资源描述
专项三 力学重难点12 功、功率和机械能【知识梳理】1.功（W）：物理学规定，若果物体受力且沿力的方向移动一定的距离，就说力对物体做了功。做功包含的2个必要因素：作用在物体上的力；物体在这个力的方向上移动的距离。2.功的计算：功等于力与物体沿力的方向移动距离的乘积。公式：W=Fs.（F力，单位：N；s在力的方向上移动的距离，单位：m）。功的单位：焦耳（J）。1J=1Nm。3.功率（P）：功与做功所用的时间之比。公式：P=（W功，单位：J；t时间，单位：s）。功率的国际单位：w。其它单位：1W=1J/s；1kW=1000W；1MW=106W.4.功与功率的比较物理量定义符号计算公式国际单位常用单位反映的物理情景联系功力与物体沿力的方向移动距离的乘积WW=FsJ(焦耳)1N.m=1J1kJ=1000J做功的多少P=W/t功率功与做功所用的时间之比PP=W/tW(瓦特)1J/s=1w1kW=1000w1MW=106w做功的快慢5.机械能（1）动能：物体由于运动具有的能。影响因素：物体的质量和运动速度。当速度相同时，质量越大，动能越大；当质量相同时，速度越大，动能越大。（2）重力势能：物体由于位置较高而具有的能。影响因素：物体的质量和位置高度。当位置一样时，质量越大，重力势能越大；当质量一定时，位置越高，重力势能越大。（3）弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能。弹性形变越厉害，弹性势能越大。（4）能的相互转化：各种形式的能量之间可以相互转化。【解题思路】1.判断物体是否做功：根据做功的两个必要因素去判断。三种情形不做功：有力无沿力方向移动的距离；有距离，无力；力与距离的方向垂直。2.功的计算：注意各物理量统一成国际单位。注意力与相应的距离的对应关系。3.功、功率的概念的比较：牢记功是指做功的多少，与做功的快慢无关；功率是指做功的快慢，与多少无关。4.功和功率单位的区分：单位与公式相配套。将单位中的各量对应到物理量中，看是否能够计算出这个物理量。如单位Nm，N对应力F，m对应距离S，Fs=W,能够计算功，是功的单位。5.影响动能、重力势能的因素的区分：二者都与质量有关，动能还与速度有关，重力势能与位置有关。注意：速度、位置都具有相对性，注意参照物。6.探究影响“动能大小”的实验：（1）改变物体开始下落时的高度，是为了到达平面时的速度不同。（2）使用了“转换法”，将物体的动能转换位物体在水平面上移动的距离，移动的距离越远，动能越大。【真题再现】1.（2019湖南邵阳）参加今年邵阳市初中毕业学业考试的王小鹏同学听到考试预备铃响了，考室还在四楼呀!一口气从一楼跑到四楼考室，所用时间为30秒。他上楼过程克服自身重力做功的功率最接近（）A1.5WB15WC150WD1500W【答案】C【简析】一般估测时，中学生体重约为500N，一层楼高约为3m，从一楼跑到四楼上升了三层楼的高度约9m，所用时间为30s。W=Fs=500N9m=4500J.P=W/t=4500J/30s=150W.2.（2019湖南邵阳）一物体在水平拉力F的作用下，沿力的方向以0.2m/s的速度匀速运动了4s，拉力F大小为5N，4s内拉力F做的功为（）A1JB3JC2JD4J【答案】D【简析】物体移动的距离svt0.2m/s4s0.8m，拉力F做的功WFs5N0.8m4J。3.（2019山西）2019年1月，全国第二届青年运动会滑雪比赛在我省大同进行。下图是赛场上滑雪运动员正在加速下滑时的情景，此过程中运动员（ ）A重力势能增加B动能保持不变C相对地面是运动的D运动状态保持不变【答案】C【简析】滑雪运动员正在加速下滑,说明位置越来越低，在质量不变时，位置越低，重力势能越小，A错。因为速度越来越快，所以，在质量不变时，动能越来越大，B错。相对地面有位置的改变，所以是运动的，C错。运动员正在加速下滑，未处于静止或者匀速直线运动状态，所以运动状态在改变，D错。4.（2019山东烟台）如图所示，小球沿轨道由静止A处经B、C运动到D处的过程中，忽略空气阻力和摩擦力，则（ ）A.小球在A处的动能等于在D处的动能B.小球在A处的动能大于在D处的动能C.小球在B处的机械能小于在处的机械能D.小球在B处的机械能等于在C处的机械能【答案】D【简析】忽略空气阻力和摩擦力时，D点位置比A低，在A点时速度为0，动能为0，在D点不为0，所以A、D两点的动能不相等，A、B错。由于忽略空气阻力和摩擦力，所以机械能保持不变，在各点处相等，所以C错，D正确。5.（2019山东聊城）如图是探究“物体的动能跟哪些因素有关”的实验。实验中，让同一铜球从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，下列说法正确的是（）A该实验探究的是物体动能大小与高度的关系B该实验探究的是物体动能大小与质量的关系C该实验中，物体的动能是指木块B的动能D 该实验结论可以解释为什么对机动车限速【答案】D【简析】从不同高度处由静止释放落下时的速度不同，但是同一小球，所以，探究的是动能与速度的关系，A、B错。