1、第11讲 功和机械能 本讲涉及的知识点有：功、功率、机械能。该部分知识点的应用性、综合性都很强,是历年考查的重点,也是考查的难点,还是中考的压轴题。考查的题型以选择题、填空题、计算题为主,会与密度、速度、重力、压强综合出题,分值约68分。考点1 功 两个必要因素(1)作用在物体上的_(2)物体在力的方向上移动的_ 不做功的三种情况 示意图 力距离不做功的三种情况 特点 物体在水平方向不受力，因惯性而运动 物体受力，但静止 有力有距离，但力的方向与距离的方向垂直 举例 踢出去的足球 推而未动，搬而未起 人提水桶水平前进，提水桶的力和水桶的重力不做功 计算 功等于力与物体在力的方向上移动的距离的_
2、；W_；单位为_(符号：J)，1 J 1 Nm 乘积Fs焦耳大小把两个鸡蛋举高1 m所做的功大约是1 J图片示例如图所示，甲图中的小孩提着滑板在水平路面上行走，手对滑板的力_做功；图乙中的小孩用力搬一块大石头，却没有搬动，人对石头_做功。【提示】计算做功多少时,要注意三个“同一”性：即力与物体移动的距离在方向上必须一致；力与物体移动的距离必须对应于同一物体和同一段时间。没有没有考点2 功率 定义 功与做功所用_之比叫功率 物理意义 表示做功_的物理量。功率大，说明做功_，单位时间内做的功_；功率小，说明做功_，单位时间内做的功_ 公式 P 单位 基本单位：_(符号：_)换算关系：1 kW_W，
3、1 W1 J/s Wt时间快慢快多慢少瓦特W103公式推导 当物体在力F的作用下以速度v匀速运动时，由WFs和P 得，P _。例如，当汽车上坡时，司机采取换挡的办法，减小速度，以获得较大的牵引力 图片示例 如图所示，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_小孩做的功，大人做功的功率_(选填“大于”“小于”或“等于”)小孩做功的功率。WtsFtFv大于大于考点3 动能和势能 能量 定义 物体能够_，我们就说这个物体具有_，简称+_ 单位 能量的单位是1_，符号是2_ 功与能量关系 一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大 动能 定义 物体由于3_而具有的能，叫做动能 影响
4、动能因素 影响动能大小的因素：4_、5_ 做功能量能焦耳J运动质量运动速度重力势能 定义 物体由于受到重力并处在一定6_时所具有的能，叫做重力势能 影响因素 物体的7_越大，8_越高，它具有的重力势能就9_ 弹性势能 定义 物体由于0_而具有的能，叫做弹性势能 影响因素 物体的_越大，它具有的弹性势能越大 高度质量位置越大发生弹性形变弹性形变图片示例(1)发生形变的网球拍具有=_，能将网球弹出，网球拍发生的形变越大，其弹性势能越大，网球弹出得越远。(2)拉弯的弓能将箭射出，射箭时弓的形变越大，其弹性势能就Q_，箭射得越远。弹性势能越大图片示例(1)对于同一车型的机动车，行驶W_越大，车的动能越
