物理第九章 功和机械能

第九章功和机械能第九章功和机械能考点梳理考点梳理过关过关考点考点1 功功辨一辨 1.被踢飞的足球在空中飞行时，有力对足球做功 ()2.人提着水桶沿水平路面行走一段距离，拉力对水桶做了功 ()3.力的方向与物体移动的方向不垂直，则此力就一定做功 ()4.公式WFs计算功的过程中s一定是在力的方向上通过的距离，且在移动s这一段距离的过程中力的大小不变 ( )想一想 如图所示，mAmBmC，三个物体在同样大小的力F的作用下，都沿着力F的方向移动距离s，比较F对三个物体所做的功. 因为对三个物体的作用力都是同样大小的力F，三个物体在力F 的方向上移动的距离都是s，根据功的计算公式WFs可知，F、s相同，W也相等，F 对三个物体所做的功一样多考点考点2 功率功率定定义义功与做功所用时间之比叫做功率提示 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物物理理意意义义表示做功快慢的物理量功率大，说明做功快，单位时间内做的功多；功率小，说明做功慢，单位时间内做的功少公公式式单单位位国际单位是瓦特，简称瓦，用W表示；1kW1000W,1W1J/s想一想1.结合功率的公式，如何测量人爬楼的功率？(1)用磅秤测出人的质量m；(2)用卷尺测出爬楼的高度h；(3)用秒表测出爬楼所用的时间t，爬楼的功率是Pt(mgh).2汽车发动机的功率可以通过控制油门改变供油量来改变加大油门可加大功率，减小油门可减小功率；油门调节到最大，其功率达到最大汽车的速度由变速器控制，调节变速器改变车速俗称为“换挡”汽车在爬坡时需要发动机有很大的牵引力，这时驾驶员总是采取加大油门同时减小车速的措施试根据物理知识推出有关公式，说明驾驶员所采取措施的道理爬坡时需要发动机有很大的牵引力，而单靠增大功率无法达到所需牵引力时，由PFv得，要想使F增大，只能减小速度当功率为最大时，速度最小时牵引力最大考点考点3 机械能及其守恒机械能及其守恒辨一辨 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() 2一个物体不可以同时具有动能和势能()思路点拨 物体能够对外做功，表示物体具有能量，但具有能量的物体不一定正在做功；动能和势能没有必然的联系，物体可以同时具有动能和势能.想一想 1.如图为某学校学生正在开展“每天一小时”校园体育活动的一个场景小红跳绳经过最高点时重力势能最大，刚落到地面的瞬间，动能最大 2玩悠悠球时，使悠悠球上下来回运动悠悠球上升时，动能和重力势能如何变化？悠悠球下降时，动能和重力势能如何变化？上升时动能减小，重力势能增大；下降时动能增大，重力势能减小教材重点图片教材重点图片图片图91图92图93图94命题点1.如图91所示，大人和小孩(大人比小孩重)同时从一楼爬到三楼，大人做的功大于小孩做的功；若两人在相同时间内完成爬楼，大人做功的功率大于小孩做功的功率2如图92所示，起重机在15s内将质量为6t的大石头竖直匀速提升1m，则起重机对大石头做的功是6104J；功率为4103W.3如图93所示，运动员下落时，重力对运动员做功(忽略空气阻力)；重力势能转化为动能，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弹性势能不计阻力和能量损失，运动员的机械能不变.4如图94所示，当卫星从远地点向近地点运动时，相对于地球高度减小，速度增大，所以动能增大，势能减小，势能转化为动能.重点难点重点难点突破突破类型类型 功、功率的计算与推导功、功率的计算与推导1利用公式计算功时，知道其中的两个量，可以求第三个须注意公式中的F和s应具备“三同性”，一是同体性：公式中的F和s必须对应于同一个物体，计算力对哪个受力物体做了多少功二是同时性：公式中的F和s是物体沿着力F的方向移动距离为s的整个过程中，始终都存在的，且其大小和方向都不变三是同向性：公式中的F和s必须方向相同，也就是说s是物体在力的方向上通过的距离，当二者不同向时，须把距离s折算成F方向上的那段距离 公式物理量意义注意事项功的计算拉力做功：WFs F表示作用在物体上的拉力； s是物体在拉力方向上通过的 距离 1.