讲义08能量及其转化-2024-2025学年浙教版九年级上册科学

K-9 8 能量及其转化 一、能量及其形式 1.认识能量 能量是客观存在的，与我们从力产生的效果中能够感受到力的存在一样，我们也可以从能量产生的效果中感受能量的存在。 一般来说，如果一个物体能够使别的物体运动或产生变化，我们就说这个物体具有能量。能量的单位是焦耳,简称为焦，符号是J，能量也称能。我们生活的宇宙，是由物质与能量构成。 植物的生长、流星等自然现象都与能量相关;人类的一切活动都离不开能量，我们需要能量来保证日常生活和工作，即使在睡觉的时候也需要消耗能量。 小球在光滑的斜坡向下滚动，又能沿着斜坡回到原来的高度，说明有能量在起作用 2.能量的形式 根据能量的特点大致可以分为机械能、化学能、电能、电磁能、内能、核能、声能等。 事例 具有的能量形式 做机械运动或变形但能自行恢复的物体 机械能 食物或燃料 化学能 运行电路中的电流 电能 核电站发电 核能 可见光、红外线、紫外线、微波和X射线 电磁能 高温水蒸气 内能 寒山石钟声 声能 二、机械能 1、动能 （1）物体由于运动而具有的能量叫做动能。一切做机械运动的物体都具有动能。例如:飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、流动的水和空气等，都具有动能。 （2）探究影响动能大小的因素 实验结论:物体动能的大小与物体的质量和运动速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。E动=½mv2 ①任何物体都有质量，无论固体、液体还是气体，只要它是运动的，它就具有动能。 ②本实验主要运用了控制变量法(控制物体的质量或物体的速度相同)和转换法(根据小车将木块推动的距离远近来判断小车具有的动能大小)。 2、势能 （1）重力势能 物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。 1)探究影响重力势能大小的因素 补充：判断一个物体是否具有重力势能，很关键的一个因素是看此物体相对某一个平面有没有被举高，即相对此平面有没有一定的高度。 若有，则物体具有重力势能；若没有，则物体不具有重力势能。所以这个某一平面的选择有时候对势能的大小也有决定因素。在没有特别指明的情况下，“高度”一般是相对于地面而言的，在初中阶段通常认为地面上的物体具有的重力势能为零。 2）实验结论：物体的重力势能大小与物体的质量和被举高的高度有关。物体的质量越大，被举得越高，它具有的重力势能就越大。E重势=mgh （2）弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。例如，张开的弓、拉长的橡皮条、卷紧的钟表发条、压弯的杆等都是由于发生形生弹性形变而具有了弹性势能。 (1) 影响弹性势能大小的因素:弹性势能的大小与物体弹性形变的大小有关。物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。例如，射箭时手拉弓弦使弓的弹性形变越大，弹性势能就越大，箭就射得越远。同样，机械表内发条卷得越紧，弹性形变越大，弹性势能就越大，机械表走动的时间就越长。 注意：橡皮泥发生形变就不具有弹性势能，因为它发生形变后不能恢复原状，不属于弹性形变。 3、动能和势能的转化 （1）动能和重力势能的相互转化 动能和重力势能之间可以相互转化，一般发生在重力作用下的运动过程中。 （2）动能和弹性势能的相互转化 一个铁球从高处滚下来，撞击到弹簧片上。 （3）机械能守恒 1）动能和势能都属于机械能。物体的动能和势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果只有动能和势能的相互转化，那么这个转化系统中机械能的总量就保持不变，即机械能守恒。 2）机械能守恒的几种情况 a.研究对象中只有对象重力做功：重力做正功，使物体动能增加，重力势能减小；物体克服重力做功（重力做负功）物体重力势能增加，动能减少。 b.研究系统中没有受到摩擦力：系统接触面光滑，不计空气阻力等。 c.研究系统内物体不对外做功或者没有其他外力对系统做功：系统物体之间互相压缩只发生弹性形变 3）机械能不守恒的几种情况 a.除了重力还有其他力对研究系统内的物体做功或者系统对外做功：火箭升空 b.研究对象匀速上升或者下降：雨滴匀速下落 c.研究对象转化过程中最大运动速度不断减小，最终静止：皮球在落地反弹中，高度越来越低 d.研究对象质量减少或者增多：洒水车洒水，空中加油等 （4）动能和势能转化的应用 动能和势能的相互转化有着广泛的应用。如撑杆跳高运动员起跳后，身体不断上升，撑竿剧烈弯曲，动能转化为运动员的重力势能和撑竿的弹性势能。当上升到一定高度时，动能变得很小。此后，撑竿的弹性势能将逐渐转化为运动员的重力势能。水力发电站是利用水的势能转化为水的动能，再转化为叶轮的动能，进而带动发电机发电的。 动能和势能的相互转化过程中，需要特别注意的几点: 1)明确研究对象和所要研究的过程。 2)物体在起始位置所具有的动能、势能。以及最终位置的动能、势能。 3)当重力势能，动能，弹性势能三者互相转化时，往往物体受力平衡时，速度最大，动能最大。 重力势能大小看高度，弹性势能看形变程度。重点关注：蹦极、蹦床/小球压弹簧、弹簧推物 4)物体减小的一种形式的能必定转化为增大的另一种形式的能。 三、能量转化的量度 1.功 （1）功的含义：物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过一段距离，我们就说这个力对物体做了功。