功、功率及机械能专题 ----2024-2025学年人教版物理八年级下学期

功、功率及机械能专题 一、功 1.定义： 当一个力作用在物体上，并且物体在力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功。 2.计算公式： ：功（单位：焦耳，符号：J） ：力的大小（单位：牛，符号：N） ：物体在力的方向上移动的距离（单位：米，符号：m） 3.做功的条件： 必须有力作用在物体上。 物体必须在力的方向上移动距离。 不做功的三种情况： 物体静止不动（如推石头未推动）。 力与运动方向垂直（如手提水桶水平行走，拉力不做功）。 物体依靠惯性运动（如踢出去的足球在空中滑行，脚对足球不做功）。 4.例题： 小明用50 N的水平推力推动箱子前进3 m，求推力做的功。 解： 二、功率 1.定义： 功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功。 2.计算公式： ：功率（单位：瓦特，符号：W） ：功（单位：焦耳，J） ：时间（单位：秒，s） 拓展公式（当物体匀速运动时）： ：牵引力或动力（N） ：速度（m/s） 3.单位换算： 4.例题： 起重机在10 s内将2000 N的货物匀速提升4 m，求起重机的功率。 解： 三、机械能 机械能是动能和势能的总和，分为以下两类： 1.动能： 定义：物体由于运动而具有的能量。 影响因素：质量越大、速度越大，动能越大。 2.势能： 重力势能： 定义：物体由于被举高而具有的能量。 影响因素：质量越大、高度越高，重力势能越大。 弹性势能： 定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量（如拉长的弹簧）。 影响因素：材料弹性越大、形变程度越大，弹性势能越大。 3.机械能守恒： 条件：只有动能和势能相互转化，没有外力做功（如空气阻力、摩擦力忽略不计）。 实例： 单摆摆动（忽略空气阻力）。 自由下落的物体（忽略空气阻力）。 四、机械能的转化与实例 1.转化规律： 动能和势能可以相互转化。 若存在摩擦或空气阻力，机械能会转化为其他形式的能（如热能），机械能总量减少。 2.实例分析： 过山车： 最高点：重力势能最大，动能为零。 最低点：动能最大，重力势能最小。 蹦床： 下落时：重力势能 → 动能 → 弹性势能（接触蹦床）。 上升时：弹性势能 → 动能 → 重力势能。 五、易错点总结 1.判断是否做功： 强调“力”与“距离方向一致”（如手提包静止不动，不做功）。 易错题： 人用10 N的力踢足球，足球滚动了5 m，求脚对足球做的功。 答案：0 J（脚与足球接触后不再施加力）。 2.功率的比较： 功率大表示做功快，但不一定做功多（如两台机器功率不同，工作时间短的机器可能总功更少）。 3.机械能守恒的误区： 实际情景中，机械能往往不守恒（如滚动的足球因摩擦最终停下）。 六、典型例题 1.功与功率综合计算： 汽车以20 m/s的速度匀速行驶，发动机牵引力为2000 N，求： 10 s内牵引力做的功； 发动机的功率。 解： 路程 2.机械能转化分析： 苹果从2 m高的树上自由落下，分析其动能和重力势能的变化。 答： 下落过程中，重力势能减少，动能增加，机械能总量不变（忽略空气阻力）。 触地瞬间，动能转化为弹性势能和内能。 七、总结 物理量 定义 公式 核心要点 功 力与距离的乘积 方向一致才做功 功率 做功快慢 或 功率大≠做功多 机械能 动能与势能总和 守恒条件：无摩擦、无外力做功 八、针对训练 1. （2024四川泸州）下列物理情境中，对功的理解正确的是（　　） A. 在实际生活中，利用简单机械提升重物时，可以不做额外功 B. 内燃机的四个冲程中，只有做功冲程做功，其他冲程均不做功 C. 力对物体做功可以改变物体的内能，电流做功也可以改变物体的内能 D. 物体在竖直向上拉力作用下匀速上升，物体所受力中，只有拉力对物体做功 【答案】C 【解析】A．在实际生活中，利用简单机械提升重物时，克服重力和摩擦做功，需要做额外功，故A错误； B．内燃机的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，压缩冲程将机械能转化为内能，对气体做功，故B错误； C．做功可以改变物体的内能，力对物体做功可以改变物体的内能；电流做功也可以改变物体的内能，比如：电热器中电流做功使其内能增加，故C正确； D．物体在竖直向上拉力作用下匀速上升，物体所受力中，拉力对物体做功，克服重力做功，故D错误。 故选C。 2. （2024四川成都）2024年1月，“成都造”飞行汽车AE200在民航西南局的见证下首飞成功，如图。