最新版初中九年级中考物理复习测试精讲 第十章 功和机械能.docx
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最新版初中九年级中考物理复习测试精讲第十章功和机械能
第十章 功和机械能
一、功
1.做功的两个必要因素:
一是作用在物体上的 力 ,二是在这个力的方向上移动的 距离 ,二者缺一不可.
2.概念:
功等于力与物体在力的方向上移动的距离的 乘积 .
3.计算公式:
W= Fs .
4.单位:
焦耳(J) ,1J=1N·m.
[注意]
(1)物体受到力且移动距离不一定做功,只有受到的力和移动的距离不垂直时,此力对物体才做功.
(2)常考功的估测
①从地上拿起一个鸡蛋并举过头顶大约做功1J;
②将地面上的物理课本捡起放到课桌上,人对课本做的功约为2J.
二、功率
1.定义:
功与 做功所用时间 之比.
2.意义:
表示做功 快慢 的物理量.
3.公式:
P=
.
4.单位及其换算:
功率的单位是 瓦(W) ,1kW= 103 W.
[注意]
(1)功与功率没有必然的联系,做功多,功率不一定大;但做功快,功率一定大.
(2)常考的功率
①中学生跳绳的功率约为60W.
②优秀运动员短时间运动的功率约为1000W.
③小轿车的功率为数十千瓦至数百千瓦.
三、机械能及其守恒
能量
物体 能够对外做功 就表示物体具有能量
机
械
能
动能
概念
物体由于 运动 而具有的能
影响因素
速度 、 质量
重力
势能
概念
在地球表面附近,物体由于受到重力并处在一定 高度 所具有的能
影响因素
质量 、 位置
弹性
势能
概念
物体由于发生弹性形变而具有的能
影响因素
物体发生 弹性形变 的程度
转化
动能与重力势能的转化
上升阶段动能转化为重力势能,下降阶段则相反
动能与弹性
势能的转化
形变阶段动能转化为弹性势能,复原阶段弹性势能转化为动能
机械能守恒
如果只有动能和势能相互转化,机械能的总和 保持不变
水能和风
能的利用
水力、风力发电站将水能和风能具有的 机械 能转化为 电 能
[注意]
(1)一个物体可以同时具有动能和势能,也可以只具有动能或势能.
(2)不仅机械能之间可以相互转化,机械能与其他形式的能量之间也可以相互转化.如摩擦生热过程中机械能转化为内能.
功的含义及计算
[典例1](2019济南一模)下列关于功的说法正确的是( D )
A.小明用力推发生故障的汽车而未推动时,推力对汽车做了功
B.吊车吊着重物沿水平方向匀速运动一段距离时,吊车的拉力对重物做了功
C.足球在水平地面上滚动一段距离时,重力对足球做了功
D.举重运动员从地面将杠铃举起的过程中,举重运动员对杠铃做了功
〚思路点拨〛
力做
的功
W=Fs
解析:
用力推发生故障的汽车而未推动时,只有力没有距离,故推力对汽车没有做功,故A错误;吊车吊着重物沿水平方向匀速运动一段距离时,吊车的拉力方向竖直向上,移动距离的方向水平向前,两个方向相互垂直,故吊车的拉力对重物没有做功,故B错误;足球在水平地面上滚动一段距离时,移动距离的方向水平向前,重力的方向竖直向下,两个方向相互垂直,故重力对足球没有做功,故C错误;运动员从地面将杠铃举起的过程中,力的方向竖直向上,杠铃在力的方向上移动了一段距离,故举重运动员对杠铃做了功,故D正确.
力不做功的三种情况
[变式1]
2019年4月24日,运动员邓薇在浙江宁波举办的2019年亚洲举重锦标赛暨2020年东京奥运会资格赛女子64公斤级比赛中,打破三项世界纪录.如图,在挺举比赛中她举起了142kg的杠铃,在举起杠铃过程中她对杠铃做功最接近( D )
A.300JB.600J
C.1400JD.2600J
解析:
估计从地面抓起杠铃到挺举起杠铃的高度为h=2m,则邓薇对杠铃做的功W=Fs=Gh=mgh=142kg×10N/kg×2m=2840J.故选项D最接近.
