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2019-2020年中考物理專題復習 第十二講 功和機械能 一、復習策略 1、力學中的“功”和功的原理 （3）功的計算： 　　 ①W=FS=Gh（克服重力做功） 　　 ②W=Pt （4）功的原理 ①內(nèi)容：使用任何機械都不省功 ②應(yīng)用：斜面FS=Gh（理想情況，不計摩擦） 　　 2、簡單機械的機械效率 （1）斜面 ①W有用=Gh ②W額外=fS ③W總=FS=Gh＋fS （2）杠桿 ①W有用=G物h ②W額外 ③W總=FS （輪軸效率 ） （3）定滑輪（a） ①W有用=Gh ②W額外：摩擦及繩重 ③W總=FS=Fh （4）定滑輪（b） ①W有用=fS物 ②W額外：滑輪轉(zhuǎn)動摩擦 ③W總=FSF=FS物 （5）動滑輪及滑輪組（a） ①W有用=G物h ②W額外 ③W總=FS=Fnh=（G物＋G動）h 注：打“________”指不計繩重和摩擦時． （6）動滑輪及滑輪組（b） ①W有用=fS物 ②W額外：繩重及滑輪轉(zhuǎn)動摩擦 ③W總=FSF=FnS物 （7）歸納特點如下： 　?、偎袡C械自身摩擦均是額外功的組成部分，故對機械進行潤滑一般都可以提高機械效率． 　?、谒械挠杏霉扔诓皇褂脵C械時所做的功． 　?、蹖τ谒袡C械均有． 3、功率 （1）公式：． （2）意義；表示做功快慢的．（與機械效率無關(guān)） （3）機械中的功率 4、機械能 （1）動能： （與m、v有關(guān)） （2）重力勢能： （與m、h有關(guān)） （3）彈性勢能： （與彈簧本身、形變量大小有關(guān)） （4）轉(zhuǎn)化及守恒：如：人造地球衛(wèi)星等． 二、典例剖析 例1、（蘭州市）用如圖所示的滑輪組吊起重物，不計繩重及摩擦． 　?。?）當物重為150 N時，繩端所用的拉力是60N，求此時滑輪組的機械效率是多少? 　?。?）當所吊重物為300N時，10s內(nèi)重物被勻速高2 m時，繩端拉力做功的功率為多少? 解析：如圖知，動滑輪一端繩子的根數(shù)n=3．使用滑輪組時，自由端做的功是總功，直接提升物體做的功為有用功．不計摩擦和繩重時，克服動滑輪做的功為額外功． 　　推算過程如下： 　?。?）機械效率： 　　　　∵不計摩擦及繩重，∴F=（G物＋G動） 　　　　∴G動=3F－G物=360－150=30N 　?。?）繩端移動速度為： 　　　　 繩上的拉力F′=（G′物＋G動）=（300＋30）=110N 　　　　 ∴拉力的功率為P=F′v=1100.6=66W 答案：（1）83.3%　　?。?）P=66W 例2、（嘉興市）在學習了功率的知識后，三位同學想比較爬桿時誰的功率大．以下是他們討論后得出的三套方案，其中可行的是（?。? ①用相同的時間爬桿，測量出各自的體重和爬上桿的高度，即可比較功率大小 ②都爬到桿頂，測量出各自的體重和爬桿用的時間，即可比較功率大小 ③爬桿后，測量出各自的體重、爬桿用的時間和爬上桿的高度，算出功率進行比較 A．只有①　　　　　　　　　　　　B．①② C．①③　　　　　　　　　　　　　D．①②③ 解析：功率是表示物體做功快慢的物理量，要比較物體做功的快慢，通常有三種方法：一是比較相同時間內(nèi)做功的多少，相同時間內(nèi)，做功越多，功率越大，二是比較做相同功的用時多少，做功一定時，用時越少，功率越大；三是比較物體在單位時間內(nèi)做功的多少．物理學中采用的是第三種方法來定義功率的．本題中三位同學討論后的三套方案與以上三種比較方法相吻合，都可用于比較做功的快慢，即比較功率的大?。? 答案：D 例3、（北京市）陽陽在蹦床上做游戲，從高處落到蹦床上又被彈起．當她從接觸蹦床床面到運動至最低點的過程中（忽略空氣阻力的影響），以下說法正確的是（?。? A．陽陽的重力勢能逐漸減小 B．蹦床的彈性勢能逐漸增大 C．陽陽的動能逐漸減小 D．陽陽受到的合力先減小后增大 解析：本題考查的是機械能之間的轉(zhuǎn)化．