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第9课时功和机械能思维导图构建体系定义作用在物体上的力,使物体在力的方向上移动一段距离,就说这个力对物体做了功。做功的两个必要因素:一是作用在物体上的;二是物体在移动了距离计算功等于与的乘积,公式为W=,功的单位为焦耳(J),1J=1N·m常见值将两个鸡蛋举高1m做功约为1J;一个中学生从一楼走上二楼做功约为1500J;将地面上的物理课本捡起来,人对课本做功约为2J考点一功、功率及其计算1.功力力的方向上力物体在力的方向上移动的距离Fs示意图特点物体在水平方向不受力,因具有惯性而动物体受力,但静止有力有距离,但力的方向与距离的方向垂直举例踢出去的足球运动过程中,人对足球不做功推而未动,搬而未起人提水桶水平前进,提水桶的力和水桶的重力不做功[点拨]不做功的三种情况(其他情况都做功)2.功率功率物理意义:表示物体做功的;比较做功的快慢需考虑两个要素:一是物体做了多少功;二是物体做功所用的时间定义:功与做功所用时间之比;公式:P=单位:,简称瓦,符号:;1W=1J/s,1kW=1000W功率推导公式由于P=Wt且W=Fs,可推导:P==(v为物体在F作用下沿F的方向运动的平均速度)快慢𝑾𝒕瓦特W𝑭𝒔𝒕Fv机械能动能定义:物体由于而具有的能影响因素:和。质量相同的物体,运动速度越大,它的动能越大;运动速度相同的物体,质量越大,它的动能越大(常通过使物体从斜面上同一高度由静止下滑、使单摆摆角θ相同来控制速度不变)势能重力势能定义:物体由于受到重力并处在一定高度而具有的能影响因素:和。物体的质量越大,位置越高,它具有的重力势能就越大弹性势能定义:物体由于发生弹性形变而具有的能影响因素:物体的材料和程度。物体的弹性形变程度越大,它具有的弹性势能就越大考点二机械能及其转化运动质量速度质量高度弹性形变（续表）机械能的相互转化物体的动能和势能是可以相互的;有摩擦阻力时,在动能和势能的相互转化中,机械能会,如图甲、乙所示。如图丙所示,卫星由远地点向近地点运动时,减少,增大,由于没有空气阻力,机械能转化减少重力势能动能不变探究一功和功率的概念及计算1.[2019·黑龙江]如图9-1所示,力对物体做功的是()图9-1A.用力搬石头,搬而未动B.提着桶在水平路面上前进C.用力将鸡蛋举高D.手举杠铃静止不动C2.[2019·天津]小华把装有30个鸡蛋的塑料袋从1楼提到3楼的家里,他提鸡蛋的力做功最接近()A.9JB.30JC.90JD.300J3.[2019·南充]将物体A放在水平面上,在水平拉力F1作用下,以v1=4m/s的速度向右匀速运动,在同一水平面上,物体A受到水平拉力F2作用时,以v2=6m/s的速度向右匀速运动,两次移动的距离相同,则两次拉力做功W1(选填“”“”或“=”)W2,两次拉力的功率P1(选填“”“”或“=”)P2。C=4.某国产太阳能动力汽车在水平路面上匀速行驶3km,用时10min,此过程中受到的平均阻力是200N,则牵引力做功的功率是W。[答案]1000[解析]匀速行驶时,牵引力F=f=200N,汽车的速度v=𝑠𝑡=3000m10×60s=5m/s,所以牵引力的功率P=Fv=200N×5m/s=1000W。5.[2019·凉山州]“绿色环保,低碳出行。”一辆纯电动公交车在水平路面上匀速行驶,发动机的功率为200kW,速度为72km/h。公交车行驶1h,发动机做的功为J,公交车行驶的路程为m。[答案]7.2×10872000[解析]t=1h=3600s,W=Pt=200×103W×3600s=7.2×108J。v=72km/h=20m/s,s=vt=20m/s×3600s=72000m。6.[2019·枣庄改编]节能减排,绿色环保,新能源汽车成为未来汽车发展的方向。某种型号纯电动汽车的部分参数如下表所示:假如汽车上只有司机一人,质量为60kg,汽车以60km/h的速度匀速直线行驶36km,耗电9kW·h,汽车所受的阻力为汽车总重的0.05倍。