功率的理解与计算
[典例2]
(2019德州)2018年10月24日,港珠澳大桥正式建成通车.如图所示,一辆汽车行驶在其中一段长15km的直桥上,已知汽车的总质量为1.5t(包括车、车上的人和物品等),轮胎与地面的总接触面积为0.2m2,汽车以90km/h的速度匀速通过大桥的这一段路段,行驶过程中受到的阻力为900N.(g取10N/kg),求:
(1)汽车静止在水平地面时对地面的压强.
(2)此过程中汽车牵引力所做的功.
(3)此过程中汽车牵引力做功的功率.
〚思路点拨〛
(1)已知汽车总质量m→利用G=mg求重力→压力F=G→由p=
求压强
(2)牵引力做的功→W=Fs
(3)牵引力做功的功率→P=
=Fv
解析:
(1)汽车质量m=1.5t=1.5×103kg,
汽车的重力
G=mg=1.5×103kg×10N/kg=1.5×104N,
汽车静止时对地面的压力
F=G=1.5×104N,
汽车静止时对地面的压强
p=
=
=7.5×104Pa.
(2)因为匀速通过大桥,所以牵引力
F=f=900N,
牵引力所做的功
W=Fs=900N×15×103m=1.35×107J.
(3)汽车牵引力做功的功率
P=
=
=Fv=900N×
m/s
=2.25×104W.
答案:
(1)7.5×104Pa
(2)1.35×107J
(3)2.25×104W
比较做功快慢的方法
(1)做功相同比时间,时间少的做功快.
(2)时间相同比做功,做功多的做功快.
(3)用P=
来计算,功率大的做功快.
[变式2](2019连云港)物体在水平地面上做直线运动,当物体运动的路程和时间图象如图(甲)时,受到的水平推力为F1;当物体运动的速度和时间图象如图(乙)时,受到的水平推力为F2.两次推力的功率分别为P1,P2.则下列关系正确的是( B )
A.F1=F2,P1>P2B.F1=F2,P1 C.F1>F2,P1>P2D.F1 解析: 图(甲)的s t图象是一条过原点的直线,表示物体做匀速直线运动,其运动速度为v1= = =2m/s;图(乙)的v t图象是一条平行于横轴的直线,表示物体做匀速直线运动,其运动速度为v2=4m/s;在两次运动中,物体都是做匀速直线运动,所以受到的水平推力F1=F2,两次推力的功率P1=F1v1,P2=F2v2,由于v1 机械能及其转化 [典例3] 2018年2月12日13时03分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,以“一箭双星”方式成功发射第二十八、二十九颗北斗导航卫星,如图所示的卫星沿椭圆轨道绕地球运行,离地球最近的一点叫近地点,最远的一点叫远地点,它在大气层外运行,不受空气阻力,则下列说法正确的是( A ) A.卫星从远地点运行到近地点,重力势能减小,动能增大,机械能守恒 B.卫星从远地点运行到近地点,重力势能增大,动能减小,机械能守恒 C.卫星从近地点运行到远地点,重力势能增大,动能增大,机械能不守恒 D.卫星从近地点运行到远地点,重力势能减小,动能减小,机械能不守恒 〚思路点拨〛 解析: 卫星在大气层外运行,不受空气阻力,机械能是守恒的;所以卫星从远地点运行到近地点时,相对高度减小,所以势能减小,同时速度增大,动能增大,故A正确,B错误;卫星从近地点运行到远地点时,相对高度增大,所以势能增大,同时速度减小,动能减小,机械能守恒,故C,D错误. 