中考物理复习专题讲座4机械功功率机械效率16298.docx
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中考物理复习专题讲座4机械功功率机械效率16298
七步教学法学案
2020中考物理复习专题讲座-----机械功、功率、机械效率
专业,才能做得更好!
要点索引:
1、把握机械功的定义、单位、公式及应用。
2、理解功率的定义、功率的公式、运用功率的公式解题。
3、知道机械效率的定义及公式,会用机械效率公式解题。
同学们,我们在上一讲中讨论了简单机械相关知识点,本讲中我们将要讨论机械
功与功率、机械效率方面的知识点与考点。
本讲的内容较多,在历年中考试卷中所占
的比例也不小,试题形式可以为填空、选择形式的基础性的考查,也可以是实验探究
性考查,比如如何测定滑轮组的机械效率;另外,关于功与功率的计算、机械效率的
计算,也可以作为计算题或压轴题来考查,出现频率较高,我们要注意了!
下面我们
用七步教学法为大家梳理本讲涉及到的重点知识与考点,助你中考金榜题名!
一、基础点睛:
1、对做功的理解
定义:
一个力作用在物体上,且使物体在力的方向上通过了距离,那么,这个力就做
了功。
做功的必要条件:
(1)有力作用在物体上;
(2)、使物体在力的方向上通过了距离。
下列三种情况,人的拉力都做了功,因为都符合做功的两个必要条件如下图所示。
那么,那些情况下人虽说用了力,但没有做功呢?
做功的两个必要条件缺一不可,要判断物体是否做功,就要严格对照这两个条件。
如上所示,A图中人提着水桶在水平地面移动,B图中运动员举着杠铃不动,C图中人没有搬动石头,D图中人通过滑轮组没有提升动重物,这些情况下人都用了力,但不符合做功条件,因此没有做功,同学们请思考,他们都缺少哪个条件呢?
有时人虽说有了功劳,出了力气,但没有做功。
2、求功的公式
从上面的分析可知,做功需要符合两个必要条件,根据这两个条件,物理学中给出了
求功的公式:
W=F×S
上式中,F表示作用在物体上的力,单位为N,S表示物体在力的方向上通过的距离,
单位为m,这样,W表示功,单位是牛.米,它有一个专门的名称----焦耳,焦耳也是
能量的单位,符号为J,1牛顿米=1焦耳,即:
1N.m=1J.
3、功率
功率是表示人或物体做功快慢的物理量,比如人搬同样多的砖头上到三楼,有的搬
的快,有的搬的慢,也就是说做同样多的功,用时的长短不同,用时短的,单位时间
内做的功就多,我们就说功率大些。
物理学中,根据功率的定义,可以给出求功率的公式:
P=W
t
,式中W表示功,单位是J,t表示做功的时间,单位是s,那么,P得到单
位就是J/s,1J/s=1瓦特=1瓦=1(W)
4、功的原理:
功的原理就是使用任何简单机械,只能省力,不能省功;例如,一个人
可以利用滑轮组提升一个重物,虽说可以省力,把原本提不动的物体提起了,但不能
省功,若要考虑摩擦和滑轮自重,不光是不能省功,还要多做一些无用功。
5、机械效率
要搞懂机械效率,就需要先弄懂几个专用名词:
(1)有用功:
必须要做的,对我们有用的功,相当于不用机械,人直接把物体提升或拉动所做的功,可以记为:
W有=F.S(或Gh)
(2)额外功:
并非我们需要的但又不得不做的功叫做额外功;如下图中克服滑轮组自重和摩擦所做的功。
(3)总功:
有用功和额外功之和叫总功,用W总表示;相当于下图中的人拉绳子全程所做的功。
(4)机械效率:
a.概念:
通常用有用功在总功中占的百分比来表示,叫做机械效率。
b.公式:
η=W有用
W总
c.滑轮组机械效率的影响因素
由公式
η=W有用=
W有
W总
W有W额
当物重G物保持不变时,物重越重时,机械效率越高。
当物重G物保持不变时,动滑轮重力越大,机械效率越低。
提高机械效率的方法有:
