广东省2020年中考物理二轮复习第4部分力学第7讲功和机械能课件 57页

第四部分　力　学 基 础 篇 第 7 讲　功和机械能 中 考 导 航 自 主 梳 理 命 题 揭 秘 体 验 中 考 节 节 高 升 3 中考导航 课标 要求 1 ．功；做功的过程就是能量转化或转移的过程 ( 认识 ) 2 ．功率 ( 理解 ) ；功率在实际中的应用 ( 认识 ) 3 ．生活、生产中机械功的含义 ( 理解 ) ；机械效率 ( 了解 ) 4 ．动能、势能及其转化；机械能和其他形式能的转化 ( 理解 ) 4 广东中考情况分析 年份 高频考查 题型 分值 2019 机械能转化；功；功率 填空题、计算题 6 分 2018 机械能、功、功率、效率、能的转化 实验题、计算题、综合题 8 分 2017 功、功率、能的转化 选择题、填空题、计算题 8 分 2016 机械能、功、功率 填空题、计算题、综合题 9 分 命题趋势 2020 年命题预测：功、功率、效率综合计算；机械能；功、功率、效率概念综合、能的转化，分值大约 8 分 一、功 1 ． 做功 (1) 概念：物体在 ________________ 上移动了 ________ ，就说这个力对物体做了功． (2) 两个必要因素： ____________________ ； 物体 ______________________________. 5 自主梳理 力作用的方向　 距离　 有力作用在物体上　 在这个力的方向上移动了距离　 (3) 不做功的三种情况 ① 物体受力的作用，但没有移动． ( 如用力搬石头没搬动 ) ② 物体没受力的作用，是由于惯性移动了一段距离． ( 如足球飞出后，人对足球无作用力，对足球不做功 ) ③ 物体受力作用，也移动了，但移动距离与力的方向垂直． ( 如提水时水平前进，人对水桶不做功 ) 6 2 ． 功的计算 (1) 定义：力与在力的方向上移动的距离的乘积叫做功，用 W 表示． (2) 定义式： _________( s 表示在力 F 的方向上通过的距离 ) 或 _________. (3) 单位：焦耳，符号为“ J” ， 1 J ＝ 1 N·m. 3 ． 功的原理： 使用机械时，省力必然费距离，省距离必然费力，也就是说使用任何机械都 __________. 7 W ＝ Fs 　 W ＝ Gh 　 不省功　 8 快慢　 P ＝ F v 　 三、机械效率 1 ． 有用功、额外功、总功 (1) 有用功 ① 定义：对人们有用的功，一般指克服物体重力做的功； ② 计算公式： _____________. (2) 额外功 ① 定义：一般指对动滑轮、绳子及克服摩擦力做的功； ② 计算公式： _____________________. (3) 总功 ① 定义：有用功和额外功之和，一般等于拉力做的功． ② 计算公式： ________________. 9 W 有用 ＝ Gh 　 W 额外 ＝ W 总 － W 有用 　 W 总 ＝ Fs ＝ Fnh 　 2 ． 机械效率 (1) 定义：有用功与总功的比值． (2) 公式： _________. (3) 滑轮组的机械效率 ① 计算式： _________.( 不考虑滑轮和绳子间的摩擦 ) ② 影响因素：动滑轮重、物体重、滑轮和绳子间的摩擦． (4) 任何机械的机械效率都 _________. 10 小于 1 　 11 运动　 速度　 质量　 (2) 重力势能 ① 定义：物体由于 __________ 而具有的能量． ② 影响因素： ________ 和 ________.( E 势 ＝ mgh ) 质量：被举的高度相同时，物体质量越大，重力势能越大． 高度：质量相同时，物体被举得越高，重力势能越大． (3) 弹性势能 ① 定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量． ② 影响因素：弹性形变程度．物体的弹性形变越大，具有的弹性势能越大． 12 被举高　 质量　 高度　 2 ． 机械能及其转化 (1) 机械能：动能和势能统称为机械能． E 机 ＝ ____________. (2) 机械能守恒：不计摩擦时，只有动能和势能的 ____________ ，机械能的总和 ____________. 