第十一单元 第3节 功、功率、机械效率-【众相原创·赋能中考】2025年中考物理课堂精讲册(陕西专用)

2025-02-14
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  第十一单元 简单机械和功 第3节 功、功率、机械效率 !"# $%&'()* !"# 1 4 1.定义: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。用字母W表示。 2.力对物体做功的两个必要因素:一是作用在物体上的 力 ,二是物体在这个力的方向上  移动了距离 。(缺一不可) 三种不做功的情况 实例 有力无距离 搬而未起;举着杠铃不动;用力推车但车未动 有距离无力 踢出去的足球继续滚动 力与移动方向垂直 背着书包在水平地面上前进;起吊机吊着货物水平移动 3.功的计算 (1)定义:力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。 (2)公式:W= Fs 、W=Pt。拓展公式:重力做功W=Gh;摩擦力做功W=fs。 (3)单位:焦耳,简称焦,符号是J;单位换算:1J=1N·m。 4.常考功的估测:a.将地面上的物理课本捡起放到桌子上,人做的功约为2J;b.将两个鸡蛋举高 1m做的功约为1J;c.普通中学生从一楼走到三楼克服自身重力做的功约为3000J;d.将一袋 10kg的大米从地面扛到肩上做功约为150J;e.将一瓶500mL的矿泉水从地上拿起并举高做功 约为10J。 !"# 2 45 1.定义:功与做功所用时间的 比值 叫功率,它在数值上等于单位时间内所做的功。用字母 P 表示。 2.物理意义:表示物体做功 快慢 的物理量。功率越大,做功越 快 。 3.功率的计算 (1)公式:P=    。变形公式:W=Pt(求功);t=WP(求时间)。 (2)单位:瓦特,简称 瓦 ,符号是 W 。其他常用单位是千瓦(kW)。 (3)单位换算:1kW= 103 W,1W= 1 J/s。 4.推导公式:P=Wt= Fs t= Fv 。(仅适用于做匀速直线运动的物体) 特别提醒 (1)特别注意公式中速度v的单位必须是m/s;(2)由公式可知,当功率一定时,减小速度 可以增大牵引力,如汽车上坡时换挡减速。 5.常考功率的估测:a.中学生跳绳的功率约为60W;b.中学生正常步行上楼的功率约为150W; c.家用小轿车正常行驶的功率约为80 kW 。 39   众相原创 赋能中考 陕西物理 1. (新RJ新增习题改编)如图所示的情境中,力对物体做功的是 (C ) A.提着滑板水平前行     B.搬而未动      C.推车前行    D.被踢出后滚动的足球 2. (新RJ新增习题改编)如图所示,某次比赛中,运动员推着冰壶从A点运动6m到达B 点时轻轻松手,随后冰壶沿冰道运动30m停在O点。若运动员对冰壶的水平推力为9N,冰壶运 动中受到水平方向的阻力,大小恒定为1.5N。从A点到O点冰壶沿直线运动,此过程中推力对 冰壶做功为 54 J,冰壶克服阻力做功为 54 J。 第2题图    第3题图     第4题图 3. (改编自RJ八下P65图11.2-1)如图所示,一个大人和一个小孩进行爬楼梯比赛,他们 都从1楼上到6楼,大人的体重是小孩体重的2倍,大人所用的时间是小孩所用时间的2倍。大人 和小孩所做功之比W1∶W2= 2∶1 ,功率之比 P1∶P2= 1∶1 ;若每层楼高3m,小孩的质量为 50kg,她从1楼爬到6楼用了2min,则她克服自身重力做的功为 7500 J,功率为 2.5 W。 (g取10N/kg) 4. (改编自RJ八下P64,T3)举重是我国的优势体育项目。如图,一位身高180cm的运 动员和一位身高160cm的运动员,在挺举项目中用相同时间把同样重的杠铃举起,如果他们对杠 铃所做的功分别为W1和W2,功率分别为 P1和 P2,则 W1  > W2,P1 > P2(前两空均选填 “>”“=”或“<”);若举重运动员用1000N的力把杠铃举高2m,用时2s。在这段时间内,他做 的功是 2000 J,功率是 1000 W。