九年级《功和机械能》撰稿人张家浩.docx
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九年级《功和机械能》撰稿人张家浩
初中九年级物理RJB学习材料(五)
《功和机械能》复习提纲
一、功
1.力学里所说的功包括两个必要因素:
一是作用在物体上的力;二是物体在力的方向上通过的距离。
2.不做功的三种情况:
有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。
巩固:
☆某同学踢足球,球离脚后飞出10m远,足球飞出10m的过程中人不做功。
(原因是足球靠惯性飞出)。
3.力学里规定:
功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。
公式:
W=FS。
4.功的单位:
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。
三、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:
定义:
并非我们需要但又不得不做的功。
公式:
W额=W总-W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)斜面:
W额=fL
3.总功:
定义:
有用功加额外功或动力所做的功
公式:
W总=W有用+W额=FS=W有用/η
斜面:
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。
四、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。
五、机械能
(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。
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。
(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:
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。
2010中考题库
设计人:
刘庆贺
1.(2010,广州,4分)甲站在0.5m/s匀速上行的自动扶梯上,乙站在0.7m/s匀速下行的自动扶梯上。
甲、乙
两人质量相等,甲上行中动能 (选填“增加”“不变”、“减少”)。
某时刻他们的位置如图所示,该时刻甲的重力势能 乙的重力势能,甲的机械能 乙的机械能。
(选填“大于”、“等于”、“小于”)。
若此时上行的扶梯突然停止运动,甲会向前倾,原因是
。
答案:
不变 等于 小于甲脚受到摩擦力立即停止,而上身由于惯性继续向前运动
2.(2010,广州,分)如图所示(滑轮组的绕绳未画出),人以600N的力向下拉动绕在 滑轮组的绳子一端10秒,使绳端向下移动了1.5m、重物匀速上升了0.5m,已知滑轮组的机械效率为70%(g=10N/kg)。
(1)人的拉力的功率
多大?
(2)被吊起的重物质量多大?
(3)按题意画出滑轮组的绕绳。
答案:
解:
根据S=nh得n=3
(1)根据W=FS=600N×1.5m=900J
根据P=W/t=900J/10s=90W(或者根据P=Fv来求,同学们自己试一试)
(2)根据η=W有用/W总得,70%=G/nF带入数据G=1260N(试想为什么不能用η=G物/(G物+G动))
(3)略
3.(2010,安徽,8分)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:
(1)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。
答案:
(1)由于汽车匀速行驶时,受平衡力的作用,所以牵引力F=f=1800N (2分)
(2)由P=Fυ得:
汽车匀速行驶速度υ=P/F=6×104W/1800N=33.3m/s (3分)(3)w=Pt=6×104W×5×60s=1.8×107J
4.(2010,安徽,2分)现在地震时有发生,于是人们开始重视加固维修房屋,常常可以看到图示的场景。
假如该工人通过滑轮把50㎏的水泥缓缓提升4m到房顶,所用拉力约300N。
该机械的效率约为__________。
答案:
83.3%
5.(2010,济宁,2分)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(或动滑轮的总重) 提升的物重
6.(2010,成都,2分)如图所示,是上海世博会中国馆一“东方之冠”。
在一次参观中,李先生乘电梯上楼,在电梯匀速上升的过程中,李先生的( )
A.动能不断增大 B.重力势能不断增大
C.动能转化为重力势能 D.重力势能转化为动能
答案:
B