此飞行汽车是全国首个获民航局适航审定批复的有人驾驶电动垂直起降飞行器，其最大航程可达300km。若该飞行汽车实现通航，从成都市中心出发飞往天府国际机场，航程为68km，仅耗时15min，g取10N/kg，求： （1）该飞行汽车从成都市中心到天府国际机场的平均速度是多少km/h？ （2）若飞行汽车载着质量为70kg的乘客竖直匀速上升500m，汽车对该乘客做功为多少J？ 【答案】（1）272km/h；（2）3.5×105J 【解析】（1）飞行时间 t=15min=0.25h 平均速度 （2）乘客的重力 G=mg=70kg×10N/kg=700N 汽车对乘客做功 W=Fs=Gh=700N×500m=3.5×105J 答：（1）该飞行汽车从成都市中心到天府国际机场的平均速度是272km/h； （2）汽车对该乘客做功为3.5×105J。 3. （2024黑龙江龙东）如图是某厂家开发的汽车，其质量为1500kg，车轮与地面接触的总面积为，该车在水平路面上匀速直线行驶13.8km，用时10min，这一过程中汽车发动机的输出功率为。 （1）汽车静止在水平地面上时，对地面的压强是多少？ （2）汽车牵引力所做的功是多少？ （3）行驶过程中汽车受到的阻力是多少？ 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】（1）汽车静止在水平地面上时，对地面的压力为 对地面的压强为 （2）汽车行驶的速度为 汽车发动机的输出功率为，汽车牵引力为 汽车牵引力所做功 （3）该车在水平路面上匀速直线行驶，所以阻力等于牵引力，阻力为 答：（1）汽车静止在水平地面上时，对地面的压强是； （2）汽车牵引力所做的功是； （3）行驶过程中汽车受到的阻力是。 4. （2024四川广安）周末，小成同学骑自行车前往离家较近的邓小平图书馆研修学习。在某段平直的公路上，其运动的图像如图所示。已知小成和自行车总重力为600N，运动时所受阻力大小恒为总重力的0.2倍； （1）求自行车在匀速直线运动时所通过的路程； （2）如果自行车在前10s内所通过的路程为30m，那么自行车在0~50s内克服阻力所做的功为多少？ 【答案】（1）200m；（2）27600J 【解析】（1）由图可知，自行车从第10s开始做匀速直线运动，速度为5m/s，所以自行车在匀速直线运动时所通过的路程 s=vt=5m/s×（50s-10s）=200m （2）运动时所受阻力大小恒为总重力的0.2倍，自行车在0~50s内克服阻力所做的功 W=fs总=0.2Gs总=0.2×600N×（30m+200m）=27600J 答：（1）自行车在匀速直线运动时所通过的路程为200m； （2）自行车在0~50s内克服阻力所做的功为27600J。 5. （2024山东临沂）2024年2月20日，临沂迎来强降雪。环卫部门以雪为令，迅速启用除雪车全力除雪以保障道路畅通。图甲是一辆除雪车正在水平路面上除雪的场景，该车10min内的运动图象如图乙所示。若该除雪车的总质量为6t，除雪过程中所受水平阻力为，车轮与地面的总接触面积为，g取，求该除雪车： （1）对水平地面压强； （2）10min内通过的路程； （3）10min内牵引力所做的功。 【答案】（1）；（2）2640m；（3） 【解析】（1）除雪车对水平地面的压力 除雪车对水平地面的压强 （2）由图乙知，0~6min是除雪前的情况，其速度为4m/s，6~10min为除雪后的情况，其速度为5m/s。除雪车前6min内通过的路程 除雪车后4min内通过的路程 除雪车10min内通过的路程 （3）除雪过程，车做匀速匀速直线运动，所受的牵引力等于所受的水平阻力，除雪车10min内牵引力所做的功 答：（1）对水平地面的压强为； （2）10min内通过的路程为2640m； （3）10min内牵引力所做的功为。 6. （2024广东省）2024年4月30日，神舟十七号载人飞船返回舱成功着陆，如图所示。若返回舱质量为，在着陆过程中，从距地面1m高处竖直向下落地，用时0.4s。（） （1）求返回舱在这段时间内 ①平均速度； ②重力做的功； （2）若返回舱静止时与水平地面的接触面积为，求它对水平地面的压强。 【答案】（1）①2.5m/s，②；（2） 【解析】（1）①这段时间内返回舱的平均速度 ②重力做功 （2）静止在水平地面上的返回舱对地面的压力等于返回舱的重力mg，与水平地面接触面积为，其对水平地面压强 答：（1）返回舱在这段时间内①平均速度为2.5m/s； ②重力做的功为； （2）若返回舱静止时与水平地面的接触面积为，它对水平地面的压强为。 7. （2024四川眉山）如图甲，粗糙程度不变的水平地而上，物体受到水平向右拉力。