接着他又举着杠铃在空中停留3s,这3s内他做的功是  0 J,功率是 0 W。 5. [2020陕西22题(4)改编]海洋科学钻探船被称为海洋科学领域的“航空母舰”。一艘 满载时排水量为5×104t的海洋科学钻探船以36km/h的速度匀速航行时,动力推进系统的输出 功率为4×107W,则船受到的牵引力是 4×106 N。 !"# 3 23é5 1.机械功的分类 (1)有用功:无论是否使用机械,必须要做的功,用W有 表示。 (2)额外功:使用机械时,并非需要但又不得不做的功,用W额 表示。 (3)总功:有用功和额外功之和,用W总 表示,W总 =W有 +W额。 49   第十一单元 简单机械和功 2.机械效率 (1)定义:物理学中,将 有用功 跟 总功 的比值叫作机械效率,用符号 η 表示。 (2)计算公式:η=     。 (3)提高机械效率的方法:a.减少机械自重和摩擦,来减小额外功;b.增大物重来增大有用功的 占比。 特别提醒 a.省力的机械一定费距离,省距离的机械一定费力,既省力又省距离的机械是不存在的; b.任何机械都不可避免地要做额外功,因此机械效率总是小于1;c.使用任何机械都不能省功;d.机械 效率的高低与是否省力、做功多少及做功快慢无关。 3.常见模型的机械效率 (匀速拉动,不计绳重和摩擦,动滑轮重为G动,物体重为G,绳端移动的距离为s,拉力为F,物体上升的 高度为h) 滑轮或滑轮组类型 有用功 总功 机械效率 W有 =Gh W总 =Fs(s=h) η= Gh Fs= G F W有 =Gh W总 =Fs=F·2h W总 =Gh+G动h η=GhFs= Gh F·2h= G 2F η= GhGh+G动 h = GG+G动 W有 =Gh W总 =Fs=F·3h W总 =Gh+G动h η=GhFs= Gh F·3h= G 3F η= GhGh+G动 h = GG+G动 物体在水平面所受摩擦 力为 f,移动的距离为 s物,不计滑轮重 W有 =fs物 W总 =Fs=F·2s物 η= fs物 Fs= fs物 F·2s物 =f2F W有 =Gh W总 =Fs η= Gh Fs 说明:在竖直方向的滑轮或滑轮组中,提升动滑轮做的功为额外功;如果题中要考虑绳重和摩擦,则克 服绳重和摩擦力做的功及提升动滑轮做的功为额外功。 59   众相原创 赋能中考 陕西物理 +"# ,-./0(12 8# 1 4U45&no¬­ (必考) 1.情境 起重机 (2024赤峰)某老旧小区改造 工地,工人用起重机将重1.2×104N的施工 材料匀速吊上6m高工作台,用了10s。施工 材料上升的速度是 0.6 m/s;起重机对施 工材料做功 7.2×104 J,做功的功率是 7.2 ×103 W。 2.情境 运-20运输机 (2024临夏州改编)我 国自主研发的运 -20重型军用运输机以720 km/h的速度飞行1.5h,能飞行 1080 km; 若运 -20在空中以720km/h的速度水平匀 速直线飞行时所受阻力为1.6×105N,此过程 中发动机的功率是 3.2×107 W。 3.情境 水陆两栖车 [2018陕西 33题(3)改 编]某型号中型履带式水陆两栖突击车,它采 用了轻质铝合金装甲车体进一步增强了水中 浮渡能力,该两栖车装配有输出功率为1.1× 106W的发动机。两栖车在陆地上以36km/h 匀速行驶72km时,若两栖车发动机的输出 功率全部用于做机械功,发动机做了 7.92 ×109 J的功。 4.情境 缆车 (2024新疆)位于博格达峰北 坡山腰的新疆天池,碧水似镜,雪峰倒映,风 光如画。天池湖面的海拔约为1900m,则天 池湖面上的气压 小于 (选填“大于”或“小 于”)1个标准大气压。某游客乘坐匀速上行 的缆车沿途观光,缆车的起点和终点的海拔高 度差为500m,已知该游客的质量为60kg,则 整个上行过程中,缆车对该游客做的功为 3 ×105 J。若缆车从起点到终点用时5min, 则缆车对该游客做功的功率为 1000 W。 (g取10N/kg) 5.情境 机器人 (2024云南改编)AI机器人逐 渐改变了我们的生活,我国自主研发的某款 人形机器人身高1.65m,质量55kg。