江苏省南通市届中考物理一轮复习 第九讲 功和机械能.docx
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江苏省南通市届中考物理一轮复习第九讲功和机械能
第九讲 功和机械能
知识回顾考点梳理
考点一功
1.力学中的功
(1)定义:
如果一个①________作用在物体上,物体在这个力的方向上移动了一段②________,就说这个力对物体做了功。
(2)两个必要因素:
作用在物体上的③________;
物体在力的方向上移动的④________。
(3)力不做功的三种情况:
a.无距离无功:
物体受到力的作用,但物体在该力的方向上⑤__________。
如图A,力F不做功。
b.无力无功:
物体移动距离,但在运动方向上⑥________的作用。
如图B,人将铅球推出去,球由于惯性继续运动,不计空气阻力,水平方向上没有力对物体做功。
c.力和速度方向垂直无功:
物体受力的方向与物体运动方向⑦______,如图C,力F对物体不做功。
2.功的计算
(1)定义:
力学中,功等于力与物体在力的方向上移动的距离的⑧________。
(2)公式:
(3)单位:
牛·米,它有一个专门的名称叫⑨______,简称焦,符号是J,1J=1N·m。
中考常考的功:
将地面上的物理课本捡起放到桌子上,人对课本做的功约为2J;从地上拿起一个鸡蛋,缓缓举过头顶做功大约为1J;中学生走到三楼,重力做的功约为3000J。
3.机械功原理
(1)内容:
利用机械做功时,动力对机械所做的功与机械所做的功是相等的;即利用机械不省功,也就是说省力的机械必费距离,省距离的机械必费力。
(2)使用机械的好处:
使用机械虽不能省功,但它或可省力或可省距离,或可改变力的方向,给人类工作带来很多方便。
(3)适用范围:
功的原理是一个普遍的结论,对于任何机械都适用。
考点二功率
1.物理意义:
在物理学中,用功率表示做功的⑭________。
2.定义:
⑮________与⑯__________之比叫做功率,它在数值上等于⑰______________所做的功。
3.公式:
变形式:
,
。
4.单位:
基本单位是⑩________,简称瓦,符号是W,工程技术还常用千瓦,符号是kW。
单位换算:
1kW=103W。
5.公式推导:
当物体在力
的作用下以速度
匀速运动时,由
可得,
。
中考常考的功率:
人骑自行车时的功率为60~80W;普通中学生以正常速度爬楼的功率为100W;家用轿车发动机的功率为80kW。
考点三动能和势能
1.能量:
物体能够⑪__________,我们就说这个物体具有能量,简称能.能量的单位是⑫_______。
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
(1)定义:
物体由于⑬________而具有的能,叫做动能,一切运动的物体都具有动能。
(2)影响因素:
动能只和物体的质量和速度有关。
质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能⑭________;运动速度相同的物体,质量越大,它的动能⑮________。
3.势能
(1)常见的两种势能:
⑯_____势能和⑰_____势能。
(2)重力势能
定义:
在地球表面附近,物体由⑱________所决定的能,叫做重力势能。
影响因素:
重力势能的大小只和物体的质量和位置有关。
物体的质量越大,位置越高,它具有的重力势能就越⑲______。
(3)弹性势能
定义:
物体由于发生⑳__________而具有的能,叫做弹性势能。
影响因素:
弹性势能的大小只和弹簧的弹性形变有关。
物体的弹性形变越大,它的弹性势能越大。
考点四机械能及其转化
1.定义:
㉑______、㉒__________和㉓__________统称为机械能。
2.机械能内部转化情况
机械能内部转化情况可用图表示:
(不计能量损失、物体质量)
判断一个物体的动能、重力势能和弹性势能是否改变,看该物体质量、速度、被举高的高度、弹性形变是否改变。
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㉔________,或者说,机械能是守恒的。
重点难点突破
命题点一功、功率的计算
例1 小华用100N的水平推力,推着重500N的物体,在水平地面上10s内匀速直线运动了5m,小华做的功是________J,功率是________W。
