《功和机械能》全章复习与巩固教师版.doc
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功和机械能全章复习与巩固(基础)
【学习目标】
1.做功的两个必要因素,功的计算;
2.知道功率的概念、计算公式和单位,能说明有关问题并进行计算;
3.理解动能、重力势能的初步概念,知道什么是弹性势能;
4.知道动能的大小与质量和速度有关,重力势能的大小与质量和高度有关;知道弹性势能的大小与弹性形变有关;
5.能解释一些动能和势能相互转化的简单现象;
6.能解释有关动能和势能相互转化的例子。
【知识网络】
【要点梳理】
要点一、功
1.做功的两个必要因素:
(1)作用在物体上的力;
(2)物体在力的方向上通过的距离。
2.不做功的三种情况
(1)物体受力,但物体没有在力的方向上通过距离。
此情况叫“劳而无功”。
(2)物体移动了一段距离,但在此运动方向上没有受到力的作用(如物体因惯性而运动)。
此情况叫“不劳无功”。
(3)物体既受到力,又通过一段距离,但两者方向互相垂直(如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动)。
此情况叫“垂直无功”。
3.功的计算:
(1)公式:
一般式W=Fs;常用式W=Gh(克服重力做功)或W=f阻s(克服摩擦阻力做功)。
(2)单位:
焦耳(J)
4.注意事项:
(1)F与s的方向应在同一直线上(初中要求)(比如一个人提着一重物G,从山脚顺着“之”字形的山路爬到山顶,此时人克服重力做功所移动的距离并不是山路的长,而是从山脚到山顶的高)
(2)做功的多少,由W=Fs决定,而与物体的运动形式无关.
要点诠释:
1.判断物体做功的依据:
做功的两个必要因素,重点抓住力作用在物体上是否有“成效”。
2.在分析做功情况时还应注意以下几点:
(1)当物体的受力方向与运动方向不垂直时,这个力就要做功。
(2)一个物体同时受几个力的作用时,有一些力做了功,有些力没有做功。
因此,讲做功必须指出是哪一个力对哪一个物体做功。
(3)什么叫物体克服阻力做功:
若物体在运动方向上受到一个与此方向相反的力F的作用,我们通常说物体克服阻力F做了功。
比如:
物体在竖直向上运动h的过程中,物体克服重力做功,功的大小为W=Gh;
再如:
物体在水平方向上向前运动s,物体克服摩擦力做功,功的大小为W=fs。
要点二、功率
1.物理意义:
表示物体做功的快慢。
2.定义:
物体在单位时间内所做的功。
3.计算式:
,P表示功率,W表示功,t表示时间,使用公式计算功率时,必须注意W和t的对应关系。
W为在t时间内所做的功,而t为做W这么多的功所用的时间。
4.推导式:
,式中F为做功的力而v为速度。
5.单位:
瓦(W)
要点诠释:
1.注意区别功与功率。
功率与功是两个不同的物理量,“功”表示做功的“多少”,而“功率”则表示做功的“快慢”,“多少”与“快慢”的意义不一样。
只有在做功时间相同时,做功多的就做功快。
否则,做功多,不一定做功就快,即“功率”不一定就大。
也就是说:
功率与功和时间两个因素有关。
2.由P=W/t变形为P=Fv可知:
功率一定时,力F与速度v成反比。
要点三、动能和势能
1.能量(能):
物体能够对外做功,我们就说它具有能量。
简称能。
可见物理学中,能量和功有着密切的联系,能量反映了物体做功的本领。
不同的物体做功的本领也
不同。
一个物体能够做的功越多,表示这个物体的能量越大。
2.动能:
定义:
物体由于运动而具有的能,叫做动能。
3.探究物体的动能跟哪些因素有关:
(1)让同一个钢球A,分别从不同的高度由静止开始滚下。
实验表明,钢球从高处滚下,高度h越高,钢球运动到水平面时越快,木块B被撞得越远。
所以,质量相同时,钢球的速度越大,动能越大。
(2)改变钢球的质量,让不同的钢球从同一高度由静止开始滚下。
实验表明,速度相同时,质量越大的钢球将木块B撞得越远。
所以钢球的速度相同时,质量越大,动能越大。
(3)结论:
质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能越大;运动速度相同的物体,质量越大,它的动能也越大。