拉力大小随时间变化的关系如图乙所示，物体运动速度随时间变化的关系如图丙所示。下列说法正确的是（ ） A. 4~6s，物体运动路程为18m B. 4~6s，拉力F的功率为12W C. 时，物体受到摩擦力大于2N D. 拉力为6N时，物体做匀速直线运动 【答案】B 【解析】A．由丙图可知，4~6s物体做匀速直线运动，速度为，物体运动路程为 故A错误； B．4~6s物体做匀速直线运动，速度为，拉力的大小为4N，根据可知，拉力F的功率为 故B正确； C．时，物体静止不动，受力平衡，物体受到摩擦力等于拉力为2N，故C错误； D．由图可知，在2~4s拉力为6N，物体速度不断增大，做加速运动，故D错误。 故选B。 8. （2024江西）如图所示，物块在大小为F的拉力作用下，在时间t内沿拉力方向移动的距离为s，则此过程中拉力对物块做的功为________，功率为________。（均用题中所给字母表示） 【答案】 Fs 【解析】功等于力与力的方向上的乘积，故则此过程中拉力对物块做的功为 W=Fs 根据功率计算公式得 9. （2024四川宜宾）2024年4月19日，两辆以氢为燃料的汽车，实现了从北京到上海1500公里长距离运输的首次测试。选用氢为燃料是因为氢的_________大。假设汽车在一段平直公路上以恒定功率75kW匀速行驶，速度为108km/h，则汽车所受阻力为_________N。 【答案】 热值 2500 【解析】选用氢为燃料是因为氢的热值大，相同质量燃料完全燃烧时，释放的热量多。 假设汽车在一段平直公路上以恒定功率75kW匀速行驶，速度为108km/h，由得，汽车所受阻力为 10. （2024四川南充）如图，木板置于水平地面上，物块叠放于上。水平拉力，水平拉力。静止，沿木板B以的速度向右匀速滑动。则拉力的功率为______，地面对木板B的摩擦力为______N。 【答案】 5 20 【解析】物块A在水平拉力F2=50N的作用下，以10cm/s的速度向右匀速滑动，则拉力F2的功率 木板B置于水平地面上，处于静止状态，则木板B受到的水平向左的拉力F1、物体A对木板B水平向右的摩擦力、地面对B的水平向右的摩擦力，三个力的合力为0，由于物块A受到水平拉力为50N，则物体A对木板B水平向右的摩擦力为50N，则地面对木板B的摩擦力 f地=F1-fA=70N-50N=20N 11. （2024内蒙古赤峰）某老旧小区改造工地，工人用起重机将重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___________m/s；起重机对施工材料做功___________J，做功的功率是___________W。 【答案】 0.6 7.2×104 7.2×103 【解析】施工材料上升的速度 起重机对施工材料做的功 W=Gh=12×104N×6m=7.2×104J 起重机做功的功率 12. （2024上海）塔吊吊起重物，在竖直方向匀速上升时，若以地面为参照物，则此重物是________，的（选填“运动”或“静止”）；若拉力为1×104N，重物上升的距离为40m，重物上升所用的时间为50s，则拉力做功为________焦，功率为________瓦。 【答案】 运动 4×105J 8×103W 【解析】重物相对于地面的位置在不断变化，所以以地面为参照物，重物是运动的。 拉力做功为 功率为 13. （2024云南）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2s内匀速抬高1m。求： （1）机器人所受的重力； （2）2s内机器人对箱子所做的功； （3）2s内机器人对箱子做功的功率。 【答案】（1）550N； （2）100J； （3）50W 【解析】（1）机器人所受的重力 G=mg=55kg×10N/kg=550N （2）2s内机器人对箱子所做的功 W=Fs=100N×1m=100J （3）2s内机器人对箱子做功的功率 答：（1）机器人所受的重力为550N； （2）2s内机器人对箱子所做的功为100J； （3）2s内机器人对箱子做功的功率为50W。 14. （2024安徽省）一起重机在10s内将重为5000N的物体竖直向上匀速提升2m，求： （1）物体上升的速度大小： （2）起重机提升物体的功率。 【答案】（1）0.2m/s；（2）1000W 【解析】（1）物体上升的速度 （2）由题意知，物体匀速上升，在物体受到的拉力与重力是一对平衡力，所以，拉力 F=G=5000N 起重机做的功 W=Fh=5000N×2m=10000J 起重机提升物体的功率 答：（1）物体上升的速度大小为0.2m/s； （2）起重机提升物体的功率为1000W。 学科网（北京）股份有限公司 $$