专题三 功和功率 机械能 简单机械 物体的内能综合【考点串讲】-2024-2025学年九年级科学上学期期末考点大串讲（浙教版）

期末复习·考点清单 九年级科学上册 •浙教版 专题三 功和功率 机械能 简单机械 物体的内能综合 01 02 03 方法模型归纳 巩固提升 知识清单 目 录 知识清单 01 知识点一 功 1、功 (1)力学中的功：如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向移动了一段距离，这个力的作用就显示出成效，力学里就说这个力做了功。 (2)功的两个因素：一个是作用在物体上的力，另一个是物体在这个力的方向上通过的距离。两因素缺一不可。 (3)不做功的三种情况：①有力无距离；②有距离无力；③有力有距离，但是力垂直距离。 2、功的计算 (1)计算公式：物理学中，功等于力与力的方向上移动的距离的乘积。即：W=Fs。 (2)符号的意义及单位：W表示功，单位是焦耳(J)，1J=1N·m；F表示力，单位是牛顿(N)；s表示距离，单位是米(m)。 (3)计算时应注意的事项： ①分清是哪个力对物体做功，即明确公式中的F。 ②公式中的“s”是在力F的方向上通过的距离，必须与“F”对应。 ③F、s的单位分别是N、m，得出的功的单位才是J。 知识清单 01 知识点二 功率 1、功率的概念：功率是表示物体做功快慢的物理量。 2、功率 (1)定义：功与做功所用的时间叫做功率，用符号“P”表示。 单位是瓦特（W）常用单位还有kW。1kW=103W。 (2)公式：P=W/t。式中P表示功率，单位是瓦特；W表示功，单位是焦耳；t表示时间，单位是秒。 (3) P=Fv在生活中的应用 某些阻力较大的情况下，当发动机输出功率不能改变时，人们常常通过降低速度来获得较大的牵引力。所以，当汽车要爬又长又陡的坡时，司机常换低挡位，以获得更大的牵引力从而顺利上坡。 知识清单 01 知识点三 动能和势能 1、能量（1）物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称能。（2）单位：焦耳（J） 2、动能 (1)定义：物体由于运动而具有的能，叫做功能。 (2)影响动能大小的因素：①物体的质量；②物体运动的速度。物体的质量越大，运动速度越大，物体具有的动能就越大。 3、重力势能 (1)定义：物体由于被举高而具有的能，叫做重力势能。 (2)影响重力势能大小的因素：①物体的质量；②物体被举高的高度。物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。 4、弹性势能 (1)定义：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。 (2)影响弹性势能大小的因素：物体发生弹性形变的程度。物体的弹性形变程度越大，具有的弹性势能就越大。 知识清单 01 知识点四 机械能守恒 1、机械能(1)定义：动能和势能统称为机械能。机械能是最常见的一种形式的能量。(2)单位：J。 2、动能和势能的转化 (1)在一定的条件下，动能和势能可以互相转化。 (2)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，但是机械能的总和不变，或者说机械能是守恒的。 (3)在分析动能和势能转化的实例时，首先要明确研究对象是在哪一个过程中，再分析物体质量、运动速度、高度、弹性形变程度的变化情况，从而确定能的变化和转化情况。 知识清单 01 知识点五 杠杆 1.认识杠杆 一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点O转动，这根硬棒就是杠杆。杠杆可以是直的，也可以是弯的或其他形状，如图所示是生活中常见的几种杠杆。 杠杆在使用中有力作用在杠杆上，因此，杠杆是受力物体，将力作用于杠杆的物体是施力物体。 2.