4.势能:
(1)重力势能:
物体由于高度所决定的能,叫做重力势能。
例如:
举高的铅球,落地时能将地面砸个坑;举高的夯落下时能把木桩打入地里。
(2)影响重力势能的因素:
质量、高度
(3)弹性势能:
物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。
(4)影响弹性势能的因素:
弹性形变
要点诠释:
1.能量表示物体做功本领大小的物理量;能量可以用能够做功的多少来衡量,因此,能的单位和功的单位相同,都是焦
2.一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”如:
山上静止的石头具有能量,但它没有做功。
也不一定要做功。
要点三、动能和势能
1.机械能:
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
2.机械能的转化:
动能和势能可以相互转化。
(1)滚摆上下运动的过程中动能和势能的转化:
滚摆由上向下运动时,高度降低,速度加快,重力势能转化为动能;向上运动时,高度升高,速度减慢,动能转化为重力势能。
(2)蹦床上的运动员从高处下落、接触蹦床、弹起的过程中,动能和势能的转化:
运动员在下落过程中,是重力势能转化为动能;当运动员接触蹦床后,床面发生弹性形变,运动员的动能转化成蹦床的弹性势能,运动员被弹起的过程中,蹦床的弹性势能转化为运动员的动能;运动员上升的过程中,动能转化为重力势能能。
动能和势能可以相互转化。
3.机械能守恒:
如果只有动能和势能相互转化,尽管动能、势能的大小会变化,但机械能的总和不变,或者说机械能守恒。
要点诠释:
1.动能和势能统称为机械能的理解:
(1)有动能的物体具有机械能;
(2)有势能的物体具有机械能;(3)同时具有动能和势能的物体具有机械能。
2.机械能转化和守恒”可以分两个层次理解:
(1)机械能可以相互转化。
(2)机械能在转化后总量守恒。
【典型例题】
类型一、判断力对物体是否做功
1.(2015•徐州模拟)小明用100N的力踢一个重5N的足球,球离脚后在水平草地上向前滚动了20m,在球滚动的过程中( )
A.小明对足球做功2000J
B.重力对足球做功100J
C.小明对足球做功2100J
D.小明和重力对足球做功都是0J
【答案】D
【解析】球离脚后,在水平草地上向前滚动的过程中,靠惯性运动,球脱离了脚,脚没有给球施加力,对球不做功,故D正确,A、B、C都错,故选D。
【总结升华】本题考查了做功的两个必要因素,抓住“球离脚后,脚、球之间没有力的作用”是本题的关键。
举一反三:
【变式】水平桌面上的文具盒在水平方向的拉力作用下,沿拉力的方向移动一段距离。
则下列判断正确的是( )
A.文具盒所受重力做了功B.文具盒所受支持力做了功
C.文具盒所受拉力做了功D.没有力对文具盒做功
【答案】C
类型二、功及功率的计算
2.用弹簧测力计水平拉着重为8N的木块,在水平长木板沿直线匀速移动0.5m,如图所示,木块受到的摩擦力是N,木块所受的重力做功J。
【思路点拨】
(1)弹簧测力计的分度值为0.2N,由指针所在的位置得出拉力大小,由于木块做匀速直线运动,拉力等于摩擦力;
(2)木块水平移动,在重力的方向上没有移动距离,重力不做功。
【答案】2.4;0
【解析】
(1)由图可知,拉力F=2.4N,
∵木块做匀速直线运动,
∴f=F=2.4N;
(2)由于木块水平移动,在重力的方向上没有移动距离,所以重力做功为0。
【总结升华】本题考查二力平衡条件的应用和功的计算,关键是知道平衡力大小相等,方向相反,作用在同一直线上,作用在同一物体上;做功的条件是有力作用在物体上、并且在力的方向上移动距离。
举一反三:
【变式】(2015秋•密云县校级期中)水平地面上有一个重100牛的物体,在水平推力作用下沿推力的方向匀速运动了5米时,用了10秒,在这个过程中,推力对物体做功的功率是15瓦,则推力大小是( )
A.100牛B.500牛C.30牛D.50牛
【答案】C
3.一列质量为1×103t的火车,以180km/h的速度在平直轨道上匀速行驶,整列火车受到的阻力是9×103N。
(1)火车的牵引力多大?
