路面行走一段距離【提分技法】力的方向與物體移動的方向不垂直,則此力就一定做功;若力的方向與物體運動的方向垂直,則該力一定不做功。【規(guī)避失分點】踢足球、擲鉛球時,球在飛行的過程中,人不做功;但人在“踢”“擲”的過程中,人一定做功?！镜淅?】(2017·鄂州中考)下列生活實例中,力對物體做功的有世紀金榜導學號59944133(

)

A.甲和乙

B.甲和丙C.乙和丙D.丙和丁【解題關鍵】解答本題抓住以下關鍵:關鍵1:判斷是否有力作用在物體上。關鍵2:判斷力的方向與物體移動的方向是否垂直,不垂直就做功?！揪v精析】選B。本題考查是否做功的判斷。推著小車前進,對小車有一個力的作用,小車在力的方向上通過了距離,所以推力對小車做了功,甲符合題意;用力提著滑板水平前進,此過程中,力與距離的方向垂直,故沒有做功,乙不符合題意;物體在繩子拉力作用下,向上移動一段距離,對物體做了功,丙符合題意;人用力搬石頭但沒有搬動,有力,但物體沒有通過距離,故沒有做功,丁不符合題意。【典例2】(2016·杭州中考)在臺球比賽中,選手推動球桿撞擊白球,白球發(fā)生運動后碰撞其他球,以下說法正確的是(

)A.在水平桌面滾動的球受到了重力,重力對它做了功B.手推動球桿前進時,手對球桿做了功C.桌面對球的支持力做了功D.白球撞擊黑球后沒有靜止,是因為人的手還在對白球做功【解題關鍵】解答本題抓住以下關鍵:關鍵1:判斷是否有力作用在物體上。關鍵2:判斷力的方向與物體移動的方向是否垂直,不垂直就做功?！揪v精析】選B。重力與球運動的方向垂直,重力對球不做功,故A錯誤;手推動球桿前進時,有力也有距離,所以手對球桿做了功,故B正確;桌面支持力與球的運動方向垂直,支持力對球不做功,故C錯誤;手對白球沒有力的作用,白球繼續(xù)運動是因為白球具有慣性,故D錯誤。故選B?！緜溥x例題】(2016·泰州中考)根據(jù)如圖所示的幾個情景,下列說法正確的是(

)A.女孩搬起一個箱子,女孩對箱子做了功B.司機費了很大的力也未能推動汽車,但司機對汽車做了功C.吊車吊著貨物水平移動一段距離,吊車對貨物做了功D.足球被踢出后在草地上滾動的過程中,運動員對足球做了功【精講精析】選A。本題考查做功的兩個必要因素。女孩搬起一個箱子,對箱子施加了力的作用,且箱子在力的方向上通過了一段距離,因而女孩對箱子做了功,故A正確;司機費了很大的力也未能推動汽車,汽車雖然受了力,但沒有移動距離,因而司機沒有對汽車做功,故B錯誤;吊車吊著貨物水平移動一段距離,吊車對貨物施加的力的方向,與貨物移動的方向垂直,吊車沒有對貨物做功,故C錯誤;足球被踢出后在草地上滾動的過程中,運動員對足球沒有力的作用,因而運動員沒有對足球做功,故D錯誤?？键c2功和功率的計算1.功和功率的計算公式物理量意義解題注意事項功的計算拉力做功:W=FsF表示作用在物體上的拉力;s是物體在拉力方向上通過的距離①F、G、f、s、h必須具有同體性、同時性、一致性(方向一致或相反)②力的單位用N,距離的單位用m重力做功:W=GhG表示物體的重力;h表示物體下降的高度克服阻力做功:W=fsf表示摩擦阻力;s是物體克服阻力移動的距離公式物理量意義解題注意事項功率的計算W表示在這段時間內(nèi)做的功;t表示做功所用的時間①P、W、t必須對應于同一段時間和同一物體②時間的單位用s,功的單位用J,功率的單位才會是W,速度的單位用m/sP=FvF表示拉力;v表示物體在拉力方向上的速度2.功和功率的估測:估測力的大小和物體在力的方向上移動的距離,估算功。再根據(jù)時間估算功率。【規(guī)避失分點】功率與功的關系:做功多的機械,功率不一定大,同樣做功少的機械,功率不一定小,功率的大小還要看另一個因素——時間。但功率大的機械做功一定快?！镜淅?】(2017·紹興中考)如圖為四旋翼無人機,質(zhì)量為1.2kg,下方懸掛著一個質(zhì)量為0.1kg的攝像機。在10s內(nèi)無人機從地面豎直上升了20m,然后邊攝像邊斜向上飛行了30s,儀表盤上顯示離地面高度為36m。無人機前10s對攝像機做功__________J,整個過程中,無人機對攝像機做功的功率為__________W?！揪v精析】本題考查功和功率的計算。攝像機的重力為:G=mg=0.1kg×10N/kg=1N;無人機前10s對攝像機做功為:W=Gh=1N×20m=20J;整個過程中對攝像機所做的功為:W′=Gh′=1N×36m=36J;無人機對攝像機做功的功率為:P==0.9W。答案:20