(a).减轻机械的自重。
(b).保证机械的良好润滑,减小摩
擦力。
二、夯实小练
同学们,上面我们梳理了本讲的知识点,在中考中基础性的考查还是占有很大的成
分,每位考生必须重视,下面我们来上几题,让你练练手,夯实我们的基础吧。
1、以下实例,力对物体做功的是()
A.举重运动员举着杠铃不动B.小明将水桶从地面上提起
C.吊车吊着货物在空中水平匀速移动D.用力搬桌子而未搬起
答案:
B;解析:
A、举重运动员举着杠铃不动,这样是有力但无距离,没有做功,不
符合题意;
B、将水桶从地面上提起,是在力的方向上移动一段距离,对物体做功了,符合题意;
C、虽然有力也有距离,但此距离不是在力的方向上,力与距离垂直,没有做功,不符
合题意;
D、搬桌子而未搬起,有力而无距离,没有做功,不符合题意
2、小明放学后,背着重40N的书包沿水平路面走了200m。
又登上大约10m高的四
楼的楼梯才回到家。
则他在回家过程中对书包所做的功为()
A.0JB.400JC.2000JD.2400J
答案:
B;解析:
小明在水平路面上行走的过程中,书包通过的距离不在背力方向上,故这一段不做功;上楼过程做的功W=Fs=40N×10m=400J。
3、用测力计沿水平方向两次拉着同一物体在同一水平面上运动,两次运动的s-t图象如图所示,其对应的测力计示数分别为F1和F2,功率分别为P1和P2,则它们大小关
系正确的是(
)
A.F1>F2C.F1=F2
P1>P2
P1<P2
B
D
.F1=F2
.F1<F2
P1>P2
P1<P2
答案:
B;解析:
(1)木块两次都进行匀速直线运动,拉力等于滑动摩擦力,滑
动摩擦力相等,拉力F相等。
(2)从图象中可以判断出,第②次的运动速度v较小,根据
公式P=Fv,当拉力相等时,速度越大,拉力的功率越大,即P1
>P2。
4、-斜面长5m,高1m,工人用沿斜面方向400N的力把重1600N的集装箱匀速推到车上,推力对集装箱做的功是________J,斜面的机械效率是________。
答案:
2000;80%;
解析:
推力对集装箱做的功是总功:
W总Fl
400N×5m=2000J,
W有用Gh1600N×1m=1600J,
W有用
1600J
80%。
W总2000J
三、经典呈现:
为了让广大考生对本次课程所涉及到的知识点进一步了解,我们收集了近两年中考出
现的经典题目,主要是考卷中的压轴题,展示给广大考生,开拓我们的视野,训练我
们的发散思维能力,以便轻松应对考试喽。
1、如图所示,质量不等的甲、乙两球(m甲>m乙)从顶端分别沿固定光滑斜面体的a、
b两侧滚到各自的底部,则在它们整个运动过程中有()
A.甲球的重力所做的功少些B、两球的重力所做的功一样多
C、它们运动到斜面底部时,乙的速度大些
D、它们运动到斜面底部时,两球速度一样大
答案:
D;解析:
(1)物体下滑过程中只有重力做功,W=Gh=mgh,
∵m甲>m乙,高度相同,∴W甲>W乙,故AB错误;
因为高度相同,不论质量大小,所以滑至底端时的速度相同,故C错误,D正确。
这个规律同学们可要记住哟。
2、如图所示,甲、乙两个容器形状不同,现有两块完全相同的金属块用细线系着分别浸没入同样深度,这时两容器的水面相平齐,如果将金属块匀速提升一段位移,直
到金属块提离水面,不计水的阻力,则()
A.在甲容器中提升时,拉力做功较多
B.在乙容器中提升时,拉力做功较多
C.在两个容器中提升时,拉力做功相同
D.做功多少无法比较
答案;A;
解析:
设要将金属匀速提离水面,要经过两个阶段:
1.金属在水中上升,最后金属的上表面到达水表面,
运行距离h1,拉力F1=G-F浮,
故此过程中,拉力做功W1=(G-F浮)×h1;-------
-①
2.金属逐渐出水面,最后金属的下表面到达水表面,
