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第二篇物質(zhì)科學(xué) 一 第20課時功和功率機械能 學(xué)用P96頁 一 機械能考點1識別動能 重力勢能和彈性勢能a 1 動能是物體由于 而具有的能 2 勢能 重力勢能 物體由于 而具有的能叫做重力勢能 彈性勢能 物體由于 而具有的能叫做彈性勢能 運動 被舉高 彈性形變 考點2知道動能大小跟質(zhì)量 速度的定性關(guān)系a動能的大小與物體的 及物體運動的 有關(guān) 質(zhì)量相同的物體 運動的速度越大 它的動能越 運動速度相同的物體 質(zhì)量越大 它的動能也越 考點3知道重力勢能大小跟質(zhì)量 舉高高度的定性關(guān)系a重力勢能的大小與物體的 及物體所處的 有關(guān) 考點4知道彈性勢能大小跟彈性形變的定性關(guān)系a彈性勢能的大小跟物體的材料以及 的大小有關(guān) 彈性形變越大 物體的彈性勢能就越 質(zhì)量 速度 大 大 質(zhì)量 高度 彈性形變 大 考點5舉例說出動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化a單擺 將擺錘拉高一定的高度后放手 擺錘在向下擺動的過程中 轉(zhuǎn)化為 在擺錘擺過中點后向上擺動的過程中 轉(zhuǎn)化為 重力勢能 動能 動能 重力勢能 考點6描述機械能守恒的含義a動能和勢能統(tǒng)稱為 動能和勢能之間可以 如果沒有摩擦等阻力 那么在勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化中 機械能的 即機械能守恒 注意不考慮阻力 考點7利用機械能守恒解釋簡單的現(xiàn)象b1 如果沒有摩擦阻力 動能和勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中 機械能總量 2 如果存在摩擦阻力 動能和勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中 機械能的總量會減少 減少的機械能轉(zhuǎn)化為摩擦產(chǎn)生的 能 機械能 相互轉(zhuǎn)化 總量保持不變 保持不變 熱 學(xué)用P97 1 2013 舟山 如圖是雜技演員演出時的過程示意圖 男演員從甲處用力向上起跳 落下后踩在蹺蹺板的a端 能把站在b端的女演員彈上乙處 由于存在阻力 故 A 男演員的質(zhì)量必須要大于女演員的質(zhì)量B 甲處男演員的勢能一定要大于乙處女演員的勢能C 男演員離開跳臺時的機械能一定大于乙處女演員的勢能D 女演員彈起時的動能與她站在乙處時的機械能相等 C 解析 由于存在阻力 克服阻力做功 機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 機械能不斷減小 所以男演員離開跳臺時的機械能一定大于乙處女演員的勢能 C符合題意 2 2014 株洲 在小球從O點由靜止開始沿x軸豎直下落的過程中 小球某種形式的能量E隨下落高度x變化的圖像如圖所示 若不計空氣阻力 那么這種能量是 A 重力勢能B 動能C 機械能D 內(nèi)能 解析 如圖 橫坐標(biāo)代表的是能量 縱坐標(biāo)代表的是物體下降的高度 物體下落時質(zhì)量保持不變 高度降低 重力勢能減小 不計空氣阻力 小球下降時 重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能 機械能的總量不變 B 3 2014 麗水 衢州 在做了 物體動能大小與哪些因素有關(guān) 的實驗后 有些同學(xué)對 質(zhì)量不同的鋼球從同一光滑斜面 同一高度由靜止開始沿斜面滾下 剛到達底部時的速度大小相等 有疑惑 小衢設(shè)計了如圖甲所示的實驗 讓質(zhì)量不同的鋼球A B同時從同一高度由靜止開始沿光滑斜面滾下 觀察和比較兩球相對運動情況 若B球相對于A球 就可以說明任一時刻兩球的速度大小相等 小麗肯定了小衢的實驗方案后 對實驗又提出了兩個建議 靜止 建議一 因為鋼球在斜面上滾下的時間很短 