7.(2010,成都,4分)在物理学中,对不同的事物进行比较,需要引入不同的物理量。
例如,要比较物体运动的快慢,需要引入速度;要比较做功的快慢,需要引入 ;要比较压力的作用效果,需要引入 。
答案:
功率;压强
8.(2010,苏州,8分)如图所示,斜面长S=10m,高h=4m。
用沿斜面方向的推力F,将一个重为100N的物体由斜面底端A匀速推到顶端B.运动过程中物体克服摩擦力做了100J的功。
求:
(1)运动过程中克服物体的重力做的功;
(2)斜面的机械效率;
(3)推力F的大小。
答案:
(1)400J
(2)80% (3)50N
9.(2010,苏州,3分)一建筑工人用50N的水平推力推小车,使小车在水平地面上匀速前进了15m,小车受到的阻力为 N。
撤去推力,小车仍然能继续向前运动0.5m,这是由于小车具有 。
在上述小车前进15.5m的过程中,建筑工人对小车做的功为 J。
答案:
50 惯性 750
10.(2010,泰州,6分)用图6所示的滑轮组提升重物,已知物体重为200N,人用125N的拉力向下拉动绳子,5s内可使物体匀速上升2m,求:
(1)拉力所做的功和拉力的功率;
(2)滑轮组的机械效率。
答案:
(1)
W=500J P=100W
(2)80%
11.(2010,烟台,2分)过山车是一项非常惊险刺激的娱乐休闲活动。
过山车时而从轨道的最低端上升到最高端,时而从最高端飞驰而下(如图)。
不计能量损失,下列说法正确的是
A.a点机械能小于b点机械能
B.d点动能最大,b点势能最大,c点机械能最大
C.由a到b的过程中,动能减少,势能增大,机械能不变
D.由b到c的过程中,动能增大,势能减少,机械能变大
答案:
C
12.(2010,烟台,10分)随着社会的发展,人们生活水平的提高,人们的住房条件也得到了很大的改善。
小明家最近购置了一套新房,为了帮助爸爸将重600N的装修材料运送到6m高的楼上,小明利用物理课上学过的滑轮组,设计了如图20甲所示的材料搬运方案(其中每个滑轮重30N,绳子足够长,所能承受的最大拉力为250N,不计绳重及摩擦)。
(1)计算说明绳子的拉力是否超过绳子的最大承受力?
(2)小明爸爸观察了该装置后,他想如果将该装置的滑轮位置颠倒(图20乙)是否会更省力一些,请你按照小明爸爸的想法,用笔画线在乙图绕上绳子并说明小明爸爸的想法是否正确。
(3)求两种方案的机械效率之比?
(4)综合分析评估两个方案,你认为哪个方案更好一些?
说明理由。
13.(2010,重庆,9分)加勒比岛国海地当地时间2010年1月12日下午发生里氏7.3级强烈地震,首都太子港及全国大部分地区受灾情况严重。
地震发生后,国际社会纷纷伸出援手,表示将向海地提供人道主义援助。
中国救援队在搜救过程中发现一名生还者被一块约1.8吨的建筑材料堵在一个狭小的空间里,材料与地面接触面积约为1.5m2。
(1)建筑材料对地面的压强为多大?
(g取10N/kg)
(2)由于条件限制,救援队只能用如图17所示的滑轮将建筑材料吊离,若在起吊过程中滑轮组的机械效率为80%,求此过程中绳子自由端所施加的拉力。
(3)若拉动材料的时,材料向上的速度为0.01m/s,则拉力做功的功率是多少?
答案:
(1)物体所受的重力:
(1分)
材料对地面的压强:
(2分)
(2)在竖直提升的过程中,s=5h,
由
得
(3分)
拉力的功率为:
(3分)
14.(2010,安徽芜湖,3分)如图所示是工厂里用来吊运货物的行车滑轮组。
某次作业时,行车在钢丝绳的自由端用2000N的力,将重6000N的货物匀速竖直提升3m,接着又在水平方向移动6m。
则行车在水平移动货物的过程中,货物重力所做的功是 J;在竖直提升货物的过程中,货物重力所做的功是 J,行车滑轮组提升货物的机械效率为 。
答案:
0,1.8×104,75%。
16.(2010,兰州,6分)如图所示,物重G为2000N,斜面长5m,高3m,斜面和滑轮组装置的总机械效率为80%,若将重物沿斜面以0.2m/s的速度拉上来,求:
(1)所需拉力F是多少?
(2)机械的总功率是多少?
答案:
17.(2010,潍坊,2分)如图所示,小球沿轨道由静止从A处运动到D处的过程中,忽略空气阻力和摩擦力,仅有动能和势能互相转化,则( )
A.小球在A处的动能等于在D处的动能
B.小球在A处的动能大于在D处的动能
C.小球在B处的机械能小于在C处的机械能
D.小球在B处的机械能等于在C处的机械能
答案:
D
18.(2010,潍坊,4分)2010年潍坊市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,重力的功率为_________W。
答案:
150 300
19.(2010,潍坊,8分)如图所示,下面是某同学做探究“斜面的机械效率与斜面的粗糙程度、斜面的倾斜程度的关系”实验时,得到如下实验数据。
(1)此探究实验是采用了_____________的物理研究方法。
(2)请将上表中空格补充完整.