分析动能与势能相互转化的一般步骤 (1)明确研究对象和所要研究的过程. (2)根据物体在初始状态的位置、速度、形变情况,确定物体具有的动能和势能. (3)根据物体在最终状态的位置、速度、形变情况,确定物体具有的动能和势能. (4)分析运动过程中是否受到摩擦力,如果不考虑摩擦力,动能与势能的总和不变,即机械能守恒,一种能量减小,另一种能量增加,能量发生转化. [变式3] (2019苏州)将皮球从离地某一高度O点处水平抛出,球落地后又弹起,它的部分运动轨迹如图所示,下列说法正确的是( C ) A.皮球经过同高度的A,B两点时动能相等 B.皮球第一次反弹后到达最高点P点时速度为零 C.皮球在D点时的机械能小于在C点时的机械能 D.若将皮球表面涂黑,则会在地面M,N两点留下两个大小相等的黑色圆斑 解析: 皮球经过同高度的A,B两点时,由于空气阻力的影响,B点动能小于A点的动能,故A错误;皮球第一次反弹后到达最高点P点时竖直方向上的速度为零,但是水平方向上由于继续向右移动,因此水平方向速度不为0,故B错误;皮球由于受到空气阻力的影响,机械能逐渐减小,因此从C到达D时,机械能也存在损失,故C正确;若将皮球表面涂黑,由于空气阻力影响,M,N两点的机械能不相等,因而留下的两个黑色圆斑不一样,M处留下的黑色圆斑较大,故D错误. 实验14 探究物体的动能大小跟哪些因素有关 1.实验器材: 质量 不 同的两个钢球、斜槽、木块. 2.探究方法: 控制变量 法、 转换 法. 3.实验装置 4.实验过程: 让同一钢球从斜槽的不同高度由静止开始滚下,观察木块被撞击的远近;改变钢球质量,让质量不同的钢球从同一高度由静止滚下,观察木块被撞击的远近. [提示] (1)同一小球从斜槽上不同高度由静止自由滚到斜槽底端时的速度不同,小球所处的高度越大,到达斜槽底端时的速度就越大. (2)质量不同的小球从同一斜槽的同一高度滚下,运动到水平面时,它们的速度大小相等. (3)在探究过程中,要注意控制变量法的运用.①使用同一斜槽(粗糙程度不变),被推动的是同一木块,木块所放置的水平面的粗糙程度不变.②“让同一小球从不同高度自由滚下”这是控制质量不变,研究动能的大小与运动速度的关系.③让“质量不同的小球从同一高度滚下”是控制运动速度不变,研究动能的大小与质量的关系. (4)判断小球动能的大小时,应用了转换法.小球从斜槽上由静止开始向下运动,撞击水平面上的木块,被撞木块的运动距离越长,小球做的功越多,运动小球所具有的动能越大. [迁移应用]如图所示是“探究物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置.实验中,让同一个钢球从斜面上的不同高度由静止滚下,碰到同一木块. (1)实验中,通过观察 木块被推动的距离 来判断钢球动能的大小. (2)实验中,让同一个钢球从斜面上的不同高度由静止滚下,是为了探究钢球动能的大小与其 速度 的关系. (3)如果水平面是光滑的,木块受到钢球撞击后将做 匀速直线运动 . (4)本实验的科学研究方法用到了控制变量法,在你所学的物理探究实验中,哪些实验也用到了这个研究方法,请举一例: 探究影响压力作用效果的因素 . 解析: (1)钢球因为有动能而撞击木块,动能越大,木块在水平面上移动的距离就越远,所以判断钢球动能大小的依据是木块在水平面上移动的距离. (2)让同一钢球从同一斜面的不同高度由静止开始释放的目的是: 使钢球到达斜面底部时的速度不同,为了探究钢球动能大小与其速度的关系. (3)若水平面是光滑的,木块不受摩擦力作用,木块受到钢球撞击后将做匀速直线运动. (4)探究问题中存在多个变量时,保持几个变量不变,改变一个变量,研究被改变的量对问题的影响,这就叫做控制变量法;因压力的作用效果与压力的大小、受力面积两个因素有关,所以在探究压力的作用效果跟哪些因素有关时,采用的探究方法是控制变量法. [拓展] (1)小球从斜面顶端运动到底端的过程中,小球的 重力势能 转化为 动能 . (2)交通规则中“严禁超载”就是通过限制车辆装载货物的质量,减小车辆的惯性和 动能 ,防止造成重大伤害. (3)若在上图基础上继续探究物体动能的大小与质量的关系,请你帮他设计实验,写出简要的实验步骤及论证方法: 步骤: ①取两个质量不同的小球;②让两个小球分别在同一高度自由滑下 . 