内容正文:
第 11 讲 功和机械能
功(★必考)
1. 定义:如果一个力作用在物体上,且物体
在 这个力的方向 上移动了一段距离,
就说这个力对物体做了功.
2. 做功的两个必要因素:(1)作用在物体上的
力 ;(2)物体在 这个力的方向 上移
动了距离.
3. 不做功的三种情况:
不
做
功
有距离无力
(“ 不 劳 无
功”)
有力无距离
(“ 劳 而 无
功”)
有力有距离,力与
距离方向垂直
(“垂直无功”)
示
意
图
特
点
物体在运动
方向上不受
力,因惯性
而运动
物体受力平
衡,静止不动
有力且运动,但力
的方向与物体运
动的方向垂直
举
例
足球被踢出
后向前运动
的过程中,
脚对足球不
做功
推而未动,
搬而未起
提水桶在水平方
向前进,提水桶的
力和水桶的重力
都不做功
4. 功的计算公式: W = Fs .
重力做功的计算公式:W = Gh .
5. 功的单位: 焦耳 ,简称焦,符号是 J .
1 J = 1 N·m.
6. 1 J 的物理定义:1 N 的力作用在物体上并且
物体沿该力的方向移动 1 m 的距离.
1.【教材图片拓展】下面四幅图中所描述的力
对物体做了功的是 ( A )
甲
乙
丙
丁
A. 甲:使小车向前运动了一段距离的推力
B. 乙:搬石头但没有搬动,手对石头的力
C. 丙:叉车托着货物停在水平地面上,叉车
对货物的力
D. 丁:提着滑板在水平路面上前行,手提滑
板的力
2. (2023 上海杨浦三模)如图所示,一台塔吊将
重为1 ×104 N 的建材在 20 s 内匀速提升20 m,
塔吊对建材做的功为 2 × 105 J. 若塔吊将
该建材水平匀速移动5 m,则此过程中塔吊对
建材做功为 0 J.
功率(★10 年 8 考)
1. 功率的定义: 功 与做功所用的 时间
之比叫做功率. (比值定义法)
2. 功率的意义:表示物体 做功快慢 的物理
量,它只反映做功的快慢,不反映做功的
多少.
901
3. 公式:P = Wt
W———功,单位 J
t———时间,单位 s
P———功率,单位 W
ì
î
í
ï
ï
ï
ï
4. 功率的单位: 瓦特 ,简称瓦,符号是 W ;
其他常用单位:千瓦,符号是 kW.
单位换算:1 W =1 J / s;1 kW = 1 000 W.
1 W 的物理意义:1 s 内物体所做的功是 1 J.
5. 推导公式:当物体在力 F 的作用下,以速度 v
做匀速直线运动时,由 P = Wt =
Fs
t 及v =
s
t ,可
得 P = Fv . (F 方向与 v 方向共线,F 的单
位为 N,v 的单位是 m / s,P 的单位为 W)
1. 判断下列说法的正误.
(1)物体所做的功越多,功率越大. ( ✕ )
(2)物体做功越快,功率越大. ( √ )
(3)两位同学爬上相同高度的高楼,体重大
的同学做功多. ( √ )
(4)两位同学爬上相同高度的高楼,用时短
的同学功率大. ( ✕ )
2. (2023 北京顺义期中)有两台机械甲和乙,甲
的功率为 162 kW,乙的功率为 128 kW,下列
说法正确的是 ( D )
A. 甲一定比乙做功多
B. 乙一定比甲做功多
C. 甲一定比乙做功快
D. 相同时间内,乙一定比甲做功多
3. 一辆汽车在水平路面上匀速行驶,发动机的
功率是 60 kW,若汽车的速度为 72 km/ h,汽车
的牵引力在 5 min 内做的功为 1. 8 × 107 J,
这辆汽车受到的阻力为 3 000 N.