(3)请你根据表中的实验数据,得出要探究的实验结论:
结论一:
结论二:
答案:
(1)控制变量
(2)0.756 0.9 84
(3)斜面的光滑程度相同时,斜面的倾斜角度越大(小),机械效率越高(低);
斜面的倾斜程度相同时,斜面的表面越粗糙(光滑),机械效率越低(高)
20.(2010,盐城)工人用定滑轮将重240N的物体匀速向上提升,所用拉力为250N,5s内重物上升4m.此过程中,有用功为 J,拉力做功的功率为 W,写出一条拉力不等于物重的原因:
。
答案:
960 200 绳子有重力(或系统有摩擦)
21.(2010,扬州,3分)修拦河大坝是为了提高上游水位,增加水的 能,使水下落时可以获得更多的 能,从而带动发电机发电。
水坝下部总要比上部建造得宽一些,这是因为 。
答案:
重力势 动 水坝下部受到水的压强比上部大
22.(2010,扬州,3分)如图,滑轮重小于物重(绳重、摩擦不计)。
使用甲图滑轮最大的好处是 ;若匀速提升相同的重物,则F甲 F乙、机械效率?
甲_________?
乙(“<”/“=”/“>”)。
答案:
可以改变动力的方向 > >
23.(2010,四川泸州,5分)在探究“斜面的机械效率高低与斜面的倾斜程度有什么关系”的实验中,用沿斜面向上的力F拉动小车,使小车从斜面底端匀速运动到斜面顶端,如图所示。
多次改变斜面倾斜程度,部分实验数据记录在下面的表格中,根据表格中数据回答下列问题:
斜面倾斜度
小车重量G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
斜面长S/m
有用功W有/J
总功
W总/J
斜面的机械效率
较缓
10
0.1
3
1
1
3
33.3%
较陡
10
0.2
4
1
2
4
50%
最陡
10
0.4
1
6
(1)当斜面“最陡”时,沿斜面拉力为 N;做的有用功为 J;斜面的机械效率为 %。
(2)通过对上述实验数据的分析,你认为斜面省力情况与斜面倾斜程度的关系是:
斜面越陡,需要的拉力越 。
(3)根据上面实验数据,你可以获得该实验探究的初步结论是:
。
24.(2010,四川泸州,2分)“世界面临的每一个危险都能追究到科学,拯救世界的每一种手段都将来自科学。
”也许在不远的将来我们能变害为宝,比如可以建立发电站利用海啸具有的 转化为 为人类服务。
(以上两空选填“核能”、“机械能”或“电能”)
25.(2010,广东,3分)某建筑工地要将同一个箱子从地面搬上二楼,如果分别采用如图所示的两种方式搬运,F1和F2做功的情况,以下判断正确的是( )
A.两种方式机械效率一定相等
B.两种方式功率一定相等
C.两种方式所做的总功一定相等
D.两种方式所做的有用功一定相等
答案:
D
26.(2010,湖北咸宁,3分)如图所示健身运动的过程中,物体A的质量为4kg,滑轮摩擦不计。
当向下摆动脚腕使细绳拉着物体A缓慢(匀速)提升时,脚腕对细绳拉力的方向在改变、大小 (选填“也改变”或“不变”)。
若2.4s内脚腕将A物体匀速提起0.3m,则对物体A所做的功为 J,功率为 W。
答案:
不变 12 5
27.(2010,湖北咸宁,3分)撑杆跳高是一项技术性很强的体育运动,完整的过程可以简化成如图所示的三个阶段:
持杆助跑、撑杆起跳上升、越杆下落。
到达最高点的过程中是动能和 转化为 ;下落过程中 能逐渐增加。
答案:
弹性势能 重力势能 动
28.(2010,江西南昌,2分)2010年3月5日12时55分,在酒泉卫星发射中心,“长征四号丙”运载火箭成功地将“遥感卫星九号”送入太空预定轨道。
如图是火箭发射升空时的情景,以下说法正确的是( )
A.火箭上升过程中动能不变,重力势能增大,机械能增大
B.火箭升空利用了力的作用是相互的
C.火箭升空时受到平衡力的作用
D.火箭升空时受到惯性力的作用
答案:
B
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