不利于觀察和比較鋼球的運動情況 不改變鋼球在斜面上的位置 不改變球與斜面的粗糙程度 為了延長鋼球在斜面上滾下的時間 可采用的方法是 建議二 為確保鋼球滾下時不偏離斜面 可在斜面上增設(shè)兩個相同的光滑小凹槽 如圖乙所示 從有利于觀察和比較兩球的相對運動情況的角度考慮 圖中兩個小凹槽的間距L應(yīng) 減小斜面的 傾斜角度 盡量小 二 機械功考點8理解功的概念b1 做功的兩個必要因素 和 2 功是作用于物體的力和物體在力的方向上移動的 的 考點9知道功的單位a功的單位 簡稱焦 符號是J 1焦 1牛米 作用在物體上的力 物體在力的方向上通過的距離 距離 乘積 焦耳 考點10應(yīng)用功的公式進行簡單的計算c公式 功 力 距離 即 力沒有做功的三種情況 物體受到力的作用 但沒有移動距離 物體不受外力 由于慣性做勻速直線運動 物體通過的距離跟它受到的力的方向垂直 注意 物體做功的多少與物體是否做勻速直線運動 速度多大 接觸面是否粗糙均無關(guān) W Fs 三 功率考點11說明功率的概念b 1 定義 內(nèi)做的功叫功率 2 意義 功率是用來描述物體 的物理量 考點12知道功率的單位a功率的單位 簡稱瓦 符號是W 1瓦 1焦 秒 單位時間 做功快慢 瓦特 考點13應(yīng)用功率公式進行簡單的計算c功率的公式 P Fv考點14從能的轉(zhuǎn)化來說明功率b 所以做功快慢也就是能量轉(zhuǎn)化的快慢 因此 功率是表示能量轉(zhuǎn)化快慢的物理量 P W t 功是能量轉(zhuǎn)化的量度 4 2014 聊城 將你的文具盒或直尺的一端抬起形成一個斜面 把你的橡皮放在斜面的頂端如圖所示 改變斜面的傾角 由靜止釋放后的橡皮沿斜面下滑 對應(yīng)橡皮的下滑過程 下列說法正確的是 A 橡皮所受支持力做了功B 橡皮的機械能增加了C 橡皮所受的重力做了功D 橡皮的動能不變 C 解析 A 因為沒有在支持力方向上移動距離 所以橡皮所受支持力沒有做功 B 運動中需要克服摩擦力做功 所以過程中機械能減小了 C 重力始終作用在橡皮上 并且在重力方向上移動了一段距離 符合做功條件 故重力做功了 D 橡皮質(zhì)量不變 速度增大 動能增大 5 2014 玉林 一個大人和一個小孩分別將5塊完全相同的磚運到二樓 如圖所示 這個過程中 下列說法正確的是 A 大人對磚做的功比小孩對磚做的功多B 大人對磚做的功比小孩對磚做的功少C 大人對磚做功的功率一定比小孩對磚做功的功率大D 大人對磚做功的功率一定比小孩對磚做功的功率小 C 6 2014 寧波 利用如圖所示的裝置 工人用力F把重為100N的物體以0 2m s的速度勻速提升6m 若不計繩重和摩擦 則這一過程中 A 拉力F的大小為50NB 繩子自由端的速度為0 4m sC 拉力F所做的功為600JD 拉力F的功率為10W C 學(xué)用P98 高頻點1彈性勢能的大小例1 2014 安徽 如圖所示 在光滑的水平臺面上 一輕彈簧左端固定 右端連接一金屬小球 O點是彈簧保持原長時小球的位置 開始時通過小球壓縮彈簧到A位置 已知AO OB 釋放小球 研究小球在水平方向上的受力和運動情況 則 A 小球從A運動到O的過程中所受彈力方向向右 速度不斷增大B 小球從O運動到B的過程中所受彈力方向向右 速度不斷減小C 小球運動到B點時將停止運動并保持靜止D 小球在運動過程中所受彈力的方向保持不變 答案 A 解析 A 小球從A運動到O的過程中 彈簧恢復(fù)原狀 將彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能 此時小球所受彈力方向向右 速度不斷增大 B 小球從O運動到B的過程中 彈簧被拉伸 球的動能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能 此時小球所受彈力方向向左 速度不斷減小 C 小球運動到B點時 由于動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能 速度為零 但是由于彈簧要恢復(fù)原狀 會帶動小球一起運動 因此不會停止運動并保持靜止 D 小球在運動過程中所受彈力的方向先向右后向左 是變化的 1 2014 杭州 用手將一重為G的鐵球緩慢放在一彈簧上 放手后 鐵球從A位置開始向下運動 到達B位置速度達到最大 到達C位置小球的速度變?yōu)榱?