13 E 动 ＋ E 势 　 相互转化　 保持不变　 1 ． (2019 年郴州卷 ) 一架飞机在高空中水平匀速飞行，向灾区投放救灾物资．该飞机在此过程中 ( 　　 ) A ．动能不变　 B ．动能减小 C ．重力势能不变　 D ．重力势能增大 2 ． (2019 年邵阳卷 ) 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，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 ( 　　 ) A ． 1.5 W 　 B ． 15 W 　　 C ． 150 W 　 D ． 1 500 W 14 B 　 C 　 3 ． (2019 年泸州卷 ) 用如图所示的滑轮组匀速竖直提升物体，不计一切摩擦和绳重．下列判断正确的是 ( 　　 ) A ．该滑轮组绳自由端拉力 F 的大小一定等于所提物体重力的三分之一 B ．用该滑轮组提升不同的物体，物体越重，其机械效率越大 C ．用该滑轮组分别提升质量不同的物体，其机械效率相等 D ．其他条件不变，仅将滑轮组中的动滑轮重力变大，其机械效率变大 15 B 　 4 ． (2019 年连云港卷 ) 小明同学用 20 N 的水平推力，将重为 280 N 的购物车沿水平地面向前推动了 10 m ，在此过程中，推力对购物车做功 _______J ，购物车的重力做功 _____J ；一个皮球落地后弹起，弹起的高度越来越低，皮球在运动过程中，机械能总量 ________( 填“增加”“减少”或“保持不变” ) ． 5 ． (2019 年扬州卷 ) 如图所示，用 100 N 的拉力 F 匀速提升重为 240 N 的物体，在 10 s 内物体上升 1 m ，则有用功是 _______J ，拉力的功率是 ______W ，机械效率是 ________. 16 200 　 0 　 减少　 240 　 30 　 80% 　 功的判断　 例 1 ： (1) (2019 年黄冈卷 ) 泥石流是在暴雨天极易发生的自然灾害．如果在野外突遇泥石流来袭，停留在泥石流下游低洼处是很危险的．这是由于 ______ 力的作用，泥石流会涌向低洼处．正确的逃生方法是朝着与泥石流 ________( 填“垂直”“相同”或“相反” ) 的方向迅速逃离到较高的地方．泥石流向下游流动过程中，重力 ________( 填“做功”或“没有做功” ) ，重力势能主要转化成动能． 17 命题揭秘 功 重　 垂直　 做功　 (2) (2019 年南充期末 ) 下列选项中对是否做功的判断，正确的是 ( 　　 ) A ．被踢出的足球在空中飞行的过程中，人对足球做功 B ．人用力推汽车，汽车纹丝不动，人对汽车做功 C ．人在水平路面上匀速前进，人的重力没有做功 D ．人将包从一楼提到五楼，人对包没有做功 18 C 　 【易错易混】　常见三种不做功的情况 1 ．在被推、被拉、被踢等物体没有离开人的手或脚过程中，推力或拉力是有可能做功的．但当物体离开人的手与脚后，人对物体就一定不会再做功．因为物体离开后，虽然继续运动，但人不会再有力作用在它们身上． 2 ．三种常见的不做功易错情况 (1) “ 劳而无功 ” ：有力，无距离．如推而未动． (2) “ 不劳无功 ” ：有距离，无力．如靠惯性运动． (3) “ 垂直无功 ” ：有力也有距离，但两者方向垂直． 19 功的计算 例 2 ： (1) 小明同学用 40 N 的水平推力推着重 100 N 的书箱在水平地面上前进了 2 m ，松开手后，书箱仍向前滑行了 1 m ，整个过程中小明做功 ______J ，书箱的重力做功 _____J. (2) 小强用如图所示装置将重为 450 N 的货物匀速提升 2 m ，此过程中拉力 F 的大小为 200 N ．这个过程中，装置对货物做的功为 _______J ，拉力 F 做的功为 __________J. 　 20 80 　 0 　 900 　 1 200 　 【方法规律】 1 ．利用公式 W ＝ Fs 的注意点 (1) 一定要统一用标准单位计算， s 的单位要用 m. (2) 方向一致性：力 F 与移动的方向必须一致． (3) 同时性：必须是力作用这段时间内移动的距离，力不作用时移动的距离不能算． (4) 对应性： F 和 s 必须是对于同一个物体来说的． 