第11章 功和机械能 课件 2024-2025学年中考物理人教版 考点探究（广东）

第十一章 功和机械能 回归教材 实验探究 真题精粹 ⁠ ⁠功 课标要求：知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。 1.力学中的功 （1）定义：通常而言，如果一个力作用在物体上，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。 移动 了一段距离　 ①作用在物体上的力。 ②物体在这个力的方向上 　移动了一段距离　⁠。 移动了一段距离　 （2）做功的两个必要条件 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乘积。 （2）公式： W＝Fs （3）变形公式：求力F＝，求距离s＝。 ⁠ ⁠功率 课标要求：知道功率。用生活中的实例说明功率的含义。 1.物理意义：表示 　物体做功快慢　⁠的物理量。 2.定义： 　功　⁠与 　做功所用时间　⁠之比叫作功率，它在数值上等于力在单位时间内所做的功。 3.单位 ①基本单位： 　瓦特　⁠，简称 　瓦　⁠，符号 　W　⁠。 ②常用单位：千瓦（kW）、兆瓦（MW）。 ③单位换算：1 kW＝103 W、1 MW＝106 W。 物体做功快慢　 功　 做功所用时间　 瓦特　 瓦　 W　 4.公式P＝ 5.推导公式：P＝Fv。 ⁠ ⁠动能和势能 课标要求：知道动能、势能和机械能。 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，单位焦耳（J）。 2.动能 （1）定义：物体 　由于运动　⁠而具有的能。 （2）影响动能大小的因素：物体的 　质量　⁠和 　速度　⁠。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，它的动能越大。 （3）举例：飞行的子弹、开动的汽车、流动的水等。 对外做功　 由于运动　 质量　 速度　 3.重力势能 （1）定义：在地球表面附近与高度相关的能，叫作重力势能。 （2）影响重力势能大小的因素：物体的 　质量　⁠和 　高度　⁠。物体的质量越大，高度越高，它具有的重力势能就越大。 （3）举例：举高的重锤、高空落下的石头等。 4.弹性势能 （1）定义：物体由于发生 　弹性形变　⁠而具有的能。 （2）影响弹性势能大小的因素：物体发生弹性形变的大小。物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。 质量　 高度　 弹性形变　 ⁠ ⁠机械能及其转化 课标要求：通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。 1. 　动能　⁠、 　重力势能　⁠和 　弹性势能　⁠统称为机械能。 2.机械能间的转化：在一定条件下，动能和势能之间可以相互转化。 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，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。 动能　 重力势能　 弹性势能　 动能和势能　 4.质量不变时，物体的动能、势能转化如图所示： 5.在判断动能和势能转化时注意： （1）首先分析决定动能、重力势能和弹性势能大小的因素如何变化，尤其要注意质量是否发生变化（如“洒水”“空投救灾物资”表明质量减少）；其次分析动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大情况。 （2）注意一些关键词，如“光滑”“不计空气阻力”“在光滑斜面上自由滑动”，它们表示没有摩擦力，即没有机械能损失，机械能守恒；“斜面上匀速下滑”表示有机械能量损失，机械能不守恒。 ⁠ ⁠核心突破点一　功 　　⁠ ⁠如图所示，在沿斜面拉力F＝40 N作用下，总重为54 N的桶装水沿斜面向上运动L＝5 m后到达斜面的顶端，在这个过程中拉力F对桶装水做的功为 　200　⁠J。 