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第十一章功和机械能物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃思维感悟成体系┃思维感悟成体系┃物理·新课标（RJ）公式和单位功定义分类定义物理意义功率必要条件势能转化决定因素定义、公式和单位动能功和功率机械能重力势能决定因素机械能守恒第十一章功和机械能┃回眸教材析知识┃回眸教材析知识┃物理·新课标（RJ）1．功的必要因素某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人不做功。力学里规定：功等于。功包括两个必要因素：一是作用在；二是物体在的方向上通过的距离。不做功的三种情况：，例如提重物却没有提起；有距离无力，如踢出去的足球在地面上滚动过程；力和距离垂直，例如物体在水平冰面上滑行，水平方向没有力做功，此时虽然有重力作用在物体上，但重力没有做功。力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积物体上的力力有力无距离物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃回眸教材析知识2．功的原理事实告诉我们，使用扳手拧螺丝要省力必须费，钓鱼时要省距离必须，既的机械是没有的。使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功，即：。使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以、或者可以、也可以改变，给人类工作带来很多方便。我们做题遇到的多是理想机械(忽略摩擦和机械本身的重力)：使用机械时，人们所做的功(Fs)直接用手对重物所做的功(Gh)。省力距离使用任何机械都不省功费力省力又省距离省距离力的方向等于物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃回眸教材析知识3．功率功率是指机械在里完成的功，表示做功的物理量。例如，某小轿车功率66kW，它表示：小轿车1s内做功66000J，公式：P＝—，对于功率一定的机械，由公式P＝—＝Fv可知，当速度越小时，产生的拉力越大，例如，汽车载重上坡时，要挂低挡来获得较大的拉力。单位时间t快慢WWt物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃回眸教材析知识4．机械能及其转化荡秋千时，人处于最高点时，由于人被举高而具有能，下降过程中，高度，重力势能减小，速度逐渐增大，动能，即人的重力势能向动能转化，到达最低点，人的速度最大，动能最大，高度最小，重力势能最小，继续向最高点上升过程中，能又转化为能，再次到达最高点时，动能减小到零，转化为的重力势能最大。转化过程中，若没有能量损失，机械能的总量不变，即两者之和不变，这就是机械能守恒。动能不仅与速度有关，还与物体的质量有关，速度相同时，质量越大，动能越；同速行驶的火车动能大于汽车的动能。重力势能不仅与高度有关，还与物体的质量有关，高度相同时，质量越大，重力势能也越，高度相同的铁钉和铁锤，铁钉重力势能要铁锤的重力势能。重力减小增大势动重力势大大小于物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃典例精析把方向典例1：做功的两个必要因素例1下列实例中，力对物体没有做功的是()A．起重机吊起重物B．马拉车，车未动C．跳水运动员从跳台跳下D．举重运动员，将杠铃举起┃典例精析把方向┃B物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃典例精析把方向[解析]判断做功一看是否有力作用在物体上，二看物体是否在力的方向上通过距离。A中，起重机对重物有力的作用，“吊起”是通过了距离。D同理。跳水运动员受到的重力向下且移动了距离，故重力做功，C对。B中车没有移动距离，故力没有做功。知识点拨：力做功必须是有力作用在物体上，且物体在力的方向上通过一段距离，力与距离垂直时不做功，力与距离不同时发生不做功，有力没有距离不做功，有距离没有力时也不做功。物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃典例精析把方向典例2:功率的测量例2如图11－1所示，粗略测量小明同学引体向上运动的功率时，下列物理量不需要测量的是()A．小明的质量B．单杠的高度C．每次身体上升的高度D．做引体向上的时间B图11—1第十一章功和机械能┃典例精析把方向物理·新课标（RJ）[解析]测定功率的大小需要测量功的大小与时间的大小，而功的大小可以测出人的质量大小与引体时身体上升的高度，然后算出功率的大小，因此不需要测单杠的高度。知识点拨：根据功率的计算公式P＝—，测量功率需要得到功和对应做功所需要的时间，本题小明同学做引体向上运动，克服重力做功，即W＝Gh，整理公式可得P＝——所以测量的物理量是人的重力(可由人的质量计算得出)，人上升的高度以及做功消耗的时间。WttGh典例3：机械能的探究例3在学习势能知识时，小明同学猜想物体的重力势能的大小可能与以下三个因素有关：①物体高度，②物体质量大小，③物体所处地理位置。为了证明自己的猜想，首先决定对因素①进行验证。他把橡皮泥平铺在水平面上，让1个小球从不同高度自由下落，记录结果如表所示：物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃典例精析把方向实验次数球离橡皮泥高度/米凹痕程度10.5很浅21.0比较浅32.0比较深44.0较深物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃典例精析把方向(1)该同学依据判断重力势能的大小；(2)本实验的结论是；(3)若想对因素②进行验证，你认为实验中应控制的变量是。方法点评：间接法是物理学中重要的探究方法之一，就是将不容易直接得到的结论通过间接方式体现出来。本题通过间接的作用效果来显示重力势能的大小与哪些因素有关，探究的过程中要注意条件的变化，即小球从不同高度自由下落，也是控制变量法的应用体现。橡皮泥凹痕深浅程度同一物体高度越高重力势能越大高度和实验地点(地理位置)物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃实战演习成高手1．两名举重运动员，甲比乙高，如果他们举起相同质量的杠铃所用的时间相等，如图11－2所示，则()A．甲运动员做功较多，功率较小B．甲运动员做功较多，功率较大C．甲运动员做功较多，他们的功率相等D．甲、乙运动员做功相等，功率相等┃实战演习成高手┃B图11—2物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃实战演习成高手[解析]在杠铃重力相同的情况下，举得越高，做的功越多。做功时间相同，做功多的功率大。