5、大，危险性也就越大，所以要对机动车的最高行驶速度进行限制。(2)车型不同，车的质量也不同，因此在相同的道路上，如果车的速度相同，E_越大，动能越大，行驶时危险性也就越大。速度质量考点4 机械能及其转化 机械能 定义 R_和T_统称为机械能 单位 Y_，符号U_ 动能势能焦耳J机械能转化 动能与重力势能之间相互转化 重物下落：I_能转化为O_能；滚摆上升：_能转化为_能 动能与弹性势能之间相互转化 弓箭射出：_能转化为_能 卫星能量转化 从近地点远地点：_能转化为_能 从远地点近地点：_能转化为_能 重力势动动重力势弹性势动动重力势重力势动机械能守恒 如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和保
6、持_ 图片示例 拦河大坝使上游水位升高，提高水的重力势能，水从大坝上游流下时冲击水轮发电机发电，水的_能转化为电能。不变机械图片示例 滚摆下降时，它的重力势能越来越小，动能越来越大，_能转化为_能。滚摆上升时，动能越来越小，重力势能越来越大，_能转化为_能。小球从A点下落到B点，_能逐渐转化为_能，到最低点B时动能_；之后又从B点上升到C点，_能逐渐转化为重力势能。重力势动动重力势重力势动最大动【注意】题中如果有“在光滑斜面上滑动”表示没有能量损失机械能守恒；如果有“在斜面上匀速下滑”表示有能量损失机械能不守恒。重难点1 功、功率的有关计算 A.该物块在CD段的惯性比AB段大B.该物块通过AB
7、段和CD段所用的时间之比为25C.拉力F在AB段所做的功为20 JD.拉力F在CD段做功的功率为10 WD【例1】(2020随州)物块在水平拉力F(大小未知)的作用下，在水平直线轨道上运动(如图)，其中ABCD10 m。已知物块在AB段和CD段分别以2 m/s和5 m/s的速度匀速运动，且在AB段、CD段所受摩擦阻力分别为1 N和2 N，则以下判断正确的是()【方法指导】功与功率相关计算比较 公式物理量的意义注意事项拉力做功：WFsF表示作用在物体上的拉力,s是物体在拉力方向上移动的距离力与物体移动的距离必须对应于同一物体且同一段时间重力做功：WGhG表示物体的重力,h表示物体高度的变化克服阻
8、力做功：Wfsf表示摩擦阻力,s是物体克服阻力移动的距离PW表示在这段时间内做的功,t表示做功所用的时间P、W、t必须对应于同一段时间和同一物体时间的单位用s,功的单位用J,速度的单位用m/s,功率的单位才会是WPFvF表示拉力,v表示物体在拉力方向上的速度Wt变式训练1(2021齐齐哈尔)在水平地面上工人师傅沿水平方向推重300 N的木箱做直线运动，木箱的速度随时间变化的图象如图所示。已知在48 s内木箱受到的推力恒为100 N，则在这段时间内，木箱受到的推力的功率为_W，810 s内木箱受到的摩擦力为_N。(忽略空气阻力)1001002(2021重庆A卷)2020年12月8日，中尼两国共同
9、宣布珠峰的最新高度为8 848.86 m。体重为500 N的小海同学想一睹珠峰的雄伟魅力，从重庆坐火车经过约40 h行驶了约3 080 km到达拉萨，然后坐汽车到达珠峰大本营。(1)求火车的平均速度；(2)从拉萨到珠峰大本营海拔升高了1 600 m，求该过程中克服小海重力做的功。(2)该过程中克服小海重力做的功：WGh500 N1 600 m8105 J。解：(1)火车的平均速度：vt(s)40 h(3 077 km/h。3080km40hst3(2021安徽)如图所示，小明在单杠上做引体向上运动，每次引体向上身体上升的高度为握拳时手臂的长度。已知小明的体重为500 N，握拳时手臂的长度为0.