力做功也常说成物体做功，如人的推力对小车做功，也可以说成人对小车做功。 （2）做功的两个必要因素 一是作用在物体上的力F；二是物体在力的方向上通过一段距离S。两者缺一不可，否则就没有做功。 1)力对物体不做功的三种情况 ①有距离无力：物体没有受到力的作用，但由于惯性通过一段距离； ②有力无距离：有力作用在物体上，但物体没动，即物体没有通过一段距离； ③力与距离垂直：物体受到了力的作用，也通过了一段距离，但通过的距离与力的方向垂直。 2) 物体在力的方向上通过一段距离是指力与距离具有同体性和同时性。 （3）功的计算 功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。 F表示力，s表示物体在力的方向上通过的距离，W表示功，则功的计算公式为W=Fs 应用功的计算公式时，必须注意以下三点： 1)要明确是哪个力对物体做功，或是哪个施力物体对哪个受力物体做功。 2)公式W=Fs中的F是作用在物体上的力，s是物体在力F方向上通过的距离。 3)F是使物体沿力F方向通过距离s的过程中，始终作用在物体上的力，它的大小和方向都是不变的。 （4）功的单位 在国际单位制中，力的单位是牛( N )，距离的单位是米( m)，功的单位是牛.米(N. m )，在国际单位制中，用专门的名称“焦耳”来表示，简称为焦，符号是J。1焦=1牛.米。 （5）做功的实质 做功的过程实质上就是能量转化的过程，力对物体做了多少功，就有多少能量发生了转化。因此，可以用功来量度能量转化的多少。 拓展： 功和能的区别与联系：功和能是两个不同性质的量，功是过程量，它对应的是一段时间和一段过程；能是状态量，它对应的是一个时刻和一个状态。但功和能这两个量又是密切相关的，首先，能是物体做功的本领，如果一个物体具有做功的本领，我们就说它具有能；其次，功是能量转化的量度，即在一个过程中，能量究竟转化了多少，可以用相应的功量度出来。 2、功率 （1）比较做功的快慢 比较做功的快慢有三种方法： 1)若做功相同，比较做功的时间，所用时间越短做功越快，所用时间越长做功越慢； 2)若做功时间相同，比较所做功的多少，做功越多做功越快，做功越少做功越慢； 3)若做功的多少和所用时间都不相同，则通过计算(做功的多少与做功所用时间的比值)进行比较。 通过以上三种方法的比较，说明做功的快慢与做功的多少和做功所用时间这两个因素都有关系。 （2）功率 1)定义：单位时间里完成的功叫做功率。 2)意义：反映做功快慢的量(即表示能量转化快慢的量)。 3)符号： P 4)功率的公式：由功率的定义知，功率=功/时间，如果用P表示功率，W表示功，t表示时间，则功率的公式可表示为P=W/t 5)功率的单位：在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，符号为W。1瓦=1焦/秒。在实际应用中还常用千瓦( kW )、兆瓦( MW )作为功率的单位。1千瓦=1000瓦，1兆瓦=106瓦。 拓展： ①当物体在力F的作用下，以速度v做匀速直线运动时(力F与速度v同方向)，由W=Fs、v= s/t，得出P=Fv，即功率等于力与力的方向上运动速度的乘积。利用P=Fv可以知道：拖拉机在上坡时，当功率一定时，通过换挡减小速度是为了增大牵引力，这样有利于上坡。 ②应用公式P=W/t时一定要注意三个量的对应关系，功W一定是在对应的时间t内完成的功，这样算出的功率才是时间t内的功率，不同的时间内对应的功率一般来说是不同的，功率越大，反映了完成功的“速度”越大，但并不代表做功一定多。功率的公式P=W/t是指平均功率，即在t时间内的平均功率，而不是某一时刻的瞬间功率。 四、典型例题 （一）考点：能量及其形式 【例1】（2023浙江一模）2022年5月10日凌晨，搭载“天舟四号”货运飞船的长征七号遥五运载火箭，顺利进入预定轨道，开始追赶“天和”核心舱，最终成功对接。下列说法正确的是（　） A．天舟四号的太阳能电池板将太阳能转化为机械能 B．追赶过程中，以“天舟四号”为参照物，“天和”是运动的 C．火箭加速上升过程中，惯性在变大 D．对接成功后的运动过程中，受到平衡力的作用 【例2】（2022杭州期末）近年来，杭州新能源电动车（如图所示）迅猛发展。下列用电器能量转换的形式与新能源电动车相同的是（　） A．电风扇 B．电灯 C．收音机 D．电饭锅 【例3】（2022台州期末）下列家用电器在工作中，将电能主要转化为机械能的是（　） A B C D 【例4】（2020浙江期中）自然界中存在着多种形式的能，下面对能的叙述中错误的是（　） A．贮存在食物中的能称为化学能 B．钩码被举高后具有的能是动能 C．声能是一种听得到的能量 D．植物通过光合作用把光能转化为化学能 （二）考点：机械能 【例1】（2023杭州中考）小金将小球竖直向上抛出，小球先上升后下落，不计空气阻力。小球从离开手后到落回手中之前，此过程中能量变化的分析，正确的是（　） A．动能先增大后减小 B．势能先减小后增大 C．机械能先减小后增大 D．机械能保持不变 【例2】（2023绍兴中考）2023年5月10日，搭载天舟六号货运飞船的运载火箭成功发射，进入轨道后天舟六号与我国空间站完成对接形成组合体。下列说法正确的是（　） A．加速升空时，天舟六号机械能不变 B．进入轨道后，天舟六号的惯性消失 C．对接靠近时，以“天和”舱为参照物，天舟六号是静止的 D．对接成功后，组合体绕地运行过程中运动状态发生改变 【例3】（2023浙江一模）如图所示是蹦床运动员表演的情景，运动员从最低点到脱离蹦床的过程中，其动能变化情况是（　） A．