0.9【典例4】(2017·蘇州中考)小華和媽媽去超市購物,她們將17kg物品放在小推車中推行,小推車在某段時間內(nèi)速度v隨時間t變化的關系圖像如圖所示。已知小推車重130N,所受阻力是總重的0.15倍。(g取10N/kg)世紀金榜導學號59944134(1)在0～10s內(nèi),水平推力________(選填“大于”“小于”或“等于”)阻力,阻力大小為________N。(2)10～20s內(nèi)水平推力做了多少功(3)10～20s內(nèi)水平推力的功率多大【解題關鍵】解答本題抓住以下關鍵:(1)推車做加速運動時,推力大于阻力。(2)利用重力與阻力之間的關系求出阻力,即可知道推力。(3)推力做功:W=Fs。(4)功率:P=?！疽?guī)范解答】(1)0～10s內(nèi)小推車做加速運動,此時水平推力大于阻力。f=(170N+130N)×0.15=45N。(2)10～20s內(nèi)推車做勻速直線運動,根據(jù)二力平衡可知推力與阻力相等,即:F=f行走的距離是:s=vt=0.8m/s×10s=8m,做的功是:W=Fs=45N×8m=360J。(3)功率是:P==36W。答案:(1)大于45

(2)360J

(3)36W【備選例題】1.(2016·西寧中考)西寧市湟水河河道改造工程中,裝載機5s內(nèi)將一塊重2000N的石塊勻速舉高3m,裝載機的舉力對石塊做功為________J,舉力做功的功率為________W?！揪v精析】裝載機的舉力對石塊做功為克服石塊重力做功,W=Gh=2000N×3m=6×103J;舉力做功的功率為P==1200W。答案:6×103

1.2×1032.(2016·宜昌中考改編)釋放化學能的過程不斷地發(fā)生在人體內(nèi),食物也是一種“燃料”。營養(yǎng)成分在人體細胞里與氧結合,提供細胞組織所需的能量。人體攝入的能量(營養(yǎng)師常稱之為熱量)過多或過少,都有損于健康。(1)小華同學質(zhì)量為50kg,正常情況下步行上一層樓需要12s,他克服重力做多少功他克服重力做功的功率是多少(每層樓高3m,g取10N/kg)(2)人體攝入過多的能量往往希望通過運動消耗掉。小華同學吃了一塊凈含量50g的巧克力,該巧克力的營養(yǎng)成分表上標有“每100g能量2361kJ”的字樣。如果他從巧克力獲得的能量全部用于克服重力做功,則他要爬多少層樓(每層樓高3m)【解題關鍵】關鍵點1:利用W=Gh=mgh求步行上一層樓做的功,又知道時間,明確利用P=求功率。關鍵點2:求出吃一塊凈含量50g的上述巧克力獲得的能量,明確爬一層樓克服重力做的功,二者之比可得爬樓層數(shù)。【規(guī)范解答】本題考查了功和功率的計算。(1)步行上一層樓做的功:W=Gh=mgh=50kg×10N/kg×3m=1500J,他克服重力做功的功率:P==125W。(2)吃一塊凈含量50g的上述巧克力獲得的能量:Q=×50g=1180.5kJ=1.1805×106J,爬一層樓克服重力做的功為1500J,所以,他爬樓的層數(shù):n==787層。答案:(1)1500J

