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第10讲功和机械能考题初做诊断考点必备梳理考点一考点二考点三考点四考点一功1.功的定义:如果一个力作用在物体上,物体在这个力的方向上移动了一段距离,就说这个力对物体做了功。2.做功的两个必要因素:一是作用在物体上的力;二是物体在这个力的方向上移动的距离。3.功的计算:功等于力与物体在这个力的方向上移动的距离的乘积,即W=Fs。4.功的单位:焦耳,符号是J。5.功的原理:使用任何机械都不省功。考点五图解物理考题初做诊断考点必备梳理特别提示(1)不做功的三种情况:有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。(2)W=Fs中,W表示功,单位是J;F表示力,单位是N,s表示物体在这个力的方向上移动的距离,单位是m。(3)1J=1N·m,功的单位“J”不要和力与力臂的乘积(N·m,不能写成“J”)单位搞混。(4)把两个鸡蛋举高1m做的功大约是1J。考点一考点二考点三考点四考点五图解物理考题初做诊断考点必备梳理考点二功率1.物理意义:表示物体做功的快慢。2.定义:功与做功所用时间之比叫作功率。功率在数值上等于单位时间里完成的功。4.单位:瓦特,简称瓦,符号是W。其他常用单位kW,换算:1kW=103W。3.公式:P=𝑊𝑡=Fv。考点一考点二考点三考点四考点五图解物理考题初做诊断考点必备梳理特别提示(1)推导:将W=Fs和v=𝑠𝑡代入P=𝑊𝑡得到,P=𝑊𝑡=𝐹𝑠𝑡=F𝑠𝑡=Fv。(2)P=𝑊𝑡中,W表示功,单位是J;t表示时间,单位是s,所以1W=1J/s。P=Fv中,F表示力,单位是N;v表示速度,单位是m/s。(3)由P=Fv可知:功率一定时,力F与速度v成反比,例如汽车上坡时减小速度可以获得较大的牵引力。(4)比较功率大小的两种方法:①做相同的功,所用时间越短,做功越快,功率越大;②在相同的时间内,做功越多,做功越快,功率越大。考点一考点二考点三考点四考点五图解物理考题初做诊断考点必备梳理考点一考点二考点三考点三机械效率1.有用功W有用:对人们有用的功。2.额外功W额:并非我们需要但又不得不做的功。3.总功W总:有用功和额外功总和或动力所做的功。公式:W总=W有用+W额或W总=Fs。4.机械效率η:有用功跟总功的比值,即η=W有用W总×100%。特别提示(1)机械效率无单位,通常用百分数表示。任何机械的机械效率都小于1。(2)提高机械效率的方法:减小机械自重、减小机件间的摩擦、增大物重。考点四考点五图解物理考题初做诊断考点必备梳理考点一考点二考点三考点四考点五图解物理考点四动能、势能1.能量:物体能够做功,我们就说这个物体具有能量,简称能。能的单位是焦耳。2.动能与势能比较:区别类型概念决定大小的因素动能物体由于运动而具有的能量质量、速度(速度影响更大)势能重力势能物体由于被举高而具有的能量质量、高度弹性势能物体由于发生弹性形变而具有的能量弹性形变的程度、材料考题初做诊断考点必备梳理考点一考点二考点三考点四考点五图解物理考题初做诊断考点必备梳理考点一考点二考点三考点四考点五图解物理考点五机械能及其转化1.机械能:动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。2.机械能守恒:如果只有动能和势能的相互转化,则机械能的总和保持不变,即机械能是守恒的。3.水流动时具有的机械能称为水能,风具有的机械能称为风能。重力势能动能弹性势能考题初做诊断考点必备梳理考点一考点二考点三考点四考点五图解物理考题初做诊断考点必备梳理考点一考点二考点三图片命题点练一练功的计算、判断是否做功如图所示,小明提着一个重20N的滑板在水平地面上行走了20m,则小明对滑板的拉力做的功为0J。功的计算、判断是否做功图示为我国运动员举重比赛的场景,运动员将重1760N的杠铃举高2m,运动员做的功为3520J,在空中停留10s,在空中停留的过程中运动员对杠铃不做功(选填“做功”或“不做功”)。