杠杆五要素 五要素 物理含义及表示方法 图示 支点 杠杆绕着转动的点，用“O”表示 动力 使杠杆转动的力，用“F1”表示 阻力 阻碍杠杆转动的力，用“F2”表示 动力臂 从支点到动力作用线的距离，用“l1”表示 阻力臂 从支点到动力作用线的距离，用“l2”表示 知识清单 01 知识点六 杠杆 二、杠杆平衡条件 1.杠杆平衡 当杠杆处于静止状态或匀速绕支点转动状态时，说明杠杆处于平衡状态。 2.杠杆的平衡条件 杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂。用字母表示：F₁l₁=F₂l₂. 3.杠杆最小力作图 要用最小的力使得杠杆AB在如图甲所示的位置平衡，根据杠杆平衡条件F₁l₁=F₂l₂可知，F1=F2l2/l1 ，因为此时的阻力和阻力臂是固定的，所以只要此时的动力臂最大，则动力就最小。如图乙所示，当力的作用点在B点，且力垂直于OB，方向向上时，动力臂最大，动力最小。 在求解最小力问题时，我们不能受思维定式的影响，只想到F要作用在AO段，出现如图丙所示的错误。实际上，在讨论杠杆中的最小力问题时，如果力的作用点没有预先设定，可以在杠杆上任意处选择。 知识清单 01 知识点七 滑轮 一、定滑轮和动滑轮 1.认识定滑轮和动滑轮 （1）滑轮：周边有槽，可绕中心轴转动的轮，如图甲所示。 （2）定滑轮和动滑轮：在实际使用时，根据轮的中心轴是否随物体移可分为定滑轮和动滑轮，即轴不随物体一起运动的滑轮叫定滑轮，如乙所示；轴随物体一起运动的滑轮叫动滑轮，如图丙所示。 2.定滑轮和动滑轮的实质 种类 实质 示意图 作用分析 定滑轮 能够连续转动的等臂杠杆 如图所示，定滑轮两边的力的方向与轮相切，定滑轮的中心为杠杆的支点，动力臂和阻力臂相等,且都等于轮的半径r,所以使用定滑轮时不省力 动滑轮 动力臂是阻力臂二倍的杠杆 如图所示，重物的重力作用线通过滑轮中心轴，滑轮的“支点”位于绳与轮相切的点O,因此动力臂等于直径(2r),阻力臂等于半径r,动力臂是阻力臂的二倍，所以理论上动滑轮能省一半的力 知识清单 01 知识点八 滑轮 二、滑轮组 1.滑轮组 定滑轮和动滑轮组合在一起的装置。使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向，但要费距离。 2.滑轮组确定承担物重绳子段数n的方法 在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将它们隔离开，只计算绕在动滑轮上的绳子段数，在图甲中，有两段绳子吊着动滑轮，n=2，图乙中有三段绳子吊着动滑轮，n=3。 知识清单 01 知识点九 斜面 (1)如图所示，向车上装重物时常用木板搭成斜面，把重物推上车。斜面是一种可以省力的简单机械，但费距离。 (2)特点：如图所示，设斜面长度为l，高为h，重物重力为G，在理想情况下，不考虑斜面摩擦，即斜面是光滑的，则沿斜面向上的推力F=Gh/l (即斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的几分之一)，因l>h，故F<G。即在斜面高度一定时，斜面越长越省力。 知识清单 01 知识点十 机械效率 一、有用功、额外功各总功 1.有用功、额外功和总功 (1)有用功：在上面的实验中，无论是否使用滑轮，钩码都被提升了，这部分功是必须要做的，叫做有用功，用W有表示。若重物的重力为G，提升的高度为h，则W有=Gh。 (2)额外功：若用滑轮组提升钩码，我们还不得不克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素而多做一些功，这部分功叫做额外功，用表示W额。额外功是对人们没有用但不得不做的功。 (3)总功：有用功与额外功之和是总共做的功，叫做总功，用W总表示。总功、有用功和额外功之间的关系为W总=W有+W额。 (4)总功、有用功、额外功的单位都是焦(J)。 知识清单 01 知识点十 机械效率 2.