板块1 第11讲 功和机械能（word教参）-【中考复习指南】2025年湖北新中考物理

第十一讲　功和机械能 课标要求：1.力学中的功、动能、势能、机械能及其转化、水能和风能的利用。(了解知道)2.功的计算、功率。(理解应用) 考情分析：2024湖北省中考第23题第(1)问考查不同形式的能量之间转化，第(3)问考查功率相关计算；2024武汉市中考第6题考查动能和势能的相互转化。 知识点一　功 1．两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。 2．三种不做功的情况： (1)不劳无功：物体没有受到力的作用，但由于惯性通过了一段距离，例如足球被踢出后继续在地上运动，但此时踢力对足球不做功。 (2)不动无功：物体受到力的作用，但是保持静止状态，例如举重运动员举着杠铃在空中静止，运动员对杠铃的支持力对杠铃不做功。 (3)劳而无功：物体受到力的作用，但是运动方向与力的方向垂直，例如手推着物体在水平桌面上运动，桌面对物体的支持力不做功。 3．功的计算：功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积，W＝Fs。 4．单位：焦耳，符号J,1J＝1 N·m。 知识点二　功率 1．定义：物理中，把功与时间之比叫做功率。 2．意义：表示物体做功快慢的物理量。 3．公式：P＝。匀速直线运动的功率与牵引力的关系式P＝Fv。由此式可知：功率一定时，如果要增加牵引力，必须减小速度。 4．单位：基本单位瓦特，符号W；常用单位是千瓦，符号kW，两个单位换算关系是1kW＝1_000W,1 W＝1 J/s。 知识点三　机械能 1．能量 定义：物体能够做功，这个物体就有能量。 单位：焦耳，符号：J。 功与能量：一个物体能够做的功越多，它具有的能量越大。 2．动能 定义：物体由于运动而具有的能叫动能。 实验探究方法：控制变量法法和转换法法。 影响因素：物体的质量越大，速度越快，动能越大。 3．重力势能 定义：物体由于受到重力并处于一定高度而具有的能叫重力势能。 影响因素：物体的质量越大，高度越高，重力势能越大。 4．弹性势能 定义：物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能。 相关因素：物体的弹性形变越大，弹性势能越大。 5．机械能 定义：动能和势能的总和。 6．机械能转化 动能、重力势能相互转化：物体自由下落重力势能转化成动能，滚摆上升时动能转化成重力势能。 动能、弹性势能相互转化：弓箭射出是弹性势能转化成动能，羽毛球把球拍击弯是动转化成弹性势能。 7．机械能守恒：人造地球卫星运行从远地点向近地点运动时重力势能转化成动能。 教材图片 命题解读 RJ八下P63图11.1－2 RJ八下P63图11.1－3 RJ八下P64图11.1－4 (力是否做功)(1)如图A、B、C、D所示的情景中，人对物体做功的有AB，不做功的有CD； (2)如图E所示，运动员举起杠铃静止不动时，运动员对杠铃不做功(选填“做功”或“不做功”)杠铃受到的重力和运动员对杠铃的作用力是一对平衡力 RJ八下P65图11.2－1 (功和功率)大人和小孩同时从一楼出发，爬到三楼，用时相同，大人做的功大于小孩做的功，大人做功的功率大于小孩做功的功率(均选填“大于”“小于”或“等于”) RJ八下P69图11.3－6 (弹性势能及其转化)人拉弓射箭的示意图，弓拉得越弯，弓的弹性势能越大；弓恢复原状的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能；箭在水平飞行时，箭的重力势能不变(选填“增大”“不变”或“减小”) RJ八下P71图11.4－2 (机械能及其转化)如图所示，滚摆在加速下降过程中的动能变大，重力势能变小(选填“变大”“变小”或“不变”)，重力势能转化为动能；滚摆运动到最低点时的动能达到最大值 RJ八下P72图11.4－3 (机械能守恒)把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己鼻子附近，稳定后松手，铁锁来回摆动，但不会碰到鼻子，在此过程中机械能不守恒(选填“守恒”或“不守恒”)，你判断的理由是由于空气阻力一部分机械能转化成内能 RJ八下P73图11.4－6 (动能和势能的转化)当卫星从远地点向近地点运动时，重力势能减小，动能增加；当卫星从近地点向远地点运动时，动能转化为重力势能 BS九P4图10－5 (探究重力势能相关因素)上图探究重力势能与高度的关系，下图探究重力势能与质量的关系，通过比较物体陷入的深度间接比较重力势能大小 考点一　功 [例1] (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Fs，功率为。(均用题中所给字母表示) [例2] 在某届机器人与人工智能国际会议中，图甲为某款静止在水平地面上的智能机器人，重力为400N。它在某次引领接待工作中，沿水平直线匀速运动，受到的水平阻力为机器人自重的0.02倍，运动路程s随时间t变化的图像如图乙所示。则： (1)静止时，地面对智能机器人的支持力大小； (2)在0～4s内，动力对机器人做的功。 　 解：(1)静止时，智能机器人处于平衡状态，地面对智能机器人的支持力与机器人所受重力为一对平衡力，则支持力大小等于重力大小，即支持力 F支＝G＝400N (2)由图像可知，在0～4s内，机器人做匀速直线运动，机器人处于平衡状态，动力与阻力为一对平衡力，则动力大小等于阻力大小，即动力 F＝f＝0.02G＝0.02×400N＝8N 由图像可知，在0～4s内，机器人的运动路程为2m，动力对机器人做的功 W＝Fs＝8N×2m＝16J 考点二　功率 [例3] 物体A重5 N，如图甲，A在水平拉力F1作用下，在水平面从M点匀速直线运动到N点用时3s；如图乙，在A上放置一个砝码，A在水平拉力F2作用下，在另一水平面从P点匀速直线运动到Q点用时2s。 　 (1)在MN、PQ段，A的速度分别为v1、v2，A所受摩擦力分别为f1、f2，则v1＜v2，f1＞f2。(均选填“＞”“＝”或“＜”) (2)A从M点运动到N点，F1做的功为0.3J、功率为0.1W，A的重力做的功为0J。 [例4] 如图甲所示，放在水平地面上的物体在水平推力F的作用下做直线运动。当水平推力为F1时，物体运动的路程与时间关系如图乙所示；当水平推力为F2时，物体运动的速度与时间关系如图丙所示，则F1＝F2。若两次推力的功率分别为P1、P2，则P1＜P2。(均选填“>”“＝”或“<”) 　　 方法技巧 功率计算可以使用P＝或P＝Fv，利用P＝Fv进行计算时速度单位必须是m/s。 考点三　机械能及其转化 [例5] (2024·无锡模拟)2023年5月30日，景海鹏、朱杨柱、桂海潮三名航天员乘坐神舟十六号载人飞船，成功进入中国空间站，与神舟十五号航天员乘组会师天宫，如图所示。下列说法正确的是(C) A．飞船在升空过程中，只存在动能和势能的相互转化 B．漂浮在空间站中的航天员重力势能为零 C．空间站组合体在轨稳定运行过程中机械能守恒 D．空间站组合体在太空中沿椭圆轨道绕地球运行，在近地点时动能最小 方法技巧 动能的变化必须同时考虑质量和速度的变化，重力势能的变化必须同时考虑质量和高度的变化。判断机械能是否守恒可以用下面两种方法： (1)只有重力做功时，机械能守恒；若在动能和势能转化过程中，因受到摩擦力或各种阻力而使机械能转化为其他形式的能，则机械能减少，或其他形式的能转化为机械能，则机械能增大。 (2)在动能和势能转化过程中，通过机械能是否等于动能和势能的总和来判断机械能是否守恒。 实验　探究物体的动能跟哪些因素有关 【实验方案与证据】 1．实验装置图 2．实验器材：斜面、长木板、质量不同的钢球、木块、记号笔、刻度尺等。 3．