某次测 试中该机器人用100N竖直向上的力将箱子在2 s内匀速抬高1m。则机器人所受的重力为  550 N;2s内机器人对箱子所做的功为  100 J;2s内机器人对箱子做功的功率  50 W。(g取10N/kg) 8# 2 +,&23é5 6.如图所示,用始终竖直向上的力匀速拉动较长 的杠杆,使重为36N的物体缓慢升高10cm, 拉力大小 F为 16N,拉力移动的距离为 25cm。将物体从该位置拉到水平位置时,拉 力的大小会 不变 (选填“变大”“变小”或 “不变”),拉力做的有用功为 3.6 J,杠杆 的机械效率为 90% 。 第6题图    第7题图 8# 3 ãc&23é5 (10年2考) 7.(2021陕西15题3分)如图所示,工人师傅用 沿斜面向上1000N的推力,将重为2000N 的物体从斜面底端匀速推至斜面顶端。已知 斜面长4m、高1.5m,则此过程中的有用功为  3000 J,斜面的机械效率为 75% 。使 用斜面可以 省力 (选填“省力”或“省 功”)。 8.如图1所示,工人沿斜面把一箱货物从底端拉 进车厢,货物移动的距离s与时间t的关系如 图2所示,在此期间,工人拉这箱货物沿斜面 匀速运动时的拉力为594N,此斜面的长为 5m,高为1m,这箱货物重为1500N。 图1   图2 第8                                                                      题图 69   第十一单元 简单机械和功 (1)0~5s内,这箱货物处于 静止 状态, 工人所做的功为 0 J。 (2)5~30s内,这箱货物运动的速度是 0.2  m/s,拉力做功的功率是 118.8 W; (3)该斜面的机械效率是 50.5% 。 8# 4 Ë-UË-.&23é5 (10年6考) 9.(2024陕西15题3分)工人利用如图所示装 置提升物料,该装置中的滑轮为 动 滑轮。 已知滑轮重80N,货篮重120N,不计绳重及 摩擦。工人用该装置匀速提升空货篮时的拉 力为 100 N。若绳子能承受的最大拉力为 520N,每根钢条重100N,该装置匀速提升钢 条时,所能达到的最大机械效率为 80% 。 第9题图    第10题图 10.(2023陕西16题4分)某重物的质量为80 kg,体积为0.05m3,则该重物的密度为 1 600 kg/m3,该重物放在水平地面上时,与 地面的接触面积为0.025m2,则它对地面的 压强为 3.2×104 Pa。工人用如图所示的 滑轮组将该重物竖直向上匀速提升5m,用 时50s,此过程中重物上升的速度是 0.1  m/s。若增大提升重物的质量,该滑轮组的 机械效率将变 大 。(g取10N/kg) 11.(2020陕西16题4分)某小区正在进行改造 施工。工人用如图所示的滑轮组将750N的 沙子匀速提升了10m,用时100s。若工人所 用的拉力为 400N,则拉力的功率为  120 W,滑轮组的机械效率为 62.5% 。 使用该滑轮组既能 省力 又能改变力的 方向。使用滑轮组 不能 (选填“能”或 “不能”)省功。 第11题图     第12题图 12.(2022陕西9题2分)如图,这是一种塔式起 重机。已知起重机上的滑轮组在匀速起吊 330kg的物体时,滑轮组的机械效率是 60%,g取10N/kg。下列分析和计算错误的 是 (D ) A.起重机的吊臂AOB可视为杠杆 B.物体上升2m,滑轮组所做有用功是6.6 ×103J C.物体上升2m,滑轮组所做总功是1.1× 104J D.增加起吊物体的质量,滑轮组的机械效率 将减小 8# 5 6723&é5 (2019.33) 13.(2019陕西33题7分)如图所示为某种型号 的剪叉式高空作业平台。这台机器利用起 升电机升降作业平台,方便工人高空作业。 该机器的部分数据如表所示。 整机质量(空载)/kg 3200 安全工作载荷/kg 200 起升电机额定电压/V 24 起升电机额定功率/kW 4.0 轮胎接地总面积/m2 0.08 (1)这台机器空载且静止时,对水平地面的 压强是多大?