- 1.34 MB
- 2021-05-10 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
第20讲 功和功率 机械能
, 分类一 机械功与功率)
, 功)
【考点梳理】
1.做功的两个必要因素:_作用在物体上的力__和_物体在力的方向上通过的距离__。要明确“在力的作用下,物体沿力的方向通过了一段距离,那么这个力就对物体做了功”。
【注意】判断做功的标准:有力,有距离并且力和距离在同一个方向上。不做功的三种情况:a.有力F无距离s,例如举高重物静止不动,虽然用了力,但没在力的方向上通过距离,没做功;b.有距离s没有力F,如正在空中飞行的足球,运动了一段距离,但运动员施加的力已经消失,运动员对其没有做功;c.有力F,也有距离s,但在力的方向上没有通过距离(运动方向和力的方向垂直),此力也不做功,例如水平方向运动的物体,重力不做功。
2.功的公式:W=_Fs__。
科学上规定:功等于作用在物体上的力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。
【注意】F和s必须“同一物体”“同一时间”“同一方向”。
3.功的单位:焦耳(简称“焦”),1 J=_1__N·m。
4.做功的实质:做功的实质就是_能量转化__的过程,通过做功的形式将一种能量转化为其他形式的能量。物体做了多少功,就有多少_能量__发生了转化。能量与功的单位一样,都是_焦耳__。
【活学活用】
1.下列没有对物体做功的是( D )
A.物体在绳子拉力作用下升高
B.静止的小车在拉力作用下运动起来
C.汽车在刹车阻力的作用下速度降低
D.人用力搬石头,石头不动
2.手抛鸡蛋的杂技演出抛出的鸡蛋从最高处到最低处重力做功大概是( A )
A.0.2 J B.2 J C.20 J D.200 J
3.在下列情况中,人对物体是否做功?并说明理由。
(1)将重物从地面上提起放到肩上:_放到肩上这个过程做功,放到肩上后不做功,受力但没有在力的方向上通过距离__;
(2)将重物提在手中沿水平方向移动50 m的距离:_不做功,力的方向和距离垂直,不在同一直线上__;
(3)扛着重物登上三楼:_做功,既有力又有距离,并且距离和力的方向一致__;
(4)推出去的铅球在空中向前飞行时:_不做功,铅球在飞行过程中不受推力,依靠的是惯性__。
, 功 率)
【考点梳理】
1.功率的概念:_单位时间内做的功叫功率__。功率用来描述_物体做功快慢__,也可反映能量转化的快慢。
2.功率的公式:P=;P=Fv。
3.功率的单位:瓦特(W)、千瓦(kW)、焦/秒(J/s);1瓦(W)=1_焦/秒(J/s)__。
【注意】根据P=可知,当P一定时,W与t成正比。换句话说,使用_功率__相同的机械,做功时间长的做功就多。当W一定时,P与t成反比。换句话说,做相同的_功__时,时间用得少的机械的功率就大。当t一定时,W与P成正比。换句话说,做功_时间__相同时,功率大的那台机械做的功就多。
4.类比功率与速度
速度
功率
物理意义
运动快慢
做功快慢
定义
单位时间通过的路程
单位时间内所做的功
定义式
v=
P=
单位
m/s
J/s或W
【活学活用】
4.今年国庆节举行了一次登紫金山比赛,体重相同的小明和小刚两人从太平门沿同一路线登上紫金山,小明是快跑上去的,而小刚是慢跑上去的,则下列说法正确的是( C )
A.两人登山做的功相同,功率也相同
B.小明登山所做功比小刚多,但功率小
C.两人登山做的功相同,但功率不同
D.小明登山所做功比小刚少,但功率大
5.如图所示,挖掘机挖土的速度往往很慢,这是为了( B )
A.保证挖掘质量
B.获得较大挖掘动力
C.节约燃料
D.保证挖掘施工安全