125W

(2)787層考點3機械能及其轉化1.機械能之間的相互轉化:在只有動能和勢能相互轉化時,相互轉化情況如下:解讀:(1)一般而言,規(guī)定物體在“水平地面上”沒有重力勢能,即此時物體的重力勢能為零。(2)水平面上運動的物體,只能發(fā)生動能與彈性勢能的相互轉化。(3)當發(fā)生重力勢能與彈性勢能轉化時,一定還有動能的參與。(4)不考慮摩擦阻力時,動能和勢能總和不變,一種能量減少,另一種能量增加,減少的能量轉化為增加的能量。2.機械能守恒條件:只有動能和勢能之間相互轉化時,機械能守恒。若克服其他力做功,則機械能不守恒?！疽?guī)避失分點】(1)正在做功的物體一定具有能量,但具有能量的物體不一定正在做功。(2)一個物體可以同時具有動能和勢能。(3)判斷重力勢能的大小,一般是以水平地面為標準?！镜淅?】(2017·衡陽中考)下列四幅圖中,動能和勢能之間沒有發(fā)生相互轉化的是(

)【精講精析】選C。用弓將箭射出去,弓彈性勢能減小,箭的動能增大,彈性勢能轉化為動能,故A不符合題意;上升的滾擺,高度增加,重力勢能增大,速度減小,動能減小,所以是將動能轉化為重力勢能的過程,故B不符合題意;在水平公路上勻速行駛的汽車,動能不變,重力勢能不變,所以動能與勢能沒有發(fā)生相互轉化,故C符合題意;向近地點運動的衛(wèi)星,高度減小,重力勢能變小,但是速度變大,動能變大,是重力勢能轉化為動能,故D不符合題意。故選C?！镜淅?】(多選)(2017·龍東中考)為了更好地推進習總書記提出的“一帶一路”倡議,我國計劃發(fā)射十八顆通信衛(wèi)星,為沿線圖家提供信息服務。下列關于人造地球衛(wèi)星說法中,正確的是世紀金榜導學號59944135(

)A.衛(wèi)星運動到近地點時,動能最大,重力勢能最小B.衛(wèi)星運動到遠地點時,動能最大,重力勢能最小C.衛(wèi)星由近地點向遠地點運動,重力勢能轉化為動能D.衛(wèi)星由遠地點向近地點運動,重力勢能轉化為動能【精講精析】選A、D。本題考查機械能的轉化。衛(wèi)星的運動過程,類似于在地球上的上拋,物體被上拋過程中,速度逐漸減小,高度增加,相應的動能減小,重力勢能增加,下落時動能變大,重力勢能變小。對比分析衛(wèi)星,當衛(wèi)星運動到近地點時,動能最大,重力勢能最小;由近地點向遠地點運動,動能轉化為重力勢能,由遠地點向近地點運動,重力勢能轉化為動能,A、D兩項正確?！镜淅?】(2016·蘭州中考)“弓開如滿月,箭去似流星”形容射箭運動員拉弓放箭的情形,則在這個過程中弓的________能轉化為箭的________能?！揪v精析】關鍵點1:明確拉彎的弓發(fā)生彈性形變,具有彈性勢能;關鍵點2:明確把箭射出的過程中,弓的形變變小,弓的彈性勢能減小。箭的速度增加,箭的動能增大,因此弓的彈性勢能轉化為箭的動能。答案:彈性勢動【備選例題】1.(2016·淄博中考)如圖所示,空中加油機正在給勻速水平飛行的戰(zhàn)斗機加油,加油后戰(zhàn)斗機仍以原來的高度和速度做勻速飛行,則戰(zhàn)斗機的(

