2017中考物理功和机械能

功、能、简单机械功和机械能：功功率动能和势能机械能及其转换简单机械:杠杆滑轮机械效率一、功1.做功的两个必要因素(1)作用在物体上的___.(2)物体在_________上通过了距离.2.计算公式:W=___.3.单位:焦,符号是J，1J=1_____.4.功的原理内容：使用任何机械都_______.力的方向N·m不省功Fs力踢足球足球运动员用300N的力，将足球踢到10m远的地方，已知球重20N，根据以上条件______(选填“能”或“不能”)计算出运动员对球做的功，原因是______________________________.不能运动员对足球的力为300N，但不知道足球在此力作用下移动的距离，不能求出功.而足球运动的10m是足球由于惯性向前运动的结果二、机械效率1.有用功：为了_________必须做的功.2.额外功：对达到某一目的没有用又_________的功.3.总功：_______________的总和.4.机械效率(1)定义：_____________的比值.(2)公式：.(3)规律：因为有用功小于总功，所以机械效率总______.达到目的不得不做有用功和额外功有用功跟总功WW有用总小于1(4)提高机械效率的方法：①改进结构，减小_____自重.②同一机械，增大载重.③定时润滑，减小_____.机械摩擦【活学巧用】巧提沙石如图所示，工人利用动滑轮将沙石匀速向上提升2m，已知沙石重184N，动滑轮重6N，袋重10N，绳重和摩擦均不计.(1)工人做的有用功是______.(2)工人做的额外功是______.(3)此时该装置的机械效率是_______.提示：机械效率是有用功和总功的比值，所以找到有用功、总功就可以求出滑轮的机械效率.W有用=Gh=184N×2m=368JW额外=(G动滑轮+G袋)h=(10N+6N)×2m=32JW总=W有用+W额外=368J+32J=400J该装置的机械效率为：答案：(1)368J(2)32J(3)92%W368J92%W400J有用总三、功率1.比较做功快慢的方法(1)做相同的功，所用时间_____，做功越快.(2)在相同时间内，比较做功的多少，做功_____，做功越快.(3)时间越短，做功越多，做功_____.2.功率(1)意义：表示物体_________的物理量.(2)概念：单位时间内做的功.(3)公式：.(4)单位及其换算：1kW=______W.越短越多越快做功快慢WPt1000【活学巧用】功率大小的比较如图所示，挖土机和人同时挖土，挖土机和人相比，______做功快，______的功率大，这是采用在_______内比较_______的方法比较物体做功快慢的.另一种判断方法是______相同，比较___________多少.把2吨泥土从1.5m的深处挖到地面，需要10s,挖土机做功的功率是_____kW.提示：功率能反映物体做功的快慢.比较做功的快慢，一种方法是取时间相同，比较物体做功的多少，做的功越多，说明做功越快，功率越大；另一种方法是取相同的功，比较所用的时间，时间越短，做功越快，功率越大；知道功与时间，利用公式求出功率，挖土机做功W=Gh=mgh=2×103kg×10N/kg×1.5m=3×104J，功率：.答案：挖土机挖土机相同的时间做功的多少做功所用的时间3WPt4W310JP3kWt10s＝四、机械能及其转化1.能量:物体_____________,表示这个物体具有能量.2.机械能的分类及各自的影响因素能够对外做功机械能分类影响因素动能质量_________势能重力势能质量举高高度弹性势能_____________运动速度弹性形变大小3.机械能守恒：在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量保持不变.【活学巧用】撑杆跳高如图所示，撑杆跳高运动的几个阶段：助跑、撑杆起跳、越横杆.