【解析】小华施加的推力100N是水平方向的,物体的重力500N是竖直方向的,而物体在水平地面移动了5m,小华做的功是小华的推力做的功,而不是重力做的功.小华做的功W=Fs=100N×5m=500J,功率
。
【答案】50050
考向训练1 如图是商场的自动扶梯,它的部分几何尺寸如图所示,质量为50kg的小华站在该扶梯上从商场一楼到二楼用了4s,则扶梯对他做功________J,小华克服重力做功的功率为_____W。
考向训练2质量为1.2t的某型号轿车发动机的额定功率为6×104W,汽车在额定功率下沿水平路面匀速行驶时,受到的阻力是车重的0.2倍,发动机所提供的牵引力大小为___________;轿车匀速行驶5min牵引力做的功__________J(g取10N/kg)。
考向训练3学业水平体育测试立定跳远项目中,体重为500N的某同学从最高点到落地点的过程中,重心下降的最大距离为0.3m,用时0.5s,轨迹如图.则此过程重力做的功为________J,重力的平均功率________W,此次跳远人消耗的能量至少________J。
命题点二机械能及其转化
例2一个小球从A点由静止开始下落,速度越来越大,相继经过B、C两点,如图所示。
若A、B两点间的距离等于B、C两点间的距离
,则下列说法中不正确的是( )
A.小球在下落过程中动能不变
B.小球在C点的重力势能小于在B点的重力势能
C.小球所受的重力在AB段做的功等于在BC段做的功
D.小球所受的重力在AB段做功的功率小于在BC段做功的功率
【解析】小球由静止开始下落,速度越来越大,动能变大,A错误,符合题意;小球在C点的高度小于在B点的高度,在C点的重力势能小于在B的重力势能,B正确,不符合题意;小球位于地球的附近,所受重力大小不变,A、B两点间的距离等于B、C两点间的的距离,根据重力做功公式W=Gh可知,WAB=WBC,C正确,不符合题意;小球在下落过程中速度越来越大,通过相同的距离时间越来越小,即小球通过AB段的时间小于BC段的时间,小球在AB段与BC段重力做功相等,根据功率公式
可知,PAB 故选A。 【答案】A 考向训练42016年4月24日定为首个中国航天日,是为了纪念我国首枚人造卫星东方红一号发射成功,卫星加速升空的过程中重力势能________,动能________(均选填“变大”“变小”或“不变”)。 考向训练5如图所示,空中加油机正在给匀速水平飞行的战斗机加油,加油后战斗机仍以原来的高度和速度做匀速飞行,则战斗机的( ) A.动能不变,势能不变,机械能不变B.动能不变,势能减少,机械能减少 C.动能增加,势能不变,机械能增加D.动能增加,势能增加,机械能增加 实验剖析 实验一探究物体的动能跟哪些因素有关 命题方向 1.斜面应选择光滑长木板 2.水平面物块的作用(比较物体动能的大小) 3.转换法的应用(通过水平面上的物体被推动的距离远近来反映物体动能的大小,推动距离越远,动能越大) 4.控制变量法的应用 (1)探究物体动能的大小与质量的关系(让质量不同的物体从斜面的同一高度释放,控制撞击速度相同) (2)探究物体动能的大小与速度的关系(让同一物体从斜面的不同高度释放,控制物体的质量相同) 5.机械能转化(物体从斜面释放运动到水平面,重力势能转化为动能) 实验结论: 物体动能的大小与物体的质量和速度有关,质量相同的物体,运动的速度越大,动能越大;运动速度相同的物体,质量越大,动能越大。 例1 物体由于运动而具有的能,叫做动能.在“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验中,小明提出如下猜想: A.物体的动能可能与物体的质量有关; B.物体的动能可能与物体的速度有关。 设计以下探究实验: 让质量为m的小球从高为h的斜槽上滚下,在水平面上运动.运动的小球碰上水平面上静止的木块后,能将木块撞出一段距离s. 实验过程如图甲、乙、丙所示,图中m1 (1)通过观察比较____________________就可以反映小球动能的大小,这里用到的物理学研究问题的方法是__________(选填“放大”、“控制变量”或“转换”)法; (2)通过比较甲、乙两次实验,可初步验证____(填猜想序号)是正确的; (3)通过比较__________两次实验,可初步验证猜想A是正确的; (4)实验表明: 质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能越__________;运动速度相同的物体,质 量越大,它的动能也越__________。 