机械效率 简单机械 有用功 总功 额外功 机械效率 杠杆 W有用=Gh W总=Fs W额=W总－W有用 滑轮组 W有用=Gh W总=Fs W总=Gh+G动h（不计绳重和摩擦） W额=W总－W有用 W额=G动h（不计绳重和摩擦） 斜面 W有用=Gh W总=Fl W总=Gh+fl （f为摩擦力） W额=W总－W有用 W额=fl （f为摩擦力） 知识清单 01 知识点十一 内能 （一）内能 (1)分子动能：分子永不停息地做无规则运动，同一切运动着的物体一样,运动着的分子也具有动能。物体的温度越高,分子具有的动能越大。 (2)分子势能：由于分子之间存在相互作用力,因此分子之间也具有势能。 (3)物体的内能：物体内部所有分子热运动的动能和和势能的总和，叫做物体的内能，俗称热能，内能的单位是焦耳( J)。 (4)影响内能大小的因素：物体的温度、质量、状态、种类等。如在其他因素相同时，温度越高物体的内能越大；在其他因素相同时，物体的质量越大，物体的内能越大；在其他因素相同时，物体的状态不同，物体的内能可能不同；在其他因素相同时，物体的种类不同，物体的内能也可能不同。 （二）物体内能的改变 (1)热传递可以改变物体的内能 (2)做功可以改变物体的内能 知识清单 01 知识点十二 温度、热量、内能之间的区别与联系   温度 热量 内能 定义不同 宏观上：表示物体的冷热程度 微观上：反映物体中大量分子 在热传递过程中， 传递热量的无规则运动的剧烈程度多少 物体内所有分子无规则运动的动能与势能的总和 量的性质 状态量 过程量 状态量 表述 “降低”或“升高” “放出”或“吸收” “有”“具有”“改变”“增加”“减少” 单位 摄氏度(℃) 焦耳(J) 焦耳(J) 联系 温度的变化，可以改变一个物体的内能，,传递热量的多少可以量度物体内能改变的多少。物体吸收或放出热量，它的内能将发生改变，但它的温度不一定改变。如冰融化时要吸收热量，内能增加，但温度却保持在0℃不变。同样，物体放出热量时，温度也不一定降低 知识清单 01 知识点十三 内燃机 （一）热机的类型：蒸汽机、内燃机、燃气轮机喷气发动机等。 （二）热机的特点：通过做功把内能转化为机械能。 （三）内燃机：燃料在机器汽缸内燃烧的热机。汽油机和柴油机是两种常见的内燃机。 （四）汽油机 (1)汽油机：以汽油为燃料的内燃机。 (2)工作过程分析：大多数汽油机的一个工作循环都是由四个冲程组成的，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在一个工作循环中，曲轴和飞轮均转动两圈，对外做功1次。在四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，将内能转化为机械能，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。 知识清单 01 知识点十四 热量的计算 （一）定义：1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。 （二）单位：焦/千克，如木炭的热值是3.4x107焦/千克，它表示1千克木炭完全燃烧时放出的热量是3.4x107焦。 （三）能量转化：燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。 （四）热值是燃料的一种特性， 它只与燃料的种类有关，不同燃料的热值一般不同；与燃料的形状质量、体积、是否完全燃烧均无关。 （五）燃料完全燃烧放出热量的计算公式： Q放=mq。其中m代表燃料的质量,其单位为千克,q代表燃料的热值，其单位为焦/千克，Q代表热量，其单位为焦。 （六）燃料很难完全燃烧，燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。因此，改善燃烧条件，使燃料尽可能完全燃烧，同时应尽可能减少各种热损失，既可以节约燃料、提高效率，又可以减少污染、保护环境。 