论证: 通过观察两个小球分别推动木块的距离大小判断动能大小与质量的关系 . 解析: (1)小球从斜面顶端运动到底端的过程中,小球的重力势能减小,动能增大,重力势能转化为动能. (2)交通规则中“严禁超载”就是通过限制车辆装载货物的质量,减小车辆的惯性和动能,防止造成重大伤害.(3)要探究物体动能大小与质量的关系,应选择质量不同的两个小球,从斜面的同一高度滚下,保证小球到达斜面底端的速度相同. [测控导航] 考点 题号 功 1,5,8 功率 3,6,8 机械能及其转化 2,4,7 1.(2019黄冈调研)在如图的四种情况中,力F对物体做功的是( D ) 解析: 搬着箱子在水平地面上匀速前进,力与距离的方向垂直,故力不做功,故A错误;举着哑铃不动,只有力没有距离,故不做功,故B错误;推石头没有推动,只有力没有距离,故不做功,故C错误;从地面上捡起石块,力和距离的方向都向上,故力做功,故D正确. 2.电梯匀速上升过程中,电梯的( A ) A.动能保持不变 B.机械能保持不变 C.重力势能保持不变 D.动能转化为重力势能 解析: 电梯匀速上升的过程中,速度不变,动能不变,高度增大,重力势能增大;机械能等于动能和势能的和,故机械能变大,A项正确. 3.妈妈与小明进行爬山比赛,他们选择的起点、路径和终点都相同,全程设为匀速运动,妈妈的体重是小明的2倍,妈妈所用的时间是小明的3倍,若妈妈克服自身重力做功为W1、功率为P1,小明克服自身重力做功为W2、功率为P2,则下列关系正确的是( D ) A.W1∶W2=2∶1 P1∶P2=6∶1 B.W1∶W2=2∶3 P1∶P2=2∶1 C.W1∶W2=2∶1 P1∶P2=3∶2 D.W1∶W2=2∶1 P1∶P2=2∶3 解析: 由题可知,妈妈与小明爬山的高度相同,妈妈的体重是小明的2倍,妈妈所用的时间是小明的3倍,由W=Gh可得,妈妈和小明克服重力做功之比 = = = ;由P= 可得,妈妈和小明克服重力做功的功率之比 = = × = × = 故D项正确. 4. (2019深圳)如图,弧形轨道ab段光滑,bc段粗糙,小球从a点经最低点b运动至c点.下列分析正确的是( B ) A.从a到b的过程中,小球动能转化为重力势能 B.经过b点时,小球动能最大 C.从b到c的过程中,小球动能增大 D.从a到c的过程中,小球机械能守恒 解析: 小球从a到b的过程中,小球高度降低,重力势能转化为动能,故选项A错误;小球从a运动到b动能增大,从b运动到c动能减小,则在b点处小球动能最大,故选项B正确;小球从b到c的过程中,高度增加,同时克服摩擦力做功,速度减小,则小球的动能减小,故选项C错误;从a到c的过程中,由于bc段弧形轨道粗糙,因此小球在bc段运动时会克服摩擦力做功,会有一部分机械能转化为内能,机械能会减小,故选项D错误. 5.如图(甲),用弹簧测力计两次水平拉同一木块使它在同一水平木板上做匀速直线运动,图(乙)是它运动的路程随时间变化的图象,下列说法正确的是( D ) A.木块两次做匀速直线运动时,弹簧测力计示数分别为F1,F2,则F1>F2 B.木块两次受到滑动摩擦力分别为F1',F2',则F1' C.两次拉力分别在10s内对木块做功为W1,W2,则W1 D.