已知AC間的高度差為h 則從A位置到C位置鐵球的重力做功是 在此過程中彈簧的彈性勢能增加量為 B位置到C位置的過程中鐵球所受的重力 填 大于 小于 或 等于 彈簧所施加的彈力 整個過程中不計能量損耗 Gh Gh 小于 高頻點2動能勢能的相互轉(zhuǎn)化例2 2014 成都 如圖所示 在殲20飛機加速向上運動的過程中 關(guān)于飛行員的能量分析 下列說法正確的是 A 動能增加 重力勢能不變B 動能不變 重力勢能增加C 機械能總量不變D 機械能總量增加 答案 D 解析 在殲20飛機加速向上運動的過程中 飛行員的質(zhì)量不變 速度增大 其動能增大 高度升高 重力勢能增大 故機械能總量增大 2 如圖所示的是運動員在鉛球比賽中的場景 鉛球離手后 在空中飛行過程中動能Ek隨時間t變化的曲線最接近的是 解析 由于鉛球離手后上升到一定高度再下落 在鉛球上升過程中動能減小 到最高點時動能最小 但不會不存在動能 下落過程中動能增加 A 高頻點3功 功率的簡單計算例3 2014 益陽 電梯的簡化模型如圖甲所示 考慮安全 舒適 省時等因素 電梯速度要經(jīng)過增大 不變和減小的過程 這一過程是通過改變拉力大小來實現(xiàn)的 某次上升過程中電梯所受拉力F隨上升高度h變化的圖像如圖乙所示 這個過程用時1分鐘 求這個過程中 1 電梯上升的平均速度 2 拉力做的功 3 拉力做功的功率 答案 1 電梯上升的平均速度為0 8m s 2 拉力做的功是9 6 105J 3 拉力做功的功率是1 6 104W 解析 1 電梯上升的高度h 48m 用時間t 60s 電梯上升的平均速度 2 拉力在0 4m做的功 W1 F1h1 2 5 104N 4m 1 0 105J 拉力在4 44m做的功 W2 F2h2 2 0 104N 40m 8 0 105J 拉力在44 48m做的功 W3 F3h3 1 5 104N 4m 0 6 105J 所以 上升過程拉力做的功 W W1 W2 W3 1 0 105J 8 0 105J 0 6 105J 9 6 105J 3 拉力做功的功率 3 紹興中考 學(xué)校新近買了30套總質(zhì)量為300千克的實驗器材 每套一箱 實驗員需要把這批實驗器材搬運到15米高的實驗室 1 該實驗員在搬運中 對實驗器材總共做功 焦 44100 2 假設(shè)他身體可以向外提供的功率P與所搬運物體的質(zhì)量m的關(guān)系如圖所示 每次他搬起箱子 放下箱子和下樓的時間t與所搬運物體的質(zhì)量m關(guān)系如表所示 那么他搬完全部箱子 且回到開始搬運處 所用最短時間為 秒 計算結(jié)果精確到0 1 1501 8 解析 1 知道實驗器材的總質(zhì)量 利用重力公式求受到的重力 又知道上升的高度 利用W Gh求實驗員在搬運中對實驗器材做的功 2 從P m圖像得出三種搬運方法的功率 在 1 中求出了將實驗器材全搬到樓上做的總功 利用P W t算出搬運器材上樓用的時間t 從表中數(shù)據(jù)可以得出每種搬運方法每次搬起箱子 放下箱子和下樓的時間 乘以搬運次數(shù)得出每種搬運方法搬起箱子 放下箱子和下樓的時間t t總 t t 為每種辦法所用的總時間 通過計算回答 學(xué)用P99頁 提醒 本題難度比較大 關(guān)鍵是學(xué)生的讀圖能力 從圖像的電流變化上判斷出電阻變化 從電阻變化上判斷出彈簧壓縮程度的變化 例4 紹興中考 如圖甲所示 質(zhì)量不計的彈簧豎直固定在一壓力傳感器上 壓力傳感器是電阻阻值隨受到壓力的增大而減小的變阻器 壓力不超過最大值 壓力傳感器 電流表 定值電阻和電源組成一電路 壓力傳感器不受力時電流表示數(shù)是I0 t 0時刻 將一金屬小球從彈簧正上方某一高度由靜止釋放 小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點 然后又被彈起離開彈簧 上升到一定高度后再下落 如此反復(fù) 整個過程中 不計能量損失 電流表示數(shù)I隨時間t變化的圖像如圖乙所示 