动能不断减少 B．动能不断增大 C．动能先增大后减小 D．动能先减小后增大 【例4】（2023浙江一模）如图所示，高速公路的长下坡路段右侧通常会建避险车道，刹车失灵的车辆可驶入避险车道实现安全减速。它由制动坡床和防撞设施等组成，制动坡床长100多米，有较大的坡度，坡床上铺满疏松的鹅卵石和砂土层；坡床的尽头，有废旧轮胎和防撞桶围起来的防撞设施。下列有关“避险车道”的说法错误的是（　） A．汽车在长下坡路段刹车较为频繁，持续摩擦使刹车片过热，导致刹车失灵几率更大 B．较大坡度有利于将车辆的动能转化为重力势能而达到减速目的 C．铺满疏松的鹅卵石和砂土层是为了增大车辆与路面的摩擦 D．上坡过程中，汽车所受重力与斜坡对汽车的支持力是一对平衡力 【例5】（2023浙江期中）如图，现有粗糙水平面上有一个轻质弹簧。弹簧左端固定在墙壁上，右边连接一木块，当弹簧自然伸长时右端在O点。如图，将木块拉至A点后放手，第一次木块向左运动，最远能达到B点。下列说法正确的是（　） A．A至O的过程中木块动能不断增加 B．A至B的过程中弹簧弹性势能不断减小 C．木块的动能和弹簧的弹性势能之和不变 D．当小球最后静止时，木块可能在O点的左侧或右侧 （三）考点：功与功率 【例1】（2022杭州期中）一位中学生从普通居民楼的一楼走到三楼，他克服自身重力做功大约为（     ） A．300焦 B．3000焦 C．30000焦 D．没有做功 【例2】（2023浙江自招）一架自动扶梯以恒定的速率运送乘客上同一层楼，某乘客第一次站在扶梯不动，第二次相对于扶梯的速率匀速上走，两次扶梯对乘客所做的功分别是W1和W2，则（　　） A．W1＜W2 B．W1＞W2 C．W1=W2 D．无法确定 【例3】（2023浙江一模）如图是我国拥有完全知识产权的第三代核电机组——华龙一号3号机组的内穹顶吊装过程。分为上升、平移、下降三个阶段。下列能表示上升和平移两个阶段中吊车拉力对穹顶做功量（用斜影表示）的是（　　）    【例4】（2022浙江二模）小金在体育中考力量类项目选择了引体向上，结果完成了12次，得到满分10分，小金同学在这次考试中符合实际是（　　） A．抓手的横杠离地面高度约10分米 B．完成考试用时3秒 C．做完一次做功约200焦耳 D．提升时手对杆的拉力约为60牛 【例5】（2022浙江阶段）一个中学生一分钟跳绳的功率最接近（　　） A．10W B．100W C．1000W D．10000W 【例6】（2023浙江期末）如图所示，小明的体重为G，支架横杆到地面的高度为h，小明第一次顺着竖直的杆从杆顶匀速下滑到地面，第二次沿比杆粗糙的绳从杆顶匀速下滑到地面，第一次比第二次需要的时间短，两次重力做的功为W1、W2 ，功率为  P1、P2 下列分析正确的是（　　） A．W1=W2   P1=P2 B．W1=W2   P1P2 C．W1W2    P1P2 D．W1=W2    P1P2 【例7】（2022杭州期中）在下列数据中，最接近生活实际的是（　　） A．一个中学生从一楼走到二楼，做功的功率为10W B．一辆正常行驶的自行车的速度约为1200m/分钟 C．一般起重机的功率约为200W D．将掉在地上的科学课本放回到课桌上，做的功约为2J 【例8】（2023浙江专题）现有30个相同的货箱，总质量为150千克．要你尽可能快地把这批货箱搬到12米高的楼上。假设你身体可以提供的功率如图那样取决于你搬的箱子数的多少。不考虑搬起箱子、放下箱子和下楼的时间，则要使搬运时间最短，每次搬动箱子数为（　　） A．2个 B．3个 C．4个 D．5个 五、学力训练 A组 夯实基础 1．（2022台州一模）把不同的金属片a、b插入柠檬，制成水果电池，并与电压表用导线连接，如图所示。则对该实验分析错误的是（　） A．金属片a是水果电池的正极 B．水果电池将化学能转化为电能 C．电流是从金属片a经电压表流回金属片b D．自由电子从金属片a经电压表定向移动到金属片b 2．（2022绍兴联考）下列关于能的说法，不正确的是（　） A．能量无处不在，能量的形式多种多样 B．我们的生活离不开能量，即使在睡觉的时候也需要能量 C．运动的物体具有能量，静止的物体没有能量 D．所有的自然现象都涉及能量 3．（2023温州练习）下列四位同学没有做功的是（　　） A．甲同学从地面上捡起书本放在桌面上 B．乙同学托起书本往上移动一段距离 C．丙同学坐座位上托着书本不动 D．丁同学用手推着书本在桌子上移动一段距离 4．（2022浙江练习）物理学在定义一个物理量的时候常采用比值的形式定义，如：密度等于质量与体积的比。用比值法定义的物理量在物理学中占有相当大的比例。下列物理量中，不是采用了比值法定义的物理量是（　　） A．速度 B．功率 C．功 D．压强 5．（2022温州校考）如图所示，塔式起重机下挂着重物，在下列三种情形中：①重物静止不动；②重物匀速向上运动；③重物沿水平方向匀速移动。下列关于钢索拉力对重物做功的判断及其原因的分析，正确的是（　　） A．只有情形①③做了功，因为重物能量发生了变化 B．只有情形②做了功，因为重物能量发生了变化 C．只有情形①③做了功，因为起重机消耗了能量 D．只有情形②做了功，因为起重机消耗了能量 B组 强化提高 1．（2023杭州统考）如图所示，为了测定纸锥下落的快慢，小明用频闪相机拍下某一纸锥下落过程的照片，照相机每隔0.2秒曝光一次。该纸锥下落过程中重力做功的功率随时间变化的图像是（　　） 2．（2023浙江一模）第二十四届“冬奥会”在北京和张家口成功举办。