方法模型归纳 02 一、功与能的关系 区别 功是一个过程量，能是一个状态量 功是描述力对 物体作用过程中取得的成效的物理量，是相对于一个过程而言的；能是描述一个物体做功本领的物理量，是一个状态量 具有能量的物体不一定做功，而正在做功的物体一定具有能量 联系 功是能量变化的量度 利用功能的关系可以求解非恒力做功的情况。 方法模型归纳 02 二、杠杆的动态平衡分析 1、力不变改变力臂 当力臂减小相同的长度时，力小的那一端下沉； ∵F1l1=F2l2（l1＞l2） ∴F1＜F2 F1（l1－l0）=F1l1－F1l0；F2（l2－l0）＝F2l2－F2l0 ∵F1l0＜F2l0 ∴F1l1－F1l0＞F2l2－F2l0 即：F1（l1+l0）＞F2（l2+l0） 当力臂增大相同的长度时，力大的那一端下沉； ∵F1l1=F2l2（l1＞l2） ∴F1＜F2 F1（l1+l0）=F1l1+F1l0；F2（l2+l0）＝F2l2+F2l0 ∵F1l0＜F2l0 ∴F1l1+F1l0＜F2l2+F2l0 即：F1（l1+l0）＜F2（l2+l0） 力臂成比例增减的时候杠杆仍然平衡。 ∵F1l1=F2l2 F1nl1＝n F1l1 F2nl2＝nF2l2 ∴F1nl1=F2nl2 （顺口溜：近小大，远大大，比例增减无变化） 方法模型归纳 02 二、杠杆的动态平衡分析 2、力臂不变改变力 当增大相同的力时，力臂大的那一端下沉； ∵F1l1=F2l2（l1＞l2） ∴F1＜F2 （F1+F0）l1=F1l1+F0l1；（F2+F0）l2＝F2l2+F0l2 ∵F0l1＞F0l2 ∴F1l1+F0l1＞F2l2+F0l2 即：（F1+F0）l1＞（F2+F0）l2 当减小相同的力时，力臂小的那一端下沉； ∵F1l1=F2l2（l1＞l2） ∴F1＜F2 （F1-F0）l1=F1l1-F0l1；（F2-F0）l2＝F2l2-F0l2 ∵F0l1＞F0l2 ∴F1l1-F0l1＜F2l2-F0l2 即：（F1-F0）l1＜（F2-F0）l2 力的大小成比例增减时杠杆仍然平衡。 ∵F1l1=F2l nF1l1＝n F1l1 nF2l2＝nF2l2 ∴nF1l1=nF2l2 （顺口溜：增大大，减小大，比例增减无变化） 方法模型归纳 02 三、滑轮的受力分析 一、滑轮的受力分析（不计绳重和轮与轴之间的摩擦） 方法模型归纳 02 四、热平衡方程与热效率方程 热平衡方程与热效率方程：燃料燃烧放出的热量被其他物质吸收，则燃料释放出的热量应该等于其他物质吸收的热量，即Q吸=Q放但是一般情况下，燃料燃烧后产生的热量不能被完全利用，有一部分热量会散失掉，而被有效吸收的热量只占燃料放出的热量的一部分，我们将被有效吸收的热量与燃料放出的总热量的比值称为燃料的利用率，用η表示，则η=Q吸/Q放 ×100%。 巩固提升 03 1．（2023秋•慈溪市校级期末）煤矿某处有一个如图所示的圆柱形的竖直井里存有一定量的水，井的侧面和底部是密闭的，有人想在井中固定地插着一根两端开口的圆管，管和井共轴，管下端未触及井底。在圆管内有一不漏气的活塞，它可沿圆管上下滑动。开始时，管内外水面相平，且活塞恰好接触水面，现用卷扬机通过绳子对活塞施加一个向上的力F，使活塞缓慢向上移动。已知圆管截面积S1为0.02m2，井的截面积S2＝4S1，水的密度ρ＝1×103kg/m3，大气压，则活塞上升H＝12.5m的过程中拉力F所做的功为 J。（井和管在水面上及水面下的部分都足够长，不计活塞质量，不计摩擦。） 巩固提升 03 【解答】解：在拉力把把活塞缓慢提高的过程中，在大气压力的作用下，活塞下面的水会随活塞上升而上升。 当ρ水gh0＝p0时，水面不会再上升，可得大气压p0能够支撑的水柱高度为h010m； 从开始提升到活塞升至内外水面高度差为h0＝10m的过程中，活塞始终与管内水面接触。