(g取10N/kg) (2)起升电机以额定功率工作时,将总重为 1000N的人和作业工具以0.2m/s的速度 举高8m。该机器做的有用功是多少?机械 效率是多少                                                                          ? 79   众相原创 赋能中考 陕西物理 (3)此类机器机械效率一般较低的主要原因 是: 机器所做额外功较多(或自重较大) 。 第13题图 解:(1)这台机器空载且静止时,对水平地面 的压力:F=G=mg=3200kg×10N/kg= 3.2×104N, 对水平地面的压强: p=FS= 3.2×104N 0.08m2 =4×105Pa; (2)该机器做的有用功: W有 =Gh=1000N×8m=8×10 3J, 该机器工作的时间: t=sv= 8m 0.2m/s=40s, 起升电机做的总功: W总 =Pt=4000W×40s=1.6×10 5J, 该机器的机械效率: η= W有 W总 ×100%=8×10 3J 1.6×105J ×100%=5%。 14.电动爬楼机如图甲,其结构示意图如图乙。 将货物装好并固定拉至台阶处,使橡胶轮胎 靠近楼梯垂直面的边缘,打开电源开关,切 换到上楼状态,向下压住扶手,按下点触启 停开关,此时在电动机的带动下S形支撑臂 转动上一个台阶,当爬上台阶后,使车轮靠 近台阶垂直面,重复操作,直至到达目标楼 层。如表是爬楼机的部分技术参数。(g取 10N/kg) 产品自重 28kg 额定载重 180kg 满载续航 4000级台阶 电机功率 300W 爬楼速度 40阶/min 台阶高 15cm (1)爬楼机工作时将电能转化为 机械  能;在路面推行时,S形支撑臂不转动,当所 装货物质量较大时,为减轻手部压力,可将 可伸缩拉杆适当 伸长 (选填“伸长”或 “缩短”)。 (2)爬楼机单独直立静止在水平地面时与地 面的总接触面积为200cm2,则爬楼机对地 面的压强是多少? (3)爬楼机以额定载重爬楼1min,爬楼机克 服载重对货物做功的功率和机械效率是 多少? 甲   乙 第14题图 解:(2)爬楼机对地面的压强:p=FS= G S= mg S= 28kg×10N/kg 200×10-4m2 =1.4×104Pa; (3)由表格数据可知,爬楼机以额定载重爬 楼时,40阶/min, 则1min内爬楼机上升的高度: h=40×15cm=600cm=6m, 爬楼机对货物做的功 W货物 =G货物h=m货物gh =180kg×10N/kg×6m=1.08×104J, 爬楼机对货物做功的功率: P= W货物 t = 1.08×104J 60s =180W。 爬楼机的输出总功 W总 =P电机t=300W×60s=1.8×10 4J, 爬楼机的机械效率 η= W货物 W总 =1.08×10 4J 1.8×105J =60%                                                                          。 89    众相原创 赋能中考 第3节 功、功率、机械效率 &'()*+,-./  知识点1 功 力 移动了距离 Fs 知识点2 功率 比值 快慢 快 Wt 瓦 W 10 3 1 Fv kW 溯源对点练 1.C 2.54 54 3.2∶1 1∶1 7500 62.5 4.> > 2000 1000 0 0 5.4×106 知识点3 机械效率 有用功 总功 η  W有 W总 ×100% 0'(12345-67  1.0.6 7.2×104 7.2×103 2.1080 3.2×107 3.7.92×109 4.小于 3×105 1000 5.550 100 50 6.不变 3.6 90% 7.3000 75% 省力 8.(1)静止 0 (2)0.2 118.8 (3)50.5% 【解析】(1)由图像可知,货物在0至5s时,通过的路 程为0,这表明货物在0至5s时处于静止状态;则根 据W=Fs可知工人所做的功为0;(2)货物运行的时 间t=30s5s=25s,货物在这25s内通过的路程是 s =5m,则货物的速度 v=st= 5m 25s=0.2m/s,拉力做 功 W总 =Fs=594N×5m=2970J;则功率 P= W总 t= 2970J 25s =118.8W;(3)有用功W有用 =Gh=1500N×1 m=1500J;则机械效率 η= W有用 W总 ×100% =1500J2970J× 100%≈50.5%。 