物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃实战演习成高手2．如图11－3所示，AB＝3AE，AC＝2AE，AD＝1.5AE，若把物体从斜面底部沿AB、AC、AD三个斜面匀速拉到顶端A时，(不计摩擦)则()A．沿着AB用的拉力最小，做功最多B．沿着AC用的拉力最小，做功最多C．沿着AD用的拉力最小，做功也最小D．沿着三个斜面用的拉力不相等，做功一样多图11—3D物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃实战演习成高手[解析]沿着光滑斜面拉动物体时，人们所做的额外功为0，则有用功等于总功，所以拉力所做的功相同，斜面是省力机械，且当斜面光滑且高度相等时，斜面越长越省力。物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃实战演习成高手3．学校新近买了30套总质量为300kg的物理实验器材，每套一箱。现在，某实验员需要把这批实验器材搬运到14m高的物理实验室。(1)该实验员需要做多少功？(不考虑他克服自身重力所做的功，取g＝10N/kg)(2)假设他身体可以提供的功率P如图11－4那样取决于所搬运物体的质量m。若要尽可能快地把这批器材搬上去，那么他每次搬运的箱子数应为个。图11—43物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃实战演习成高手(3)不考虑搬起箱子、放下箱子和下楼的时间，求他搬运这批实验器材的最短时间。[答案](1)W＝mgh＝300kg×10N/kg×14m＝4.2×104J(3)要求搬运时间最短，身体所提供的功率应最大，即P＝70W。根据P＝—得t＝—＝—————＝600s＝10min。WtWP4.2×104J70W物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃实战演习成高手[解析]功的计算是初中物理的重要计算之一，但是都不会很难，而是比较简单，比较基础，如本题就是要计算出将质量为300kg的物体举高14m所做的功，有力也有距离，且这个距离就是物体在力的方向上通过的距离，符合做功的两个必要条件。第(2)问中可以看出人的功率与所搬运的物体之间有一定的关系，并不是正比或者反比，而是当质量为30kg时，功率最大，而30套器材的总质量为300kg则一套的质量为10kg，所以每次搬3个功率最大。计算第(3)问时，可以用总功与最大功率之比求得时间。第十一章过关测试（一）第1题针对训练1．关于做功和功率，下列说法错误的有()A．地面支持力对静止在地面上的物体不做功B．举重运动员举起杠铃的过程中对杠铃做了功C．在国际单位制中，功率的单位是瓦D．在国际单位制中，功率的单位是牛顿物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃试卷讲评针对练┃试卷讲评针对练┃D物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃试卷讲评针对练第十一章过关测试（一）第3题针对训练2．如图11－5所示的过程中，人对物体做功的是()A图11—5第十一章过关测试（一）第9题针对训练3．用60N的水平拉力，拉着重500N的物体在水平路面上匀速前进了10m，则()A．重力做的功是5000JB．重力没有做功C．拉力对物体做的功是5000JD．拉力对物体做的功是5600J物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃试卷讲评针对练B第十一章过关测试（一）第10题针对训练4．如图11－6所示，把同一物体分别沿AB、AC、AD三个斜面匀速推到同一高度的A点，不计摩擦力，则()A．沿AB斜面最省力，做功最少B．沿AD斜面最省力，但做功最多C．沿三个斜面的推力一样大，做功也一样多D．沿三个斜面推力做的功一样多，沿AD斜面最省力物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃试卷讲评针对练图11—6D物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃试卷讲评针对练第十一章过关测试（二）第4题针对训练5．受高空落物伤人的启示，美军正在研制一种名为“上帝之杖”的太空武器。“上帝之杖”实质就是高密度、耐高温的金属棒，它要依托太空平台的搭载，借助小型火箭助推和高空下落产生的巨大动能，对地球战略目标实施打击，破坏力巨大，它攻击目标的巨大能量主要来源于()A．小型火箭助推动能B．与大气摩擦产生的能量C．“上帝之杖”本身的内能D．下落过程中重力势能转化的动能D物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃试卷讲评针对练第十一章过关测试（二）第6题针对训练6．小红按照如图11－7所示情景做了一个有趣的实验。她把一个悬挂起来的铁锁拉到自己的面前并接触鼻子，然后将铁锁由静止释放，保持头的位置不变，铁锁摆回时不会撞击她的鼻子。铁锁由接触鼻子的位置a开始，沿弧线abc向另一侧的最高点c运动的过程中，关于它的动能大小，下列说法中正确的是()A．铁锁在位置a动能最大B．铁锁在位置b动能最大C．铁锁在位置c动能最大D．铁锁在a、b、c三处的动能相同B图11—7物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃试卷讲评针对练第十一章过关测试（二）第15题针对训练7．质量较大的鸽子与质量较小的燕子在空中飞行，如果它们的动能相等，那么()A．燕子比鸽子飞得快B．鸽子比燕子飞得快C．燕子比鸽子飞得高D．鸽子比燕子飞得高A物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃试卷讲评针对练第十一章过关测试（二）第16题针对训练8．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．动能很大B．速度很大C．势能很大D．功率很大A物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃试卷讲评针对练第十一章过关测试（二）第17题针对训练9.如图11－8所示是研究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置。下列关于这个实验的说法正确的是()A．球的动能大小是从球被放的高度体现出来的B．相同质量的球滚到水平面上时获得的动能相同C．不同质量的球滚到水平面上时获得的速度相同D．球从斜面滚到水平面上时重力势能转化为动能。D图11—8物理·新课标（RJ）第十一章功和机械能┃试卷讲评针对练阶段综合测试三（月考）第8题针对训练10．如图11－9所示，有一质量为10kg的小球在桌面上滚动了10cm后在空中沿弧线飞行了1.5m，最后落到地面上，桌面到地面的距离是1m，在小球运动的整个过程中，重力做