則 A t1時刻 小球動能最小B t2時刻 彈簧的彈性勢能最小C t2 t3這段時間內(nèi) 彈簧的彈性勢能先增加后減少D t2 t3這段時間內(nèi) 小球增加的動能小于彈簧減少的彈性勢能 答案 D 提醒 當(dāng)重力大于彈性繩對運動員拉力時 運動員做加速運動 當(dāng)彈性繩對運動員拉力大于重力時 運動員做減速運動 例5 2014 長沙 如圖所示是蹦極運動的簡化示意圖 彈性繩一端固定在O點 另一端系住運動員 運動員從O點自由下落 到A點處彈性繩自然伸直 B點是運動員受到的重力與彈性繩對運動員拉力相等的點 C點是蹦極運動員到達的最低點 忽略空氣阻力 下列說法正確的是 A 從O點到C點運動員速度一直減小B 從O點到C點運動員的機械能一直在增大C 從O點到C點運動員的機械能一直在減小D 從O點到A點運動員的機械能不變 答案 D 解析 根據(jù)題意可知 從O點到B點的過程中 重力大于彈性繩對運動員的拉力 因此速度越來越大 從B點到C點的過程中 彈性繩對運動員拉力大于重力 運動員的速度開始減小 到達C點時 速度為零 由于不計空氣阻力 因此整個過程能量守恒 故ABC都是錯誤的 故選D 例6 金華 麗水中考 小華為了探究物體動能的大小與質(zhì)量 速度的關(guān)系 設(shè)計了如圖甲 乙所示的實驗 實驗甲 質(zhì)量相同的兩個小球 沿同一光滑弧形軌道分別從A處和B處開始向下運動 然后與放在水平面上的木塊相碰 木塊在水平面上移動一段距離后靜止 如圖甲所示 實驗乙 質(zhì)量不同的兩個小球 沿同一光滑弧形軌道分別從A處開始向下運動 然后與放在水平面上的木塊相碰 木塊在水平面上移動一段距離后靜止 如圖乙所示 1 要探究物體動能的大小與速度的關(guān)系應(yīng)選用 圖 填 甲 或 乙 2 甲 乙兩組實驗可以得出的結(jié)論是 3 這個實驗中 利用木塊被碰撞后移動的 比較物體的動能大小 下列實例中與此實驗方法相同的有 填編號 認識電流大小時 用水流進行類比 用紅墨水在水中的擴散現(xiàn)象來認識分子是運動的 用酚酞試液滴入溶液變紅色來判斷溶液呈堿性 答案 1 甲 2 物體動能的大小與質(zhì)量和速度有關(guān) 質(zhì)量越大 速度越大 物體的動能就越大 3 距離 解析 1 要探究物體動能的大小與速度的關(guān)系 必須控制物體的質(zhì)量相同 速度不同 速度的不同是通過小球在斜面的位置來體現(xiàn)的 符合條件的只有甲圖 2 通過甲圖可得到的結(jié)論是 質(zhì)量相同時 物體的速度越大 動能越大 通過乙圖可得到的結(jié)論是 物體速度相同時 質(zhì)量越大 動能越大 因此綜合甲圖和乙圖 可得到的結(jié)論是 物體動能的大小與質(zhì)量和速度有關(guān) 質(zhì)量越大 速度越大 物體的動能就越大 3 實驗中利用木塊被碰撞后移動的距離來比較物體的動能大小 屬于轉(zhuǎn)換法的思想 采用這個研究方法的還有研究分子的擴散現(xiàn)象和用酚酞試液滴入溶液變紅色來判斷溶液呈堿性 1 2014 邵陽 如圖 跳傘運動員在空中勻速直線下降的過程中 下列說法正確的是 A 人和傘的總重力大于空氣的阻力B 人和傘的總重力等于空氣的阻力C 人和傘的重力勢能在增大D 人和傘的動能在減小 B 第1題圖 2 2014 婁底 如圖是某運動員在水平地面上做俯臥撐時的情景 她的重心在A點 體重為500N 設(shè)地面對兩個手掌的支持力為F 在運動員身體撐起的過程中 A 支持力F一定不做功B 支持力F一定做功C 支持力F 500ND 支持力F 500N B 第2題圖 解析 分析該題能看出 當(dāng)運動員身體撐起的過程中 受到地面的支持力 該力的方向是向上的 且沿著向上的方向移動了一段距離 故支持力做了功 同時在上述過程中 人的腳與地面的接觸點是支點 重力相當(dāng)于阻力 支持力相當(dāng)于動力 故此時的動力臂大于阻力臂 故此時動力應(yīng)該小于阻力 即支持力小于重力 即支持力F 500N 3 2014 雅安 如圖所示 足球以初速度沿著凹凸不平的草地從a運動到d 下列分析正確的是 A 在b d兩點動能相等B 在a