以下四图是运动员在本届“冬奥会”上参加不同比赛项目时的情景，关于他们比赛时所涉及的科学知识，下列说法正确的是（　） A．甲图：擦刷冰面是为了增大摩擦 B．乙图：花样滑冰运动员的重力和对冰面的压力是一对平衡力 C．丙图：跳台滑雪运动员在下落过程中运动状态不变 D．丁图：速度滑冰运动员在水平冰道上加速冲刺的过程中，其机械能增加 3．（2023浙江一模）对于下列四幅图应用的原理的描述，正确的是（　） A．图甲，当运动员将箭射出时，弓的弹性势能转化为箭的动能 B．图乙，吹奏唢呐时按压不同位置的气孔，主要改变声音的响度 C．图丙，站台上设有安全线，其原因是列车进站时车体附近气体流速大，压强大 D．图丁，扫地机器人内置的电动机工作时应用了电磁感应原理 4．（2023温州中考）如图是滚摆完成一次下降和上升的示意图。该过程中，滚摆处于甲、乙位置时（　） A．重力势能不同，动能相同 B．重力势能不同，动能不同 C．重力势能相同，动能相同 D．重力势能相同，动能不同 6．（2022杭州统考）放在粗糙水平面上的物体受到水平拉力的作用，在0～6s内，其速度与时间关系的图象和该拉力的功率与时间关系的图象如图所示，下列说法正确的是（　　）   A．在0～2s内，该物体做匀速运动 B．物体在2～6s内受到的拉力为6N C．物体受到的滑动摩擦力大小为2.5N D．在2～6s内，拉力对物体做功为90J 7．（2023宁波统考）一定质量的货物在吊车钢索拉力的作用下,竖直向上运动,如图是货物上升的路程s随时间t变化的图象。不考虑空气的阻力和钢索重力,则下列判断正确的是（　　） A．2s时钢索的拉力大小等于8s时钢索的拉力大小 B．货物竖直向上运动时，4s时的速度小于10s时的速度 C．0至6s内钢索拉力做的功小于6s至12s内钢索拉力做的功 D．货物子在0至12s内的竖直向上运动过程中，钢索拉力的功率保持不变 8．（2022温州阶段）如图所示，木棒AB放在截面半径为的圆柱体上且木棒保持水平，用水平力推木棒的A端，圆柱体在水平地面上匀速向前滚动，设木棒与圆柱体、圆柱体与地面间均无滑动现象，当把圆柱体恰好推动一圈时，推力做的功是（　　） A．πRF B．2πRF C．3πRF D．4πRF 9．（2022浙江期中）一个普通中学生在30秒内完成12次双杠撑举，该学生此过程中克服重力做功的平均功率最接近于（　　） A．5W B．50W C．500W D．5000W 10．（2022浙江专题）引体向上是大家喜爱的体育运动之一、小科的质量为50kg，每次引体向上，人整体上升高度约为60cm，一分钟完成20次。下列说法正确的是（　　） A．小科完成一次引体向上，克服重力做功约为300J B．小科在这一分钟内引体向上的功率约为150W C．人体上升过程中动能转化为重力势能，机械能守恒 D．小科在上升的过程中，对杆子的拉力始终为500N C组 瞄准中考 1.（2022浙江阶段）在某冬奥会上，一运动员在比赛过程中运动的轨迹（a→b→c→d→e）如图所示，如果不计空气阻力及滑道摩擦，下列说法不正确的是（　） A．从a点下滑到b点过程中，动能增加 B．在a点的重力势能等于c点的重力势能 C．在c点的机械能等于d点的机械能 D．从b点运动到c点过程中，重力势能增加 2.（2023浙江一模）如图甲是蹦极运动过程示意图，小明从O点开始下落，OA长度是弹性绳的自由长度，在B点时他所受弹性绳弹力恰好等于自身重力，C点是下落到达的最低点。蹦极过程中人和弹性绳的能量变化如图乙（忽略空气摩擦的影响），下列判断正确的是（　） A．a图像表示人的重力势能 B．t1时刻人在B点位置 C．t2时刻绳的弹性势能最大 D．t3时刻人的动能为零 3．（2023浙江专题）如图甲所示，小强在水平地面上用力推木箱，推力随时间变化的图象如图乙所示，木箱速度随时间变化的图象如图丙所示，以下对于这一过程的分析中正确的是（　　） A．0-1s内木箱没有动是因为人对木箱的推力小于地面给木箱的摩擦力 B．1s-2s内木箱受到的摩擦力大小为4N C．2s-3s内人对木箱的推力做功为6J D． 如果3s后人停止用力，木箱将做匀速直线运动 4．（2022浙江统考）某跳伞运动员从飞机上跳下，沿竖直方向降落，一段时间后打开降落伞，最后安全着地。已知运动员和跳伞设备的总重力为700牛，跳伞过程中下降的速度与时间的关系如图甲所示。 （1）图甲中曲线OA段速度越来越大的原因是 。 （2）图乙是跳伞过程中部分阶段的情景及受力示意图，其中与图甲曲线中CD阶段对应的是 。 （3）计算运动员和跳伞设备的总重力在AB段所做的功 。 5．（2022浙江一模）“绿色出行，低碳生活”的理念深入人心，公共自行车已经真正融入到义乌人民的生活中。一位市民骑着一辆公共自行车在某段平直的水平路面上由静止开始运动，共用时12s。已知该市民质量为60kg，自行车质量为10kg，车轮与地面的总接触面积是。图甲是速度v随时间t变化的关系图像，图乙是动力F随时间t变化的关系图像。 （1）请问该市民骑自行车在水平地面行驶时，对地面的压强为多大？ （2）在7～12s内，自行车克服摩擦阻力做了多少功？ （3）请在图丙中，画出0～12秒内市民骑车的输出功率P随时间t变化的图线。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$K-9 8 能量及其转化 一、能量及其形式 1.认识能量 能量是客观存在的，与我们从力产生的效果中能够感受到力的存在一样，我们也可以从能量产生的效果中感受能量的存在。 一般来说，如果一个物体能够使别的物体运动或产生变化，我们就说这个物体具有能量。