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焦耳,1J=1N·
m。
把一个鸡蛋举高1m,做的功大约是0.5J。
5.应用功的公式注意:
①分清哪个力对物体做功,计算时F就是这个力;
②公式中S一定是在力的方向上通过的距离,强调对应。
③功的单位“焦”(牛·
米=焦),不要和力和力臂的乘积(牛·
米,不能写成“焦”)单位搞混。
二、功的原理
1.内容:
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:
使用任何机械都不省功。
2.说明:
(请注意理想情况功的原理可以如何表述?
)
①功的原理是一个普遍的结论,对于任何机械都适用。
②功的原理告诉我们:
使用机械要省力必须费距离,要省距离必须费力,既省力又省距离的机械是没有的。
③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省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向,给人类工作带来很多方便。
④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)理想机械:
使用机械时,人们所做的功(FS)=直接用手对重物所做的功(Gh)。
3.应用:
斜面
①理想斜面:
斜面光滑;
②理想斜面遵从功的原理;
③理想斜面公式:
FL=Gh,其中:
F:
沿斜面方向的推力;
L:
斜面长;
G:
物重;
h:
斜面高度。
如果斜面与物体间的摩擦为f,则:
FL=fL+Gh;
这样F做功就大于直接对物体做功Gh。
15.2机械效率
1.有用功:
定义:
对人们有用的功。
公式:
W有用=Gh(提升重物)=W总-W额=ηW总
斜面:
W有用=Gh
2.额外功:
并非我们需要但又不得不做的功。
W额=W总-W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)
W额=fL
3.总功:
有用功加额外功或动力所做的功
W总=W有用+W额=FS=W有用/η
W总=fL+Gh=FL
4.机械效率:
①定义:
有用功跟总功的比值。
②公式:
斜面:
定滑轮:
动滑轮:
滑轮组:
③有用功总小于总功,所以机械效率总小于1。
通常用百分数表示。
某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。
④提高机械效率的方法:
减小机械自重、减小机件间的摩擦。
5.机械效率的测量:
①原理:
②应测物理量:
钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S。
③器材:
除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。
④步骤:
必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的:
保证测力计示数大小不变。
⑤结论:
影响滑轮组机械效率高低的主要因素有:
A、动滑轮越重,个数越多则额外功相对就多。
B、提升重物越重,做的有用功相对就多。
C、摩擦,若各种摩擦越大做的额外功就多。
绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。
15.3功率
1.定义:
单位时间里完成的功。
2.物理意义:
表示做功快慢的物理量。
3.公式:
4.单位:
主单位W;
常用单位kWmW马力。
换算:
1kW=103W
1mW=106W
1马力=735W。
某小轿车功率66kW,它表示:
小轿车1s内做功66000J。
5.机械效率和功率的区别:
功率和机械效率是两个不同的概念。
功率表示做功的快慢,即单位时间内完成的功;
机械效率表示机械做功的效率,即所做的总功中有多大比例的有用功。
15.4机械能
(书:
15.4动能和势能15.5机械能及其转化)
一、动能和势能
1.能量:
一个物体能够做功,我们就说这个物体具有能。
理解:
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。
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。
2.知识结构:
★★★★★
3.探究决定动能大小的因素:
①猜想:
动能大小与物体质量和速度有关。
实验研究:
研究对象:
小钢球
方法:
控制变量。
·
如何判断动能大小:
看小钢球能推动木块做功的多少。
如何控制速度不变:
使钢球从同一高度滚下,则到达斜面底端时速度大小相同。
如何改变钢球速度:
使钢球从不同高度滚下。
③分析归纳:
保持钢球质量不变时结论:
运动物体质量相同时;
速度越大动能越大。
保持钢球速度不变时结论:
运动物体速度相同时;
质量越大动能越大;
④得出结论:
物体动能与质量和速度有关;
速度越大动能越大,质量越大动能也越大。
物体
质量m/kg
速度v/(m.s-1)
动能E/J
牛
约600
约0.5
约75
中学生
约50
约6
约900
练习:
☆上表中给出了一头牛漫步行走和一名中学生百米赛跑时的一些数据:
分析数据,可以看出对物体动能大小影响较大的是速度。
你判断的依据:
人的质量约为牛的1/12,而速度约为牛的12倍,此时动能为牛的12倍,说明速度对动能影响大。
4.机械能:
动能和势能统称为机械能。
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。
二、动能和势能的转化★★★★★
1.知识结构:
2.动能和重力势能间的转化规律:
①质量一定的物体,如果加速下降,则动能增大,重力势能减小,重力势能转化为动能。
②质量一定的物体,如果减速上升,则动能减小,重力势能增大,动能转化为重力势能。
3.动能与弹性势能间的转化规律:
①如果一个物体的动能减小,而另一个物体的弹性势能增大,则动能转化为弹性势能。
②如果一个物体的动能增大,而另一个物体的弹性势能减小,则弹性势能转化为动能。
4.动能与势能转化问题的分析:
⑴首先分析决定动能大小的因素,决定重力势能(或弹性势能)大小的因素──看动能和重力势能(或弹性势能)如何变化。
⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大──如果除重力和弹力外没有其他外力做功(即:
没有其他形式能量补充或没有能量损失),则动能势能转化过程中机械能不变。
⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失──机械能守恒;
“斜面上匀速下滑”表示有能量损失──机械能不守恒。
三、水能和风能的利用★★★
1.知识结构:
2.水电站的工作原理:
利用高处的水落下时把重力势能转化为动能,水的一部分动能转移到水轮机,利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。
练习:
☆水电站修筑拦河大坝的目的是什么?
