届中考物理基础提高总复习学案第18讲机械能及其转化机械效率.docx
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届中考物理基础提高总复习学案第18讲机械能及其转化机械效率
第五单元简单机械、功和能
第18讲机械能及其转化、机械效率
【中考考点及考查角度系统复习】
考点一:
机械能及其转化
一、动能和势能
1.能:
物体能够,我们就说它具有,简称能。
拓展:
(1)能量是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”,并不一定是“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.动能:
物体由于而具有的能量,称为动能。
物体的动能与和有关。
拓展:
具有动能的物体的基本特征是“运动”,一切运动的物体都具有动能。
3.重力势能:
物体由于而具有的能,称为重力势能,重力势能与和
有关。
拓展:
(1)具有重力势能的物体的基本特征是“被举高”,一切被举高的物体都具有重力势能。
(2)物体被举高的高度是相对于参考面而言的,参考面可以任意选取,一般选择地面为参考面。
4.弹性势能:
物体由于而具有的能,称为弹性势能。
弹性势能与物体本身和
有关。
5.重力势能和弹性势能统称为势能。
二、机械能及其转化
1.机械能:
和统称为机械能。
2.能量守恒定律:
能量既不会凭空,也不会凭空,它只会从一种形式为另一种形式,或者从一个物体到另一个物体。
而在转化和转移的过程中,能量的总量。
拓展:
(1)能量守恒不同于机械能守恒,在动能和势能相互转化过程中,即使机械能不守恒,但能量一定守恒。
(2)能量“转移”不同于能量“转化”,前者是能量的形式不变,后者是能量的形式发生变化。
考查角度1:
实验探究动能和重力势能大小的影响因素
【例1-1】小红猜想动能的大小可能与物体的质量m和运动速度v有关,于是设计了如图甲、乙所示的实验,探究动能的大小与物体的质量m和运动速度v的关系
甲、乙两组实验中:
(1)甲图中让不同质量的两个小球从斜面的同一高度自由滚下,目的是使两球到达水平面时,具有相同的.
(2)选用图甲探究的是动能与的关系,比较分析实验现象,得出的结论是:
.
(3)选用图乙探究的是动能与的关系,比较分析实验现象,得出的结论是:
.
变式1-1:
如图甲所示,是设计的“探究小球的重力势能大小与哪些因素有关“的实验装置.其中AB是四分之一光滑圆弧轨道,BC是粗糙的水平面,木块初始静止在B点,让小球从距水平面高h处由静止释放,小球刚好能沿着过A点的切线方向进入圆弧轨轨道,然后与木块发生碰撞,木块运动一段距离后最终停下来.小球可认为是光滑的,如圈乙所示,是实验过程中的三个步骤其中小球质量m1<m2=m3,小球由静止释放的位置距水平面的高度h1=h2<h3.
①在小球由静止释放到即将与木块碰撞的过程中,小球的重力势能转化为小球的.
②通过观察来比较小球的重力势能的大小.
③歩骤一、歩骤二是探究小球的重力势能大小与的关系.
④步骤二、步骤三是探究小球的重力势能大小与的关系.
考查角度2:
机械能的转化和守恒
【例1-2】把篮球抛向空中,忽略空气阻力,如图所示哪一图象能正确反映球离手后至落回地面前机械能(E)与篮球离地高度(h)的关系()
变式1-2-1:
跳伞运动员在空中匀速下落的过程中( )
A.
动能一定增大
B.
机械能一定不变
C.
重力势能一定减小
D.
机械能一定增加
变式1-2-2:
下列物体在运动过程中,动能转化为势能的是( )
A.
汽车沿斜坡向下运动
B.
汽车在水平公路上匀速行驶
C.
投篮时,篮球向下运动过程中
D.