能量的单位是焦耳,简称为焦，符号是J，能量也称能。我们生活的宇宙，是由物质与能量构成。 植物的生长、流星等自然现象都与能量相关;人类的一切活动都离不开能量，我们需要能量来保证日常生活和工作，即使在睡觉的时候也需要消耗能量。 小球在光滑的斜坡向下滚动，又能沿着斜坡回到原来的高度，说明有能量在起作用 2.能量的形式 根据能量的特点大致可以分为机械能、化学能、电能、电磁能、内能、核能、声能等。 事例 具有的能量形式 做机械运动或变形但能自行恢复的物体 机械能 食物或燃料 化学能 运行电路中的电流 电能 核电站发电 核能 可见光、红外线、紫外线、微波和X射线 电磁能 高温水蒸气 内能 寒山石钟声 声能 二、机械能 1、动能 （1）物体由于运动而具有的能量叫做动能。一切做机械运动的物体都具有动能。例如:飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、流动的水和空气等，都具有动能。 （2）探究影响动能大小的因素 实验结论:物体动能的大小与物体的质量和运动速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。E动=½mv2 ①任何物体都有质量，无论固体、液体还是气体，只要它是运动的，它就具有动能。 ②本实验主要运用了控制变量法(控制物体的质量或物体的速度相同)和转换法(根据小车将木块推动的距离远近来判断小车具有的动能大小)。 2、势能 （1）重力势能 物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。 1)探究影响重力势能大小的因素 补充：判断一个物体是否具有重力势能，很关键的一个因素是看此物体相对某一个平面有没有被举高，即相对此平面有没有一定的高度。 若有，则物体具有重力势能；若没有，则物体不具有重力势能。所以这个某一平面的选择有时候对势能的大小也有决定因素。在没有特别指明的情况下，“高度”一般是相对于地面而言的，在初中阶段通常认为地面上的物体具有的重力势能为零。 2）实验结论：物体的重力势能大小与物体的质量和被举高的高度有关。物体的质量越大，被举得越高，它具有的重力势能就越大。E重势=mgh （2）弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。例如，张开的弓、拉长的橡皮条、卷紧的钟表发条、压弯的杆等都是由于发生形生弹性形变而具有了弹性势能。 (1) 影响弹性势能大小的因素:弹性势能的大小与物体弹性形变的大小有关。物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。例如，射箭时手拉弓弦使弓的弹性形变越大，弹性势能就越大，箭就射得越远。同样，机械表内发条卷得越紧，弹性形变越大，弹性势能就越大，机械表走动的时间就越长。 注意：橡皮泥发生形变就不具有弹性势能，因为它发生形变后不能恢复原状，不属于弹性形变。 3、动能和势能的转化 （1）动能和重力势能的相互转化 动能和重力势能之间可以相互转化，一般发生在重力作用下的运动过程中。 （2）动能和弹性势能的相互转化 一个铁球从高处滚下来，撞击到弹簧片上。 （3）机械能守恒 1）动能和势能都属于机械能。物体的动能和势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果只有动能和势能的相互转化，那么这个转化系统中机械能的总量就保持不变，即机械能守恒。 2）机械能守恒的几种情况 a.研究对象中只有对象重力做功：重力做正功，使物体动能增加，重力势能减小；物体克服重力做功（重力做负功）物体重力势能增加，动能减少。 b.研究系统中没有受到摩擦力：系统接触面光滑，不计空气阻力等。 c.研究系统内物体不对外做功或者没有其他外力对系统做功：系统物体之间互相压缩只发生弹性形变 3）机械能不守恒的几种情况 a.除了重力还有其他力对研究系统内的物体做功或者系统对外做功：火箭升空 b.研究对象匀速上升或者下降：雨滴匀速下落 c.研究对象转化过程中最大运动速度不断减小，最终静止：皮球在落地反弹中，高度越来越低 d.研究对象质量减少或者增多：洒水车洒水，空中加油等 （4）动能和势能转化的应用 动能和势能的相互转化有着广泛的应用。如撑杆跳高运动员起跳后，身体不断上升，撑竿剧烈弯曲，动能转化为运动员的重力势能和撑竿的弹性势能。当上升到一定高度时，动能变得很小。此后，撑竿的弹性势能将逐渐转化为运动员的重力势能。水力发电站是利用水的势能转化为水的动能，再转化为叶轮的动能，进而带动发电机发电的。 动能和势能的相互转化过程中，需要特别注意的几点: 1)明确研究对象和所要研究的过程。 2)物体在起始位置所具有的动能、势能。以及最终位置的动能、势能。 3)当重力势能，动能，弹性势能三者互相转化时，往往物体受力平衡时，速度最大，动能最大。 重力势能大小看高度，弹性势能看形变程度。重点关注：蹦极、蹦床/小球压弹簧、弹簧推物 4)物体减小的一种形式的能必定转化为增大的另一种形式的能。 三、能量转化的量度 1.功 （1）功的含义：物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过一段距离，我们就说这个力对物体做了功。力做功也常说成物体做功，如人的推力对小车做功，也可以说成人对小车做功。 （2）做功的两个必要因素 一是作用在物体上的力F；二是物体在力的方向上通过一段距离S。两者缺一不可，否则就没有做功。 