d兩點機械能相等C 從b到c的過程機械能減少D 從c到d的過程重力勢能減少 C 第3題圖 學(xué)用P100頁 4 2014 泰安 如圖 用F 20N的水平推力推著重為40N的物體沿水平方向做直線運動 若推力F對物體做了40J的功 則在這一過程中 A 重力做的功一定為40JB 物體一定受到20N的摩擦力C 物體一定運動了2mD 物體一定運動了4m 解析 物體在重力的方向沒有移動距離 故重力做的功為0 故A錯誤 用F 20N的水平推力推著重為40N的物體沿水平方向做直線運動 沒有說是勻速直線運動 故摩擦力不一定是20N 故B錯誤 由W Fs可得 物體沿水平方向運動的距離 s W F 40J 20N 2m 故C正確 D錯誤 C 第4題圖 5 2013 蘇州 如圖所示的四個實例中 機械能正在減小的是 C 6 廣州中考 把籃球拋向空中 忽略空氣阻力 如圖哪一圖像能正確反映球離手后至落回地面前機械能 E 與籃球離地高度 h 的關(guān)系 解析 把籃球拋向空中 忽略空氣阻力 只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化 機械能守恒 機械能不變 A 7 包頭中考 如圖所示是一個左右對稱的凹形槽 將小球從A點由靜止釋放 若小球由A點到B點運動過程中克服摩擦力做的功用W表示 忽略空氣阻力 則下列說法正確的是 A 小球從A點運動到B點的過程中 勢能的減少量與動能的增加量之差等于WB 小球能夠從A點運動到D點C 小球從A點運動到B點的過程中 勢能的減少量等于動能的增加量D 小球從A點運動到C點的過程中 機械能的減少量等于動能的增加量 解析 從A點向B點運動過程中 重力勢能大部分轉(zhuǎn)化成動能 因為有滑動摩擦 少部分轉(zhuǎn)化成內(nèi)能 故A正確 A 第7題圖 8 2013 內(nèi)江 如圖甲所示 物體在水平拉力F 12N的作用下 沿水平地面向右做直線運動 傳感器發(fā)出的超聲波遇到運動的物體后將被反射回傳感器 傳感器顯示出物體在水平方向通過的距離隨時間變化的s t圖像 如圖乙所示 則 第8題圖 1 在0 15s內(nèi) 物體受到的摩擦力的大小是多少 方向如何 2 在0 15s內(nèi) 拉力F的功率是多少 解析 1 力f F 12N 方向 水平向左 2 W Fs 12N 30m 360J P W t 360J 15s 24W 12N 方向水平向左 24W 9 2014 紹興 探究影響物體彈性勢能大小的因素 選擇彈簧進行研究 將光滑水平面與光滑斜面連接 如圖 將甲彈簧放置在水平面上 用小球壓縮彈簧2厘米 釋放后 小球滾上A斜面 記錄小球在斜面最高點時高度 重復(fù)三次 取平均值記錄在下表中 更換B斜面 重復(fù)實驗 壓縮甲彈簧3厘米 重復(fù)實驗 步驟 換用不同彈簧 重復(fù)實驗 步驟 第9題圖 1 實驗中 通過觀察 判斷彈簧彈性勢能的大小 2 比較 填實驗序號 說明彈簧的彈性勢能大小與彈簧的形變大小有關(guān) 3 由實驗結(jié)果可知 彈簧的彈性勢能大小還與彈簧的 有關(guān) 小球到達斜面的高度 1與2 長度 材料 10 2014 株洲 如圖甲所示 用彈簧測力計測量水平桌面上的鉤碼所受的重力 彈簧測力計從圖示位置開始向上緩慢提升 其示數(shù)F與上升的高度h之間的關(guān)系如圖乙所示 試解答下列問題 1 鉤碼所受的重力為 N 2 當(dāng)h 4cm時 彈簧測力計的示數(shù)是 N 桌面對鉤碼的支持力是 N 3 從開始提升到h 16cm 彈簧測力計對鉤碼所做的功是多少 4 5 3 0 1 5 彈簧測力計對鉤碼所做的功是0 45J 解析 1 鉤碼離開桌面后測力計的示數(shù)不再變化 此時示數(shù)即為鉤碼所受重力大小 故鉤碼所受的重力為4 5N 2 彈簧的伸長量與拉力成正比 由圖像知 當(dāng)h 6cm時 彈簧測力計的示數(shù)為4 5N 即彈簧每拉伸1cm增加0 75牛的力 當(dāng)h 4cm時 彈簧測力計的示數(shù)為3 0N 此時鉤碼受重力 拉力 支持力的作用 支持力等于重力減去拉力即4 5N 3 0N 1 5N 3 W Fs Gh 4 5N 0 1m 0 45J