力与物体移动的距离必须对应于同一物体且同一段时间； 2力的单位用N，距离的单位用m 重力做功：WGh G表示物体的重力； h表示物体下降的高度克服阻力做功：Wfs f表示摩擦阻力； s是物体克服阻力移动的距离2功的计算【例例】2015长沙中考扫地机器人是智能家用电器的一种，正逐渐进入我们的生活如图所示，是一款集自动清扫技术和人工智能设计于一体的地面清扫机器人小王在室内运动场上试用中发现，该机器人在1min内沿直线匀速清扫的距离为18m，若它在运动中所受阻力为105N.问：(1)此机器人在清扫地面时运动的速度为多大？(2)此过程中机器人的水平推力所做的功及功率分别是多大？变式运用变式运用 2017阜阳模拟已知物体的重力势能表达式为EPmgh，动能表达式为EK mv2；其中m为物体的质量，h为物体距离水平地面的高度，v为物体的运动速度，g为常量，取10N/kg.如图所示，将一质量为0.4kg的物体从距离地面1.5m的高度沿水平方向以2m/s的速度抛出不计空气阻力，物体从被抛出到落地的瞬间，整个过程中机械能守恒求：(1)物体被抛出时的重力势能EP和动能EK1；(2)物体从被抛出点至落地的过程中，其重力所做的功W；(3)物体落地前瞬间的动能EK2.21重点实验重点实验 聚焦聚焦实验15：探究物体的动能跟哪些因素有关【实验装置及结论】 八下P67图11.32(1)实验设计：从斜面上滚下的钢球A碰上木块B后，能将木块B撞出一段距离在同样的平面上，木块B被撞得越远，钢球A的动能越大. (2)实验方法：控制变量法和转换法. (3)实验结论：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大【命题点全梳理】1同一小球从斜面上不同高度由静止自由滚到斜面底端时的速度不同，小球所处的高度越大，到达斜面底端时的速度就越大2质量不同的小球从同一斜面的同一高度释放，运动到水平面时，它们速度的大小相等3在探究过程中，要注意控制变量法的运用使用同一个斜面(粗糙程度不变)、被推动的是同一木块、木块所放置的木板的粗糙程度不变；“让同一钢球从不同高度自由滚下”这是控制质量不变，研究动能的大小与运动速度的关系；“让质量不同的钢球和木球从同一高度滚下”是控制运动速度不变，研究动能的大小与质量的关系4判断小球动能的大小时，应用了转换法小球从斜面上由静止开始向下运动，撞击水平木板上的木块，被撞木块的运动距离越长，小球做的功越多，运动的小球所具有的动能越大【例】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：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.次数钢球质量m/kg钢球下落的高度h/cm木块移动的距离s/cm10.110820.1251930.2202640.2101550.3102260.31530次数钢球下落高度h/cm钢球质量m/kg木块移动的距离s/cm1100.182100.2153100.322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.思路点拨思路点拨 (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；(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.(2)分析重新设计的表中数据，可以得到的结论是当物体的运动速度一定时，物体的质量越大，动能就越大.命题挖掘(3)该实验中所探究物体的动能是指物体球(选填“球”或“木块”)的动能.(4)该实验物体的速度是指物体从斜槽上由静止滚下与木块即将碰撞时的速度，它是通过高度(选填“高度”或“质量”)来改变的.(5)通过比较分析可以得出的结论是：车辆超速、超载时动能越大，发生碰撞事故时造成的伤害越大因此请广大司机朋友自觉遵守交通规则，严禁超速、超载.命题点命题点 1 1 功、功率的计算与推导功、功率的计算与推导 功、功率的计算与推导题常结合小汽车和热点信息进行命题，且多以填空题、计算推导题的形式出现运用功及功率的公式及其变形公式进行计算试题中常综合力学中的重力、阻力及二力平衡等知识六年真题六年真题 全练全练12015安徽中考如图所示，一轻绳绕过定滑轮，一端与粗糙水平桌面上的滑块相连，另一端悬挂一个砂桶调整桶内砂的质量，当砂桶和砂的总质量m0.2kg时，砂桶和滑块都做匀速直线运动，速度大小v0.5m/s.