设此过程中活塞上升距离为h1，管外液面下降距离为h2， 则有：h0＝h1+h2……①， 因液体体积不变，则有：（S2﹣S1）h2＝S1h1， 已知S2＝4S1，则可得h2h1……②， 由①②可得：h1h010m＝7.5m； H＝12.5m＞h1，由此可知活塞和液面之间有一段出现真空的过程； 巩固提升 03 活塞移动距离从零到h1的过程中，对于水和活塞这个整体，其机械能的增量应等于除重力外其他力所做的功。因为始终无动能（缓慢拉动时，动能几乎为0），所以机械能的增量也就等于重力势能增量ΔE＝m水gh＝ρ水S1h1g，则： W1＝ΔE＝m水gh＝ρ水S1h1g1.0×103kg/m3×0.02m2×7.5m×10N/kg10m＝7.5×103J； 活塞移动距离从h1到H的过程中，液面不变，F是恒力F＝S1p0，此过程做功：W2＝F（H﹣h1）＝S1p0（H﹣h1）＝0.02m2×1×105Pa×（12.5m﹣7.5m）＝1×104J； 故所求拉力F做的总功为：W＝W1+W2＝1.75×104J。 故答案为：1.75×104。 巩固提升 03 2．（2023秋•江北区期末）如图甲是工人使用升降平台进行高空玻璃幕墙清洗的场景，该平台结构简图如图乙所示。其中吊篮和动滑轮总质量为30kg，吊篮由电动机控制升降。在某次吊升过程中，两名工人及所带工具总质量200kg，20s内吊篮匀速上升4m，电动机对钢丝绳的拉力为750N。下列说法错误的是（　　）   A．本次吊升过程中的有用功是8×103J B．本次吊升过程中的机械效率约为87.0% C．可以通过减少吊篮和动滑轮的重力来提高该平台使用时的机械效率 D．可以通过增加工人和工具重力来提高该平台使用时的机械效率 巩固提升 03 【解答】解：A、两名工人及所带工具的总重力：G＝mg＝200kg×10N/kg＝2000N，则本次吊升过程中的有用功：W有＝Gh＝2000N×4m＝8×103J，故A正确； B、由图可知n＝4，本次吊升过程中的机械效率：η100%≈66.7%，故B错误； C、减少吊篮和动滑轮的重力，由W额外＝G动h可知，吊篮上升相同的高度时，有用功W有不变，额外功W额外减小，由η可知，机械效率增大，故C正确； 巩固提升 03 D、增加工人和工具重力，由W有＝Gh可知，吊篮上升相同的高度时，有用功W有增大，额外功W额外几乎不变，由η可知，机械效率增大，故D正确。 故选：B。 巩固提升 03 3．（2023秋•余杭区期末）为了比较两种燃料的热值，小金采用如图甲所示的两套完全相同的装置进行实验，烧杯内水的初温和质量相同，实验中忽略热量损失。   （1）实验时若温度计的玻璃泡碰到杯底，则测量的温度值 （“偏大”、“偏小”或“不变”）。 （2）实验中燃烧相同质量的燃料，根据 来比较放出热量的多少。 （3）小金选用了相同质量的燃料a和燃料b进行实验。当燃料燃尽后，小金根据各个时刻烧杯中的水温，绘制了如图乙所示的图像，则可初步判断燃料 的热值大。 （4）另一组的小华也用图甲的两套完全相同的装置进行实验，并重新在烧杯内加入初温和质量相同的水，燃料1和燃料2的质量相同，在燃料烧完后也画出了水的温度随时间变化的图像如图丙所示，根据丙图像，燃料1和燃料2的热值之比为 。 巩固提升 03 【解答】解：（1）如果将温度计的玻璃泡碰到杯底，这样会使得测得的温度值偏大； （2）实验中应控制燃料燃烧的质量相同，通过比较温度计上升的示数来比较燃料燃烧放出热量的多少； （3）由图乙知，当燃料燃尽时，图线b的温度变化大，说明相同质量的a、b燃料完全燃烧时b放出的热量多，则b的热值大； （4）对于燃料来说，在相同的时间内放出的热量是相同的， 根据图可知，燃料1用5min让水从20℃升高到100℃，自5min到10min吸收相同的热量，根据公式Q放＝qm、Q吸＝cmΔt可知：2c水m水Δt1＝mq1； 对于燃料2来说，燃料2用15min让水从20℃升高到80℃，根据公式Q放＝qm、Q吸＝cmΔt可知：c水m水Δt2＝mq2； 解得，两种燃料热值之比为：8：3。 $$