实验的研究对象是铜球，所以物体的动能是铜球的动能， C错。本实验结论是：质量一定时，速度越大，动能越大；因为质量一定时，速度越大，动能越大，所以当质量相同时，车辆速度越大动能越大，使刹车困难，容易引发交通事故，交通部门要对机动车辆进行限速，D正确。6.（2019湖北宜昌）如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目，下列关于过山车的机械能说法正确的是（） A刚开始过山车匀速被拉升时，机械能不变B过山车向下俯冲时，重力势能转化为动能C通过环形轨道最高点时，重力势能最大，动能为0D过山车在运行过程中机械能守恒【答案】B【简析】过山车匀速被拉升时,虽然速度不变，动能不变，但位置变高了，重力势能增加了，所以机械能变大了，A错。过山车向下俯冲时，速度增大，动能增加，位置变低，重力势能减小，重力势能转化为了动能，B正确。通过环形轨道最高点时，高度最大，重力势能最大，但此时其在水平方向上速度不为零，此时动能不为零，C错。过山车在运行过程中需要克服空气阻力和摩擦阻力做功，会有一部分机械能转化为内能，所以机械能变小，即机械能不守恒，D错。7.（2019湖北黄石）专业蹦床运动逐渐进入大众生活，下列对蹦床运动的表述错误的是（）A下落到蹦床前运动员的重力势能转化为动能B运动员下降到最低点时，蹦床的弹性势能最大C运动员想弹得更高，就要在蹦床上发力，消耗体能D若运动员不发力，会一直运动下去，因为能量是守恒的【答案】D【简析】下落到蹦床前运动员的质量不变，高度降低，速度变大，是重力势能转化为动能。A正确。运动员下降到最低点时，蹦床的形变程度最大，所以弹性势能最大，B正确。运动员在运动过程中需要克服空气阻力做功，一部分机械能会转化为人的内能，所以越跳越低。想弹得更高，就要增加蹦床的弹性势能，而蹦床的弹性势能是通过消耗人体的能量来获得的。C正确。从整个系统来说能量是守恒的，但运动员在运动过程中需要克服空气阻力做功，一部分机械能会转化为人的内能，所以若运动员不发力，不会一直运动下去，D错。8.（2019江苏宿迁）会荡秋千的人，不用别人帮助，就能把秋荡得很高。做法是：当人从高处向下摆时，身体由直立变为下蹲，此过程降低重心高度，将更多的重为势能转化为_能；而从最低点向上摆时，用力将身体由下蹲变为直立，此过程克服身体重力做功，增加了_能。如此循环往复，机械能越积越多，秋千就越荡越高。【答案】动 重力势【简析】由题意可知，当人从高处向下摆时，身体由直立变为下蹲，此过程降低重心高度，可以获得更大的速度，将更多的重力势能转化为动能； 而从最低点向上摆时，用力将身体由下蹲变为直立，此过程克服身体重力做功，此时高度增加，重力势能增大，从而增加了重力势能。9.（2019昆明）如图所示的军用飞机从上空高速飞过，观察者抬头看到飞机的同时，感觉到飞机发出的隆隆声是从飞机的_方发出的（选填“前”或“后”）。飞机在减速下降过程中，机械能将_，势能将_。（选填“增大”、“不变”或“减小”）【答案】后 减小 减小【简析】飞机的速度超过声速，所以声音通过空气传入人耳时，飞机飞过的路程大于声传播的路程，人听到的飞机的声音是飞机过头顶前发出的。飞机在减速下降过程中，速度减小，质量不变，所以动能减小；高度在下降，重力势能也减小，所以机械能减小。10.（2019山东威海）如图是一款健身拉力器原理图，斜面的倾角为30，重500N的物块与固定在斜面底端的弹簧相连，小明通过定滑轮拉着物块沿斜面向上匀速运动2m的过程中（此过程弹簧始终处于被拉伸状态），小明对绳的拉力所做的功为1000J，克服弹簧拉力做功300J，则克服物块重力做的功为 J，物块与斜面之间摩擦力的大小为 N（忽略绳重、滑轮与轴的摩擦）【答案】500 100【简析】斜面的倾角为30，物块沿斜面向上匀速运动2m，则斜面的高度hs2m1m，克服物块重力做的功W有用Gh500N1m500J；W额W总W1W有用1000J500J300J200J，额外功是克服摩擦力所做的，由W额fs可得，物块与斜面之间摩擦力的大小f100N。11.（2019天津市）小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。实验序号铁块质量m/g铁块距桌面高度H/cm桌腿进入沙子的深度h/cm20201.920302.920403.830202.940204.1（1）实验中通过比较_来判断物体重力势能的大小；（2）为了验证猜想一，需选择表中_（填实验序号）三组数据进行分析；（3）分析表中的实验数据，可得出的结论是：_。【答案】桌腿进入沙子的深度 质量相同的物体，高度越大，重力势能越大【简析】（1）通过小明设计的实验可以知道，他是通过比较桌腿进入沙子的深浅来比较重力势能的大小的。