荡秋千时,秋千上升过程中
考点二:
机械效率
1.有用功:
。
2.额外功:
。
3.总功:
。
4.机械效率:
,表达式:
。
温馨提示:
(1)任何机械的机械效率都小于1,机械效率只是一个比值,没有单位;
(2)机械效率一般用百分数表示;(3)机械效率与功率不同,机械效率是有用功在总功中的比例,而功率是反映做功快慢的物理量。
5.滑轮组机械效率的测量:
原理:
η=。
实验结论:
(1)在其他条件一定时,吊起的物体越重,滑轮组的机械效率越高。
(2)在其他条件一定时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高。
提示:
实验时要求用弹簧测力计竖直匀速拉动物体。
拓展:
(1)机械效率具有“可变性”:
由公式η=W有/W总=W有/(W有+W额)可知,如果该机械的额外功(W额)一定,有用功(W有)越大,机械效率(η)就越大。
比如用同一个滑轮组把一块巨石和一个乒乓球提起相同的高度,前者的机械效率要大,由此可见,对同一个机械,它的机械效率是可变的,而不是某一确定值。
(2)提高机械效率的方法:
由公式η=W有/W总=W有/(W有+W额)可知:
①当有用功(W有)一定时,额外功(W额)越小,则机械效率(η)越大,因此设法减小额外功可以提高机械效率,如减轻动滑轮(做额外功的机械)本身的重量、加润滑油以减小摩擦、用轻质材料制作机械,都可以不同程度地减小额外功,提高机械效率。
②当额外功(W额)一定时,有用功(W有)越大,则机械效率(η)越大,因此增大有用功可以提高机械效率,如增大物重可以提高机械效率。
(3)利用滑轮组提升重物时,在不考虑绳重和摩擦的情况下,产生额外功的原因是客服动滑轮的自重做功,即W额=G动h,滑轮组的机械效率最终可表示为:
η=G物/(G物+G动)=G物/nF。
(4)利用定滑轮、动滑轮和滑轮组提升相同重物、上升相同高度时,机械效率关系为:
η定>η动>η组。
(5)利用斜面提升重物,克服摩擦所做的功为额外功,即:
W额=fL。
考查角度1:
机械效率的简单计算
【例2-1】如图所示,物体G在竖直向上的拉力F的作用下,匀速上升0.2m.已知G=18N,F=10N.这一过程中,不能得到的结论是( )
A.
绳子自由端上升0.4m
B.
拉力F做功4J
C.
动滑轮重为2N
D.
该动滑轮的机械效率为90%
变式2-1:
工人站在地面上,用定滑轮将27kg的物品吊运到10m高处,使用定滑轮的优点是
.若不计绳重和摩擦,匀速吊运所需的拉力是N;若匀速吊运时的实际拉力是300N,则人所做的有用功是J,定滑轮的机械效率是(g取10N/kg).
考查角度2:
机械效率大小的判断
【例2-2】如下左图所示,用甲、乙两种装置分别将重1N的物体匀速提升相同的高度,滑轮重0.2N,不计摩擦和绳重,所用的拉力分别是F甲和F乙,机械效率分别是η甲和η乙,则( )
A.
F甲>F乙
B.
F甲=F乙
C.
η甲>η乙
D.
η甲<η乙
变式2-2:
某实验小组分别用如上右图所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮重相同)匀速提起相同的重物.不计绳重及摩擦,下列说法正确的是( )
A.
甲图省力,机械效率甲图大
B.
甲图省力,机械效率一样大
C.
乙图省力,机械效率一样大
D.
乙图省力,机械效率乙图大
考查角度3:
测量机械效率
【例3-2】小明在测量滑轮组机械效率的实验中,所用装置如图所示,
实验中每个钩码重2N,测得的数据如下表:
物理量
实验次数
钩码总重G/N
钩码上升的高度h/m
测力计示数F/N
测力计移动距离s/m
机械效率η
1
4
0.1
1.8
0.3
2
6
0.1
2.4
0.3
83%
3
4
0.1
1.4
0.5
57%
4
4
0.2
1.4
1.0
57%
(1)在实验中,测绳端拉力F时,应尽量竖直向上拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数.
(2)第1次实验测得的机械效率为.(结果保留两位有效数字)
(3)分析表中数据可知:
第2次实验是用图做的;第4次实验是用图做的.(选填“a”、“b”或“c”)
(4)分析第1、2次实验数据可知:
使用同一滑轮组,可以提高滑轮组的机械效率;分析第1、3次实验数据可知:
使用不同的滑轮组,提升相同的重物,动滑轮个数越多(即动滑轮总重越重),滑轮组的机械效率.
(5)分析第3、4次实验数据可知,滑轮组的机械效率与物体被提升的高度.
变式3-2:
某实验小组利用如图所示的实验装置测滑轮组的机械效率,得到的实验数据如下表.
实验次数
钩码重
G(N)
钩码上升高度
h(m)
绳端拉力
F(N)
绳端移动距离
s(m)
机械效率
η
1
2
0.1
0.9
0.3
74.1%
2
2
0.1
0.7
0.5
57.1%
3
3
0.1
1.2
0.3
83.3%
(1)从表中的实验数据可以分析得出:
第一次实验数据是用(选填“甲”或“乙”)实验装置测得的.
(2)分析比较第一次实验和第二次实验的数据可以得到的结论
.
(3)分析比较第一次实验和第三次实验的数据可以得到的结论
.
考查角度4:
提高机械效率的方法
【例4-2】有两个人利用斜面共同将木箱拉上汽车,为了提高斜面的机械效率,下列做法中可取的是( )
A.
以较快的速度将木箱匀速拉上汽车
B.
以较慢的速度将木箱匀速拉上汽车
C.
改由一个人将木箱拉匀速上汽车
D.