大坝为什么要设计成上窄下宽?
答:
水电站修筑拦河大坝是为了提高水位,增大水的重力势能,水下落时能转化为更多的动能,通过发电机就能转化为更多的电能。
本章经典例题
例1、下列现象中,力没有对物体做功的是()
A、用力将铅球掷出B、将书包背上楼
C、骑自行车匀速前进D、人提着水桶在水平地面上行走
考点:
对做功两个必要因素的判定及计算
1、两个必要因素缺一不可。
例2、下列说法正确的是()
A、有用功越大,机械效率越高B、总功一定,额外功越大,机械效率越高
C、有用功一定,额外功越小,机械效率越高D、有用功与总功的比值越大,机械效率越高
E、功率大的机械,其机械效率越大F、机械效率的大小与功率大小无关
G、机械效率低的机械,做功就少H、机械效率总小于1
拓展:
对机械效率和功率的理解
1、机械效率由有用功与总功的比值决定,即由这个整体决定。
这个式子很重要,也是解决某些计算题的方法和思路。
2、功率和机械效率是两个概念,二者没有任何关系。
例3、
(一)如图一所示滑轮组、将480N的物体以0.8m/s的速度匀速提起,绳子自由端的拉力为200N(不计摩擦和绳重)求:
(1)滑轮组的机械效率
(2)拉力F的功率
(3)若用该滑轮组将重600N的物体匀速提升2m时,拉力做多少功?
(二)如图二所示,物体A以2m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动,此时弹簧测力计的示数为3N,水平拉力F=_____N,物体A受到的摩擦力f=______N,2s内拉力F所做的功W=______J,拉力F的功率P=______W。
(滑轮、测力计、绳重不计,绳子与滑轮间摩擦力不计)
功、功率、机械效率与简单机械的综合应用
1、对物体进行正确的受力分析,选择相应的公式。
例4、
(一)下列物体中:
A.挂在屋顶上的电灯;
B.被拉开的弹簧门;
C.空中飞行的小鸟;
D.在冰场上滑行的运动员;
E.从斜坡上滚下的石头;
F.在平直公路上行驶的汽车;
只具有动能的是
、只具有势能的是
、既具有动能,又具有势能的是
。
(二)下列说法正确的是()
A、质量大的物体一定比质量小的物体所具有的重力势能大。
B、速度大的物体一定比速度小的物体所具有的动能大。
C、一个物体没有做功,它也可能具有重力势能。
D、一个物体具有能量,则它一定具有动能或势能。
例5、
(一)(07维坊)如图三所示,小明乘电梯匀速上升的过程中()
A、动能转化为势能,机械能不变。
B、动能转化为势能,机械能增大。
C、动能不变,势能增大,机械能增大。
D、动能不变,势能不变,机械能不变。
(二)有一辆洒水车自东向西匀速洒水,则在此过程中()
A、动能不变势能不变,机械能不变。
B、动能不变,势能减小,机械能减小。
C、动能减小,势能减小,机械能减小。
D、动能减小,势能减小,机械能减小。
例6、如图四所示,同一物体分别从三个不同斜面PA、PB、PC、的顶端由静止滑下,已知物体在三个斜面上下滑动的摩擦力均为f(f>
0)。
当物体从斜面顶端P分别滑到底端A、B、C处时,速度分别为V1、V2、V3,则()
A、V1>V2>V3B、V1<V2<V3C、V1=V2=V3D、V1>V3>V2
1.图9-1中,重为500N的物体与地面间的摩擦力是150N,为使物体匀速移动,必须在绳端加以60N的水平拉力,则滑轮组的机械效率约为__________。
若物体移动速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功是__________J。
2.用如图9-2所示的滑轮组提升重物,已知物重为120N,加在绳子端的拉力F=50N。
若被提升物体匀速上升速度v=0.1m/s,则拉力F做功的功率P=_______W,滑轮组的机械效率η=_________。
3.如图9-5所示,在50N的水平拉力F作用下,重800N的物体沿水平地面做匀速直线运动,物体与地面间滑动摩擦力为120N。
则滑轮组的机械效率为
;
若物体的速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功为
J。
4.下面说法中正确的是(
)
A.从P=W/t可知,功率跟功成正比,所以只要做功多,功率就大
B.功率跟时间成反比,所以只要时间短,功率就大
C.功率大的机器比功率小的机器做功多
D.甲每小时做的功比乙每小时做的功多,甲的功率比乙的功率大
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