2 ．关键 (1) 涉及机械、滑轮组做功时，重点找到 F 作用点在力的方向上移动的距离 s . (2) v － t 图象中的做功，重点计算出相应时间下匀速运动的距离 ( s ＝ v t ) ，以及相应的力的大小． 21 1 ． 下列事件中，力对物体做了功的是 ( 　　 ) A ．用力推汽车，没有推动 B ．将重物从一楼扛到二楼 C ．举重运动员举着杠铃保持不动 D ．提着水桶在水平路面上匀速前行 2 ． (2019 年天津卷 ) 小华把装有 30 个鸡蛋的塑料袋从 1 楼提到 3 楼的家里，他提鸡蛋的力做功最接近 (1 个鸡蛋约 50 g)( 　　 ) A ． 9 J 　 B ． 30 J C ． 90 J 　　 D ． 300 J 22 B 　 C 　 3 ．如图甲所示，水平地面上的物体，受到方向不变的推力 F 的作用，其 F － t 和 v － t 的图象分别如图乙、丙所示．由图象可知， 0 ～ 3 s 内，推力对物体做功 _____J ； t ＝ 5 s 时，物体受到的摩擦力是 _____N. 23 0 　 6 　 4 ．一个重为 20 N 的物体在水平地面上，受水平拉力作用时恰能以 50 cm/s 的速度匀速运动，若物体运动了 5 m ，拉力的功率为 3 W ，则拉力做功 ______J ，重力做功 _____J. 30 　 0 　 5 ． (2019 年临沂卷 ) 2019 年 4 月 23 日，我国在青岛附近海空域举行海军建军 70 周年海上阅兵．护卫舰群首先接受检阅的是质量为 4.0 × 10 3 t 的 “ 临沂舰 ”． 如图所示，该舰静止在海面上时所受浮力为 __________N ；水面下 5 m 处的舰体受到海水的压强为 ___________Pa ；它以 40 km /h 的速度向前匀速航行时受到的阻力为 1.0 × 10 6 N ，则航行 2 km 的过程中动力做功 __________ J.( ρ 海水 ＝ 1.03 × 10 3 kg/ m 3 ， g ＝ 10 N/kg) 24 4 × 10 7 　 15 × 10 4 　 2 × 10 9 　 功率的判断和估算　 例 1 ： (1) 一位同学用 20 s 从一楼走到三楼，他上楼时的功率可能是 ( 　　 ) A ． 1.5 W 　　 B ． 15 W C ． 150 W 　　 D ． 1 500 W 25 功率 C 　 (2) 如图所示，大人与小孩爬相同的楼梯所用时间相同，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．大人与小孩做功相同，两人功率相同 B ．大人与小孩做功相同，小孩功率大 C ．大人比小孩做功多，大人功率大 D ．大人比小孩做功多，小孩功率大 26 C 　 功率的计算　 例 2 ： (1) 如图为湿地公园的 “ 河道保洁船 ” 清理水面垃圾时的情景，保洁船的质量为 2.5 t ，收集宽度为 3.4 m ．它某次工作时以 1 m/s 的速度做匀速直线运动，其牵引力为 5 × 10 4 N ，保洁船工作 50 s ．这段时间内保洁船行驶的路程为 ______m ，牵引力做的功为 ____________J ，牵引力的功率为 __________W. 27 50 　 2.5 × 10 6 　 5 × 10 4 　 (2) (2018 年广州卷 ) 如图所示， OQ 是水平地面，物体在水平拉力作用下从 O 匀速直线运动到 Q ， OP 段拉力 F 1 为 300 N ， F 1 做的功为 W 1 ，功率为 P 1 ； PQ 段拉力 F 2 为 200 N ， F 2 做的功为 W 2 ，功率为 P 2 . 则 ( 　　 ) A ． W 1 > W 2 　 B ． W 1 < W 2 C ． P 1 > P 2 　 D ． P 1 < P 2 28 C 　 29 1 ．如图所示，小王通过滑轮组向高处提升重 210 N 的物体，动滑轮重 10 N ，定滑轮重 15 N ，不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦 .8 s 内物体匀速上升 4 m ，则该 8 s 内 ( 　　 ) A ．