6.学习了功率的知识后,小明和几位同学准备开展“比一比谁的功率大”的活动,他们设计了三套方案:①测量出各自的体重、爬楼用的时间和爬楼的高度,算出爬楼的功率并进行比较;②控制爬楼的时间相同,测量出各自的体重、爬楼的高度,算出爬楼做的功并进
行比较;③控制爬楼的高度相同,测量出各自的体重、爬楼的时间,算出体重和时间的比值并进行比较,可行的是( D )
A.只有① B.只有①②
C.只有②③ D.①②③都可以
, 机械效率)
【考点梳理】
1.有用功、额外功及总功的含义
(1)有用功:在做功过程中,我们所需要的功(即对人有用的功),用W有用表示。
为实现做功目的,对我们要做功的物体做的功是有用功,它在数值上等于达到做功目的而直接用手对物体做的功。
(2)额外功:在做功过程中,对额外负担所做的功,用W额外表示。
额外功是在实现做功目的时,我们对辅助工具、器材所做的功,它并非我们需要,是额外负担,但又不得不做。
(3)总功:在做功过程中,所做的有用功与额外功之和是总功,用W总表示,即W总=_W有用+W额外__。
达到做功目的,我们所做的有用功与额外功之和是总功,它在数值上等于利用机械所做的功。
【注意】区分某一做功过程中的有用功、额外功,关键是弄清做功的目的,然后才可以确定有用功和额外功。
2.机械效率的定义及表达式
(1)定义:机械效率等于有用功与总功之比,机械效率用希腊字母“η”表示。
(2)公式:η=
斜面:η=
定滑轮:η===
动滑轮:η===
滑轮组:η===
【注意】因为使用机械要克服机械自重和相互部件间的摩擦,做一些额外功,所以机械效率必然小于100%。
【活学活用】
7.如图剪刀剪纸机械效率为80%,这表示( D )
A.若作用在剪刀的动力是1 N,则阻力是0.8 N
B.若作用在剪刀的阻力是1 N,则动力是0.8 N
C.若作用在剪刀的动力做功1 J,则有0.2 J的功用于剪纸
D.若作用在剪刀的动力做功1 J,则有0.8 J的功用于剪纸
8.如图所示,同一个滑轮组用不同的方法进行组装,若两次提起的物重相同,且不计绳重和摩擦,则两者的机械效率的关系是η甲
_=__(填“>”“<”或“=”)η乙,使用甲的优点是_可以改变用力的方向__,使用乙的优点是_更省力__。
9.水平地面上有一重为5 000 N的箱子,现用起重机把箱子吊到3 m高的位置,所用时间为10 s,起重臂下的钢丝绳是绕在一个动滑轮上的,如图所示,钢丝绳上的拉力为3 000 N。
(1)起重机起吊该箱子的机械效率是多少?
(2)钢丝绳上拉力的功率是多少?
解:(1)有用功:W有=Gh=5 000 N×3 m=15 000 J,
总功:W总=Fs=F·2h=3 000 N×2×3 m=18 000 J,
起重机起吊该箱子的机械效率:
η=×100%=×100%≈83.3%。
(2)钢丝绳上拉力的功率:P===1800 W。
, 分类二 各种各样的能)
, 能量的形式)
【考点梳理】
能量是以多种形式存在的,常见的能量形式有:机械能、光能、内(热)能、电能、化学能、核能。
【活学活用】
10.能量从哪里来?地球上所有能量几乎都来自太阳的_热__能和直接给地球提供的_光__能;被植物通过光合作用吸收的光能转化为_化学__能;加热空气,使空气流动,就有了_风__能(空气的动能);促进水循环,使水有了_机械__能。
, 分类三 机械能)
, 区别动能和势能)
【考点梳理】
1.动能:物体由于_运动__而具有的能。
2.重力势能:物体由于_被举高__而具有的能。
3.弹性势能:物体由于发生_弹性形变__而具有的能。
【活学活用】
11.(2012·嘉兴)据报道,一辆横穿铁路的拖拉机,因故障而停在铁道上,此时从远处驶来一列火车,尽管司机及时采取紧急制动措施,但是缓慢行驶的列车还是将拖拉机撞“飞”了。这是因为火车的( A )
A.动能很大 B.速度很大
C.势能很大 D.功率很大
12.下列关于动能和势能的搭配错误的是( D )
A.