1)力对物体不做功的三种情况 ①有距离无力：物体没有受到力的作用，但由于惯性通过一段距离； ②有力无距离：有力作用在物体上，但物体没动，即物体没有通过一段距离； ③力与距离垂直：物体受到了力的作用，也通过了一段距离，但通过的距离与力的方向垂直。 2) 物体在力的方向上通过一段距离是指力与距离具有同体性和同时性。 （3）功的计算 功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。 F表示力，s表示物体在力的方向上通过的距离，W表示功，则功的计算公式为W=Fs 应用功的计算公式时，必须注意以下三点： 1)要明确是哪个力对物体做功，或是哪个施力物体对哪个受力物体做功。 2)公式W=Fs中的F是作用在物体上的力，s是物体在力F方向上通过的距离。 3)F是使物体沿力F方向通过距离s的过程中，始终作用在物体上的力，它的大小和方向都是不变的。 （4）功的单位 在国际单位制中，力的单位是牛( N )，距离的单位是米( m)，功的单位是牛.米(N. m )，在国际单位制中，用专门的名称“焦耳”来表示，简称为焦，符号是J。1焦=1牛.米。 （5）做功的实质 做功的过程实质上就是能量转化的过程，力对物体做了多少功，就有多少能量发生了转化。因此，可以用功来量度能量转化的多少。 拓展： 功和能的区别与联系：功和能是两个不同性质的量，功是过程量，它对应的是一段时间和一段过程；能是状态量，它对应的是一个时刻和一个状态。但功和能这两个量又是密切相关的，首先，能是物体做功的本领，如果一个物体具有做功的本领，我们就说它具有能；其次，功是能量转化的量度，即在一个过程中，能量究竟转化了多少，可以用相应的功量度出来。 2、功率 （1）比较做功的快慢 比较做功的快慢有三种方法： 1)若做功相同，比较做功的时间，所用时间越短做功越快，所用时间越长做功越慢； 2)若做功时间相同，比较所做功的多少，做功越多做功越快，做功越少做功越慢； 3)若做功的多少和所用时间都不相同，则通过计算(做功的多少与做功所用时间的比值)进行比较。 通过以上三种方法的比较，说明做功的快慢与做功的多少和做功所用时间这两个因素都有关系。 （2）功率 1)定义：单位时间里完成的功叫做功率。 2)意义：反映做功快慢的量(即表示能量转化快慢的量)。 3)符号： P 4)功率的公式：由功率的定义知，功率=功/时间，如果用P表示功率，W表示功，t表示时间，则功率的公式可表示为P=W/t 5)功率的单位：在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，符号为W。1瓦=1焦/秒。在实际应用中还常用千瓦( kW )、兆瓦( MW )作为功率的单位。1千瓦=1000瓦，1兆瓦=106瓦。 拓展： ①当物体在力F的作用下，以速度v做匀速直线运动时(力F与速度v同方向)，由W=Fs、v= s/t，得出P=Fv，即功率等于力与力的方向上运动速度的乘积。利用P=Fv可以知道：拖拉机在上坡时，当功率一定时，通过换挡减小速度是为了增大牵引力，这样有利于上坡。 ②应用公式P=W/t时一定要注意三个量的对应关系，功W一定是在对应的时间t内完成的功，这样算出的功率才是时间t内的功率，不同的时间内对应的功率一般来说是不同的，功率越大，反映了完成功的“速度”越大，但并不代表做功一定多。功率的公式P=W/t是指平均功率，即在t时间内的平均功率，而不是某一时刻的瞬间功率。 四、典型例题 （一）考点：能量及其形式 【例1】（2023浙江一模）2022年5月10日凌晨，搭载“天舟四号”货运飞船的长征七号遥五运载火箭，顺利进入预定轨道，开始追赶“天和”核心舱，最终成功对接。下列说法正确的是（　） A．天舟四号的太阳能电池板将太阳能转化为机械能 B．追赶过程中，以“天舟四号”为参照物，“天和”是运动的 C．火箭加速上升过程中，惯性在变大 D．对接成功后的运动过程中，受到平衡力的作用 【答案】：B 【例2】（2022杭州期末）近年来，杭州新能源电动车（如图所示）迅猛发展。下列用电器能量转换的形式与新能源电动车相同的是（　） A．电风扇 B．电灯 C．收音机 D．电饭锅 【答案】：A 【例3】（2022台州期末）下列家用电器在工作中，将电能主要转化为机械能的是（　） A B C D 【答案】：B 【例4】（2020浙江期中）自然界中存在着多种形式的能，下面对能的叙述中错误的是（　） A．贮存在食物中的能称为化学能 B．钩码被举高后具有的能是动能 C．声能是一种听得到的能量 D．植物通过光合作用把光能转化为化学能 【答案】：B （二）考点：机械能 【例1】（2023杭州中考）小金将小球竖直向上抛出，小球先上升后下落，不计空气阻力。小球从离开手后到落回手中之前，此过程中能量变化的分析，正确的是（　） A．动能先增大后减小 B．势能先减小后增大 C．机械能先减小后增大 D．机械能保持不变 【答案】：D 【例2】（2023绍兴中考）2023年5月10日，搭载天舟六号货运飞船的运载火箭成功发射，进入轨道后天舟六号与我国空间站完成对接形成组合体。下列说法正确的是（　） A．加速升空时，天舟六号机械能不变 B．进入轨道后，天舟六号的惯性消失 C．对接靠近时，以“天和”舱为参照物，天舟六号是静止的 D．对接成功后，组合体绕地运行过程中运动状态发生改变 【答案】：D 【例3】（2023浙江一模）如图所示是蹦床运动员表演的情景，运动员从最低点到脱离蹦床的过程中，其动能变化情况是（　） A．动能不断减少 B．动能不断增大 C．动能先增大后减小 D．