在接觸床面到運動到最低點的時候，陽陽的質(zhì)量不變，高度減小，速度先增大后減小，所以陽陽的重力勢能減小，動能先增大后減??；在接觸床面到運動到最低點的時候，蹦床的彈性形變逐漸變大，所以它的彈性勢能逐漸變大，對陽陽的彈力逐漸變大；陽陽受重力、彈力的作用，合力=|重力－彈力|，彈力從零開始變大，在彈力增大的過程中，當彈力小于重力的時候合力逐漸減小，當彈力增大到等于重力的時候合力為零，當彈力大于重力的時候，合力逐漸變大了．所以陽陽受到的合力先減小后增大． 答案：ABD 例4、（成都市）小紅在學習中收集了一些與機械能有關(guān)的實例．如圖所示，其中機械能增大的是（　） 解析：機械能是指物體所具有的動能和勢能的總和，如果物體只受到重力作用時，只有動能與勢能發(fā)生轉(zhuǎn)化，則機械能守恒，即機械能的總和保持不變；若物體受到外界阻力時，機械能可能會轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，使總機械能減小；若物體受到外界動力時，可能會有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機械能，使總機械能增加． 　　圖A中火箭升空，火箭內(nèi)的化學燃料燃燒，產(chǎn)生大量的內(nèi)能，內(nèi)能再轉(zhuǎn)化為火箭的機械能，使其加速上升，它的動能和重力勢能都增大，故機械能增大；圖B中小朋友從滑梯上滑下，要克服滑梯的摩擦力而做功，會損失一部分機械能，此時小朋友的重力勢能在減小，但并未全部轉(zhuǎn)化為動能，故總機械能減?。粓DC中汽車水平勻速行駛，汽車質(zhì)量一定，勻速行駛速度一定，故動能一定，汽車水平行駛位置不變，重力勢能也一定，即總機械能不變；圖D中衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動時，發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，當衛(wèi)星由近地點向遠地點運動時，動能轉(zhuǎn)化為勢能．當衛(wèi)星由遠地點向近地點運動時，勢能轉(zhuǎn)化為動能，在整個轉(zhuǎn)化過程中，總機械能保持不變． 答案：A 例5、（海南省）跳繩是一項很好的體育健身活動，經(jīng)測試重500 N的某同學1 min跳繩120次，每次離地約0.06 m（每次離地高度和時間都相同）． （1）該同學跳一次做功多少焦耳? （2）他在這1 min的鍛煉中消耗的功率是多大? （3）跳繩時對地面的壓強與站立時相比較有何變化?并說明判斷的理由． 解析：功等于力與力的方向上通過的距離的乘積．功率等于單位時間做的功的多少．本題將功和功率的概念靈活地用于生活娛樂中． 　解：（1）設(shè)同學跳一次做功： 　　　　　　W1=Gh=500N0.06 m=30J 　　　（2）他在1 min的鍛煉中消耗的功率 　　　　　　 　　?。?）P跳>P站 　　　　　原因：跳繩時P跳>P站（跳繩時腳尖或單腳著地） 　　　　　而且：P跳>P站（跳繩時對地面壓力增大） 答案：（1）30 J　　　?。?）60 W　　　　（3）P跳>P站 例6、（南昌市中考試題）圖所示的四幅圖中，說明小孩對物體做了功的是（?。? 解析：物理力學中所指的功具備兩個必要因素：一是作用在物體上的力；二是物體在力的方向上通過的距離．這兩個要素必須同時具備，才算是對物體做了功．圖A、B、D中，雖然人對物體有力的作用，但沒有使物體沿力的方向發(fā)生距離，故此時人沒有對物體做功；圖C中，小孩對水桶有向上的拉力，且使水桶沿著向上的方向移動了距離，故小孩對水桶做了功． 答案：C 例7、（河南省中考試題）一個人用同樣大小的水平拉力拉著木箱，分別在光滑和粗糙的兩種水平地面上前進相同的距離，關(guān)于拉力所做的功，下列說法中正確的是（　） A．在粗糙地面上做功較多 B．在光滑地面上做功較多 C．兩次做功一樣多 D．