机械能及其转化(★10 年 9 考)
1. 能量:物体能够 对外做功 ,我们就说这个物
体具有能量,简称能. 能量的单位是 焦耳 ,
简称焦. (所有功和能的单位都是焦)
2. 动能和势能
分
类
动能
势能
重力势能 弹性势能
定
义
物体由于运动
而具有的能
物体由于被举
高具有的能
物体由于发生
弹性形变而具
有的能量
影
响
因
素
物体的质量
和速度 ;
物体的质量越
大 ,运动
的速度越大,
动能越大
物体的质量
和物体所处的
位置;物体所处
的位置越高,质
量越大,重力势
能就越大
物体的弹性形
变大小;弹性
形变越大,具
有的弹性势能
就越大
联
系
动能和势能在一定情况下可以相互转化
3. 机械能及其转化
(1)机械能:动能、 重力 势能和 弹性
势能的统称.
(2)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 不变 ,或者说机械能是 守恒 的. 若
在转化过程中存在摩擦力等消耗能量的因
素,则机械能总量会 减小 ,机械能不守
恒. 机械能守恒是有条件的,能量守恒是无条
件的.
(3)水能和风能:水电站是利用水的 机械
能来发电的;风力发电机是利用风的 动
(或机械) 能来发电的.
1. 一个物体能够做功是说物体具有做功的能
力,即物体具有能量,但物体 不一定
(填“一定”或“不一定”)正在做功. 如位于
高山上静止的石头, 有 能量,但 没有
(后两空填“有”或“没有”)做功.
011
2. (2023 重庆西南大学附中
校考)如图所示是今年 2
月 23 日在西昌卫星发射
中心用长征三号乙运载火箭搭载着中星 26
号卫星加速升空的情景. 在此过程中卫星的
重力势能 增大 (填“增大”“减小”或“不
变”);若以火箭为参照物,中星 26 号卫星是
静止 (填“运动”或“静止”)的.
3. (2023 广东河源一模)
如图是小球在地面弹跳
的频闪照片,A、B 两点
高 度 相 同 且 距 地 面
30 cm,小球在 A 点的重力势能 等于 (填
“大于”“小于”或“等于”)在 B 点的重力势
能,小球在 A 点的动能 大于 (填“大于”
“小于”或“等于”)在 B 点的动能;小球从 A
到 B 的运动过程中,能量 是 (填“是”或
“不是”)守恒的.
从隐含条件中判断质量、速度、高度的变化
情况.
1. 判断质量的变化
正在洒水的洒水车、投放救灾物资的飞
机———m 减小
2. 判断速度大小的变化
匀速———v 不变
加速———v 增大(例如汽车启动,火车出站)
减速、刹车———v 减小(例如火车进站)
3. 判断高度的变化
上升———h 增大
下落、下滑、下降———h 减小
水平路面———h 不变
“光滑” “忽略空气阻力”表示无摩
擦阻力做功,若只有重力做功,则机械能
守恒;“粗糙”表示需要克服摩擦阻力做
功,机械能减少.
命题点一 功、功率相关判断
1. (2020 河南,12)频闪照相是研究物体
运动的重要手段之一. 如图所示的频
闪照片记录了竖直下落的小球每隔
相等时间的位置. 不计空气阻力,在
小球下落的过程中,下列说法正确的
是 ( D )
A. 小球的重力势能逐渐增大
B. 小球的机械能逐渐减小
C. 小球的重力在 ab 段做功比在 cd 段多
D. 小球的重力在 ab 段做功比在 cd 段慢
命题点二 功、功率相关计算(重点)
类型一 水平方向类(常结合交通工具考查)
2. 【2021 河南,20(3)】电动清扫车以其环保、高
效等优点,在创建卫生城市中大显身手. 如图
所示为一电动清扫车正在工作时的情景. 清
扫车完成任务后,在平直道路上以 5 m / s 的
速度匀速直线行驶,经 10 min 到达垃圾处理
站,行驶过程中车所受阻力大小恒为400 N,
则牵引力做的功为多少?
解:经 10 min 清扫车行驶
的路程 s = vt = 5 m / s × 10
× 60 s = 3 × 103 m
匀速行驶时受力平衡,牵引力 F牵 = f = 400 N
牵引力做的功 W = F牵 s = 400 N × 3 × 103 m =
1. 2 × 106 J
111
类型二 竖直方向类(常结合情景模型考查)
3. 【2022 河南,20(1)】小明在科技博览会上参
加义务劳动,需要把一个质量为 12 kg 的展品
从地面搬到高 1. 2 m 的展台上,如图所示. g
取 10 N / kg.