B.
C.
D.
, 影响动能大小的因素)
【考点梳理】
影响动能大小的因素有两点:一是物体的_质量__越大,动能越大;二是物体的_速度__越大,动能越大。
【活学活用】
13.(2012·衢州)小徐利用如图实验来研究物体动能大小与哪些因素有关。让质量不同的钢球从斜面上同一高度静止释放,钢球运动到斜面底部,推动木块运动一段距离后停下。
实验数据见下表:
实验
次数
钢球质
量m(g)
钢球到达斜面底部时的速度v(m/s)
木块移动的
距离s(cm)
1
20
1.8
30
2
40
1.8
59
3
60
1.8
87
(1)表格中的实验数据说明了钢球的动能大小与_质量__有关。
(2)小徐对如何判断钢球的动能大小进行深入思考,认为可以通过比较钢球推动木块移动距离的大小来反映钢球对木块_做功__的多少,从而判断钢球动能的大小。
, 影响势能大小的因素)
【考点梳理】
1.影响重力势能的相关因素:物体的_质量__越大,_位置__越高,具有的重力势能越大。
2.影响弹性势能的相关因素:物体的_形变__越大,弹性势能就越大。
【活学活用】
14.将体积相等的实心塑料球和铅球放在同一水平面上,请你回答:
(1)哪个球的重力势能大?答:_铅球__。
(2)你有什么简单易行的措施使它们具有的重力势能一样大?(写出一种即可)答:_把塑料球抬起一定高度__。
, 机械能的相互转化)
【考点梳理】
1.滚摆:(1)滚摆从最高点开始往下运动时,始点处_势能__最大,_动能__为零。(2)开始向下运动时,_势能__开始转化为
_动能__,动能渐趋增大,势能渐趋减小,机械能总和不变;到达_最下端__时,动能最大。(3)反方向的转换,滚摆不断上升过程中,_动能__转化为_势能__,势能渐趋增大,动能渐趋减小,到达了一个新的最高点时,势能最大,动能为零。
2.单摆:将摆锤拉到一定的高度后放手,摆锤在向下摆动的过程中_重力势能__转化为_动能__,在摆锤摆过中点后向上摆动的过程中_动能__转化为_重力势能__。
【活学活用】
15.如图所示,小华把悬挂的铁锁拉近并紧贴自己的鼻子,稳定后松手,头保持不动,铁锁向前摆去又摆回。下列说法正确的是( B )
A.锁不断地来回摆动,是因为动能不断增加
B.锁向下摆的过程中,重力势能转化为动能
C.锁摆到最低点后会继续上升,是因为受重力作用
D.锁摆动的过程中,机械能总量不变,所以摆回来时会碰到鼻子
, 机械能守恒)
【考点梳理】
机械能守恒的含义:在只有_重力__或_弹力__对物体_做功__的条件下(或者不受其他_外力__的作用下),物体的_动能__和_势能__(包括重力势能和弹性势能)发生相互转化,但_机械能__的总量保持不变。这个规律叫做机械能守恒定律。
【活学活用】
16.如图所示是一个左右对称的凹形槽,将小球从A点由静止释放,若小球由A点到B点运动过程中克服摩擦力做的功用W表示,忽略空气阻力,则下列说法正确的是( A )
A.小球从A点运动到B点的过程中,势能的减少量与动能的增加量之差等于W
B.小球能够从A点运动到D点
C.小球从A点运动到B点的过程中,势能的减少量等于动能的增加量
D.小球从A点运动到C点的过程中,机械能的减少量等于动能的增加量
第16题图
第17题图
17.如图所示,一个小球由静止从光滑曲面的顶端自由滑下,若它在顶端的重力势能为65 J,则滑到底端的动能是( D )
A.35 J B.50 J
C.55 J D.65 J
, 专项一 功)
【重点提示】分析物体是否做功,主要是抓住做功的两个必要因素:①物体受到力的作用;②物体在力的方向上通过一段距离,二者缺一不可。
【例1】下列几个实例中,力没有做功的是( )
A.人拉车前进的过程
B.人向上搬石头,石头未动
C.划火柴的过程
D.刹车后车仍向前滑行
