湖南省益阳市2020年中考物理一轮夺分复习第三主题力学第12讲功和机械能课件 42页

第十 二 讲 功和机械能 考点 梳理知识点 一、力学中的功 1. 定义： 一个 作用在物体上，如果物体在这个力的方向上通过了一段 ，这个力就对物体做了功。 2. 做功的两个必要因素 : 一是有 作用在物体上，二是物体在这个力的方向上移动了 。 知识点 1 功 力 距离 力 距离 二、功的计算 1. 定义： 力学中，功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。 2. 公式： 。 3. 单位： 。 1J= N·m 。 4. 常考功估测： 从地上拿起一个鸡蛋缓缓举过头顶，人对鸡蛋做的功约为 1J ；普通中学生从一楼走到三楼克服自身重力做的功约为 3000J ；将地面上的物理课本捡起来放到课桌上，人对课本做的功约为 2J 。 W=Fs 焦耳（ J ） 1 力对物体不做功的三种情况 理解 举例 劳而 无功 物体受到力的作用，但没有移动 距离 推桌子时，未推动；搬石头时，未搬起 不劳 无功 物体由于惯性而运动一段距离 踢出去的足球向前滚动 垂直 无功 物体运动的方向跟力的方向垂直 用手提着水桶在水平方向运动 夺分点拨 示例 1 一位同学正在进行投掷实心球的训练，以下情境中，他对球做功的是 ( ) A ．手拿球静止 B ．手托球水平匀速直线运动 C ．将球举起 D ．抛出后的球在空中继续运动 C 1. 定义： 功与做功时间之 叫做功率。 2. 物理意义： 表示 的物理量。如某小轿车功率为 66kW ，表示小轿车 1s 内做功 J 。 3. 公式： 。 4. 单位： 。常用单位：千瓦（ kW ）。 换算关系： 1kW= W,1W= J/s 。 5. 常考功率估测： 普通中学生从一楼走到三楼克服自身重力做功的功率约为 100W ；普通中学生跳绳的功率约为 75W 。 知识点 2 功率 比 做功快慢 6.6×10 4 P=W/t 瓦特 (W) 10 3 1 1. 对功和功率的理解： 功表示 做功的多少 ，功率表示 做功的快慢 。功率大的做功不一定多，做功多的功率也不一定大 , 但功率大的机械做功一定快。在分析功和功率的关系时，必须考虑一个主要因素 —— 时间。 2. 功率推导式 P=W/t=Fv 的应用： 适用于物体做匀速直线运动，其中 v 的单位是 m/s 。此公式对功率的实际应用有较大的意义，如汽车发动机的功率一定时，由 F=P/v 可知， 牵引力与速度成反比 ，所以汽车爬坡时，司机采取的措施是换挡减速，以获取更大的牵引力。 夺分点拨 示例 2 妈妈与小明进行爬山比赛，他们选择的起点、路径和终点都相同，全程设为匀速运动，妈妈的体重是小明的 2 倍，妈妈所用的时间是小明的 3 倍，若妈妈克服自身重力做功为 W 1 、功率为 P 1 ，小明克服自身重力做功为 W 2 、功率为 P 2 ，则下列关系正确的是 ( ) A ． W 1 ∶W 2 =1∶1 B ． W 1 ∶W 2 =2∶3 C ． P 1 ∶P 2 =2∶1 D ． P 1 ∶P 2 =2∶3 D 知识点 3 动能和势能 类别 动能 势能 重力势能 弹性势能 定义 物体由于 而具有的能 物体由于 而具有的能 物体由于发生 . 而具有的能 影响 因素 物体的 和 . 物体的 和 . 物体的 . 运动 高度 弹性形变 质量 运动速度 质量 被举起的高度 弹性形变 类别 动能 势能 重力势能 弹性势能 判断 有无 物体运动必定具有动能；速度为零，动能为零 物体被举高必定具有重力势能；被举起的高度为零，重力势能为零 物体有弹性形变必定具有弹性势能；反之，则无 说明 （ 1 ）物体能够 ，就说这个物体具有能量，简称能。能量的单位是 ； （ 2 ）一个物体能够做的功越多，表示这个物体具有的能量越 ； （ 3 ）正在做功的物体一定具有能量，但具有能量的物体不一定在做功； （ 4 ）判断重力势能的大小，一般是以水平地面为标准 对外做功 焦耳（ J ） 大 一、机械能 1. 