(1)要把展品从地面搬到展台上,他至少需
要对展品做多少功?
解:(1)由 G = mg 知道,展品的重力
G = mg = 12 kg × 10 N / kg = 120 N
把此展品搬上展台做的功为
命题点三 机械能及其转化(热点)
4. (2023 河南,8)踢毽子是一项常见的健身运
动. 如图为一同学踢毽子的情景,毽子在向上
运动的过程中,下列关于毽子的说法正确的
是 ( )
A. 重力势能减小
B. 运动状态改变
C. 受到惯性作用
D. 在最高点时受力平衡
5. (2021 河南,14,双选)黄河小浪底水利枢纽
工程具有防洪、发电、调沙等多项功能. 如图
为黄河小浪底水力发电站,下列说法正确的
是 ( AB )
A. 按照能源分类,水能是可再生能源
B. 水力发电机的工作原理是电磁感应
C. 水从高处下落的过程中,动能转化为重力
势能
D. 随着科技发展,水电站的能源利用率可
达 100%
命题点四 探究物体的动能跟哪些因素有关
6. 实验小组的同学用如图所示的装置探究“物
体动能的大小与质量和速度的关系”. 将钢球
从某一高度由静止释放,钢球摆到竖直位置
时,撞击水平木板上的木块,将木块撞出一段
距离.
(1)本实验使钢球获得动能的操作方法是
让钢球从高处摆下 ,钢球动能的大小是
通过观察 木块滑行的距离 来判断的.
(2)从表中数据可以看出,他们让质量不同
的钢球从相同高度摆下,使钢球到达竖直位
置的 速度 相同,从而探究动能与 质量
的关系.
实验
次数
钢球
质量 / g
钢球下摆
高度 / cm
木块滑行
距离 / cm
1 20 20 30
2 40 20 58
3 60 20
(3)在第 3 次实验中,木块被撞后滑出木板,
需要重做第 3 次实验,甲同学建议换用同样
较长的木板,乙同学建议换一个较大的木块,
丙同学建议降低钢球下摆的高度. 你认为应
当采用 甲 同学的建议.
(4)由上述实验数据和现象可得出结论:
.
211
实验探究
实验 探究物体的动能跟哪些因素有关
1. 实验器材:斜槽和水平木板、质量不同的钢
球、木块、刻度尺等.
2. 实验装置
3. (1)转换法的应用:钢球的动能大小转换成
木块被撞出的距离的远近. 木块被撞得越远,
说明钢球的动能越大.
(2)控制变量法的应用:
①探究动能的大小与速度的关系时,需使同
一钢球从斜槽的不同高度处由静止开始滚
下,观察木块被撞出距离的远近.
②探究动能的大小与质量的关系时,需使质
量不同的钢球从斜槽的相同高度处由静止开
始滚下,观察木块被撞出距离的远近.
4. (1)水平木板不能太光滑,否则木块容易被
撞出木板,无法完成实验.
(2)水平木板不能太短,否则木块被撞后可
能滑出木板,无法完成实验.
(3)钢球放的位置不能太高,否则木块被撞
后可能滑出木板,无法完成实验.
5. 实验结论
(1)动能的大小只与物体的质量和速度有关.
(2)速度一定时,物体的质量越大,动能越大.
(3)质量一定时,物体的速度越大,动能越大.
典例 如图是探究“物体的动能大小与哪些因
素有关”的实验装置图,其中,mA = mB < mC,
hA = hC > hB .
(1)实验中,探究的动能是指 B . (填序号)
A. 小球在斜面上的动能
B. 小球撞击木块时的动能
C. 小球撞击木块后的动能
D. 木块被小球撞击后的动能
(2)使质量相同的小球从斜面上不同高度处由静
止滚下,是为了探究动能大小与 速度 的关系.
(3)小华同学通过比较上图中乙、丙两图,得出
“质量大的物体动能大” ,小丽认为小华的这
一比较过程存在错误,你知道错误是什么
吗? 答:
.