板长不变,改用光滑的斜面板,将木箱匀速拉上车
变式4-2:
将一定滑轮改为动滑轮使用,则它的机械效率在不计绳重和摩擦时( )
A.
一定提高
B.
一定降低
C.
一定不变
D.
无法判断
【中考综合·应用·探究培优拔尖】
拔尖角度1:
功、功率、机械效率的综合计算
【例1】已知斜面倾角为30°,斜面高为2m.小兵同学用绳子沿斜面将重为400N的木箱由斜面底端匀速拉到顶端.拉力大小为300N,绳重不计.求:
(1)小兵对木箱做的有用功;
(2)斜面的机械效率;
(3)斜面对物体施加的摩擦力.
变式1:
山东临淄管仲纪念馆内有一口铜钟,质量为2t.2013年4月,一男子钻到钟下玩耍,其他游客转动铜钟导致悬挂钟的绳索被扭断,该男子被困于钟内.闻讯赶到的消防员们迅速组装好滑轮组、站在地面一起向下拉绳将铜钟吊起,该男子趁机从钟下爬出脱困.(g取10N/kg)问:
(l)消防员们站在地面一起向下拉绳将铜钟吊起,请画出最省力的绳子绕法.
(2)消防员们在绳子自由端共施加4000N的力,使铜钟在1min内匀速缓慢上升60cm,请计算绳子自由端拉力做功的功率.
(3)此过程中滑轮组的机械效率是多少?
拔尖角度2:
机械效率与浮力的综合计算
【例2】在水井清淤工程中,工人用如下左图所示的装置来起吊井底的一块石头.如果石头的重力是500N,体积是0.02m3.
(1)此装置(选填“能”或“不能”)省力,其带来的好处是.
(2)请通过计算说明,当石头浸没于水中时和完全离开水面后,要把石头匀速吊起,工人分别需用多大的拉力.(注:
不计摩擦、水的阻力和绳的重力,g取10N/kg)
变式2:
如图是利用滑轮组匀速提升水中圆柱体M的示意图,滑轮组固定在钢架上,滑轮组中的两个滑轮质量相等,绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为900N,连接圆柱体M与动滑轮挂钩的绳子能承受的最大拉力为3000N.圆柱体M高为3m,底面积为0.02m2,密度为4.5×103kg/m3.在绳端拉力F作用下,圆柱体M从其下表面距水面15m处匀速上升到其上表面与水面相平的过程中用了3min,在这个过程中,拉力F的功率为160W,滑轮组的机械效率为η,钢架对定滑轮的拉力为T.在圆柱体M被缓慢拉出水的过程中,圆柱体M的下表面受到水的压强为p.不计绳重、轮与轴的摩擦及水的阻力,g取10N/kg.下列选项中正确的是( )
A.
压强p的最小值为15000Pa
B.
拉力T的大小为2700N
C.
拉力F的大小为640N
D.
滑轮组的机械效率为90%
【中考复习集训过关检测】
一、选择题
1.在第十七届“渝洽会”上,重庆造恩斯特龙480B型直升机(如图所示)签下了20架大订单.该型直升机在加速上升的过程中(忽略燃油变化),下列关于直升机的动能和势能变化情况的描述.正确的是( )
A.
动能增大,势能减小
B.
动能减小,势能增大
C.
动能增大,势能增大
D.
动能减小,势能减小
2.对于图所示滚摆运动的现象,下列解释中不正确的是( )
A.
动能与势能可以相互转化
B.
下降时重力势能减小、动能增大
C.
上升的最大高度逐次降低,说明能量不守恒
D.
有部分机械能转化为内能,但总能量不变
3.一物体在空气中沿竖直方向运动,运动过程中只受重力和空气阻力的作用,则该物体的( )
A.
动能可能不变
B.
势能可能不变
C.
机械能一定不变
D.
机械能可能不变
4.如下左图所示,工人用滑轮或滑轮组提升重物,每只滑轮质量均相同,若把同一货物匀速提升相同的高度(不计绳子与滑轮间的摩擦),下列说法正确的是( )
A.
使用C滑轮组与使用D滑轮组一样省力
B.
使用D滑轮组最省力
C.
其中机械效率最高的是使用C滑轮组
D.
其中机械效率最高的是使用B滑轮
5.如上右图是“天宫一号”飞行器运行轨道的示意图;若“天宫一号”飞行器沿椭圆轨道绕地球运行的过程中机械能守恒,则它从远地点向近地点运行的过程中( )
A.
重力势能增加、动能减小
B.
重力势能减小、动能增加
C.
重力势能增加、动能增加
D.
重力势能不变、动能不变
6.有一种运动叫蹦极,如下左图所示是蹦极运动的简化示意图,弹性绳一端固定在O点,另一端系住运动员,运动员从O点自由下落,A点处弹性绳自然伸直.B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力相等的点,C点是蹦极运动员到达的最低点,运动员从O点到C点的运动过程中忽略空气阻力,则( )
A.