运行距离h2,拉力F2=G-F浮′,
此过程中浮力是变化的,F浮′=12F浮,
平均拉力F2=G-12F浮,
故此过程中,拉力做功W2=(G-12F浮)×h2;------------②
由①②可得,拉力做的总功:
W总=W1+W2=(G-F浮)×h1+(G-
12F浮)×h2,
在甲乙两图中,因为甲的上表面面积大,
所以当金属出水面时,甲水面下降的比
较少,甲的h2比乙的h2大,
而甲乙图中的h1、G、F浮都是相同的,所以在甲容器中提升时,拉力做功较多。
3、为了将放置在水平地面上重为
100N的物体提升一定高度,设置了图甲所示的滑
轮组装置。
当用图乙所示随时间变化的竖直向下的拉力F拉绳时,物体上升的速度和物体上升的高度h随时间变化的关系分别如图丙和丁所示。
不计绳重和绳与轮之间的摩擦。
下列说法正确的是()
v
A.0s~1s内,物体做匀速直线运动
B.2s~3s内,拉力F的功率是200W
C.1s~2s内,拉力F做的功是375J
D.2s~3s内,滑轮组的机械效率是62.5%
答案:
C;解析:
A、由图丙可知,在0~1s内,物体的速度为0,处于静止状态,故A
错;
B、由图丙可知在2~3s内,重物做匀速运动,v3=5m/s,由图乙可知此时拉力F3=40N,
由图甲可知,从动滑轮上直接引出的绳子股数(承担物重的绳子股数)n=3,
所以拉力端移动速度v3′=3v3=3×5m/s=15m/s,
拉力做功功率(总功率):
P总=F3V3′=40N×15m/s=600W,故B错误;
C、由图乙可知,在1~2s内,拉力F2=50N,由图丁得出重物上升高度h2=2.5m,拉力端移动的距离s2=3h2=3×2.5m=7.5m,拉力做的功:
W=F2s2=50N×7.5m=375J,故C正确;
D、在2~3s内,滑轮组的机械效率:
η=W有用W总=Gh3F3s3=Gh3F3×3h3=G3F3=100N3×40N×100%≈83.33%,故D错
误。
四、思维拓展
上面我们点出了经典的题型,为了让广大考生检测
自己对本次所讲的知识点理解情况,下面列出了几题,让同学们自己去做,拓展我们
的思维,看看自己是否能够把握经典的题型,这对完成考卷中的压轴题大有好处呢。
1、如图所示,用
10N的力
F沿水平方向拉滑轮,可使物体
A以
0.2m/s
的速度在水
平面上匀速运动。
弹簧测力计的示数恒为2N(不计滑轮、测力计、绳子的重力,滑轮
的转轴光滑)。
下列说法正确的是()
A.物体A受到地面的摩擦力是3N,水平向左
B.在2s内,绳子对A做的功为4J
C.滑轮移动的速度是0.4m/sD.拉力F做功功率为1W
答案:
D;解析:
A、不计滑轮的摩擦和重力,以动滑轮为研究对象,则两段绳子向右的拉力与向左的拉
力平衡,所以2F拉=F,则A物体对滑轮的拉力F拉=1/2F=1/2×10N=5N;力的作
用是相互的,所以滑轮对A的拉力也为5N;
弹簧测力计的示数恒为2N,因拉滑轮时,物体B始终处于静止状态,则测力计对B向右的拉力与A对B向左的摩擦力平衡,所以fA对B=F示=2N;力的作用是相互的,所以,物体B对A的摩擦力为2N,方向向右;
物体A向左匀速运动,同时地面对物体A还有向右的摩擦力,由力的平衡条件可得:
F
拉=fB对A+f地,
所以物体A受到地面的摩擦力:
f地=F拉-fB对A=5N-2N=3N,方向水平向右,故
A错;
B、绳子对A的拉力F拉=5N,2s物体A移动的距离为sA=vAt=0.2m/s×2s=0.4m,
绳子对A做的功WA=F拉s=5N×0.4m=2J,故B错;
C、因拉力F作用在动滑轮的轴上,费力但省一半的距离,所以拉力端的移动速度(滑
轮移动的速度)等于物体A移动速度的12,
则滑轮移动的速度v=12vA=12×0.2m/s=0.1m/s,故C错;