9.动 100 80%。 10.1600 3.2×104 0.1 大 11.120 62.5% 省力 不能 【解析】由图可知,重物 由3段绳子承担,已知沙子上升高度 h=10m,则绳 子自由端移动距离 s=3h=3×10m=30m,总功 W总 =Fs=400N×30m=12000J,拉力的功率P= W总 t= 12000J 100s =120W;有用功W有用 =Gh=750N×10m= 7500J,滑轮组的机械效率 η= W有用 W总 ×100% = 7500J 12000J×100%=62.5%;使用该滑轮组既能省力又 可以改变力的方向,使用任何机械都不省功,故使用 滑轮组不能省功。 12.D 【解析】吊臂 AOB是可以在力的作用下绕O点转 动的硬棒,因此吊臂 AOB可视为杠杆,故 A正确;物 体的重力:G=mg=330kg×10N/kg=3300N,滑轮 组所做有用功:W有 =Gh=3300N×2m=6.6×10 3 J,故B正确;由η= W有 W总 ×100%可知,滑轮组所做总 功:W总 = W有 η =6.6×10 3J 60% =1.1×10 4J,故 C正确; 若仅增加起吊物体的质量,起吊物体的重力变大,额 外功不变,有用功变大,有用功在总功中所占的比例 变大,则滑轮组的机械效率变大,故D错误。故选D。 13.解:(1)这台机器空载且静止时,对水平地面的压力: F=G=mg=3200kg×10N/kg=3.2×104N, 对水平地面的压强: p=FS= 3.2×104N 0.08m2 =4×105Pa; (2)该机器做的有用功: W有 =Gh=1000N×8m=8×10 3J, 该机器工作的时间: t=sv= 8m 0.2m/s=40s, 起升电机做的总功: W总 =Pt=4000W×40s=1.6×10 5J, 机器的机械效率: η= W有 W总 ×100%=8×10 3J 1.6×105J ×100%=5%; (3)由η= W有 W总 ×100%= W有 W有 +W额 ×100%可知,此类 机器机械效率一般较低的主要原因是机器所做额外 功较多(或自重较大)。 14.解:(1)机械 伸长 (2)爬楼机对地面的压强: p=FS= G S= mg S= 28kg×10N/kg 200×10-4m2 =1.4×104Pa; (3)由表格数据可知,爬楼机以额定载重爬楼时,40 阶/min, 则1min内爬楼机上升的高度:h=40×15cm=600 cm=6m, 爬楼机对货物做的功W货物 =G货物h=m货物gh=180kg ×10N/kg×6m=1.08×104J, 爬楼机对货物做功的功率:P= W货物 t = 1.08×104J 60s = 180W。 爬楼机的输出总功 W总 =P电机t=300W×60s=1.8 ×105J, 爬楼机的机械效率η= W货物 W总 =1.08×10 4J 1.8×105J =60%。 第十二单元 机械能和内能 第1节 机械能及其转化 &'()*+,-./  知识点1 动能与势能 焦耳 大 运动 质量 速度 大 大 重力 一定高度 质量 高度 大 大 弹性形变 大 知识点2 机械能及其转化 保持不变 溯源对点练 1.(1)√ (2) (3) (4) 2.大 相同 3.增大 先增大后减小 非平衡 4.不会 最大 为零 重力势 动 不守恒 5.A 6.D 0'(12345-67  1.C 2.动 越大 质量 3.D 4.B  5.(1)增大 增大 不守恒 (2)减小 远 (3)减小  增大 不变 减小                                                                       减小 8

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