g取10N/kg,试问此过程中:(1)电动汽车对水平地面的压强是多少?(2)电动汽车牵引力所做的功是多大?(3)电动汽车电能转化为机械能的效率是多大?空车质量1380kg最大功率100kW轮胎与地面总接触面积0.032m2最高速度120km/h电池容量42kW·h最大续航里程260km解:(1)电动汽车对水平地面的压力为F=G=(m1+m2)g=(1380kg+60kg)×10N/kg=1.44×104N,电动汽车对水平地面的压强为p=𝐹𝑆=1.44×104N0.032m2=4.5×105Pa。6.[2019·枣庄改编]节能减排,绿色环保,新能源汽车成为未来汽车发展的方向。某种型号纯电动汽车的部分参数如下表所示:假如汽车上只有司机一人,质量为60kg,汽车以60km/h的速度匀速直线行驶36km,耗电9kW·h,汽车所受的阻力为汽车总重的0.05倍。g取10N/kg,试问此过程中:(2)电动汽车牵引力所做的功是多大?空车质量1380kg最大功率100kW轮胎与地面总接触面积0.032m2最高速度120km/h电池容量42kW·h最大续航里程260km(2)电动汽车匀速直线行驶,所以牵引力与阻力平衡,则电动汽车受到的牵引力为F牵=f=0.05G=0.05×1.44×104N=720N,则电动汽车行驶36km,牵引力做的功为W=F牵s=720N×36×103m=2.592×107J。6.[2019·枣庄改编]节能减排,绿色环保,新能源汽车成为未来汽车发展的方向。某种型号纯电动汽车的部分参数如下表所示:假如汽车上只有司机一人,质量为60kg,汽车以60km/h的速度匀速直线行驶36km,耗电9kW·h,汽车所受的阻力为汽车总重的0.05倍。g取10N/kg,试问此过程中:(3)电动汽车电能转化为机械能的效率是多大?空车质量1380kg最大功率100kW轮胎与地面总接触面积0.032m2最高速度120km/h电池容量42kW·h最大续航里程260km(3)汽车以60km/h的速度匀速直线行驶36km,耗电9kW·h=3.24×107J,则电动汽车电能转化为机械能的转化效率η=𝑊𝑊总=2.592×107J3.24×107J=80%。探究二机械能及其转化7.[2019·成都]图9-2所示的情景中,关于能量的说法正确的是()图9-2A.图甲中的水力发电,将电能转化为机械能B.图乙中,在空中飞行的C919,只具有重力势能C.图丙中,张弓待发,弓静止,所以没有能量D.图丁中,过山车冲上高处的过程中,重力势能增加D8.[2019·山西百校联考一]2018年11月19日,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭,以“一箭双星”方式成功发射第四十二、四十三颗北斗导航卫星,为准确导航定位再立新功。北斗卫星加速升空的过程中()A.动能增加,重力势能增加B.动能不变,机械能减少C.动能减少,重力势能增加D.动能不变,机械能增加[答案]A[解析]卫星加速升空时,质量不变,速度增大,动能增大;高度增大,重力势能增大;所以卫星的机械能增加,A正确,B、C、D错误。9.如图9-3所示,在一个罐子的盖和底各开两个小洞,将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中,橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定,做好后将它从不太陡的斜面滚下,观察到的现象是,产生此现象的原因是。图9-3罐子从斜面滚下后又返回重力势能与动能和弹性势能相互转化10.如图9-4所示,先用绳子把一个铁锁悬挂起来,然后把铁锁靠近自己的鼻子,稳定后松手,头不动,铁锁向前摆去又摆回来,直到最后停下。铁锁下降过程中,重力势能转化为,铁锁的机械能,铁锁摆回后碰到鼻子。图9-4动能和内能减小不会11.[2019·深圳]如图9-5所示,弧形轨道ab段光滑,bc段粗糙,小球从a点经最低点b运动至c点。下列分析正确的是()A.从a到b的过程中,小球动能转化为重力势能B.