200　 　　⁠ ⁠（做功判断）某同学提着桶装水沿水平方向运动2 m，此过程该同学对桶装水做的功为 　0　⁠J。 　　⁠ ⁠（理解在力的方向上运动的距离）用完水后，将水桶从斜面顶端释放，重为4 N的水桶沿着斜面滚到斜面底端，则水桶在重力的方向上运动的距离是 　3　⁠m，此过程水桶受到的重力做了 　12　⁠J的功。 0　 3　 12　 ⁠ ⁠核心突破点二　功率 　　表示物体做功快慢的物理量。物理学中，把单位时间内完成的功叫作功率。用P＝或P＝Fv可以计算出大小。 A.W1＜W2 B.W1＞W2 C.P1＞P2 D.P1＜P2 　　⁠ ⁠如图甲所示，OQ是水平地面，物体在水平拉力作用下，从O点匀速直线运动到Q点，OP段拉力F1为300 N，F1做的功为W1，功率为P1；PQ段拉力F2为200 N，F2做的功为W2，功率为P2，则（　C　） C 　　⁠ ⁠（功率的计算）物体在水平地面上运动的路程与时间关系如图乙所示，则F1做功的功率为 　150　⁠W。 150　 ⁠ ⁠核心突破点三　动能和势能大小的判断 　　根据影响因素判断。动能的大小通过质量和速度判断，重力势能的大小通过质量和高度判断，弹性势能大小通过弹性形变量判断。 ⁠ ⁠如图所示，这是我国“神舟十三号”载人飞船返回舱于2022年4月16日返回地面下落的情景。打开降落伞后匀速下降的过程中，返回舱的动能 　不变　⁠，重力势能 　减小　⁠。（均选填“增大”、“不变”或“减小”）。 不变　 减小　 ⁠ ⁠（动能与势能大小的影响因素）现代农业利用喷药无人机喷洒农药，安全又高效。如图所示，喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药。此过程中，喷药无人机的动能 　变小　⁠，重力势能 　变小　⁠。（均选填“变大”、“变小”或“不变”） ⁠ ⁠核心方法　洒水车、加油机、扫地机等水平匀速运动时，动能和重力势能都变化，是因为它们的质量发生变化，动能和重力势能均受质量的影响。 变小　 变小　 　　动能和势能统称为机械能，即机械能＝动能＋势能，当一个物体只受重力或不受阻力和其他的动力时，机械能守恒，此时物体的动能与重力势能相互转化，即动能与重力势能反向变化，动能减少时重力势能增大，动能增大时重力势能减少，增大量等于减少量。 ⁠ ⁠核心突破点四　机械能的相互转化及守恒 　　⁠ ⁠我国运动员在2022年北京冬奥会单板滑雪男子大跳台比赛中夺得金牌。如图所示，这是该运动员在空中运动的轨迹，图中a、c两处等高，若不计空气阻力，下列说法正确的是（　B　） B A.运动员从a处到b处重力势能转化为动能 B.运动员在a处和c处的重力势能相等 C.运动员在b处时的机械能最大 D.运动员从b处到d处的速度逐渐减小 　　⁠ ⁠（动能大小判断）运动员在 　b　⁠处的速度最小。 b　 教材图片 考查内容 教材图片 考查内容 ⁠ ⁠ （动能）如图所示的交通标志牌，在同样的道路上对不同的车型设定不一样的最高行驶速度，这是因为如果车的 　速度　⁠相同， 　质量　⁠大的动能大，行驶时危险性就大 ⁠ ⁠ （机械能的转化）如图所示，滚摆沿着悬线向下运动的过程中， 　重力势　⁠能转化为动能；滚摆每次上升的最大高度逐渐减小，这说明滚摆的机械能 　减小　⁠ 速度　 质量　 重力势　 减小　 教材图片 考查内容 教材图片 考查内容 ⁠ ⁠ （弹性势能）如图所示，网球拍由于发生弹性形变而具有 　弹性势能　⁠，被击打出去的网球能在空中继续飞行是由于网球具有 　惯性　⁠ ⁠ ⁠ （机械能守恒）如图所示，一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到刚贴到自己的鼻子，然后从静止释放。