从O至C运动员速度一直减小
B.
从O点至A点运动员机械能不守恒,从A点至C点机械能守恒
C.
从O至A过程中运动员速度增大,从A至C过程中运动员速度减小
D.
从O至B过程中运动员速度增大,从B至C过程中运动员速度减小
7.如上右图所示,用动滑轮把一个物体匀速拉起,不计摩擦,则下列说法中正确的是( )
A.
使用这个滑轮可以省功
B.
使用这个滑轮可以省距离
C.
拉起的物体质量越大,滑轮的机械效率越高
D.
把物体拉起的越高,滑轮的机械效率越高
8.工人师傅使用一个动滑轮将400N的重物匀速提升到3m高处,假如所用的拉力方向竖直向上、大小为250N,则( )
A.
拉力所做的功为750J
B.
机械的效率为80%
C.
若用该动滑轮提升更重的货物,机械效率将保持不变
D.
若采用轻质滑轮完成原任务,机械效率将保持不变
9.如下左图所示,利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300N的物体,拉力F的大小为30N.若物体和地面之间的摩擦力大小为45N,则A处的拉力大小和滑轮组的机械效率分别为( )
A.
45N、50%
B.
45N、75%
C.
60N、50%
D.
60N、75%
二、填空题
10.如上右图,两相同小车分别从同一斜面不同高度由静止滑下,撞击水平面上的木块,该实验是探究动能与的关系,通过比较比较动能大小,木块因受到最终静止.
11.某工人在水平地面上,用50N水平推力将重200N的物体匀速推动,使它在20s内沿水平方向移动10m,该过程中工人水平推力的功率是W,运动过程中物体的动能.(填”增大“、减少”或“不变”)
12.如下左图所示,用手将一重为G的铁球缓慢放在一弹簧上,放手后,铁球从A位置开始向下运动,到达B位置速度达到最大,到达C位置小球的速度变为零.已知AC间的高度差为h,则从A位置到C位置铁球的重力做功是;在此过程中弹簧的弹性势能增加量为.B位置到C位置的过程中铁球所受的重力(选填“大于”、“小于”、“等于”)弹簧所施加的弹力.(整个过程中不计能量损耗)
13.边长为0.5m的正方体,质量为60kg,当它静止在水平地面上时,对水平地面产生的压强为Pa;现用如上右图所示的滑轮组来提升该物体,当拉力F为400N时物体刚好能以0.2m/s的速度匀速上升,则此时滑轮组的机械效率为%,拉力F的功率为W.(g=10N/kg)
三、实验探究题
14.某同学在体育活动中,从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到:
物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关.于是设计了如图所示的实验:
用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球,其中A、C、D三球的质量为m,B求质量为2m,让A、B两球从距沙表明高H静止下落,C球从距沙表面高2H静止下落,D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入,最后从管道下端竖直地落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计).实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2,C、D两球陷入沙深度均为h3,且h1<h2<h3.
(1)本实验中,铅球的重力势能大小是通过来反映的;
(2)比较A、B两球,发现B球陷入沙深度更大,由此可得出结论:
;
(3)比较A、C两球,发现C球陷入沙深度更大,由此可得出结论:
;
(4)比较C、D两球,发现两球运动的路径不同,但陷入沙深度相同,由此可得出结论:
物体的重力势能与物体运动的路径(填“有关”或“无关”).
15.在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中,某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法,分别做了甲、乙、丙3组实验,实验数据记录如下:
次 数
钩码重/N
钩码上升
的距离/cm
弹簧测力计
的示数/N
弹簧测力计
上升的距离/cm
机械效率
第1次
2
5
1
15
66.7%
第2次
4
5
1.7
15
\
第3次
6
5
\
15
83.3%
(1)在实验操作中应该使钩码(选填“快速”或“缓慢”)上升;
(2)进行第2次测量时滑轮组的机械效率约为(保留三位有效数字);
(3)进行第3次测量时,弹簧测力计示数为N,滑轮组做的有用功是J;
(4)分析实验数据,实验小组得出的实验结论是:
滑轮组的机械效率与有关.
四、计算题
16.为了将放置在水平地面上、重G=100N的重物提升到高处.小明同学设计了图1所示的滑轮组装置.当小明用图2所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时,重物的速度υ和上升的高度h随时间t变化的关系图象分别如图3和4所示.若重物与地面的接触面积S=5×10﹣2m2,不计摩擦,绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向.求:
(1)在2~3s内,拉力F的功率P及滑轮组的机械效率η.
(2)在1~2s内,拉力F做的功W.
(3)在0~1s内,重物对地面的压强p.
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