(2)火车行驶1min时间内,重力做了多少功?
机车牵引力做了多少功?
牵引力的功率多大?
【思路点拨】
(1)首先根据二力平衡的条件,搞清火车所受牵引力与阻力之间的关系。
(2)根据功的计算公式:
W=Fs。
并且要搞清F与s的关系,s必须是在力的方向上移动的距离。
通过分析重力没有在力的方向上移动距离,所以重力没有做功。
根据功的计算公式计算出牵引力做的功,然后根据公式计算出牵引力的功率。
【答案与解析】
(1)火车在平直轨道上匀速行驶,牵引力等于阻力:
(2)重力方向竖直向下,物体在水平方向移动,所以重力没有做功,因此。
因为:
,t=1min=60s
火车在水平方向移动的距离是:
;
所以牵引力做的功为:
牵引力的功率:
答:
火车的牵引力是9×103N。
重力做的功为0;机车的牵引力做的功为2.7×107J;牵引力的功率为4.5×105W。
【总结升华】此题考查了二力平衡条件及应用、功、功率的计算。
特别是功的计算,一定要搞清F、s之间的关系,s是在力的方向上移动的距离。
举一反三:
【变式】小童同学用50N的水平推力,使放在水平桌面上重200N的物体做匀速直线运动,若该物体在10s内移动4m,则在此过程中,物体受到的摩擦力是 N,小童做功的功率是W。
【答案】50;20
【解析】
(1)物体在50N的推力作用下,在水平方向做匀速直线运动,所以摩擦力等于推力,也是50N;
(2)物体移动的速度为:
小童做功的功率为:
。
类型三、机械能的转化与守恒
4.如图所示,在用滚摆做探究“机械能的相互转化”的活动时,把滚摆悬挂在框架上,用手捻动滚摆使悬线缠在轴上,滚摆升到最高点后,放开手,可以看到滚摆下降,越转越,到最低点时滚摆转而,直到差不多回到的位置。
滚摆在位置时重力势能最大,在时动能最大。
可见,和可以相互转化。
【答案】快;上升;原来;最高点;最低点;重力势能;动能
【解析】滚摆是重力势能和动能相互转化的机械,故滚摆升到最高点后,放开手,可以看到滚摆旋转着下降,越转越快,到最低点时滚摆转而上升,直到回到接近原来的位置;滚摆在最高点位置时重力势能最大,在最低点时动能最大;可见,重力势能和动能可以相互转化。
【总结升华】解决此类问题的关键是要知道各能量跟哪些因素有关,根据各因素的变化情况分析能量的变化情况。
举一反三:
【变式】如图所示,嫦娥一号卫星成功实施了三次近月制动,顺利完成“太空刹车”动作,建立了正常
的姿态。
在制动过程中嫦娥一号的机械能(填“增大”、“不变”或“减小”)。
【答案】减小
5.如图所示是一个左右对称的凹形槽,将小球从A点由静止释放,若小球由A点到B点运动过程中克服摩擦力做的功用W表示,忽略空气阻力,则下列说法正确的是( )
A.小球从A点运动到B点的过程中,势能的减少量与动能的增加量之差等于W
B.小球能够从A点运动到D点
C.小球从A点运动到B点的过程中,势能的减少量等于动能的增加量
D.小球从A点运动到C点的过程中,机械能的减少量等于动能的增加量
【答案】A
【解析】从A点到B点的过程中,小球克服重力、摩擦力做功,所以机械能不守恒;小球减少的重力势能一部分转化成小球的动能,一部分克服摩擦力做功。
【总结升华】题目考查了机械能的转化和守恒,掌握机械能守恒的条件:
只有动能和势能相互转化的时候,机械能才守恒。
举一反三:
【变式】(多选)如图所示,一个静止的木块,
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