10、6 m，完成4次引体向上所用的时间为10 s。求：(1)小明完成1次引体向上所做的功；(2)10 s内小明做引体向上的功率。解：(1)做引体向上时需要克服重力做功，小明完成一次引体向上做的功：WGh500 N0.6 m300 J。(2)小明10 s内做的总功：W总4300 J1 200 J；小明做功的功率：Pt(W总 10 s(120 W。1200J10sWt总重难点2 机械能及其转化 A.人从A到C的过程中，重力势能增加，动能一直减少B.人从A到B的过程中，动能增加，重力势能减少C.人在B点时动能最大D.弹性绳的弹性势能在B点时最大C【例2】(2020益阳)“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运
11、动。如图所示，弹性轻绳的上端固定在O点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的扣环相连。打开扣环，人从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经上升到最高位置C点，在B点时速度最大。对此过程，下列描述正确的是()方法指导：1.机械能间的转化 2.机械能守恒的条件：在动能和势能相互转化过程中,如果只受重力作用,不受摩擦和空气阻力时,机械能守恒。如滚摆在旋转上升的过程中(不考虑滚摆与绳的摩擦力及空气阻力),其机械能守恒。变式训练 A.飞行员的动能先增加后减少 B.飞行员的机械能一直减少 C.飞行员的机械能一直增加 D.飞行员的机械能先不变后增加 4.(2020武汉)滑跃式起飞是一种航
12、母舰载机的起飞方式。飞机跑道的前一部分是水平的,跑道尾段向上翘起。如图所示,飞行员驾驶舰载机从图示位置由静止开始一直加速直至离舰的过程中,下列说法正确的是（）C易错警示 A.图甲：因为箱子没动,所以小夏没有对箱子施加力的作用 B.图乙：因为箱子受到的摩擦力大于推力,所以小夏没推动箱子 C.图乙：因为小夏对箱子施加了力,所以小夏对箱子做了功 D.图丙：小夏对箱子做的功小于推力与箱子移动距离的乘积【例3】小夏推箱子经历了如图所示的过程,最终箱子被推出去后又向前滑行了一段距离。对上述过程中涉及的物理知识,分析正确的是（）D【易错点津】1.错误认为箱子没推动是因为推力小于摩擦力,由二力平衡可知,二者是
13、相等的。2.错误认为小夏对箱子做的功等于推力乘以移动的距离,没有考虑小夏摔倒后箱子是由于惯性而运动的,这段距离推力并没有做功。实验：探究物体的动能跟哪些因素有关【命题点】1.转换法的应用：物体动能的大小是通过_来反映。2.选择同一个小球进行实验,目的是便于控制小球的_相同。3.让不同的小球从斜面的同一高度释放,目的是让小球到达斜面底端的_相同。4.控制变量法的应用：控制速度一定,探究动能与_的关系。控制质量一定,探究动能与_的关系。木块受小球撞击移动的距离质量速度质量运动速度5.若本实验中水平面绝对光滑,本实验将_达到实验目的,原因是_。6.小球下滑过程中,重力势能转化为动能；在水平面上滚动时
14、,因为受到摩擦阻力,最后静止,机械能转化为内能。7.超速、超载问题的判断。木块将在光滑水平面一直做匀速直线运动不能【例】(2020镇江)“探究动能大小与哪些因素有关”的实验装置如图1所示，将小车从斜面上高h处由静止释放，运动至木板上后与木块碰撞。通过改变小车释放时高度h、在小车中增加钩码和在木板上铺垫棉布的方法，得到了图2虚线框内的四个实验场景。(1)为探究小车动能与质量的关系，应选用场景和_(选填“”“”或“”)进行实验；选用场景和进行实验时，可探究小车动能与_的关系。(2)在实验中，小车动能越大，发生碰撞时对木块所做的功就越_，木块被碰撞后在木板上_。(3)若将场景和中的木块均移走，利用这
15、两个场景可探究_对物体运动的影响，为提高实验结论的准确性，还需再增加一次实验，为此，在场景的基础上，你所作的调整是_。速度大(或多)滑行的距离越长阻力(或摩擦力)在木板上铺设玻璃板(或毛巾)【补充设问】(4)小车从斜面上滚下,在水平面上不能立即停下,是因为小车具有_,木块最终会停下来是因为受到_力的作用。(5)实验后,同学们联想到在许多交通事故中,造成安全隐患的因素有汽车的“超载”与“超速”,进一步想知道,在影响物体动能大小的因素中,哪个对动能影响更大？于是利用上述器材进行了实验测定,得到的数据如下表：实验次数小球质量m/g小球的高度h/cm木块被撞后运动的距离s/m1301042302016