考点四考点五图解物理考题初做诊断考点必备梳理图片命题点练一练功和功率的关系一位爷爷和他的孙女一起上楼回家,孙女比爷爷先到达,爷爷做的功多(选填“多”或“少”),功率不一定(选填“一定”或“不一定”)大。(已知爷爷体重比孙女大)功的计算用如图所示的滑轮将一重物匀速提升了0.1m,弹簧测力计的示数为2.5N,滑轮的机械效率为80%,则弹簧测力计的拉力做的功是0.5J,被提升的重物为4N(不计绳重和摩擦)。考点一考点二考点三考点四考点五图解物理考题初做诊断考点必备梳理图片命题点练一练是否对物体做功如图所示,小红同学用尽全力都没有把一块石头搬起来,小红同学对石头不做(选填“做”或“不做”)功。考点一考点二考点三考点四考点五图解物理考题初做诊断考点必备梳理图片命题点练一练比较做功的效率如图所示,两位搬运工人均从一楼搬运物体到三楼,楼层高度相同。(1)图甲采用做相同的功,比较做功时间方法比较做功快慢的。(2)图乙采用在相同时间内,比较做功的多少方法比较做功快慢的。考点一考点二考点三考点四考点五图解物理考题初做诊断考点必备梳理考点一考点二考点三考点四考点五图解物理图片命题点练一练机械能及其转化如图所示,运动员在进行蹦床比赛,运动员离开蹦床向上运动到一定高度又落到蹦床上。不计空气阻力,关于运动员离开蹦床后的运动过程,上升过程中,动能转化为重力势能,到达最高点时运动员的速度为零,动能为零。机械能之间的转化与守恒如图所示,捻动滚摆的轴使它升高后释放,可以观察到滚摆会沿着悬线上下来回运动,当它下降时速度越来越快,上升时速度越来越慢。此过程中如果滚摆从最低点上升,滚摆的动能转化为重力势能。考题初做诊断考点必备梳理考点一考点二考点三考点四考点五图解物理图片命题点练一练能量的转化图示为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的过程中,它在近地点的动能大于(选填“大于”“小于”或“等于”)它在远地点的动能;它从近地点向远地点运行的过程中,机械能的变化情况是不变(选填“变大”“变小”或“不变”)。它相对于地球是运动的。比较不同物体动能的大小小明为了探究动能的大小与哪些因素有关,他设计了如图所示的小球撞击木块的实验。图中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是两球的速度相同。通过观察木块被小球撞击后滑行的距离来比较动能的大小。考题初做诊断考点必备梳理考点一考点二考点三考点四考点五图解物理图片命题点练一练比较重力势能的大小如图是探究“影响重力势能大小因素”的实验过程,图中①②两物块质量相等,物块③质量最大,请回答下列问题:(1)本实验是通过木桩所陷的深度来显示被举高的物块所具有的重力势能的大小的。(2)通过比较物块①②可以得出的结论是在质量相同时,物体越高,所具有的重力势能就越大。(3)通过比较物块①和③可以得出的结论是在高度相同时,物体质量越大,重力势能越大。考题初做诊断考点必备梳理考点一考点二考点三考点四考点五图解物理图片命题点练一练动能与重力势能的转化如图所示的单摆,从最高处A点向最低处B点运动的过程中,重力势能转化为动能,在此过程中如果只有这两种能量相互转化,机械能的总和不变。考题初做诊断考法必研突破考法1考法2考法1功和功率的计算典题1如图所示,甲用90N的拉力,乙用50N的推力,在30s内共同使一辆小车从一个倾角为30°、长为60m的斜坡底端匀速运动到顶端。甲、乙二人对小车做功J,甲对小车做功的功率为W。答案:8400180考法3考题初做诊断考法必研突破考法1考法2P=𝑊𝑡解析:甲对小车做的功W甲=F甲s=90N×60m=5400J乙对小车做的功W乙=F乙s=50N×60m=3000J则甲、乙二人对小车做功W=W甲+W乙=5400J+3000J=8400J方法归纳对功的考查涉及是否做功的判断和计算,功率涉及两个公式和P=Fv,根据已知条件选择合适的公式是关键,有时也会和速度等知识综合考查。则甲对小车做功的功率P甲=𝑊甲𝑡=5400J30s=180W。考法3考题初做诊断考法必研突破考法1考法2对应练1(2016江苏无锡)下列实例中,有力对物体做功的是(A)A.