小王做的有用功为 880 J B ．小王做的额外功为 100 J C ．小王做功的功率为 110 W D ．小王对绳子的拉力为 70 N 30 C 　 2 ． (2019 年随州卷 ) 一只木箱放在水平地面上，地面上各处粗糙程度相同．对木箱施加一个方向不变的水平推力 F 如图甲； F 的大小与时间 t 的关系、木箱的运动速度 v 与时间 t 的关系图象分别如图乙和丙所示．以下说法正确的是 ( 　　 ) A ．在第一个 2 s 内木箱所受摩擦力为 2 N B ．在第二个 2 s 内木箱所受摩擦力为 3 N C ．在第一个 2 s 内推力 F 对木箱所做的功为 2 J D ．在第三个 2 s 内推力 F 对木箱做功的功率为 10 W 31 D 　 3 ．在自由下落过程中，物体运动速度会越来越快，一个物体由 A 点自由下落，相继经过 B 、 C 两点，已知 AB ＝ BC . 如图所示，物体在 AB 段重力做功 W 1 ，做功功率 P 1 ；在 BC 段重力做功 W 2 ，做功功率 P 2 . 则 W 1 ______ W 2 ， P 1 ______ P 2 .( 均填“＞”“＜”或“＝” ) 4 ． (2018 年中山联考 ) 一辆轿车以 72 km /h 的速度在水平路面上沿直线匀速行驶 10 分钟，轿车的质量为 1 500 kg ，行驶时所受阻力为车重的 0.2 倍 ( g 取 10 N/ kg) ，则牵引力为 __________N ，此时汽车的功率为 ______kW. 32 ＝　 ＜　 3 × 10 3 　 60 　 机械效率的理解和比较　 例 1 ： 下列关于机械效率的说法，正确的是 ( 　　 ) A ．越省力的机械，机械效率越高 B ．做功越少的机械，机械效率越低 C ．做功越慢的机械，机械效率越低 D ．总功相同，有用功越大的机械，机械效率越高 33 机械效率 D 　 【归纳总结】 1 ． 机械效率的注意点 (1) 机械效率与机械是否省力或省力多少 无关． 与功率的大小也无关，功率大的机械效率不一定大． (2) 功的原理显示任何机械都不省功，有用功总小于总功，所以机械效率总 小于 1 . (3) 同一机械不同情况下的机械效率可能不同．如滑轮组提升重物，越重的效率越高． 2 ． 提高机械效率的方法 (1) 减小额外功比重．如改进机械结构，使它更轻巧；加润滑减小机械摩擦． (2) 增大有用功比重．如增加滑轮组所提升的重物的重量． 34 机械效率的计算　 例 2 ： (1) (2019 年辽阳卷 ) 如图所示，井下管道工人完成作业后，地面上的人用一个滑轮组将其从 h ＝ 10 m 深的井下匀速提升到地面，用时 t ＝ 50 s ．绳子自由端的力 F ＝ 200 N ，动滑轮的重力 G 动 ＝ 60 N ，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．绳子自由端拉力的功率为 40 W B ．管道工人的重力为 140 N C ．这个过程中滑轮组的机械效率为 90% D ．若用该滑轮组匀速拉起一个质量更大的工人，会降低滑轮组的机械效率 35 C 　 36 A 　 1 ．关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．通过改进机械的性能可以使机械效率达到 100% B ．做功多的机械，功率一定大 C ．功率大的机械，做功一定快 D ．做功快的机械，机械效率一定高 37 C 　 2 ． (2019 年惠阳二模 ) 下列有关起重机提升货物时机械效率的说法，正确的是 ( 　　 ) A ．有用功越多，机械效率越高 B ．同一起重机提起的货物越重，机械效率越高 C ．额外功越少，机械效率越高 D ．同一起重机提起同一货物越快，机械效率越高 38 B 　 3 ． (2019 年番禺模考 ) 如图所示，用相同的滑轮组装成甲、乙滑轮组，分别将同一重物在相等的时间内提升相同的高度，不计绳重和摩擦，则 ( 　　 ) A ．甲、乙的拉力之比是 2∶3 B ．甲、乙绳的自由端速度之比是 1∶1 C ．甲、乙拉力的功率之比是 3∶2 D ．