内容正文:
第十一单元 简单机械和功
第3节 功、功率、机械效率
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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。
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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 。
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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。
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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。
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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
?
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(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%
。
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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
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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