不计滑轮的摩擦，求砂桶和滑块匀速运动时：(1)滑块受到的摩擦力大小；(2)砂桶和砂所受的重力在2s内做的功2.2014安徽中考攀岩是一项挑战自然，超越自我的惊险运动一位攀岩者体重为520N，背着质量为8kg的背包，用时40min登上高为9m的峭壁在此过程中攀岩者对背包做功720J，他做功的平均功率是2.25W(g取10N/kg)3.2013安徽中考我国设计的“中华月球车”今年将登陆月球，图为该车的模型物体在月球表面附近受到的重力仅为在地球表面附近所受重力的 ，月球车的质量为120kg，它在月球表面受到的重力为200N若它在月球表面上方竖直下落4m，则重力对它做的功为800J.因为物体的质量与其空间位置无关，所以在月球上月球车的质量仍然为120kg；月球车在地球上受到的重力Gmg120kg10N/kg1200N，月球对物体的引力是地球对物体引力的六分之一，因此在月球上月球车受到的重力G月 1200N200N，所以它在月球表面上方竖直下落4m，重力对它做的功WG月h200N4m800J.42012安徽中考一辆小汽车在平直公路上匀速行驶，发动机的牵引力为2000N，速度为108km/h.(1)求小汽车匀速行驶时受到的阻力大小(2)求牵引力在10min内所做的功(3)若发动机的牵引力用F表示，小汽车的速度用v表示，请推导出牵引力的功率PFv.猜押预测 1.2017利辛一模物体由于运动而具有的能叫动能，其大小可以用Ek 计算，力在一个过程中对物体做的功，等于物体这一过程中动能的变化(只受一个力作用)，这个结论叫做动能定理一质量2千克的物体在光滑的水平面上运动，现施加一个F10N的恒力，力的方向与物体的运动方向相同，物体的速度由2m/s增加到5m/s，试计算：(1)该力对物体做功是多少焦耳？(2)这段时间物体运动了多少米？命题点命题点 2 2 机械能及其转化机械能及其转化 机械能及其转化均以选择题的形式考查，结合生活中的小图片对物体的运动状态以及其位置的变化进行分析，进而推导出机械能的变化52016安徽中考掷实心球是某市的中考体育加试项目之一掷出去的实心球从a处出手后，在空中运动的轨迹如图所示，球最终停在水平地面e点处(不计空气阻力)则实心球()A在a处重力势能最小B在b处动能为零C在a、b、c三处的机械能相等D在d处动能为零 C重力势能的大小与物体的质量、高度有关，据图可知，d、e两点高度最小，重力势能最小，故A错误；据图可知，球在b点时，竖直方向是静止的，但在水平方向上仍有速度，所以此时的动能不是零，故B错误；不计空气阻力，即说明球在空中的机械能是守恒的，在a、b、c三处的机械能相等，故C正确；据图可知，球达到d点后没有静止，仍然向前滚动，所以动能不是零，故D错误62015安徽中考如图为卫星绕地球飞行的轨道示意图卫星在飞行过程中机械能不变，当卫星运行到近地点时，其动能最大(选填“大”或“小”)卫星在绕地球飞行时，机械能守恒，当从远地点运行到近地点时，相当于高度减小，重力势能转化为动能，动能增大72013安徽中考关于能量及能量之间的转化，下列说法正确的是() A火山具有内能，冰山不具有内能B火箭在加速上升时，机械能保持不变C拦河大坝使水位升高，增加了水的重力势能D坠落的陨石在空中划过一道亮光时，内能转化为机械能C C任何物体无论温度高低都具有内能，同一个物体温度高内能大，温度低内能小但不会等于0或者没有，A错误；火箭加速上升，动能增大，重力势能增大，机械能包括动能和势能，也增大，B错误；陨石坠落过程受空气阻力摩擦生热，机械能转化为内能，D错误；水位上升，重心升高，重力势能增大，C正确猜押预测 