经过b点时,小球动能最大C.从b到c的过程中,小球动能增大D.从a到c的过程中,小球机械能守恒图9-5B12.[2019·广东]一名游客蹦极时下落过程的v-t图像(忽略空气阻力)如图9-6乙所示。已知t1时,弹性绳处于自然伸直状态;t3时,游客到达最低点。则下列说法正确的是()A.在0~t1时间段内,弹性绳的弹力等于游客所受重力B.在t1~t2时间段内,弹性绳弹性势能逐渐减小C.在t2~t3时间段内,重力不做功D.在t3时,弹性绳弹性势能最大图9-6D突破一探究物体的动能跟哪些因素有关【设计和进行实验】1.使小球获得动能的方法:让小球从同一斜槽的某一高度由静止滚下。2.实验方法:①转换法:通过木块被撞后移动距离的远近反映物体动能的大小。②控制变量法:实验中探究动能与小球质量的关系,必须保持小球到达水平面的速度相同(方法:使小球从同一斜槽的同一高度由静止滚下);探究动能与小球速度的关系,必须保持小球的质量相同。【数据处理和分析】3.设计实验记录表格(如下表所示),分析可得出:物体的质量和物体运动的速度都影响物体动能的大小,且质量越大、运动速度越大,动能越大。4.超速、超载问题的判断:超速问题质量不变,超载问题速度不变。次数小球质量m/kg小球下落的高度h/cm木块移动的距离s/cm123…【交流、反思与评估】5.小球从开始运动到静止过程中机械能的变化:在斜槽上运动时,机械能减少,重力势能转化为动能和内能;在水平面上运动时,因为受到摩擦阻力,最后静止,机械能转化为内能。6.水平面绝对光滑不能完成实验:木块将一直做匀速直线运动,无法比较木块移动的距离。例1为了探究物体动能大小与哪些因素有关,同学们设计了如图9-7甲、乙所示实验装置进行实验。图9-7(1)若要探究动能大小与速度的关系,应选择图(选填“甲”或“乙”)装置进行实验。木块在水平面上滑动时,受到水平面的摩擦力,克服摩擦力做功的功率。若斜槽光滑,小球从斜槽顶端由静止滚到斜槽底部的过程中,其机械能。(后三空均选填“变大”“不变”或“变小”)乙不变变小不变例1为了探究物体动能大小与哪些因素有关,同学们设计了如图9-7甲、乙所示实验装置进行实验。(2)如果做图乙②实验时,木块被撞后滑出木板掉落,为防止因此造成木块损坏,需改进图乙②实验,再与图乙①实验对比。在不改变木板长度的情况下,应该采用以下方法。(填选项前字母)A.换用质量更小的小球B.给水平木板铺上毛巾C.适当降低小球的高度D.换用一个较重的木块图9-7C例1为了探究物体动能大小与哪些因素有关,同学们设计了如图9-7甲、乙所示实验装置进行实验。图9-7(3)小红通过实验探究发现质量和速度都是影响动能大小的因素,得出实验结论后,又提出了新的问题:物体的质量和速度对物体动能的影响一样大吗?①小红查阅了相关资料,收集了一些物体的动能(如表一所示),结合生活经验分析表中数据,你认为在“质量”和“速度”这两个因素中,对物体动能影响较大的是。表一一些物体的动能行走的牛约60J跑百米的运动员约3×102J飞行的步枪子弹约5×108J速度例1为了探究物体动能大小与哪些因素有关,同学们设计了如图9-7甲、乙所示实验装置进行实验。图9-7(3)小红通过实验探究发现质量和速度都是影响动能大小的因素,得出实验结论后,又提出了新的问题:物体的质量和速度对物体动能的影响一样大吗?②如图9-8所示为某段道路的标志牌,请结合所学知识进行解释,对机动车限定最高行驶速度,是因为;对不同车型限定不一样的最高行驶速度,是因为。图9-8质量一定时,速度越大动能越大速度相同时,质量越大动能越大例1为了探究物体动能大小与哪些因素有关,同学们设计了如图9-7甲、乙所示实验装置进行实验。(4)用如图9-7乙①中的实验装置探究阻力对物体运动的影响,必须增加的器材是。(填选项前字母)A.倾斜程度不同的斜面B.粗糙程度不同的水平面C.质量不同的小球图9-7B小红又用如图9-9所示的实验装置做探究物体动能大小与哪些因素有关的实验,她将钢球从某一高度由静止释放,钢球摆到竖直位置时,撞击水平木板上的木块,将木块撞出一段距离。(5)本实验使钢球获