【解析】 (1)实验中通过木块被小球撞击后移动的距离s的长短来表示小球的动能的大小,这种方法叫做转换法; (2)甲、乙两次实验,小球质量相同,从斜面上滚下的高度不同,到达斜面底端时具有的初始速度不同,木块被撞移动的距离也不同,说明物体的动能与物体的速度有关,即可验证猜想B是正确的;(3)要验证猜想A是否正确,就要控制小球的速度不变,即让小球从斜面上滚下的高度相同,改变小球的质量,可以通过比较甲、丙两次实验验证;(4)影响物体动能大小的因素是物体的质量和速度,质量相同时,速度越快,物体的动能越大;速度相同时,质量越大,物体的动能越大。 【答案】 (1)木块移动的距离转换法 (2)B(3)A(4)大大 实验延伸 (1)如果在实验中,小球运动到了长木板之外,在不更换实验器材的条件下,解决的办法是______ ; (2)小球碰到木块后,由于受到________的作用,最终会停止,在此过程中小球和木块的动能转化为____能; (3)若水平面光滑,小球与木块碰撞后将做__________运动; (4)小红用圆柱体代替小球做此实验,这样做的好处之一是__________________________________。 针对训练 一、填空题 1.如图所示,人提着滑板在路上行走,手对滑板的力是向的,滑板只在上移动,人提滑板的力没做功。 2.在开展课外活动时,小李同学遥控一小型无人机匀速竖直上升,速度为2m/s,功率为30W,则无人机上升10s升力所做的功为J,无人机重为N。 3.如图所示,重为150N的物体在大小为40N的水平拉力F作用下,向右匀速运动了10m,所用时间为20s,则拉力做的功是J,拉力做功的功率为W。 4.如图所示,用10N的推力,将桌面上重20N的物体由A处水平推动1m到达B处后,停止推动,物体继续向前运动了0.2m,最后掉到地面C处.在此过程中,推力对物体做功J;重力对物体做功J。 5.如图所示,弹簧一端固定在木板上,用小车将弹簧压缩后松手释放,小车被弹开.弹簧被小车压缩后,弹性形变越,弹性势能越,小车滑行的距离越远。 第4题第5题第6题 6.如图所示,一个静止小球从A点沿粗糙程度相同的轨道下滑,经B点到达C点,从A点到达C点的过程中,小球的动能;小球的机械能(均选填序号)。 ①保持不变;②一直减小;③先增大后减小;④一直增大;⑤先减小后增大 二、选择题 7.以下四幅图中,克服物体重力做功的是() 8.在火箭加速升空过程中,对于火箭搭载的卫星,下列叙述正确的是() A.卫星的机械能总量不变B.卫星的机械能总量增加 C .卫星的动能 增加,重力势能不变D.卫星的动能不变,重力势能增加 9.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2000JB.重力对足球做功100J C.小明对足球做功2100JD.小明和重力对足球做功都是0J 10.如图所示,叠放在一起的物体A和B,在大小为F=10N的恒力作用下,10s内沿水平方向匀速直线运动1m,下列结论中正确的是() A.甲、乙两图中物体B所受摩擦力大小均为10N B.甲、乙两图中物体A受到地面对它的摩擦力大小均为10N C.甲图中,力F做功1J D.乙图中,力F做功的功率为10W 11.如图所示,光滑轨道MNP固定在竖直平面内,NP段水平.一小球从M点由静止释放运动到P点的过程中,动能、势能的变化情况是() A.M到N的过程,势能不变 B.M到N的过程,动能减小 C.N到P的过程,势能增大 D.N到P的过程,动能不变 12.如图所示,是小球在地面弹跳的情景.小球在A点的机械能为120J,当小球由A点运动到B点时,机械能变为100J,则小球由B点运动到C点时,其机械能可能为() A.120JB.100JC.90JD.80J 13.一个小石块从空中的某一高度,由静止开始竖直下落.若不计空气阻力,从小石块开始下落,到刚落到地面的过程中,小石块的重力势能Ep随着时间t的变化图像可能是() 14.如图所示,分析小球从A点自由摆动到C点的过程,不考虑空气阻力,以下说法正确的是() A.小球从A点摆动到B点的过程中动能转化为重力势能 B.小球摆动到最低点B时动能为零 C.小球摆动到C时重力势能最小 D.小球在整个过程中的机械能守恒 三、实验题 15.小明利用如图所示的装置来验证影响物体动能大小的因素,甲、乙两图装置相同,分别是同一小球先后从A、B两 处由静止滚下,钻入并推动纸盒运动一段距离后静止时的情景。 (1)纸盒被推得越远,小球对纸盒越多,表明小球的动能越大; (2)对比甲乙两图可知,小球的动能与有关; (3)若要验证动能大小与另外一个因素的关系,需添加的一个器材是。 四、计算与推 导题 16.6月27日,环巢湖全国自行车公开赛在巢湖市体育中心开幕。 来自全国各地的600余名骑行选手参赛.如图是一名队员用时20s匀速从坡底抵达坡顶时的场景,假设人和车总重为800N。 爬坡时该队员做了12000J的功,斜坡s长20m,坡底到坡顶H高10m。 求: (1)该队员爬坡时牵引力为多大? (2)该队员爬坡时的功率为多大? (3)爬坡时受到的阻力为多少? 17.上海自主研发了一种氢燃料汽车,它使用氢气代替汽油。 在一次测试中,汽车在水平路面受到2400N的水平牵引力,5min内匀速直线行驶了900m。 (1)汽车受到水平方向的阻力是多少? (2)汽车牵引力的功率是多少? (3)如果汽车的功率一定,当汽车上坡时需要更大的牵引力,请推导出牵引力F和速度v之间关系的表达式,并说明汽车上坡时司机应该加速还是减速。 中考演练 1.如图所示,拉力F= 20N,拉着一个重为50N的物体在光滑的水平面上做匀速圆周运动,若绳长0.5m,则物体运动一周,拉力做的功为J。 2.如图甲所示,木块放在水平面上,用弹簧测力计沿水平方向拉木块使其做直线运动,两次拉动木块得到的s-t图像分别是图乙中的图线①、②.两次对应的弹簧测力计示数分别为F1、F2,两次拉力的功率分别为P1、P2.则F1F2,P1P2。 (均选填“>”“=”或“<”) 3.在台球比赛中,选手推动球杆撞击白球,白球发生运动后碰撞其它球,以下说法正确的是() A.在水平桌面滚动的球受到了重力,重力对它做了功 B.手推动球杆前进时,手对球杆做了功 C.桌面对球的支持力做了功 D.白球撞击黑球后没有静止,是因为人的手还在对白 球做功 4.在小球从O点由静止开始沿x轴竖直下落的过程中,小球某种形式的能量E随下落高度x变化的图像如图所示。 若不计空气阻力,那么这种能量是() A.重力势能B.动能C.机械能D.内能 5.如图所示,小球由静止开始沿着粗糙的路面从a点向d点自由运动,其中b和d两点在同一水平高度,则下列说法中错误的是() A.小球从a到c 加速下滑,重力势能转化为动能 B.小球从c到d减速上坡,动能转化为重力势能 C.小球在b和d时重力势能和动能都相等 D.小球从a到d的过程中部分机械能转化为内能 6.质量为M的物体离地面高度为h时,它的重力势能EP可以表示为EP=Mgh(g=10N/kg)。 现从地面竖直上抛一个物体,物体能够上升的最大高度为4m,然后落回到地面,整个过程空气阻力不能忽略。 若上升过程中物体的重力势能和动能相等时,物体离地面的高度记为h1;下落过程中物体重力势能和动能相等时,物体离地面的高度记为h2,则() A.h1>2m,h2>2mB.h1<2m,h2<2m C.h1>2m ,h2<2mD.h1<2m,h2>2m 7.如图所示,质量为2kg的物体放在斜面的顶端A点,斜面高AC为0.8m,斜面长AB为1.4m,则不计摩擦和空气阻力,求: (1)物体由静止沿斜面从A滑至B点,重力做了多少功? (2)物体做功的过程就是能量转化的过程,例如本题中重力做了多少功,物体的动能就增加了多少.物理学中动能的计算公式为Ek=mv2,请计算物体到达B点的速度。 参考答案 知识回顾考点梳理 ①力②距离③力④距离⑤无距离⑥无力⑦垂直⑧乘积⑨焦耳⑩瓦特⑪对外做功⑫焦耳⑬运动⑭越大⑮越大⑯重力⑰弹性⑱高度⑲大⑳弹性形变㉑动能㉒重力势能㉓弹性势能㉔不变 考向训练 1.15003752.2.4×103N1.8×1073.1503001504.变大变大5.D 实验剖析 实验延伸1 (1)降低小球从斜面下滑时的高度 (2)摩擦力内(3)匀速直线(4)有利于使木块沿着木板方向做直线运动 针对训练 1.上水平方向【解析】人提滑板在路上行走,手对滑板的力和滑板的重力平衡,方向是竖直向上的,而滑板只在水平方向上运动,在拉力方向上(竖直方向上)没有通过距离,所以拉力不做功。 2.30015【解析】无人机上升10s升力所做功W=Pt=30W×10s=300J;而无人机10s上升的距离是s=vt=2m/s×10s=20m,所以无人机的重力 =15N。 【一题多解】无人机的重力还可以这样求: =15N。 3.40020【解析】拉力所做的功是W=Fs=40N×10m=400J;拉力做功的功率是P= =20W。 