两次拉力分别在10s内对木块做功的功率为P1,P2,则P1>P2 解析: 从图象上可以看出,用弹簧测力计拉木块沿水平木板匀速滑动,不论其速度大小如何,都受到平衡力的作用,由于压力的大小不变,接触面的粗糙程度不变,故摩擦力大小不变,在水平方向上,摩擦力和拉力是一对平衡力,故拉力即弹簧测力计的示数不变,故A,B错误;由W=Fs可知,在相同时间内,第一次通过的距离大,所以第一次所做的功多,故C错误;从图象上可以看出,相同时间内,第一次移动的距离大,故第一次的速度大;木块所受的拉力不变,根据公式P=Fv可知,拉力第一次做功的功率大,即P1>P2,故D正确. 6.一辆轿车以72km/h的速度在水平路面上沿直线匀速行驶10min,轿车的质量为1500kg,行驶时所受阻力为车重的0.2倍(g取10N/kg),则牵引力为 3×103 N,此时汽车的功率为 60 kW. 解析: 汽车做匀速直线运动,处于平衡状态,由二力平衡条件得牵引力 F=f=0.2G=0.2mg=0.2×1500kg×10N/kg=3×103N; v=72km/h=20m/s; 汽车的功率P= = =Fv=3×103N×20m/s=6×104W=60kW. 7. (2019天津)小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时,提出了如下猜想: 猜想一: 物体的重力势能与物体的质量有关 猜想二: 物体的重力势能与物体所在高度有关 为了验证上述猜想,他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验: 如图所示,将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上,把铁块从距桌面某一高度由静止释放,撞击在桌面的中心部位,记录桌腿进入沙子的深度. 按上述方案进行实验,其实验数据如下表所示. 实验 序号 铁块质 量m/g 铁块距桌面 高度H/cm 桌腿进入沙子 的深度h/cm ① 20 20 1.9 ② 20 30 2.9 ③ 20 40 3.8 ④ 30 20 2.9 ⑤ 40 20 4.1 (1)实验中通过比较 桌腿进入沙子的深度 来判断物体重力势能的大小. (2)为了验证猜想一,需选择表中 ①④⑤ (填实验序号)三组数据进行分析. (3)分析表中①②③的实验数据,可得出的结论是 质量相同的物体,位置越高,具有的重力势能越大 . 解析: (1)实验中是通过比较小桌桌腿进入沙子的深度来判断物体重力势能的大小的,这里运用了转换法. (2)为了验证物体的重力势能与质量大小的关系,应运用控制变量法,即保持铁块距桌面的高度不变,只改变铁块的质量大小,故应选①④⑤三组数据进行分析.(3)由表中①②③的实验数据可以看出,铁块的质量不变,铁块距桌面的高度依次增大,铁块的重力势能随之增大,由此可得出结论: 质量相同的物体,位置越高,具有的重力势能越大. 8. (2019安徽)如图所示,水平地面上一个重为50N的物体,在大小为10N的水平拉力作用下,向左匀速直线运动,在5s的时间内通过的距离为2m,求物体运动过程中 (1)所受摩擦力的大小. (2)拉力F做功的功率. 解析: (1)物体在水平拉力作用下,向左匀速直线运动,所受的摩擦力与拉力是一对平衡力,大小相等,即f=F=10N. (2)拉力F做的功 W=Fs=10N×2m=20J; 拉力F做功的功率 P= = =4W. 答案: (1)10N (2)4W
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