动能先减小后增大 【答案】：C 【例4】（2023浙江一模）如图所示，高速公路的长下坡路段右侧通常会建避险车道，刹车失灵的车辆可驶入避险车道实现安全减速。它由制动坡床和防撞设施等组成，制动坡床长100多米，有较大的坡度，坡床上铺满疏松的鹅卵石和砂土层；坡床的尽头，有废旧轮胎和防撞桶围起来的防撞设施。下列有关“避险车道”的说法错误的是（　） A．汽车在长下坡路段刹车较为频繁，持续摩擦使刹车片过热，导致刹车失灵几率更大 B．较大坡度有利于将车辆的动能转化为重力势能而达到减速目的 C．铺满疏松的鹅卵石和砂土层是为了增大车辆与路面的摩擦 D．上坡过程中，汽车所受重力与斜坡对汽车的支持力是一对平衡力 【答案】：D 【例5】（2023浙江期中）如图，现有粗糙水平面上有一个轻质弹簧。弹簧左端固定在墙壁上，右边连接一木块，当弹簧自然伸长时右端在O点。如图，将木块拉至A点后放手，第一次木块向左运动，最远能达到B点。下列说法正确的是（　） A．A至O的过程中木块动能不断增加 B．A至B的过程中弹簧弹性势能不断减小 C．木块的动能和弹簧的弹性势能之和不变 D．当小球最后静止时，木块可能在O点的左侧或右侧 【答案】：D （三）考点：功与功率 【例1】（2022杭州期中）一位中学生从普通居民楼的一楼走到三楼，他克服自身重力做功大约为（     ） A．300焦 B．3000焦 C．30000焦 D．没有做功 【答案】：B 【例2】（2023浙江自招）一架自动扶梯以恒定的速率运送乘客上同一层楼，某乘客第一次站在扶梯不动，第二次相对于扶梯的速率匀速上走，两次扶梯对乘客所做的功分别是W1和W2，则（　　） A．W1＜W2 B．W1＞W2 C．W1=W2 D．无法确定 【答案】：C 【例3】（2023浙江一模）如图是我国拥有完全知识产权的第三代核电机组——华龙一号3号机组的内穹顶吊装过程。分为上升、平移、下降三个阶段。下列能表示上升和平移两个阶段中吊车拉力对穹顶做功量（用斜影表示）的是（　　）    【答案】：A 【例4】（2022浙江二模）小金在体育中考力量类项目选择了引体向上，结果完成了12次，得到满分10分，小金同学在这次考试中符合实际是（　　） A．抓手的横杠离地面高度约10分米 B．完成考试用时3秒 C．做完一次做功约200焦耳 D．提升时手对杆的拉力约为60牛 【答案】：C 【例5】（2022浙江阶段）一个中学生一分钟跳绳的功率最接近（　　） A．10W B．100W C．1000W D．10000W 【答案】：B 【例6】（2023浙江期末）如图所示，小明的体重为G，支架横杆到地面的高度为h，小明第一次顺着竖直的杆从杆顶匀速下滑到地面，第二次沿比杆粗糙的绳从杆顶匀速下滑到地面，第一次比第二次需要的时间短，两次重力做的功为W1、W2 ，功率为  P1、P2 下列分析正确的是（　　） A．W1=W2   P1=P2 B．W1=W2   P1P2 C．W1W2    P1P2 D．W1=W2    P1P2 【答案】：D 【例7】（2022杭州期中）在下列数据中，最接近生活实际的是（　　） A．一个中学生从一楼走到二楼，做功的功率为10W B．一辆正常行驶的自行车的速度约为1200m/分钟 C．一般起重机的功率约为200W D．将掉在地上的科学课本放回到课桌上，做的功约为2J 【答案】：D 【例8】（2023浙江专题）现有30个相同的货箱，总质量为150千克．要你尽可能快地把这批货箱搬到12米高的楼上。假设你身体可以提供的功率如图那样取决于你搬的箱子数的多少。不考虑搬起箱子、放下箱子和下楼的时间，则要使搬运时间最短，每次搬动箱子数为（　　） A．2个 B．3个 C．4个 D．5个 【答案】：B 五、学力训练 A组 夯实基础 1．（2022台州一模）把不同的金属片a、b插入柠檬，制成水果电池，并与电压表用导线连接，如图所示。则对该实验分析错误的是（　） A．金属片a是水果电池的正极 B．水果电池将化学能转化为电能 C．电流是从金属片a经电压表流回金属片b D．自由电子从金属片a经电压表定向移动到金属片b 【答案】：D 2．（2022绍兴联考）下列关于能的说法，不正确的是（　） A．能量无处不在，能量的形式多种多样 B．我们的生活离不开能量，即使在睡觉的时候也需要能量 C．运动的物体具有能量，静止的物体没有能量 D．所有的自然现象都涉及能量 【答案】：C 3．（2023温州练习）下列四位同学没有做功的是（　　） A．甲同学从地面上捡起书本放在桌面上 B．乙同学托起书本往上移动一段距离 C．丙同学坐座位上托着书本不动 D．丁同学用手推着书本在桌子上移动一段距离 【答案】：C 4．（2022浙江练习）物理学在定义一个物理量的时候常采用比值的形式定义，如：密度等于质量与体积的比。用比值法定义的物理量在物理学中占有相当大的比例。下列物理量中，不是采用了比值法定义的物理量是（　　） A．速度 B．功率 C．功 D．压强 【答案】：C 5．（2022温州校考）如图所示，塔式起重机下挂着重物，在下列三种情形中：①重物静止不动；②重物匀速向上运动；③重物沿水平方向匀速移动。下列关于钢索拉力对重物做功的判断及其原因的分析，正确的是（　　） A．只有情形①③做了功，因为重物能量发生了变化 B．只有情形②做了功，因为重物能量发生了变化 C．只有情形①③做了功，因为起重机消耗了能量 D．只有情形②做了功，因为起重机消耗了能量 【答案】：B B组 强化提高 1．（2023杭州统考）如图所示，为了测定纸锥下落的快慢，小明用频闪相机拍下某一纸锥下落过程的照片，照相机每隔0.2秒曝光一次。该纸锥下落过程中重力做功的功率随时间变化的图像是（　　） 【答案】：C 2．