定义： 动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 2. 机械能的转化和守恒： 如果只有动能与势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和 ，或者说，机械能是守恒的。 二、水能和风能的利用 1. 水能及其利用： 流动的水具有动能，高处的水具有势能（重力势能），水所具有的机械能统称为水能。让水流冲击水轮转动，用来汲水、磨面，也可以用来发电。 2. 风能及其利用： 风所具有的机械能统称为风能。生活中利用风能来发电。 知识点 4 机械能及其转化 保持不变 示例 3 如图所示，木块沿斜面从顶端匀速下滑的过程中，木块的 ( ) A ．重力势能减小，动能增大 B ．动能不变，机械能不变 C ．重力势能减小，机械能减小 D ．重力势能不变，机械能减小 C 命题点：力是否做功的判断 1. 下列实例中，力做了功的是 ( ) A. ①② B. ②③ C. ①②④ D. ②③④ 教材图片解读 A 命题点：功、功率大小的比较 2. 如图所示，体重较重的大人与较轻的小孩爬上相同的楼梯所用时间相同，下列说法正确的是 ( ) A. 大人与小孩做功一样多，两人功率相同 B. 大人与小孩做功一样多，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 C 命题点：机械能及其转化 3. 如图是人造地球卫星的轨道示意图，人造地球卫星在大气层外环绕地球运行过程中，它在远地点的势能 （选填“大于”“小于”或“等于”）它在近地点的势能；它从近地点向远地点运行的过程中，速度 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 大于 变小 考法 聚焦重难点 1. 克服重力做功： ①确定重力 G ； ②确定重力在竖直方向移动的距离 h ； ③根据 W=Gh 计算功（ h 的单位： m ）； ④根据 P=W/t 计算功率（ t 的单位： s ）。 焦点 1 功、功率的相关计算（重点） 2. 拉力 F （或阻力 f ）做功： ①根据“ 匀速运动 ”关键词利用 二力平衡 求得拉力 F （或阻力 f ）； ②确定沿力的方向移动的距离 s ； ③根据 W=Fs （或 W=fs ）计算功（ s 的单位： m ）； ④根据 P=W/t 计算功率（ t 的单位： s ），也可通过 P=Fv 计算功率（ v 的单位： m/s ）。 样题 1 一位体重为 500N 的同学在跳绳测试中， 1min 跳 180 次，设每次腾空的最大高度为 4cm ，他在跳绳过程中，每跳一次克服重力做的功为 J ，整个过程他克服重力所做的功为 J ，做功的功率为 W 。 20 3.6×10 3 60 1. 一辆共享电动自行车行驶时电机输出功率为 100W 时，可以在平直的公路上以 18km/h 的速度匀速行驶，则此时该电动自行车所受的阻力为 N ，按此速度，该电动自行车行驶 5km 克服阻力做的功为 J 。 20 1×10 5 样题 2 1. 小黄车即 ofo 共享单车，它的出现给银川市民带来了极大的方便。小明家距离学校 1.2km ，他骑着小黄车从家到学校用了 4min 。若小明蹬自行车的平均功率为 500W ，求小明从家到学校的过程中： （ 1 ）平均速度； （ 2 ）牵引力做的功； （ 3 ）牵引力的大小。 对应训练 解： （ 1 ）平均速度： v ＝ s/t ＝ 1.2×10 3 m/(4×60s) ＝ 5m/s ； （ 2 ）由 P ＝ W/t 可得，牵引力做的功： W ＝ Pt ＝ 500W×4×60s ＝ 1.2×10 5 J ； （ 3 ）由 W ＝ Fs 可得，牵引力的大小： F ＝ W/s ＝ 1.2×10 5 J/1.2×10 3 m ＝ 100N 。 