【点拨】A.人拉车前进的过程,人给车一个向前的力,车向前移动了距离,拉力对车做功,不符合题意;B.用力搬石头,人给石头一个向上的力,石头向上没有移动距离,力对石头没有做功,符合题意;C.划火柴时,克服摩擦做功,不符合题意;D.汽车受到刹车阻力的作用,并且其产生力效果,使汽车由运动变为静止,故刹车阻力对汽车做了功,不符合题意。
【答案】B
1.下列情景中,人对物体做功的是( A )
A.小车在拉力作用下向前运动
B.人提着水桶在水平路面上匀速前进
C.小孩推车,车未动
D.踢出的足球在地面上滚动一段距离
, 专项二 功 率)
【重点提示】功率表示物体做功的快慢,其大小由完成的功和所用时间共同决定的,与其他因素无关。
【例2】下列关于功率的说法正确的是( )
A.做功多的物体功率一定大
B.做功时间长的物体功率一定小
C.完成相同的功,做功时间短的物体功率一定大
D.做功越多,做功时间越长的物体功率一定大
【点拨】功率的大小是由完成的功和所用的时间共同决定的。选项A仅说明做功的多少,没有说明做功的时间;选项B仅说明做功的时间,没有说明做功的多少,因此选项A、B都不正确。根据功率的定义式P=,在完成相同的功的前提下,做功时间越短,功率越大,可见选项C正确。对于选项D,由于无法确定做功的多少与所用的时间的比值,因此无法比较功率的大小,选项D也是错误的。
【答案】C
2.下列关于功率的说法,正确的是( B )
A.功率越大,做功越多 B.功率越大,做功越快
C.功率越大,越省力 D.功率越大,机械效率越大
, 专项三 能量的转化)
【重点提示】自然界能的形式多种多样,不同形式的能之间可以相互转化。解决此类问题一定要先判断原来物体具有什么能,后来物体具有什么能,这样就容易判断能量的转化方向了。
【例3】(2014·嘉兴)各种形式的能量都不是孤立的,它们可以在一定条件下发生转化,且能量的转化是有方向的。下面几幅图按能量转化的顺序,排列正确的是( )
A.①②③④ B.②③④①
C.②①③④ D.①③④②
【点拨】各种形式的能量都不是孤立的,它们可以在一定条件下发生转化,且能量的转化是有方向的,地球上所有能量直接或间接来自于太阳能,所以上面几幅图能量的转化顺序为:太阳—树林—燃煤电厂—空调。
【答案】C
3.如图所示是一位同学正在体育课中进行实心球投掷训练,投出的实心球在上升过程中( C )
A.动能不变,重力势能增加
B.重力势能不变,动能增加
C.动能转化为重力势能
D.重力势能转化为动能
, 探究 影响动能、势能大小的因素)
【例1】小鹭想探究弹性势能的大小与哪些因素有关,她利用一段弹簧、光滑轨道、物块A和B等器材进行实验。如图所示,用物块将弹簧压缩到一定程度后释放,物块沿轨道向左滑行,最高可冲到光滑斜面虚框处。
(1)实验时可通过观察同一滑块_________________来判断弹性势能的大小。
(2)比较图甲、乙两个实验可以初步得出,弹簧的弹性形变越大,具有的弹性势能就_______。
(3)若物块冲上斜面的最大高度ha=hc<hb,弹性形变的大小la<lb=lc,则物块达到最高处所具有的重力势能Ea、Eb、Ec的大小关系是_______。
【点拨】(1)实验时可通过观察同一滑块冲上斜面的高度来判断弹性势能的大小;(2)比较甲与乙两个实验可知,弹簧的形变量la<lb,物块冲上斜面的高度ha<hb,同一滑块冲上斜面的高度越大,弹簧的弹性势能越大,由此可见:弹簧的弹性形变越大,具有的弹性势能就越大;(3)弹簧的形变量越大,弹簧的弹性势能越大,最终物块在最高处时所具有的重力势能越大,因为la<lb=lc,所以Ea<Eb=Ec。
【答案】(1)冲上斜面的高度 (2)越大 (3)Ea<Eb=Ec
【例2】(2014·台州)利用如图装置进行“探究动能大小的影响因素”实验。用两根细绳将小球悬挂起来,拉起小球,当细绳与竖直方向成θ角后松手,小球撞击水平木板上的木块,记下木块移动的距离s。改变角度θ的大小,重复实验。