当铁锁摆回时 　不会　⁠（选填“会”或“不会”）打到你的鼻子 弹性势能　 惯性　 不会　 22 教材图片 考查内容 教材图片 考查内容 ⁠ ⁠ （机械能的转化）如图所示，这是蹦床运动，运动员从高处下落过程中 　重力势　⁠能转化为动能；与蹦床接触后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化为蹦床的 　弹性　⁠势能 ⁠ ⁠ （动能和势能的相互转化）如图所示，这是人造地球卫星的轨道示意图。卫星在大气层外运行，不受空气阻力，可视为只有动能和势能的转化，因此机械能 　守恒　⁠。卫星在远地点时 　势能　⁠（选填“动能”或“势能”，下同）最大；从远地点向近地点运动时，它的势能减小， 　动能　⁠增大，速度也就增大 重力势　 弹性　 守恒　 势能　 动能　 阅读短文，回答问题。 自动清洁车 人们在利用清洁车清扫路面前，工程师会先通过电脑或定时程序启动清洁车，当车灯亮起时，车辆“苏醒”，随即缓缓驶出泊位，按照事先设定好的运行轨迹行驶，从车窗外向里看，驾驶室里的方向盘匀速旋转，但座椅上并没有人。驾驶台上的电子屏幕亮起，显示车辆所在区域的高清地图、车辆所处的位置。车底一对扫帚盘360度向内圈方向转动，将路面垃圾集中到车底，再扫入垃圾箱，由于车头、车身装有许多传感器，通过发射、接收超声波来侦测障碍物，车辆在运行过程中能够感知自己所在位置，识别红绿灯，并在遇到障碍物、路人时自动绕开。车辆转弯时，会采用相对安全的方式，贴着道路边缘走直角线。结束清扫后，车辆会行驶至垃圾倾倒处，缓缓抬起车尾，将箱内垃圾倒入垃圾桶，再放下车尾，驶回泊位。 （1）清洁车在水平路面上工作时将垃圾自动吸入车内，此过程中，若清洁车做匀速直线运动，则机械能将 　变大　⁠（选填“变大”、“变小”或“不变”）。车身的LED灯可起到警示的作用，它是由 　半导体　⁠（选填“超导体”或“半导体”）材料制成的。 （2）清洁车在行进过程中遇到玻璃等透明障碍物时，利用 　超声波　⁠（选填“超声波”或“激光”）才能较好地感知到障碍物；以障碍物为参照物，清洁车是 　运动　⁠的。 （3）清洁车采用凹凸材质的轮皮，可增大清洁车与地面间的 　摩擦　⁠力。当功率为240 W的清洁车以1 m/s的速度沿水平路面匀速直线行驶时，清洁车受到的牵引力为 　240　⁠N。 变大　 半导体　 超声波　 运 动　 摩擦　 240　 【解析】 （1）清洁车在水平路面运动，重力势能不变；匀速行驶，速度不变，但不断吸入垃圾，总质量变大，动能变大，所以机械能变大；LED灯的主要制作材料为半导体。（2）车头、车身装有许多传感器，通过发射、接收超声波来侦测障碍物（因为当障碍物是透明的时，超声波的反射效果比激光的好）；障碍物在地面上，清洁车相对于障碍物的位置不断改变，所以清洁车是运动的。（3）清洁车采用凹凸材质的轮皮，增大了接触面的粗糙程度，从而增大摩擦力；由公式P＝＝Fv可求得清洁车受到的牵引力F＝＝＝240 N。 实验突破　探究动能大小与哪些因素有关 小明在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，将A、B、C三个钢球先后从同一装置高度分别为h1、h2、h3的位置由静止开始滚下（mA＝mB＜mC，h1＝h3＞h2），如图甲、乙、丙所示，水平面上同一位置的木块被撞出一段距离后停下。请回答以下问题： ⁠ ⁠制订计划与设计实验 （1）该实验探究的是 　钢球　⁠（选填“木块”或“钢球”）的动能。 （2）实验中通过控制 　小球在斜面的高度　⁠来控制小球到达斜面底部时速度的大小。 （3）实验通过观察木块 　被钢球撞出距离的长短　⁠来判断钢球动能的大小，这种研究问题的方法叫 　转换法　⁠。 ⁠ ⁠分析论证 （4）比较 　甲、乙　⁠两图进行的实验，可以探究钢球动能大小与速度有关。 （5）分析比较甲和丙两组实验可得出结论： 　在速度相同时，质量越大，动能越大　⁠。此探究过程中两球刚好运动到水平面时的速度 　相等　⁠（选填“相等”或“不相等”）。 钢球　 小球在斜面的高度　 被钢球撞出距离的长短　 转换法　 甲、乙　 在速度相同时，质量越大，动能越 大　 相等　 ⁠ ⁠评估 （6）若水平面绝对光滑，本实验 　不能　⁠（选填“能”或“不能”）达到探究目的。 （7）在上述甲、乙实验中，木块被撞击后最终在木板表面静止，两次钢球对木块做功分别W甲和W乙，则两者的大小关系W甲 　＞　⁠W乙。 不能　 ＞　 为进一步探究哪个因素对物体动能的影响更大，小明进行了相关的实验，实验数据如下表所示。分析数据可知，物体的 　速度　⁠对物体动能的影响较大，依据是 　在质量不变时，速度变为原来的2倍，动能变为原来的4倍，在速度不变时，质量变为原来的2倍，动能也变为原来的2倍　⁠。 次数 钢球质量/g 钢球撞击速度v/（cm·s－1） 木块移动的距离/cm 1 100 8 20 2 100 16 80 3 200 8 40 速度　 在质量不变时，速度变为原来的2倍，动能变为原来的4倍，在速度不变时，质 量变为原来的2倍，动能也变为原来的2倍　 ⁠ ⁠功的计算（10年8考） 1.（2022·广东节选）图中某智能机器人的质量为80 kg，其轮子与水平地面接触的总面积为5×10－4 m2。在水平地面上工作时，该机器人匀速直线移动的速度为1 m/s，所受阻力是机器人所受重力的。求：（g取10 N/kg） （3）机器人在水平地面上匀速直线移动30 s，此过程中牵引力做的功。 解：（3）机器人匀速直线运动时，机器人在水平方向上受力平衡，则机器人的牵引力： F牵＝f＝80 kg×10 N/kg×＝40 N 此过程中牵引力做的功： W＝F牵s＝F牵vt＝40 N×1 m/s×30 s＝1200 J 2.（2020·广东节选）某轿车在平直公路上行驶的45 s内，其速度v与时间t、动力F与时间t的关系图像分别如图甲、乙所示。已知前10 s轿车运动的路程为100 m，求动力F做的总功。 解：由图乙可知，0～10 s的动力F1＝4000 N，则0～10 s的动力做功： W1＝F1s1＝4000 N×100 m＝4×105 J 10 s～45 s时间内轿车的动力F2＝1000 N，通过的路程： s2＝v2t2＝20 m/s×（45－10）s＝700 m 则10 s～45 s时间内动力做功： W2＝F2s2＝1000 N×700 m＝7×105 J 则动力F做的总功： W＝W1＋W2＝4×105 J＋7×105 J＝1.1×106 J ⁠ ⁠功率及其计算（10年8考） 3.（2017·广东）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＝1∶1 B.W1∶W2＝2∶3 C.P1∶P2＝1∶1 D.P1∶P2＝2∶3 D 【解析】 爬山过程，人克服自身重力做的功为W＝mgh，由于h相同，妈妈的体重是小明的2倍，所以W1∶W2＝2∶1；根据P＝，由于W1＝2W2，t1＝3t2，则妈妈的功率与小明的功率关系为P1＝＝＝P2，即P1∶P2＝2∶3。 4.（2019·广东节选）如图所示，质量为960 kg、底面积为0.5 m2的石材A放在水平地面上，利用滑轮组水平拉动A，使其在20 s的时间内匀速向墙靠近了4 m，水平拉力F＝500 N，不计绳、滑轮组的质量以及绳与滑轮组之间的摩擦，g取10 N/kg。求拉力F的功率。 解：拉力移动的距离：s＝nsA＝2×4 m＝8 m 拉力做的总功：W总＝Fs＝500 N×8 m＝4000 J 拉力的功率：P＝＝＝200 W ⁠ ⁠机械能（10年7考） 5.（2022·广东）图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E点。图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，则过山车的动能在 　C　⁠点最大，B点重力势能的大小 　等于　⁠E点动能的大小。在这个过程中，过山车的机械能是 　变化　⁠（选填“变化”或“不变”）的。 C　 等于　 变化　 6.（2021·广东节选）如图，这是火箭发射的场景，火箭发射升空时，这个过程中火箭的机械能 　不守恒　⁠（选填“守恒”或“不守恒”）。 不守恒　 【解析】 燃气对火箭做功，将内能转化为火箭的机械能，使得火箭的机械能增大，所以机械能不守恒。 $$