(4)完成实验后,同学们还联想到以前学习牛
顿第一定律时也用到了斜面,即让同一小车从
同一斜面的同一高度由静止滑下,在三个不同
的表面上滑行的距离不同(如下表所示). 探究
“物体的动能大小与哪些因数有关”的实验中
的水平面(图甲、乙、丙)能否分别为三个不同
的表面? 答: 不能 . 理由是 这样使小球受
到的摩擦力不同,小球运动的距离大小不能再
准确反映动能大小 .
表面 毛巾 棉布 木板
摩擦力 最大 较大 最小
小车运动距离 最近 较远 最远
(5)小明小组在进行实验时发现:即使改变小
球的质量和释放的高度,木块在水平面上滑行
的距离仍变化不大且都很短. 你认为可能的原
因是 木块质量太大(或水平面太粗糙)
.
(6)斜面与水平面的粗糙程度和材料是否必须
相同? .
对应配套练习见进阶训练卷 P133
311
2.(1)将平衡螺母向左端调节,使天平平衡 mV2-V1
(2)浸没 GG-Fρ水
(3)偏大 使小石块吸足水
3.(1)4 (2)丙 铁块没有浸没在白酒中 (3)
F1-F4
F1-F2
ρ水
4.(1)零刻度线 右 (2)32.4 (3)平齐(相平) 10 (4)3.24×103 (5)偏大
5.(1)右 (2)1.1×103 (3)①m0 ②测出烧杯和水的总质量为m1 ③用另
一个空烧杯装酱油至同样标记处,测出烧杯和酱油的总质量为m2
m2-m0
m1-m0
ρ水
!
11
"# ;MIJT
!"#$%&'
考点一 进阶过基础:
1.这个力的方向 2.力 这个力的方向 4.Fs Gh 5.焦耳 J 1
进阶巩固练:
1.A 2.2×105 0
考点二 进阶过基础:
1.功 时间 2.做功快慢 3.Wt 4.瓦特 W 1000 5.Fv
进阶避“坑”练、进阶巩固练:
1.(1) (2)√ (3)√ (4) 2.C 3.1.8×107 3000
考点三 进阶过基础:
1.对外做功 焦耳
2.运动 弹性形变 质量 速度 大 质量 大 大
3.(1)重力 弹性 (2)不变 守恒 减少 (3)机械 动(或机械)
进阶避“坑”练、进阶巩固练:
1.不一定 有 没有 2.增大 静止
3.等于 大于 是
()*+,-.
1.D
2.解:经10min清扫车行驶的路程
s=vt=5m/s×10×60s=3×103m
清扫车匀速行驶时受力平衡,牵引力F牵 =f=400N
牵引力做的功W=F牵s=400N×3×10
3m=1.2×106J
3.解:(1)由G=mg知道,展品的重力
G=mg=12kg×10N/kg=120N
把此展品搬上展台做的功为
W=Gh=120N×1.2m=144J
4.B 5.AB
6.(1)让钢球从高处摆下 木块滑行的距离 (2)速度 质量 (3)甲
(4)速度一定时,物体的质量越大,动能越大
实验探究
一题过实验:
(1)B (2)速度 (3)没有控制小球到达水平面时的速度相同 (4)不能 这
样木块受到的摩擦力会不同,木块运动的距离大小不能再准确反映小球动能的
大小 (5)木块的质量太大(或水平面太粗糙) (6)不需要必须相同
!
12
"# UVIJWIJX<
!"#$%&'
考点一 进阶过基础:
1.力 固定点
2.(1)绕其转动 O点 (2)F1 (3)阻碍 F2
(4)支点O 动力作用线 l1 (5)支点O 阻力作用线 l2 虚线
3.动力×动力臂=阻力×阻力臂 F1l1=F2l2
4.> 距离 < 距离 =
进阶避“坑”练、进阶巩固练:
1.(1) (2) (3) (4)√ (5)√
2.费力 省距离 3.省力 40 4.B
考点二 进阶过基础:
1.G2
G
3
G
2 等臂杠杆 省力杠杆 2.费距离
进阶巩固练:
1.(1)定 能改变力的方向 动 省力 (2)斜面 可以省力 (3)200 400
考点三 进阶过基础:
1.有用功 总功 η 2.