條件不夠，無法比較兩次做功的多少 解析：本題考查功的概念和計算，解題的關(guān)鍵是理解力對物體做功的多少由力的大小和物體沿力的方向通過的距離決定，跟其他因素無關(guān)．由W=FS可知，木箱在兩種情況下，用同樣大小的拉力F沿力的方向移動相同的距離S，則拉力所做的功應(yīng)該相等． 答案：C 例8、（河南省中考試題）下列說法中正確的是（?。? A．機械效率越高的機械做功越快 B．機械效率越高的機械做功越多 C．功率越大的機械做功越快 D．功率越大的機械做功越多 解析：機械效率是有用功跟總功的比值，表示有用功在總功中占有的百分比、機械效率越高，表示有用功在總功中的比例越大，機械效率的高低與做功的快慢、多少無關(guān)，機械效率高的機械做功不一定快，也不一定多，故選項A、B都錯；功率是表示物體做功快慢的物理量，功率大的機械做功快，功率小的機械做功慢，故選項C正確；功率等于物體單位時間內(nèi)完成的功，大小是由功和時間共同決定，功率大的機械不一定做功多，還與做功時間的長短有關(guān)．故選項D錯誤． 答案：C 例9、（鹽城市中考試題）如圖所示，在拉力F的作用下，重80N的物塊A正以0.2m/s的速度在水平面上做勻速直線運動，此時彈簧測力計的讀數(shù)為20N，該裝置的機械效率為80%，求： 　?。?）2s內(nèi)，彈簧測力計的拉力對物塊A所做的功； 　　（2）拉力F的大小及拉力F做功的功率． 解析：物體A在彈簧測力計拉力作用下做勻速直線運動，彈簧測力計的讀數(shù)顯示的就是此拉力的大小，計算出物體A在2s內(nèi)沿拉力方向移動的距離S，由功的計算公式可求出拉力做功的大??；對圖這個裝置而言，作用在繩子自由端的拉力F所做的功為總功，對物體A所做的功為有用功，由，便可求出F的大小，進而計算F做功的功率． 　　已知：G=80N，vA=0.2m/s，F(xiàn)A=20N，=80%，求（1）WA；（2）F，P． 解：（1）2s內(nèi)物體A沿拉力方向移動的距離 　　　　　SA=vAt=0.2m/s2s=0.4m 　　　　　則在2s內(nèi)拉力對物體A所做功為 　　　　　WA=FASA=20N0.4m=8J 　?。?）由圖可知，拉力F移動的距離S始終是物體A移動的距離的一半，即 　　　　　 　　　　　當物體A以0.2m/s的速度運動時，拉力F移動的速度vF=vA=0.1m/s 　　　　　 答案：（1）8J　　　（2）50N，5W 例10、（北京市海淀區(qū)中考試題）圖所示情景是一種叫做蹦極的游戲，游戲者將一根有彈性的繩子一端系在身上，另一端固定在高處，然后從高處跳下，圖中a點是彈性繩自然下垂時繩下端的位置，c點是游戲者所到達的最低點．對于游戲者離開跳臺至最低點的這一過程，下列說法中正確的是（?。? A．游戲者的動能一直在增加 B．游戲者減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能 C．游戲者通過a點之后，繩子具有彈性勢能 D．游戲者到c點時，他的動能為零 解析：物體具有動能的大小決定于物體的質(zhì)量和速度的大小，重力勢能的大小與物體所處的位置有關(guān)，彈性勢能的大小與彈性形變的程度有關(guān)．游戲者由最高點到達a點的過程中處于自由下落狀態(tài)，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，在這一過程中，游戲者的動能在增加，重力勢能在減??；當游戲者由a點向c點運行時，他的動能和重力勢能都在減小，轉(zhuǎn)化成了繩的彈性勢能，在這一過程中，游戲者的動能沒有增加，而在減小，故選項A錯；由以上分析可知，游戲者的重力勢能部分轉(zhuǎn)化成動能，部分轉(zhuǎn)化成彈性勢能，故選項B錯；彈性繩在a點之后才發(fā)生彈性形變而具有彈性勢能的，故選項C對；游戲者由a點至c點的過程中，速度逐漸減小，到達最點c點時，速度減至為零，不再往下運動．故選項D對． 答案：CD