D、拉力做功的功率P=Wt=Fst=Fv=10N×0.1m/s=1W,故D正确。
故选:
D。
2、(综合)用如图甲所示的滑轮组从水中提升物体
M,已知被提升的物体M质量为
-33
F将
76kg,M的体积为3×10
m,在物体M未露出水面的过程中,绳子自由端的拉力
物体M以0.5m/s的速度匀速提升了10m的高度,此过程中,拉力
F做的功W随时间t
的变化图象如图乙所示,不计绳重和摩擦力大小(g取10N/kg)。
下面分析不正确的是(
)
A.此过程中,绳子自由端的拉力F大小为400NB.动滑轮重力为70N
C.当物体M没有露出水面时,动滑轮下端挂钩上绳子的拉力为730N
D.当物体M没有露出水面的过程中,该滑轮组提升货物的机械效率为95%。
答案;D;解析如下:
A、由v=s/t得,物体运动的时间:
t=s/v=10m/0.5m/s=20s,
根据图乙可知,此过程中绳子自由端拉力F做的总功是8000J,
由图知,滑轮组由2段绳子承担物重,所以s=2h=2×10m=20m,
由W总=Fs得,拉力F=W总/s=W总/2h物=8000J/2×10m=400N,故A正确;
B、因为匀速提升物体,对滑轮组受力分析可得:
F=12(F绳+G动),
则动滑轮的重力:
G动=2F-F绳=2×400N-730N=70N,故B正确;
C、物体M的重力:
G物=mg=76kg×10N/kg=760N;
由于物体未露出水面,完全浸没在水中,所以V排=V物,
-33
则物体受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=ρ水gV物=1×103kg/m3×10N/kg×3×10m
=30N,
当物体在水里匀速上升时受三个力的作用,物体的重力、浮力和动滑轮下方绳子的拉力,处于三力平衡,即F绳+F浮=G物,
则F绳=G物-F浮=760N-30N=730N;故C正确;
D、动滑轮下方绳子的拉力所做的功为有用功,
则有用功:
W有用=F绳×h物=730N×10m=7300J,
滑轮组提升重物的机械效率:
η=W有用/W总×100%=7300J/8000J×100%=91.25%;
故D错误。
3、(中考压轴题)用滑轮组匀速提升重为2000N的物体,作用在绳子自由端的拉力
大小为625N,拉力做功的功率为1250W,滑轮组的机械效率为80%,不计摩擦与绳重,
求:
(1)重物上升的速度;
(2本滑轮组用几段绳子悬挂动滑轮?
答案:
(1)重物上升的速度为0.5m/s;
(2)n=4
解析:
(1):
总功W总是拉力F所做的功,即可以用Fs求出,也可以由拉力做功的
功率求出,在t时间内,则。
而有用功则是克服物重所做的功,;而为重物上升的速度,即我们要解答的问题,,比较两个总功表达式,结合机械效率的公式;得到如下解题过程:
v
滑轮组的机械效率
,
。
则:
重物上升的速度为0.5m/s。
第2问的突破口是:
如何确定悬挂动滑轮绳子的段数,本来最简单方法就是看图,数数有几根绳悬挂动滑轮即可,而本题连图都没有,显然不行。
我们不要忘记在滑轮
组题目中永远隐含的条件是物体升高的距离h与拉力F移动距离S之间满足S=nh,再考
虑绳子自由端的移动和重物上升所用时间相同,就可以得到绳端,即拉力运动的速度
;
拉力做功的功率:
,
绳端即拉力运动的速度:
绳端前进的速度是重物上升速度
v的
=2m/s。
4倍,说明重物是被
4根绳拉住。
五、考点梳理
本次讲座的内容在初中阶段属于重点和难点,在中考试卷中所占的分值也不低。
那么,命题人会出什么样的题目来考查我们呢?
下面我们就来梳理一下涉及到本章的考点。
考点一:
基础性考查:
对功、功率、机械效率是否能够正确理解。
我们在复习的过程中,一定要对上述三个概念正确的理解,比如机械效率定义中的有用功、总功是否真正理解,看下面的例题.