16、360108惯性阻为了探究“超载”安全隐患,应选择序号为_的两个实验进行比较；为了探究“超速”安全隐患,应选择序号为_的两个实验进行比较。分析表格中对应的实验数据可知：_对物体动能的影响更大,当发生交通事故时,由此造成的危害更严重。1、31、2速度1(2021常德)下面四幅图中所描述的力，对物体做了功的是()A2.(2020荆门)如图甲所示，物体在水平拉力F的作用下由静止沿粗糙水平面向右运动，06 s内拉力随时间变化的规律如图乙，速度随时间变化的规律如图丙，则在24 s内，物体克服摩擦力所做的功为()A.10 JB.30 JC.50 JD.80 JB3.(2020益阳)一辆重型卡车正在平直公路
17、上以20 m/s的速度匀速行驶，卡车的牵引力为1.0104 N。卡车行驶1 min后发动机做的功为_J，发动机做功的功率为_W。1.210721054(2021荆州)经过三年的紧张施工建设，荆州复兴大道主线于2020年12月31日贯通，如图甲，为荆州市居民出行带来极大的方便。图乙为复兴大道高架桥的部分路段示意图，水平路面AB长400 m、斜坡BC长200 m、坡高CD高4 m。总质量m为1.5 t的小汽车，每个轮胎与水平路面接触面积为0.1 m2，当它以大小不变的速度v通过AB段和BC段，共用时36 s；小汽车在AB段和BC段行驶时受到的阻力始终是车总重的0.01倍，小汽车通过AB段时，牵引力
18、的功率为P1，通过BC段时，牵引力的功率为P2，g取10 N/kg。求：(1)小汽车静止在水平地面时对地面的压强p是多大？解：小汽车静止在水平地面时对地面的压力：FGmg1.5103 kg10 N/kg1.5104 N，已知轮胎与水平路面总接触面积：S40.1 m20.4 m2，小汽车静止在水平地面时对地面的压强：pS(F)3.75104 Pa。421.5 10 N0.4mFS(2)小汽车的速度v是多少千米每小时？小汽车的速度：vt 60 km/h。400m200m50 m/s36s3st(3)小汽车通过AB段时，牵引力的功率P1是多少？公交车在AB段和BC段行驶时受到的阻力：f0.01G0.
19、011.5104 N150 N，因为匀速行驶，所以牵引力：F1f150 N，牵引力F1的功率：P1 F1v150 N m/s2 500 W。WtFst503(4)小汽车牵引力的功率P1与P2之比是多少？根据v 得，BC段的时间：tBC 12 s；由题知，公交车在AB段和BC段行驶时受到的阻力相等，公交车通过BC段时，克服阻力做的额外功：W额外fsBC150 N200 m3104 J；克服重力做的有用功：W有用GhCD1.5104 N4 m6104 J；公交车通过BC段时牵引力做的功：WBCW有用W额外3104 J6104 J9104 J，小汽车通过BC段时牵引力的功率：P2 7 500 W，小
20、汽车牵引力的功率P1与P2之比：。stBCsv200m50 m/s349 10 J12 sBCBCWt122500W17500W3PP 命题点2 机械能及其转化A弹性绳绷直前，人的重力势能减小，动能增大，机械能增大B弹性绳刚好绷直时，人的重力势能最小，动能最大C下降到最低点的过程中人的机械能守恒D下降到最低点时，人的重力势能最小，弹性绳的弹性势能最大5(2021张家界)张家界大峡谷玻璃桥高空蹦极体验项目正式对公众开放，不考虑空气阻力，关于人在蹦极下降过程中的能量分析，下列选项中正确的是()D6(2021郴州)2021年5月29日，我国用长征7号运载火箭成功发射了天舟二号货运飞船，5月30日，天舟二号货运飞船与中国空间站的天和核心舱完成了交会对接。下列说法正确的是()A天舟二号货运飞船加速上升过程中机械能守恒B天舟二号货运飞船加速上升过程中动能转化为重力势能C天舟二号货运飞船加速上升过程中重力势能转化为动能D对接成功后天舟二号货运飞船与天和核心舱处于相对静止状态D7(2021宜昌)如图是宜昌某景区的彩虹滑道，小东和小红从顶端滑到底端的过程中，重力势能_，机械能_。(均选填“增大”“减小”或“不变”)减小减小