实验操作要点 (1)转换法：将钢球动能的大小转换为钢球推动木块运动距离的大小，木块运动得越远证明小球的动能越大(选填“大”或“小”)。 (2)控制变量法： ①探究动能的大小与质量的关系时，改变钢球质量的大小，让质量不同的钢球从斜面的同一高度由静止释放； ②探究动能的大小与速度的关系时，控制钢球的质量相同，使钢球从斜面的不同高度由静止开始运动。 【结论与解释】 4．实验结论 (1)质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大。 (2)运动速度相同的物体，质量越大，它的动能越大。 【交流与反思】 5．实验中的能量转化：实验中，钢球从斜面上滑下，从能量角度来看，是重力势能转化为动能；木块最终会停下来是因为受到了阻(或摩擦)力的作用。在此过程中，木块通过做功的方式把动能转化为内能。 6．木块被撞后滑出木板，为了使木块不滑出木板，可进行的操作有： (1)换质量较大的木块； (2)换质量较小的钢球； (3)换较长的木板等。 [例1] 如图为某学习小组“探究动能大小跟哪些因素有关”的实验操作(步骤甲、乙、丙中小球质量分别为m、2m、3m)。 (1)让小球从同一高度由静止开始滚下，目的是使小球到达水平面时具有相同的速度。 (2)实验中通过比较木块B被小球撞击后移动的距离s来判断小球具有动能的大小，这种方法在物理学中属于转换法(选填“控制变量法”或“转换法”)。 (3)小华认为由实验步骤乙和实验步骤丙可以判断动能大小与速度的关系，你认为该观点是错误(选填“正确”或“错误”)的，理由是小球质量不同。 (4)通过比较步骤甲和乙可以判断动能大小与物体质量的关系。 (5)若斜面下方水平面光滑，本实验不能(选填“能”或“不能”)达到实验目的。 1. 如图所示，小丽和爷爷同时从一楼出发，爬到约10m高的四楼，已知小丽用时50s，爷爷用时60s，小丽的体重比爷爷的体重小，下列说法正确的是(B) A．爬到四楼时，小丽做了约500J的功 B．小丽爬楼做功的功率约为100W C．如图所示的时刻计时停止，此过程爷爷做功的功率大 D．全程中爷爷爬楼用时多，做功功率小 2. 2024年春晚舞蹈诗剧《锦鲤》的演员们，既是一群活泼的少女，又是一群嬉戏的“锦鲤”，“灵性相通”的意象直击观众心底的柔软和纯真。如图所示，在绳子的拉力作用下，整齐划一地匀速上升的演员们(B) A．是相对运动的 B．机械能不断增大 C．所受合力竖直向上 D．所受拉力不做功 3．(2024·宜宾)如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行，当卫星从近地点向远地点运动的过程中(B) A．速度增大 B．动能转化为重力势能 C．机械能增大 D．重力势能减小 4. 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内的运动图像如图乙所示。若该除雪车的总质量为6t，除雪过程中所受水平阻力为6×103N，车轮与地面的总接触面积为0.4m2，g取10N/kg，求该除雪车： 　 (1)对水平地面的压强； (2)10min内通过的路程； (3)10min内牵引力所做的功。 解：(1)除雪车对水平地面的压力 F压＝G＝mg＝6×103kg×10N/kg＝6×104N 除雪车对水平地面的压强 p＝＝＝1.5×105Pa (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 s1＝v1t1＝4m/s×6×60s＝1440m 除雪车后4min内通过的路程 s2＝v2t2＝5m/s×4×60s＝1200m 除雪车10min内通过的路程 s＝s1＋s2＝1440m＋1200m＝2640m (3)除雪过程，车做匀速直线运动，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 W＝Fs＝fs＝6×103N×2640m＝1.584×107J 学科网（北京）股份有限公司 $$