跳水运动员从跳台跳下B.背着书包在水平路面上前进C.举重运动员举起杠铃停在空中D.小球在光滑水平面上滚动解析跳水运动员从跳台跳下,受重力的作用,并且在重力的方向移动了距离,重力对人做功,选项A符合题意;背着书包在水平路面上前进,移动的方向和受力方向垂直,在力的方向上没有移动距离,不做功,选项B不符合题意;举重运动员举起杠铃停在空中,有力作用在物体上,但是没有移动距离,没有力做功,选项C不符合题意;小球在光滑水平面上,依靠的是小球的惯性,水平方向上虽然移动了距离,但是没有力的作用,不做功,选项D不符合题意。考法3考题初做诊断考法必研突破考法1考法2对应练2如图甲所示,木块放在水平面上,用弹簧测力计沿水平方向拉木块使其做直线运动,两次拉动木块得到的s-t关系图象如图乙所示。两次对应的弹簧测力计示数分别为F1、F2,两次拉力的功率分别为P1、P2,下列判断正确的是(B)A.F1F2、P1P2B.F1=F2、P1P2C.F1F2、P1=P2D.F1F2、P1P2考法3考题初做诊断考法必研突破考法1考法2解析:由题图乙可知,木块两次都做匀速直线运动,则拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,大小相等,因为同一木块放在同一桌面上,压力不变、接触面的粗糙程度不变,所以两次木块受到的滑动摩擦力相等,故两次对应的弹簧测力计示数相等,即F1=F2;从题图乙中可以判断出,第1次木块的运动速度大于第2次木块的运动速度,即v1v2,根据公式P=Fv可知,当拉力相等时,速度越大,拉力的功率越大,即P1P2,综上所述,A、C、D错误,B正确。考法3考题初做诊断考法必研突破考法1考法2对应练3(2018上海)物体在20牛的水平拉力作用下沿拉力方向做匀速直线运动,物体的s-t图象如图所示。求10秒内拉力做的功W和拉力的功率。答案:600J60W解析:由题图知,物体10s内通过的路程s=30m,则拉力做的功:W=Fs=20N×30m=600J;拉力做功的功率:P=𝑊𝑡=600J10s=60W。考法3考题初做诊断考法必研突破考法1考法2考法2动能和势能的变化与转化典题2(2017重庆A卷)工人师傅用图所示的滑轮组,将重为800N的重物缓慢匀速竖直提升3m,人对绳的拉力F为500N,不计绳重和滑轮转轴处的摩擦,则()A.绳子自由端移动的距离为9mB.动滑轮的重力为200NC.人通过滑轮组做的有用功为1500JD.滑轮组的机械效率为53.3%考法3考题初做诊断考法必研突破考法1考法2思路导引审——先通读题干准确识图,明确此题主要考查滑轮组中力的关系和功、机械效率的计算。析——由于与动滑轮相连的绳子为2段,物体提升3m,绳子自由端移动的距离为6m;不计摩擦和绳重,则有2F=G物+G动,推出G动=2F-G物=2×500N-800N=200N;有用功W有用=G物h=800N×3m=2400J;W总=Fnh=500N×2×3m=3000J,η=×100%=80%。判——根据以上分析,选项B正确。W有用W总答案:B方法归纳机械效率的计算必须明确总功和有用功,然后利用机械效率的定义公式η=W有用W总×100%进行计算;有时也可以利用额外功进行计算η=1-W额外W总×100%。考法3考题初做诊断考法必研突破考法1考法2对应练4(2018江苏淮安)如图所示,工人用250N的拉力将重为400N的装修材料匀速提升6m,所用时间为1min,则工人做的有用功是2400J,工人做功的功率是50W,动滑轮的机械效率是80%。考法3考题初做诊断考法必研突破考法1考法2解析:(1)有用功:W有用=Gh=400N×6m=2400J;(2)由图知n=2,则拉力端移动距离:s=2h=2×6m=12m,拉力做的总功:W总=Fs=250N×12m=3000J,工人做功的功率:P=𝑊总𝑡=3000J60s=50W;(3)动滑轮的机械效率:η=𝑊有用𝑊总×100%=2400J3000J×100%=80%。考法3考题初做诊断考法必研突破考法1考法2考法3考法3动能和势能