)A.動能不變,勢能不變,機械能不變B.動能不變,勢能減少,機械能減少C.動能增加,勢能不變,機械能增加D.動能增加,勢能增加,機械能增加【精講精析】選D。本題考查動能、重力勢能、彈性勢能大小的影響因素及掌握動能、重力勢能、彈性勢能、機械能的大小變化情況。加油后戰(zhàn)斗機仍以原來的高度和速度做勻速飛行,戰(zhàn)斗機油量增加,質(zhì)量增大,動能增大。戰(zhàn)斗機的質(zhì)量增大,高度不變,重力勢能增大。機械能=動能+勢能,戰(zhàn)斗機沒有發(fā)生彈性形變,不考慮彈性勢能。動能增大,重力勢能增大,機械能增大。故A、B、C錯誤,D正確。故選D。2.(2016·長春中考)如圖所示,分析小球從A點自由擺動到C點的過程,不考慮空氣阻力,以下說法正確的是(

)A.小球從A點自由擺動到B點的過程中動能轉化為重力勢能B.小球擺動到最低點B時動能為零C.小球擺動到最高點C時重力勢能最小D.小球在整個過程中的機械能守恒【精講精析】選D。如圖所示是單擺,當小球從A點到B點的過程中,重力勢能轉化成動能;從B點到C點的過程中,動能轉化成重力勢能;其中A、C兩點的動能為零,重力勢能最大,B點的動能最大,重力勢能最小;在整個的運動過程中機械能守恒。【知識拓展】多米諾骨牌效應多米諾骨牌效應發(fā)生時,骨牌瞬間依次倒下的場面蔚為壯觀,其間顯示的圖案豐富多彩,令人驚嘆,其中蘊含著豐富的科學道理,這就是“多米諾骨牌效應”。該效應產(chǎn)生的能量是十分巨大的。這種效應的物理道理是:骨牌豎著時,重心較高,倒下時重心下降,倒下過程中,將其重力勢能轉化為動能,它倒在第二張牌上,這個動能就轉移到第二張牌上,第二張牌將第一張牌轉移來的動能和自己倒下的過程中由本身具有的重力勢能轉化來的動能之和,再傳到第三張牌上……所以每張牌倒下的時候,具有的動能都比前一張牌大,因此它們的速度一個比一個快,也就是說,它們依次獲得的能量一個比一個大。主題探究物體的動能跟哪些因素有關【實驗方法】_________法、_____法?！緦嶒炑b置】