助跑时运动员跑得越快，______越大，从运动员撑杆起跳到越横杆的过程中，有关能变化的情况是：运动员的重力势能______，杆的弹性势能______.提示：解答这类问题，根据影响动能、重力势能和弹性势能大小的因素来考虑.重点是分析物体运动过程中，物体的质量、速度、高度和形状怎样改变，再进一步判断动能、重力势能和弹性势能的变化.动能与物体的质量、速度有关.助跑时，运动员的质量没变，速度越大，动能就越大.重力势能与物体的质量和被举高的高度有关，质量相同的物体，被举得越高重力势能越大.运动员撑杆起跳到越横杆的过程中，质量没有变，高度增加重力势能变大.弹性势能由物体的弹性形变决定，同一物体的弹性形变越大，弹性势能越大.运动员撑杆起跳到越横杆的过程中，杆的形变越来越小，弹性势能变小.答案：动能变大变小一、做功的两个必要条件1.做功必须满足两个必要条件(1)必须有力作用在物体上.(2)这个受力物体必须在这个力的方向上通过了一段距离.2.几种常见的没有做功的情况(如图)(1)缺力无功：物体靠惯性通过了一段距离，此情况有距离无力.(2)缺距离无功：有力作用在物体上，但物体没有移动距离.(3)垂直无功：有力作用在物体上，物体也移动了一段距离.但力的方向与物体移动方向垂直.【方法技巧】考虑做功问题时，可按以下三个步骤(1)物体是否受到力的作用，不受力的物体不存在做功问题.(2)物体是否运动，不运动的物体也不存在做功问题.(3)判断物体受力的方向和运动方向的关系，若二者方向垂直，则不做功；若二者方向不垂直，则做功.【中考警示】利用W＝Fs进行计算时，要注意:(1)F与s的一一对应的关系，即s是在力F的作用下沿F的方向移动的距离.(2)在计算时每个物理量的单位必须选取国际单位：F是牛(N)、s是米(m)、W是焦耳(J).【延伸拓展】功的原理：使用任何机械都不省功.省力的机械必定费距离，省距离的机械必定费力，省力又省距离的机械是不存在的，但是使用机械可以省力、改变动力的方向或者省距离，给人们带来方便.这是人们使用机械的目的.功的原理适用于任何机械.【典例1】如图所示，以下所列举的几个力中，没有对物体做功的是()【精讲精析】选D.物理学中的功包含两个必要因素，一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上运动一段距离.由题图可知，杠铃静止时受到了运动员的支持力，但在支持力的方向上没有通过距离，故D选项支持力没有对杠铃做功.【思维导图】二、理解机械效率1.机械效率是有用功在总功中所占比例的多少，是一个比值，是一个无单位的物理量，描述机械的工作性能.2.使用机械时，不得不做一些额外功，所以机械效率η总小于1.功率可以是任何数.3.机械效率具有可变性由公式可知，当额外功一定时，机械做的有用功越多，机械效率越高.当机械所做的有用功一定时，机械做的额外功越少，机械效率越高.有用有用总有用额外4.提高机械效率的方法(1)当有用功(W有用)一定时,额外功(W额外)越小,则机械效率(η)越大.因此设法减小额外功可以提高机械效率.如减轻动滑轮(做额外功的机械)本身的重量,加润滑油以减小摩擦,用轻质材料制作机械,都可以不同程度地减小额外功,提高机械效率.(2)当额外功(W额外)一定时，有用功(W有用)越大，机械效率(η)越大，因此增大有用功可以提高机械效率.如增加物重可以提高机械效率.【方法技巧】“两要点”求机械效率要点一：确定有用功和总功：一般情况下克服机械本身的摩擦力或重力做的功是额外功；提升重物时克服物体重力做的功是有用功；动力对机械做的功是总功.要点二：选择合适的公式，根据题目中所给条件选择公式①；②WGhGWFsnF有用总有用有用总有用额外【中考警示】机械效率的三个误区(1)概念理解不完整：机械效率表示的是有用功跟总功的比值，与是否受力、做功多少及功率无关，与机械自身(如机械的自重、摩擦)和做功现象(如被提起的重物)有关.(2)滑轮认识不全面：对滑轮组认识不清，不能准确判断滑轮组承担物重段数n.