4.1016【解析】物体在力的作用下向前运动了1m,则推力对物 体做的功为W=Fs=10N×1m=10J;重力对物体做的功为W=Fh=Gh=20N×0.8m=16J。 5.大大【解析】弹簧具有弹性,小车将弹簧压缩后,弹簧发生了弹性形变,弹性形变越大,具有的弹性势能越大,松手后,转化为的动能越多,小车运动的越远。 6.③②【解析】小球从A点到B点,将重力势能转化为动能,故速度逐渐变大,在从B点到C点过程中,将动能转化为重力势能,故速度逐渐变小,所以小球从A点到C点的过程中,动能是先增大后减小;因为轨道粗糙,在小球运动过程中,要克服摩擦做功,消耗一部分机械能,故机械能一直减小。 7.C【解析】由做功公式W=Fs,功就是在力的方向上移动一定距离。 重力方向竖直向下,要克服重力做功,即物体在重力的作用下竖直向上移动一段距离。 A、D选项在水平方向移动重力不做功,B选项用力搬石头石头没有搬起,s为零不做功,C选项叉车让货物上升,克服重力做功;故选C。 8.B【解析】火箭加速升空过程中,火箭搭载卫星运动,卫星相对于火箭静止,具有和火箭相同的速度。 卫星在上升过程中质量不变,速度增加,高度增加,则动能增加,重力势能增加。 机械能是动能与势能之和,即机械能增加。 故选B。 9.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,在重力方向没有移动距离,即重力也不做功,故D正确,A、B、C都错误。 故选D。 10.B【解析】甲图中B随A在水平面上一起做匀速直线运动,B和A相对静止,所以B不受摩擦力,A选项错误;甲图中,A受到的拉力和地面对它的摩擦力是平衡力为10N,乙图中A受到的B对它的摩擦力和地面对A的摩擦力是一对平衡力,地面对A的摩擦力为10N,B选项正确;甲图中力F做功W=Fs=10N×1m=10J,C选项错误;乙图中拉力F的功率P= =1W,D选项错误。 故选B。 11.D【解析】小球在整个运动过程中,质量不变,从M到N时,高度减小,速度增大,因此势能减小,动能增大。 当从N到P时,根据牛顿第一定律,小球在光滑的水平面上做匀速直线运动,因此动能不变,势能不变。 故选D。 12.C【解析】由于空气阻力及球和地面碰撞使球的机械能减小,转化为内能了.所以球在同一高度,弹跳次数越多,具有的动能越少,球速度越小,而速度越小,球受到的空气阻力越小,且球上升最大高度越小,根据W=fs可知,球克服摩擦阻力做功越小.所以从A到B机械能减少120J-100J=20J,则从B到C机械能减少会小于20J,则C机械能应大于100J-20J=80J,小于100J。 故选C。 13.C【解析】小石块在下落的过程中高度逐渐减 小,重力势能逐渐减小,由于小球在下落过程中速度逐渐增大,在相同时间内通过的路程逐渐增大,故重力势能减小的速度在逐渐增大。 图像C正确反映了重力势能随时间变化的关系。 14.D【解析】不考虑空气阻力,说明小球在摆动过程中,机械能守恒,D正确;小球从A点摆动到B点的过程中,小球的高度减小,重力势能减小,而小球的速度增大,故动能增大,因此是将重力势能转化为动能,A错误;小球摆动到最低点B点时,速度最大,故动能最大,B错误;小球摆动到最高点C时,由于高度最高,故重力势能最大,C错误。 故选D。 15. (1)做功 (2)速度(3)质量不同的小球 【解析】 (1)纸盒被推得越远,小球对纸盒做功越多,表明小球的动能越大; (2)让小球从不同的高度滚下,是为了使小球到达水平面时具有不同的初速度,对比甲乙两图可知,小球的动能与速度有关;(3)若要验证动能大小与质量的关系,需要添加的一个器材是质量不同的小球。 16.解: (1)根据W=Fs可知, 该队员爬坡时牵引力为: =600N; (2)该队员爬坡 时的功率为: =600W; (3)运动员爬坡时所做的功包括克服重力所做的功和克服阻力所做的功,即W=W重+W阻,W重=Gh=800N×10m=8000J,所以克服阻力所做的功为: W阻=W-W重=12000J-8000J=4000J。 爬坡时受到的阻力为: =200N。 17.解: (1)汽车在水平方向上受水平向前的牵引力F和水平向后的阻力f的共同作用,在这两个力作用下,汽车匀速运动,由平衡条件得: f=F=2 400N; (2)运动时间t=5min=300s,行驶的路程s=900m,汽车牵引力做的功W=Fs=2400N×900m=2.16×106J;功率 =7200W。 (3)因为P=
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