控制變量轉換【實驗關鍵】(1)動能大小的比較:比較同一水平面上木塊被撞的距離的遠近。木塊運動的距離越遠,鋼球具有的動能_____。(轉換法的應用)越大(2)探究動能與物體速度的關系。(控制變量法的應用)思路:控制_____不變,只改變_________。例如,讓同一鋼球從不同高度由靜止開始滾下。(3)探究動能與物體質(zhì)量的關系。(控制變量法的應用)思路:控制_________不變,只改變_____。例如,讓不同鋼球從同一高度由靜止開始滾下。質(zhì)量物體速度物體速度質(zhì)量【要點探究】(1)在實驗中,為什么讓不同的鋼球從同一高度由靜止開始滾下提示:目的是控制不同的鋼球在撞擊木塊時速度相同。(2)在實驗中,為什么讓同一個鋼球從不同高度由靜止開始滾下提示:目的是控制同一個鋼球在撞擊木塊時速度不同。(3)實驗中,假設平面沒有阻力,會出現(xiàn)什么現(xiàn)象提示:木塊將永遠做勻速直線運動。(4)在實驗中,木塊運動到平面的末端之外,如何解決提示:①降低斜面的高度,即把斜面適當放緩。②降低鋼球開始滾下的高度。【示范案例】(2017·西寧中考)如圖所示是探究“物體動能的大小與什么因素有關”的實驗裝置示意圖。世紀金榜導學號59944136(1)該實驗裝置要探究的是物體動能的大小與物體__________的關系(物體A、B質(zhì)量不變)。(2)該實驗中所探究物體的動能是指物體________(選填“A”或“B”)的動能。(3)該實驗物體動能的大小是通過__________來反映的。(4)該實驗物體的速度是指物體A從斜面上由靜止?jié)L下與物體B即將碰撞時的速度,它是通過__________(選填“高度”或“質(zhì)量”)來改變的。(5)實驗表明,同一物體A從斜面高處滾下,高度越大,物體B被撞得越遠,可得結論_________________。(6)若要研究物體動能與質(zhì)量的關系,則需不同質(zhì)量的物體從斜面_______高度由靜止?jié)L下,并觀察記錄?！窘馕觥勘绢}考查探究物體動能大小與什么因素有關的實驗。(1)動能的大小與物體的質(zhì)量和速度都有關系,因此探究“物體動能的大小與什么因素有關”的實驗中,要探究的是物體動能的大小與物體質(zhì)量和速度的關系。在該實驗中探究與速度的關系。(2)該實驗研究的主體是物體A,研究的是物體A動能的大小與速度和質(zhì)量的關系。(3)該實驗中物體動能的大小是通過B被撞距離的遠近體現(xiàn)的,B被撞得越遠,說明物體的動能越大,被撞得越近,說明物體的動能越小,這里采用了轉換法的思想。(4)該實驗物體的速度是指物體A從斜面上由靜止?jié)L下與物體B即將碰撞時A的速度,這個速度的大小是通過控制物體A在斜面上的高度改變的。(5)同一物體A從斜面高處滾下,高度越大,物體B被撞得越遠,說明動能越大,可得結論為:當物體質(zhì)量相同時,物體的速度越大,動能越大。(6)為了研究物體動能與物體質(zhì)量的關系,實驗中多次讓不同質(zhì)量的物體從斜面同一高度上由靜止?jié)L下時,控制了物體的速度相同。答案:(1)速度(2)A(3)B被撞的距離大小(4)高度(5)當物體質(zhì)量相同時,物體的速度越大,動能越大(6)相同【延伸探究】結合【示范案例】思考以下問題:(1)實驗中,如果木塊運動到了長木板的末端仍未停止,在不更換實驗器材的前提下,解決的方法是______。(2)該實驗主要運用了哪種物理方法來判斷物體動能的大小(

)A.控制變量法

B.轉換法C.理想推理法D.模型法(3)交通規(guī)則中“禁止超載”就是通過限制車輛裝貨物的質(zhì)量,減小車輛的慣性和________,防止造成重大傷害?！窘馕觥?1)木塊運動到了長木板的末端,說明鋼球的動能過大,要減小鋼球的動能,所以應該適當降低鋼球開始滾下的高度。(2)本實驗通過比較木塊被推開的距離來判斷鋼球動能的大小。木塊被推開的距離越遠,說明鋼球對木塊做功越多,鋼球的動能就越大。這種方法叫作轉換法。(3)物體的動能和物體的質(zhì)量及速度有關,在速度一定時,質(zhì)量越大物體的動能越大,所以在交通規(guī)則中“禁止超載”。答案:(1)降低鋼球開始滾下的高度(2)B

(3)動能【備選例題】1.(2016·南充中考)如圖所示是“探究物體動能的大小與什么因素有關”的實驗裝置。實驗中,讓同一個鋼球從斜面上的不同高度由靜止?jié)L下,碰到同一木塊。(1)實驗中,通過觀察__________來判斷鋼球動能的大小。(2)實驗中,讓同一個鋼球從斜面上的不同高度由靜止?jié)L下,是為了探究鋼球動能的大小與其__________的關系。(3)如果水平面是光滑的,木塊受到鋼球撞擊后將做_______________________________。(4)本實驗的科學研究方法用到了控制變量法,在你所學的物理探究實驗中,哪些實驗也用到了這個研究方法,請舉一例:______________________?！揪v精析】本題考查探究物體動能大小與什么因素有關的實驗。(1)鋼球因為有動能撞擊木塊時,動能越大,木塊在水平面上移動的距離就越遠,所以判斷鋼球動能大小的依據(jù)是木塊在水平面上移動的距離。(2)讓同一鋼球從同一斜面的不同高度由靜止開始釋放的目的是:使鋼球到達斜面底部時的速度不同,為了探究鋼球動能大小與其速度的關系。(3)