甲、乙的机械效率之比是 1∶1 39 D 　 4 ． (2019 年汕尾二模 ) 如图所示，小聪用滑轮组拉动水平地面上重为 500 N 的物体 A ，使它匀速前进 2 m ，地面对它的摩擦力为 150 N ，小聪施加的拉力 F ＝ 100 N( 忽略绳重和滑轮重 ) ，则滑轮组做的有用功为 _______J ，滑轮组的机械效率为 ________. 40 300 　 75% 　 5 ．如图所示，用动滑轮匀速提起重 3 N 的物体，拉力 F 为 2 N ，物体在 10 s 内上升 1 m ．在此过程中，动滑轮的机械效率为 ________ ，拉力 F 的功率为 _______W ，若要提高动滑轮提升物体的效率，可以采取的措施是： ____________________________________________________________________. 41 75% 　 0.4 　 增加提升的物重、减小动滑轮的重力、减小动滑轮与绳子之间的摩擦力等　 6 ． (2019 年深圳卷 ) 如图所示，斜面长 s ＝ 8 m ，高 h ＝ 3 m ．用平行于斜面 F ＝ 50 N 的拉力，将重力为 G ＝ 100 N 的物体，由斜面的底端匀速拉到顶端，用时 t ＝ 10 s ．求： (1) 有用功 W 有 ； (2) 拉力做功的功率 P ； (3) 物体受到的摩擦力 f ； (4) 该斜面的机械效率 η . 42 43 【练后总结】　各种机械效率的计算 ( 匀速 ) 44 45 动能、重力势能、机械能及其转化　 例 1 ： 行驶在高速公路上的小汽车，司机突然发现刹车失灵，为了避险，将车开上铺有碎石且沿山坡向上的避险车道，最终停下．下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．上坡过程中，小汽车的机械能保持不变 B ．小汽车停下后，不再具有惯性 C ．上坡过程中，小汽车处于平衡状态 D ．上坡过程中，小汽车动能减小，重力势能增加 46 机械能及其转化 D 　 例 2 ： 如图所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让同一钢球 A 从斜面上不同的高度由静止滚下，撞到同一木块 B 上．实验中，通过观察 ___________________ 来判断钢球动能的大小；本实验用到的科学研究方法是 ______________________( 说出一种即可 ) ． 47 木块 B 被撞的距离　 控制变量法或转换法　 【归纳总结】 1 ． 易错点 ：动能、重力势能判断的注意点除了 “ 速度 ”“ 高度 ” 外，还要特别注意 “ 质量 ” ，这点容易引起错误． 如洒水车匀速运动洒水，速度不变，但质量变化，动能变小． 2 ．分析物体机械能是否守恒，要注意一些关键字眼，如 “ 不计阻力 ”“ 不计摩擦 ”“ 光滑 ” 等文字表示分析问题时不考虑机械能损失．否则机械能就可能不守恒了． 3 ．上下坡或上升下降时，只要是匀速运动，机械能就不守恒 ( 因为动能不变但重力势能变了 ) ． 48 1 ． (2019 年恩平模拟 ) 现代农业利用无人机喷洒农药，安全又高效，如图所示，喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药．此过程中，喷药无人机的 ( 　　 ) A ．动能减小、重力势能减小 B ．动能减小、重力势能不变 C ．动能不变、重力势能减小 D ．动能不变、重力势能不变 49 A 　 2 ．如图所示，将摆球从 A 点静止释放，摆球在 A 、 C 两点间来回摆动， B 为最低点，不计空气阻力．下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．从 A 点到 B 点，摆球动能增大，机械能增大 B ．从 B 点到 C 点，摆球动能减小，机械能减小 C ．摆球在摆动过程中所经各点的机械能均相等 D ．摆球在 B 点的机械能最大，在 A 、 C 两点的机械能能最小 50 C 　 3 ． (2019 年潍坊卷 ) 无人机已被应用于诸多领域，如图所示是一款四翼无人机．在无人机匀速上升过程中，对其分析正确的是 ( 　　 ) A ．