(3)试题分类不清晰：滑轮组既可以将重物竖直提起，也可以拉着物体水平前进，还可以使物体沿斜面前行.竖直提起时是克服重力做功，水平(斜着)拉物体时是克服阻力做功.分析哪个力做的是有用功是解决这类问题的关键.【典例2】(2011·无锡中考)用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的重物匀速提升相同的高度.若不计绳重及摩擦，下列说法正确的是()A.绳子受的拉力F1和F2大小相等，滑轮组的机械效率相同B.绳子受的拉力F1和F2大小不相等，滑轮组的机械效率不同C.绳子自由端移动的距离不相等，拉力对滑轮组所做的功相等D.绳子自由端移动的距离不相等，拉力对滑轮组所做的功不相等【精讲精析】选C.虽然两个滑轮组相同，但是绕线方法不同，甲图相当于两根绳子承担着重物，乙图相当于三根绳子承担着重物，所以它们的拉力和绳子的自由端移动的距离不等，当升高相同的高度时，所做的有用功和额外功相同，即拉力对滑轮组所做的功相等，故选C.【思维导图】【例题】小明用一个动滑轮匀速提升重为200N的物体，所用竖直向上的拉力为125N.物体上升2m的过程中，拉力所做的有用功为___J，总功为__J，动滑轮的机械效率为____.小明又用这个动滑轮用同样的方法提升400N的物体升高相同的高度，动滑轮的机械效率为______.【精讲精析】有用功指克服物体重力所做的功W有用=Gh＝200N×2m=400J；使用动滑轮提升物体时，拉力作用点移动的距离为物体上升高度的2倍，即s=2h=2×2m=4m，拉力所做的功就是总功W总=Fs=125N×4m=500J；则机械效率；提升的重物变了，机械效率发生了变化，但是动滑轮没有变，提升相同的高度，额外功不变，W额外=W总-W有用=500J-400J＝100J，W′有用=G′h＝400N×2m=800J,W′总=W额外+W′有用=100J+800J＝900J,答案：40050080%89%W400J80%W500J有用总三、功、功率、机械效率的综合计算1.三者之间的关系2.三者的公式关系3.功率与速度、牵引力的关系WPtPWPtPWW有用有用有用总总总有用总svtWPFsPPFvttWFs【方法技巧】对于功、功率和机械效率的综合计算，解题思路是(1)认真审题，剖析题意确定各量间的关系.(2)根据已知量和待求量的关系，结合相应的公式或物理规律建立关系式.(3)逐步分析、计算中间的物理量，直至导出所求量.【中考警示】两点注意(1)理清关系：计算时涉及的公式与物理量较多，要找出各物理量的对应关系，会举一反三.(2)统一单位：计算时要注意公式中各物理量都要使用国际单位，若题中给的物理量不是国际单位要先转化为国际单位.【典例3】(2012·苏州中考)建筑工地上工人用如图所示的装置将重为230N的建材从地面匀速送到6m高处，所用拉力为125N，时间为20s.求：(1)工人做的有用功；(2)工人做的总功；(3)此过程中该装置的机械效率；(4)工人做功的功率.【思维导图】解答此类问题需要明确以下几点：【精讲精析】(1)工人在运送建材的过程中，使重物升高克服建材重力所做的功为有用功，W有=Gh.(2)其中拉力所做的功包含提升建材的有用功和提升动滑轮以及克服摩擦等做的额外功，这部分功为总功，W总=Fs，其中s表示拉力移动的距离，由于有两段绳子连着动滑轮，所以拉力移动的距离为建材升高距离的2倍.(3)根据可以算出机械效率；(4)工人所做的功即为总功，功率计算可以用功率计算公式算得.W100%W有总WPt总答案：(1)W有=Gh=230N×6m=1380J(2)s=2h=2×6m=12m，W总=Fs=125N×12m=1500J(3)(4)W1380J100%100%92%W1500J有总W1500JP75Wt20s总四、机械能的转化及守恒1.只有重力做功的时候，机械能守恒，重力势能、弹性势能、动能之间可以相互转化，转化情况如下图：总机械能守恒速度增大高度减小弹性形变增大速度减小