（2023浙江一模）第二十四届“冬奥会”在北京和张家口成功举办。以下四图是运动员在本届“冬奥会”上参加不同比赛项目时的情景，关于他们比赛时所涉及的科学知识，下列说法正确的是（　） A．甲图：擦刷冰面是为了增大摩擦 B．乙图：花样滑冰运动员的重力和对冰面的压力是一对平衡力 C．丙图：跳台滑雪运动员在下落过程中运动状态不变 D．丁图：速度滑冰运动员在水平冰道上加速冲刺的过程中，其机械能增加 【答案】：D 3．（2023浙江一模）对于下列四幅图应用的原理的描述，正确的是（　） A．图甲，当运动员将箭射出时，弓的弹性势能转化为箭的动能 B．图乙，吹奏唢呐时按压不同位置的气孔，主要改变声音的响度 C．图丙，站台上设有安全线，其原因是列车进站时车体附近气体流速大，压强大 D．图丁，扫地机器人内置的电动机工作时应用了电磁感应原理 【答案】：A 4．（2023温州中考）如图是滚摆完成一次下降和上升的示意图。该过程中，滚摆处于甲、乙位置时（　） A．重力势能不同，动能相同 B．重力势能不同，动能不同 C．重力势能相同，动能相同 D．重力势能相同，动能不同 【答案】：C 6．（2022杭州统考）放在粗糙水平面上的物体受到水平拉力的作用，在0～6s内，其速度与时间关系的图象和该拉力的功率与时间关系的图象如图所示，下列说法正确的是（　　）   A．在0～2s内，该物体做匀速运动 B．物体在2～6s内受到的拉力为6N C．物体受到的滑动摩擦力大小为2.5N D．在2～6s内，拉力对物体做功为90J 【答案】：C 7．（2023宁波统考）一定质量的货物在吊车钢索拉力的作用下,竖直向上运动,如图是货物上升的路程s随时间t变化的图象。不考虑空气的阻力和钢索重力,则下列判断正确的是（　　） A．2s时钢索的拉力大小等于8s时钢索的拉力大小 B．货物竖直向上运动时，4s时的速度小于10s时的速度 C．0至6s内钢索拉力做的功小于6s至12s内钢索拉力做的功 D．货物子在0至12s内的竖直向上运动过程中，钢索拉力的功率保持不变 【答案】：A 8．（2022温州阶段）如图所示，木棒AB放在截面半径为的圆柱体上且木棒保持水平，用水平力推木棒的A端，圆柱体在水平地面上匀速向前滚动，设木棒与圆柱体、圆柱体与地面间均无滑动现象，当把圆柱体恰好推动一圈时，推力做的功是（　　） A．πRF B．2πRF C．3πRF D．4πRF 【答案】：B 9．（2022浙江期中）一个普通中学生在30秒内完成12次双杠撑举，该学生此过程中克服重力做功的平均功率最接近于（　　） A．5W B．50W C．500W D．5000W 【答案】：B 10．（2022浙江专题）引体向上是大家喜爱的体育运动之一、小科的质量为50kg，每次引体向上，人整体上升高度约为60cm，一分钟完成20次。下列说法正确的是（　　） A．小科完成一次引体向上，克服重力做功约为300J B．小科在这一分钟内引体向上的功率约为150W C．人体上升过程中动能转化为重力势能，机械能守恒 D．小科在上升的过程中，对杆子的拉力始终为500N 【答案】：A C组 瞄准中考 1.（2022浙江阶段）在某冬奥会上，一运动员在比赛过程中运动的轨迹（a→b→c→d→e）如图所示，如果不计空气阻力及滑道摩擦，下列说法不正确的是（　） A．从a点下滑到b点过程中，动能增加 B．在a点的重力势能等于c点的重力势能 C．在c点的机械能等于d点的机械能 D．从b点运动到c点过程中，重力势能增加 【答案】：B 2.（2023浙江一模）如图甲是蹦极运动过程示意图，小明从O点开始下落，OA长度是弹性绳的自由长度，在B点时他所受弹性绳弹力恰好等于自身重力，C点是下落到达的最低点。蹦极过程中人和弹性绳的能量变化如图乙（忽略空气摩擦的影响），下列判断正确的是（　） A．a图像表示人的重力势能 B．t1时刻人在B点位置 C．t2时刻绳的弹性势能最大 D．t3时刻人的动能为零 【答案】：B 3．（2023浙江专题）如图甲所示，小强在水平地面上用力推木箱，推力随时间变化的图象如图乙所示，木箱速度随时间变化的图象如图丙所示，以下对于这一过程的分析中正确的是（　　） A．0-1s内木箱没有动是因为人对木箱的推力小于地面给木箱的摩擦力 B．1s-2s内木箱受到的摩擦力大小为4N C．2s-3s内人对木箱的推力做功为6J D． 如果3s后人停止用力，木箱将做匀速直线运动 【答案】：B 4．（2022浙江统考）某跳伞运动员从飞机上跳下，沿竖直方向降落，一段时间后打开降落伞，最后安全着地。已知运动员和跳伞设备的总重力为700牛，跳伞过程中下降的速度与时间的关系如图甲所示。 （1）图甲中曲线OA段速度越来越大的原因是 。 （2）图乙是跳伞过程中部分阶段的情景及受力示意图，其中与图甲曲线中CD阶段对应的是 。 （3）计算运动员和跳伞设备的总重力在AB段所做的功 。 【答案】：重力势能转化为动能 ③ 7×105J 5．（2022浙江一模）“绿色出行，低碳生活”的理念深入人心，公共自行车已经真正融入到义乌人民的生活中。一位市民骑着一辆公共自行车在某段平直的水平路面上由静止开始运动，共用时12s。已知该市民质量为60kg，自行车质量为10kg，车轮与地面的总接触面积是。图甲是速度v随时间t变化的关系图像，图乙是动力F随时间t变化的关系图像。 （1）请问该市民骑自行车在水平地面行驶时，对地面的压强为多大？ （2）在7～12s内，自行车克服摩擦阻力做了多少功？ （3）请在图丙中，画出0～12秒内市民骑车的输出功率P随时间t变化的图线。 【答案】：3.5×105Pa 900J 1 学科网（北京）股份有限公司 $$