质量增加 B ．动能增加 C ．重力势能增加 D ．机械能不变 51 C 　 4 ． (2019 年苏州卷 ) 将皮球从离地某一高度 O 点处水平抛出，球落地后又弹起，它的部分运动轨迹如图所示，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．皮球经过同高度的 A 、 B 两点时动能相等 B ．皮球第一次反弹后到达最高点 P 点时速度为零 C ．皮球在 D 点时的机械能小于在 C 点时的机械能 D ．若将皮球表面涂黑，则会在地面 M 、 N 两点留下两个大小相等的黑色圆斑 52 C 　 例： 如图所示，在“测量滑轮组的机械效率”实验中： 【原理考法】 (1) 实验原理： η ＝ _____________. (2) 实验器材：定滑轮和动滑轮各一个、轻重不同的两物块、 ______________ 、 __________ 、铁架台、细线． (3) 实验中要分别记下物体和弹簧测力计的起始位置，是为了 ____________. 53 测量滑轮组的机械效率 弹簧测力计　 刻度尺　 测量 h 和 s 　 (4) 如图所示，在实验操作中拉力的方向应 ____________ ，且 ________ 拉动弹簧测力计．用滑轮组做了三次实验，实验数据记录如下表： (5) 根据第 2 次实验数据计算出的机械效率为 ________. (6) 表中第 3 次实验数据有错误，改正后计算出总功为 ___________. 54 保持不变　 匀速　 实验次数 钩码重 G /N 钩码上升的 距离 h /m 有用功 W 有 /J 弹簧测力计 的读数 F /N 弹簧测力计上升 的距离 s /m 总功 W /J 机械效率 η 1 2 0.1 0.2 1.2 0.3 0.36 56% 2 4 0.1 0.4 1.6 0.3 0.48 3 6 0.1 0.6 2.2 0.2 91% 83% 　 0.66 J 　 (7) 比较 3 次实验数据分析得出：使用同一滑轮组，增大 ___________ 可以提高滑轮组的机械效率． 【操作考法】 (8) 若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，滑轮组的机械效率将 ________( 填“变大”“变小”或“不变” ) ． (9) 滑轮组的机械效率还与滑轮与轴间的摩擦及动滑轮重有关，同一个滑轮组，提升钩码重相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越 ______( 填“高”或“低” ) ，且与提升钩码的高度无关． 55 钩码重 G 　 不变　 低　 例： 如图所示是探究物体的动能大小与物体的质量、速度关系的示意图． 【原理考法】 (1) 本实验研究的是 ________( 填“木块”或“小球” ) 的动能与它的质量、速度的关系． (2) 实验中通过观察 __________________ 来比较动能的大小． 56 探究物体的动能与哪些因素有关 小球　 木块移动的距离　 【拓展考法】 (3) 在探究动能与速度的关系时，要保持小球的 ________ 不变，让小球从 ________( 填“相同”或“不同” ) 的高度滚下，以不同的速度推动木块移动．该实验得出的结论是： ______________________. (4) 在探究动能与物体质量的关系时，要选择两个质量 ________( 填“相同”或“不同” ) 的小球，并让它们分别从同一斜面的 ________( 填“相同”或“不同” ) 高度滚下．该实验得出的结论是： ______________________. (5) 物理研究方法有许多，如等效替代法、类比法、对比法、控制变量法等．本实验运用了两种研究方法：一是 ____________ 法；二是转换法．就本题来说，用木块移动的距离来表示小球动能大小的方法就是 __________. (6) 本实验装置的水平面如果绝对光滑，还能得出结论吗？ ________ ；理由是 __________________. 57 质量　 不同　 速度越大，动能越大　 不同　 相同　 质量越大，动能越大　 控制变量　 转换法　 不能　 木块不会停下来