桌腿进入沙堆越深说明物体做的功越多，它原来具有的重力势能越大； （2）根据控制变量法，要验证物体的重力势能与物体的质量有关，应控制物体的高度相同，改变物体质量的大小，完成探究，需要找几个质量不同的物体进行实验； 表中三组数据符合。（3）比较表中的实验数据，可以发现，高度相同，中桌腿进入沙子的深度更深，所以，中的物体具有重力势能大，即可以得出的初步结论是：质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。 12.（2019湖南娄底）如图是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图，其中，mA=mBmC，hA=hChB。图2图1（1）实验中，探究的动能是指_（填序号）A小球在斜面上的动能B小球撞击木块时的动能C小球撞击木块后的动能D木块被小球撞击的动能（2）使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下，是为了研究动能大小与_的关系。（3）在做了探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验后，有些同学对“质量不同的小球从同一光滑斜面问一高度由静止开始滚下，刚到达底部时的速度大小相等”有疑感，小明设计了如图所示的实验：让质量不同的小球A、C同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若C球相对于A球_（选填“运动”或“静止”），就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。表面毛巾棉布木板摩擦力最大较大最小小车运动距离最近较远最远（4）完成实验后，同学们还联想到以前学习牛顿第一定律时，也用到了斜面：让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，在三个不同的表面上能滑行的距离不同（如上表），小车在这三个表面上滑行的过程中克服摩擦力做功_（选填“相等”或“不相等”）【答案】（1）B （2）速度 （3）静止 （4）相等【简析】（1）据题意可知，实验中探究的是小球，即小球撞击木块时的动能的大小，所以选B。（2）使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下，小球到达水平面时的速度不同，所以，这是为了研究动能大小与物体速度的关系。（3）让质量不同的小球A、C同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若任一时刻两球的速度大小相等，即以任何一个小球为参照物，另一个小球都是相对静止的，所以若C球相对于A球静止，就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。（4）让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，小车到达平面时速度相等，质量相等，所以动能相等。在不同的材料表面上运动时，最终停下来后，动能全部转为内能，克服摩擦力做了多少功就有多少动能转化为内能，所以，在三个表面克服摩擦力做功相等，等于小车刚到平面时的动能。13.（2019浙江嘉兴）如图所示的装置中，某人将重为300牛的货物匀速提升2米，所用时间为10秒。求：绳拉重物所做的功W；绳拉重物的功率P。【答案】绳拉重物所做的功W为600J 绳拉重物的功率P为60W。【简析】该滑轮为定滑轮，使用定滑轮不省力，所以手对绳子的拉力FG300N；绳拉重物所做的功：WFs300N2m600J；绳拉重物的功率：P60W。【原创预测】14.下列情形中，物体做功的是（ ）A.用100N的力提一块石头，没提动B.举重运动员举着质量为150kg的杠铃稳稳地停在头顶上空C.用3N的力拉着一辆玩具车在操场上前行了10mD.用50N的力提着一包菜，在平直的公路上前行了100m【答案】C【简析】做功包含的2个必要因素：作用在物体上的力；物体在这个力的方向上移动的距离。这里A、B中有力，没有在力的方向上移动距离，所以未做功。D中虽然有力、有距离，但是力与距离相互垂直（竖直方向与水平方向），二者不一致，所以也没做功。15.关于功和功率的比较，正确的是（ ）A.只要做功足够快，做功就一定多B只要做的功多，做功的功率就一定大C只要是功的单位与时间的单位的比组成的单位，都是功率的单位D.功反映的是物体的做功快慢，功率反映的是物体做功的多少【答案】C【简析】对于功、功率的概念的比较，要牢记功是指做功的多少，与做功的快慢无关；功率是指做功的快慢，与多少无关。根据功率的计算公式P=w/t可以看出：功率的单位就是由功的单位与时间的单位之比合成的。
展开阅读全文