从隐含条件中判断速度、高度、质量的变化情况： （ 1 ）判断速度大小的变化：匀速（ v 不变 ），加速（ v 变大 ），减速（ v 变小 ）。 （ 2 ）判断高度的变化：上升（ h 变大），下降、下滑（ h 变小）；近地点（ h 最小），远地点（ h 最大）。 （ 3 ）判断质量的变化：投放救灾物资的飞机、正在洒水的洒水车（ m 减小），空中加油机给直升机加油（直升机质量增大，加油机质量减小）。 （ 4 ）判断机械能的变化：光滑（无摩擦力做功，机械能 不变 ）；粗糙（克服摩擦力做功，机械能 减少 ）。 焦点 2 机械能及其转化（重点） 样题 3 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 0 D. 过山车在运行过程中机械能守恒 B 2. 关于机械能及其转化 , 下列说法中不正确的是 ( ) A. 冰壶从离开手到停下来的过程中 , 机械能转化为内能 B. 降落伞匀速下降的过程中 , 重力势能变小 , 动能不变 C. 只要物体的位置发生变化 , 物体的重力势能就一定会发生变化 D. 电梯匀速上升时 , 动能不变 , 重力势能增大 , 机械能增大 C 对应训练 3. 夏日荷花盛开 , 飘来阵阵花香 , 这是 现象 ;“ 弓开如满月 , 箭去似流星”形容射箭运动员拉弓放箭的情形 , 那么在这个过程中弓的 能转化为箭的 能 ｡ 扩散 弹性势 动 素养提升 突破重点实验 1. 实验器材： 质量不同的小球、木块、斜面。 2. 实验方法： （ 1 ）转换法的应用 : 通过水平面上木块移动的距离来反映小球动能的大小，木块移动得 越远 ，表示小球的动能 越大 。 （ 2 ）控制变量法的应用： ①探究动能大小与质量的关系 : 控制质量不同的小球从斜面上相同的高度释放； ②探究动能大小与速度的关系 : 控制同一小球从斜面上不同的高度释放。 实验 探究物体的动能跟哪些因素有关 3. 实验操作要点及注意事项： （ 1 ）让小球从斜面的同一高度由静止开始滚下的目的：控制小球到达水平面时的 速度相同 。 （ 2 ）木块最终停止的原因：木块在水平面上 受到摩擦力 的作用。 4. 实验数据及实验分析： （ 1 ）实验推理与假设 : 水平面 绝对光滑 ，木块将做 匀速直线 运动。 （ 2 ）实验中能量的转化： ①小球从斜面滚下的过程中： 重力势能转化为动能 ； ②木块在水平面运动直至静止： 动能转化为内能 。 （ 3 ）实验评价与改进： ①实验中木块被撞出了水平面，改进措施：减小斜面的倾斜程度、降低小球从斜面上滚下的高度、换用更长的木板、减小小球的质量等 ; ② 实验过程中，发现木块移动的距离较短而不易进行观察和比较，改进措施：增大小球从斜面上滚下的高度、增大小球的质量、将木块换成小车、减小水平面的粗糙程度等。 5. 实验结论： 质量相同 的物体，运动的 速度越大 ， 动能越大 ；运动 速度相同 的物体， 质量越大 ， 动能越大 。 6. 拓展： 超速 时，质量不变， 速度较大 ，动能较大； 超载 时，速度不变， 质量较大 ，动能较大。 样题 如图 1 所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，将小钢球从高度为 h 的同一光滑斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离 s 后停下。完成甲、乙、丙所示的三次实验，其中 h 1 ＝ h 3 ＞ h 2 ， m A ＝ m B ＜ m C 。 （ 1 ）小钢球在滚下斜面的过程中，它的 能转化为动能，其动能大小是通过 （选填“高度 h” 或“距离 s” ）的大小来反映的。 重力势 距离 s （ 2 ）小钢球在水平面上不能立即停下，是因为小钢球具有 ，小木块最终会停下来是因为受到 的作用。 （ 3 ）分析比较甲、乙两组实验可得出结论：物体质量相同时，速度越大，动能越 。 （ 4 ）分析比较 两组实验可得出物体的动能与质量的关系。 （ 5 ）如图 2 所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高 。 惯性 阻力（或摩擦力） 大 甲、丙 车速 （ 1 ）让质量相同的小钢球从同一斜面的不同高度由静止滚下，目的是 。 （ 2 ）若斜面光滑，则小钢球从斜面顶端由静止滚到斜面底端的过程中，其机械能 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 （ 3 ）如果水平面是光滑的，小木块受到小钢球撞击后将 。 控制小钢球到达水平面的速度相同 不变 做匀速直线运动 问题补充 （ 4 ）小明根据实验现象认为：小钢球推动小木块移动一段距离后都要停下来，所以小钢球和小木块的机械能最终消失了。你认为他的观点是否正确： ，理由是 . （ 5 ）小明利用上述实验器材还准备探究“阻力对物体运动的影响”。为完成探究任务，他还选用了毛巾和棉布进行实验，其目的是 。 不正确 机械能没有消失，只是克服摩擦做功转化成了内能 改变物体所受阻力的大小 考场 走进益阳中考 1.(2018· 益阳 ) 某建筑工地上一台升降机的箱体连同货物的重量为 1500N, 在 10s 内从楼的 1 层上升到 5 层 , 如果每层楼高 3m, 升降机电动机至少做 J 的功 , 功率至少是 W｡ 1.8×10 4 1.8×10 3 命题点 1 功和功率的相关计算 2.(2016· 益阳 ) 如图所示 , 重为 150N 的物体在大小为 40N 的水平拉力 F 作用下 , 向右匀速运动了 10m, 所用时间为 20s, 则拉力做的功是 J, 拉力做功的功率为 W｡ 400 20 3.(2017· 益阳 ) 跳伞是一项极具挑战的运动 , 现在越来越受到人们的喜爱 ｡ 在某次跳伞训练过程中 , 一体重为 500N 的运动员从空中悬停的直升机上由静止开始竖直跳下 , 其速度与时间的关系如图所示 , 经 15s 下落 210m 后 , 开始做匀速直线运动直至落地 , 整个过程用时 30s, 求在这个过程中 : (1) 运动员下落的平均速度 ; (2) 重力做的功 ; (3) 匀速下降时重力做功的功率 ｡ 解 :(1)0~15s 下落高度 :s 1 =210m,15~30s 下落高度 :s 2 =v 2 t 2 =6m/s×15s=90m, 下落总高度 :s 总 =s 1 +s 2 =210m+90m=300m, 运动员下落的平均速度 :v=s 总 /t 总 =300m/30s=10m/s; (2) 重力做的功 :W=Gs 总 =500N×300m=1.5×10 5 J; (3) 匀速下降时重力做的功 :W 2 =Gs 2 =500N×90m=4.5×10 4 J, 重力做功的功率 :P=W 2 /t 2 =4.5×10 4 J/15s=3×10 3 W｡ 4.(2014· 益阳 ) 电梯的简化模型如图甲所示 ｡ 考虑安全 ､ 舒适 ､ 省时等因素 , 电梯速度要经过增大 ､ 不变和减小的过程 , 这一过程是通过改变拉力大小来实现的 ｡ 某次上升过程中电梯所受拉力 F 随上升高度 h 变化的图像如图乙所示 , 这个过程用时 1 分钟 ｡ 求在这个过程中 : (1) 电梯上升的平均速度 ; (2) 拉力做的功 ; (3) 拉力做功的功率 ｡ 解 :(1) 电梯上升的平均速度 : v=s/t=48m/60s=0.8m/s; (2) 拉力做的功 : W=Fs=2.5×10 4 N×4m+2.0×10 4 N×40m+1.5×10 4 N×4m=9.6×10 5 J; (3) 拉力做功的功率 : P=W/t=9.6×10 5 J/60s=1.6×10 4 W｡