例:
关于机械效率,下列说法中正确的是()
A.机械做功越快,机械效率越高
B.机械所做的总功越少,机械效率越高
C.机械做的有用功在总功中占的百分比越大,机械效率越高
D.使用机械时,所用动力跟物重的比值越小,机械效率越高
答案:
C;解析:
A、机械做功越快,表示功率越大,单位时间内做的功越多,但机械
效率不一定就高,故此项不符合题意;
B、从机械效率公式可知,总功多,机械效率的大小还要看有用功的大小,故此
项不符合题意;
C、总功包括有用功和额外功,有用功在总功中占比例越大,机械效率越高,故
此项正确符合题意;
D、使用机械时,所用动力跟物重的比值与有用功占总功的比例没有关系,故此
项说法不对,不符合题意。
考点二:
把探究滑轮组的机械效率作为实验题来考查,看我们可能把握测定滑轮
组机械效率的细节问题,如果作为实验题来考查,此题的分值要占5---7分,大家一
定要留神了,请看下面的例题。
例:
某实验小组探究影响滑轮组机械效率的因素的实验装置如图所示,实验数据如
下表。
若不计摩擦,比较1和2两次的实验数据,可以看出滑轮组的机械效率与
有关;比较1和3两次的实验数据,可以看出滑轮组的机械效率与有关。
答案:
动滑轮的个数(或动滑轮的总量)提升的物重
请大家动动脑筋,探讨一下本题是怎么解出来的吧。
考点三:
命题人在功与功率方面出一道计算题,如果作为计算题,一般就不会在同一
试卷中再出实验探究题了,请看下面的例题。
例、某型号汽车发动机的额定功率为6×104W,在水平路面上匀速行驶时受到的阻力
是1800N。
在额定功率下,当汽车匀速行驶时,求:
(l)发动机所提供的牵引力大小;
(2)行驶速度的大小;
(3)行驶5min牵引力所做的功。
解析:
(1)因为汽车匀速行驶,受平衡力作用;由二力平衡知识得:
F=f=1800N;
(2)由P
P
6104W
Fv得:
v
3303m/s;
F1800N
(3)已知:
t=5min=300s,
行驶5min牵引力做功:
WPt6104W300s1.8107J。
答:
发动机所提供的牵引力为1800N,行驶速度为33.3m/s,行驶5min牵引力所做的
功是1.8×107J。
六、真题检验
亲爱的同学们,上面我们对本讲的考点进行了梳理,你可感觉到本讲的知识点在
各类考卷中出现的几率非常大吧,下面我们再来看看近两年中考卷中对上述的知识点
是怎么考的吧,请你动笔做一下,对自己进行一次检验吧!
1、(2017中考)指甲刀是生活中常用的小工具,如图所示,它包含三个杠杆,关
于这三个杠杆的说法正确的是()
A.一个省力杠杆,两个费力杠杆
B.一个费力杠杆,两个省力杠杆
C.三个都是省力杠杆D、三个都是费力杠杆
答案:
A;解析:
杠杆ABC,支点是B,动力臂大于阻力臂,是一个省力杠杆;杠杆
OED,支点是O,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,杠杆OBD是费力杠杆,杠杆ABC是
一个省力杠杆,故A正确。
故选:
A。
2、(2018中考)小明用如图所示的滑轮组提升300N重物,在绳子自由端施加的拉
力为
125N,4s
内重物匀速上升
2m,不计绳重和轮、轴间摩擦。
则(
)
A.绳子自由端移动的距离为
4m
B.动滑轮重
50N
C.拉力做功的功率为
150W
D.此过程滑轮组的机械效率为80%
答案:
D;解析:
A、由图知,承担物重的绳子股数n=3,
则绳子自由端移动的距离s=3h=3×2m=6m,故A错误;
B、因不计绳重和摩擦,则绳端的拉力F=13(G物+G动),
即:
125N=13(300N+G动),
所以动滑轮重:
G动=75N,故B错误;
C、拉力做的功:
W总=Fs=125N×6m=750J,
拉力的功率:
P=W总t=750J4s=187.5W,故C错误;
D、利用滑轮组所做的有用功:
W有=Gh=300N×2m=600J,
滑轮组的机械效率:
η=W有用W总=600J750J×100%=80%,故D正确;
3、(2017中考)一辆质量为1.5t的小货车,载有质量为1.0t的货物,四个车轮与地面接触的总面积为0.1m2,小货车在平直公路匀速行驶1km,所用时间为50s,小货
车受到摩擦阻力为车重的0.1倍。
(g取10N/kg)。
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