(1)利用如图两根细绳悬挂小球,而不用一根细绳,其好处是________________________________________________________________________。
(2)本实验探究的问题是物体的动能大小与________的关系。
(3)利用上述实验,同时还可以探究的问题是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【点拨】(1)若用一根细绳,小球的摆动方向会不稳定,利用如图两根细绳悬挂小球,便于控制小球的撞击方向,便于碰准木块;(2)实验中小球一定,小球摆动的角度不同,撞击木块时的速度不同,所以本实验探究的问题是物体的动能大小与速度的关系;(3)细绳与竖直方向成的θ角不同,则下落的高度不同,通过对木块做功的多少,可以判断小球重力势能的大小,所以该实验可以探究重力势能大小与高度的关系。
【答案】(1)便于控制小球的撞击方向(或便于撞准木块等) (2)速度 (3)物体重力势能大小与高度有什么关系(或物体重力势能大小与高度的关系)
1.在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时,小明提出了如下猜想:
猜想一:弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关;
猜想二:弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
为此,小明选用材料不同的两根弹簧A和B(长度和粗细相同),小球、木块和长刻度尺各一个,设计了如图所示的实验装置进行探究。实验中,木块起始位置相同,最后得出以下实验记录表。
实验
次数
使用的
弹簧
被压缩后弹
簧的长度/cm
木块移动
的距离
①
弹簧A
5
s1
②
弹簧A
8
s2
③
弹簧B
5
s3
④
弹簧B
8
s4
(1)由于弹性势能的大小不便用仪器测量,本实验把弹性势能的大小转换为测量木块移动的距离,这种研究方法叫转换法。下列实验中用到此方法的是_②__(填序号)。
①探究“杠杆的平衡条件”
②探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”
(2)请将探究猜想一的方案补充完整。
①将弹簧A、小球、木块按如图所示安装好;
②压缩弹簧,使其长度为5 cm。放手后,小球被弹出,推动木块移动了一段距离s1;
③压缩弹簧,使其长度为_8__cm。放手后,小球被弹出,推动木块移动_s2__;
④比较分析实验数据_s1和s2__,得出结论。
(3)弹簧将小球弹开的过程中,是弹簧的弹性势能转化成小球的_动__能。
(4)为了探究猜想二,可选用实验次数②和_④__的数据进行比较分析,若_s2≠s4__,说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
【常见误区】
1.功、功率、机械效率混淆不清,误认为做功越多,功率越大;机械效率越高,功率越大。
2.能量的相互转化的形式多种多样,在分析问题时,易漏掉其中某一种能量。
【例3】在一次参观中,外地游客丁先生从渠江公园乘电梯到思源广场,在电梯匀速上升的过程中,丁先生的( )
A.重力势能不断增大 B.动能不断增大
C.机械能保持不变 D.动能转化为重力势能
【点拨】电梯匀速上升时,丁先生的动能不变,重力势能增大,机械能增大,这一过程是电能转化为机械能,因此只有选项A正确。
【答案】A
2.下列说法正确的是( C )
A.机械效率越高的机械做功越快
B.机械效率越高的机械做功越多
C.功率越大的机械做功越快
D.功率越大的机械做功越多
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________