2.2016烟台中考如图所示是跳水运动员跳板跳水时的情景，跳板跳水运动有起跳、腾空、落水几个阶段，若不计空气阻力，从腾空到落水的过程中( )A动能增加，机械能增加B重力势能减小，机械能减少C动能先减小后增大，机械能不变D重力势能先减少后增大，机械能不变C运动员上升过程中质量不变，速度减小，动能减小；质量不变，高度增大，重力势能增大；到达最高点动能为零在下降的过程中，质量不变，速度增大，高度减小，动能增大，重力势能减小；在整个过程中，若不计空气阻力，机械能是守恒的，机械能不变；综上所述，C选项符合题意3.2016济宁中考弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动，其结构如图甲所示图乙是小希玩弹跳杆时由最低位置上升到最高位置的过程，针对此过程，下列分析正确的是()A在a状态时弹簧的弹性势能最大，小希的机械能为零 Bab的过程中，弹簧的弹力越来越大，在b状态时弹力最大 Cbc的过程中，弹簧的弹性势能转化为小希的重力势能 Dac的过程中，小希先加速后减速，在b状态时速度最大D D据图可知，a状态时弹簧的弹性势能最大，由于机械能等于动能加势能，所以机械能不为零，故A错误；ab的过程中，弹簧的形变程度变小，所以具有的弹性势能变小，即到达b点时，弹簧恢复原状，所以弹性势能变为最小，故B错误；ab的过程中，弹簧的形变程度变小，即弹性势能转化为动能和重力势能，即到达b点动能最大，bc的过程中，动能转化为小希的重力势能，故C错误；据上面的分析可知，ab的过程中，弹簧的形变程度变小，即弹性势能转化为动能和重力势能，即到达b点动能最大；bc的过程中，动能转化为小希的重力势能，所以该过程中，小希先加速后减速，在b状态时速度最大，故D正确命题点命题点 3 3 探究影响动能大小的因素探究影响动能大小的因素 探究影响动能大小的因素一般都是在课本实验的基础上进行拓展延伸，有时探究阻力对运动的影响和影响摩擦力大小的因素综合考查82012安徽中考如图所示为探究“物体动能的大小跟哪些因素有关”的实验实验步骤如下：.让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，观察木块被撞击后移动的距离.让不同质量的钢球从斜面上相同的高度由静止滚下，观察木块被撞击后移动的距离回答下列问题： (1)步骤是为了研究动能大小与速度的关系 (2)步骤是为了研究动能大小与质量的关系(3)该实验中斜面的作用是为了控制钢球速度的大小，木块的作用是为了比较钢球动能的大小(1)让同一小球从不同的高度由静止滚下，高度不同，小球到达水平面速度不同，所以同一小球从不同高度滚下，是为了在质量相同时，改变速度，来探究动能和速度的关系(2)不同质量的小球从同一高度静止滚下，为了获得相同的速度，所以不同质量的小球在同一高度由静止滚下，是为了在速度相同时，改变质量，来探究动能跟质量的关系(3)斜面的作用是为了使小球从相同的高度由静止滚下获得相同的速度，或从不同的高度由静止滚下获得不同的速度，斜面是为了控制钢球的速度大小小球推动木块运动的越远，小球的动能越大，用木块运动的距离来反映小球动能的大小猜押预测 4.2017宿州一模实验小组的同学用如图所示的装置探究“物体动能大小与质量和速度的关系”将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离(1)本实验使钢球获得动能的操作方法是让钢球从高处摆下，钢球动能的大小是通过观察木块滑行的距离来判断的(2)从表中数据可以看出，他们让质量不同的钢球从相同高度摆下，使钢球到达竖直位置的速度相同，从而探究动能与质量的关系. 实验次数钢球质量/g钢球下摆高度/cm 木块滑行距离/cm1202030240205836020 (3)在第3次实验中，木块被撞后滑出木板，需要重做第3次实验，甲同学建议换用同样较长的木板，乙同学建议换一个较大的木块，丙同学建议降低钢球下摆的高度你认为应当采用甲同学的建议 (4)由上述实验数据和现象可得出结论：当速度一定时，质量越大，动能越大.(1)本实验使钢球获得动能的操作方法是让钢球从高处摆下，钢球动能的大小是通过观察木块滑行的距离来判断的，距离越远，动能越大，反之越小(2)从表中可以看出，让质量不同的钢球从相同高度摆下，使钢球到达竖直位置的速度相同，从而探究动能与质量的关系(3)在探究动能与质量的关系时，应保持不同质量的钢球从同一高度摆下，故丙同学的建议错误；同时保持被撞击的木块质量相同，故乙同学的建议错误；换用同样较长的木板，比较滑行的距离，可得正确的结论，故甲同学的建议正确(4)由上述实验数据和现象可得出的结论是：速度一定时，质量越大，动能越大