W有
W总
3.< 小于
4.Gh Fnh nh GhFnh Gh fs Fns
f
nF
进阶避“坑”练、进阶巩固练:
1.(1) (2) (3) (4) (5)√ (6) (7) (8) (9)√
2.62.5% 增大 不变
()*+,-.
1.B 2.B
3. 4.
5.(1)右 (2)1 0.15 (3)动力×动力臂=阻力×阻力臂 (4)拉力的方向 OB
6.C 【解析】A.该装置使用的是定滑轮,只能改变力的方向,不能省力,故A错
误;B.物块沿斜面匀速向上运动,动能不变,物体的重力势能是拉力 F做功
增加的,故B错误;C.物块相对斜面向上运动,受到的滑动摩擦力与其相对
运动方向相反,所以摩擦力沿斜面向下,故C正确;D.若绳子突然断开,物块
由于惯性会先继续向上运动一段距离,故D错误.故选C.
7.B 8.C 9.AB
10.解:(1)由题意及做功公式P=Wt可得
W甲 =P甲 t=300W×10s=3000J
(2)由W=Fs可得,甲工人的推力为
F甲 =
W甲
s=
3000J
2m =1500N
(3)由题意可得,滑轮组的有用功为
W有 =Gh=200N×3m=600J
动滑轮上有三段绳,则滑轮组的总功为
W总 =F乙 ×3h=100N×3×3m=900J
则机械效率为
η=
W有
W总
×100%=600J900J×100%≈66.7%
实验探究 实验一
一题过实验:
典例1 (1)平衡 右 清除杠杆自重对实验的影响和便于测量力臂
(2)F1l1=F2l2 (3)使实验结论更具有普遍性 (4)6 左侧下降 (5)变大
不变 (6)不正确,杠杆挂上钩码后,不能再调节平衡螺母了 (7)会 把此时
的杠杆旋转一定角度后,动力臂和阻力臂的比值不变,因此杠杆仍然平衡
实验探究 实验二
一题过实验:
典例2 (1)弹簧测力计 刻度尺 (2)甲 (3)测量物体和弹簧测力计移动
的距离,从而计算有用功和总功 (4)0.4 41.7% (5)重 (6)D (7)偏大
摩擦力
!
13
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!"#$%&'
考点一 进阶过基础:
1.振动 振动
2.(1)声波(波) (2)介质 不能 (3)a.种类 v固 >v液 >v气 b.温度 340m/s
进阶避“坑”练、进阶巩固练:
1.(1)× (2)√ (3)×
2.振动 空气 相同
考点二 进阶过基础:
高低 强弱(大小) 频率 频率越高 幅度 振幅越大 近
进阶避“坑”练、进阶巩固练:
1.afn dekm bcghijl 2.音色 音调 响度
考点三 进阶过基础:
1.回声定位
进阶巩固练:
1.超声波 信息 2.能量 次声波
考点四 进阶过基础:
1.无规则 2.分贝(dB)
3.(1)声源处 (2)传播过程中 (3)人耳处
进阶巩固练:
1.传播过程中 人耳处 声源处
()*+,-.
1.振动 信息 2.传播过程中 音色
3.空气柱 右
【解析】声音是由物体的振动产生的,从瓶口向瓶内吹气,声音是由瓶内空气
柱振动产生的.由图知道,从左往右瓶空气柱长度逐渐减小,所以声音的音调
会变高,则最右边水瓶发出声音的音调最高.
4.振动 B 5.振动 音调 6.C 7.A
!
14
"# \Z[
!"#$%&'
考点一 进阶过基础:
1.发光 2.并不存在 3.3×108 3×105 4.长度
进阶避“坑”练:
1.不能 不是
考点二 进阶过基础:
1.反射 偏折
2.入射 反射 同一平面内 两侧 等于 增大 入射
折射 同一平面内 法线 小于 增大 不变 可逆
3.仍然平行 四面八方 反射
进阶避“坑”练、进阶巩固练:
1.ABCGKN DFHMO EIJL
2.鱼的下方 折射 浅
3.
漫反射
—8—