1、第三单元 功和机械能 简单机械 第1111课时 功和机械能 知识梳理 自主测试 一 二 三 四 一、功 1.定义 如果一个力作用在物体上,物体在这个力的方向上移动了一段 距离,就说这个力对物体做了功。 2.做功的两个必要因素 (1)作用在物体上的力; (2)物体在这个力的方向上移动的距离。 3.计算公式 W=Fs。 4.单位 焦耳(J),1 J=1 N m。 知识梳理 自主测试 一 二 三 四 知识梳理 自主测试 一 二 三 四 二、功率 1.物理意义 表示物体做功快慢的物理量。 2.定义 功与做功时间的比。 3.公式 4.单位 瓦特(W),1 W=1 J/s。 P= 。 推导式:(1)W=P
2、t;(2)t= 。 知识梳理 自主测试 一 二 三 四 知识梳理 自主测试 一 二 三 四 三、动能和势能 1.能量 物体能够对外做功就具有能量。 2.动能 (1)定义:物体由于运动而具有的能。 (2)影响动能大小的因素。 速度:质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能越大。 质量:运动速度相同的物体,质量越大,它的动能越大。 3.势能 (1)重力势能:物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能。 物体的质量越大,位置越高,它具有的重力势能就越大。 (2)弹性势能:物体由于发生弹性形变而具有的能。物体的弹性形 变越大,它具有的弹性势能就越大。 知识梳理 自主测试 一 二 三 四 四、机械能及其
3、转化 1.定义 动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 2.转化 动能和势能可以相互转化。如滚摆、单摆等。 3.机械能守恒 如果只有动能和势能相互转化,尽管动能和势能的大小会变化, 但机械能的总和不变,或者说,机械能是守恒的。 4.水能和风能的利用 (1)能量:流动的水和风具有大量的机械能。 (2)利用:发电,即将水能和风能具有的机械能转化为电能。 知识梳理 自主测试 一 二 三 四 知识梳理 自主测试 1 2 3 4 1.水平地面上的购物车在水平推力的作用下,沿推力的方向运动一 段距离,则下列判断正确的是( ) A.重力对购物车做了功 B.支持力对购物车做了功 C.推力对购物车做了功 D.没
4、有力对购物车做功 答案:C 解析:由题知,购物车在水平地面上运动,在重力的方向上(竖直向下) 购物车没有移动距离,所以重力不做功,故A错;由题知,购物车在水 平地面上运动,在支持力的方向上(竖直向上)购物车没有移动距离, 所以支持力不做功,故B错;购物车在水平推力的方向上移动了距离, 所以推力对购物车做了功,故C正确、D错。 知识梳理 自主测试 1 2 3 4 2.右图为捻动滚摆的轴使其升高后释放,观察滚摆运动过程,经过较 长时间后滚摆会停止上下摆动。从能量角度对其分析,下列说法不 正确的是( ) A.滚摆沿着悬线向下运动时,重力势能减小,动能增加 B.滚摆到最低点后又上升,动能转化为重力势能
5、 C.滚摆整个运动过程中,机械能守恒 D.滚摆每次上升的高度逐渐减小,说明滚摆具有的机械能减小 答案:C 知识梳理 自主测试 1 2 3 4 解析:滚摆向上运动的过程中,由于高度升高,则重力势能增加,同时 速度减小,则动能减小,即动能转化为了重力势能,故选项A、B正确; 因重力势能和动能统称为机械能,又因为滚摆在运动的过程中,高 度逐渐减小,说明机械能转化为内能,故机械能会减小,选项C错误,D 正确。 知识梳理 自主测试 1 2 3 4 3.起重机把一个质量为0.5 t的工件在15 s内匀速向上提升了6 m,则 起重机提升工件的拉力为 N,起重机提升工件的功率为 W。(g取10 N/kg) 答
6、案:5 000 2 000 解析:由题意知,工件所受的拉力与工件的重力是一对平衡力,所以 F=G=mg=500 kg10 N/kg=5 000 N;起重机提升工件的功率 P= = = 5 000N6m 15s =2 000 W。 知识梳理 自主测试 1 2 3 4 4.欧佩克组织和英美等西方国家原油数量单位通常用“桶”来表示, 中国及俄罗斯等国家则常用“吨”作为原油数量单位。通过网络查 询可知不同油田的原油密度不同,1桶=158.98 L。 (1)若原油密度为0.8103 kg/m3,取1桶=159 L,则1桶原油的质量为 多少千克?(1 L=10-3 m3) (2)将1吨原油竖直匀速提升20
7、 m,需要对油做的功是多少焦耳?(g取 10 N/kg) 答案:(1)127.2 kg (2)2105 J 解析:(1)一桶原油的体积V=159 L=159 dm3=0.159 m3, 由 可得,1桶原油的质量 m=V=0.8103 kg/m30.159 m3=127.2 kg。 (2)将1吨原油竖直匀速提升20 m,对油做的功 W=Gh=mgh=1103 kg10 N/kg20 m=2105 J。 = 考点梳理整合 1 2 3 1.关于功的计算问题 关于功的计算问题,一般综合性较强,往往综合考查重力公式、 二力平衡、力的三要素、力和运动的关系等问题。 【例1】 某工人在水平地面上,用100
8、N水平推力以 0.5 m/s 的速 度匀速推动500 N的物体,使它沿水平方向移动10 m,该过程中工人 所做的功是 J,水平推力的功率是 W。 解析:该过程中工人所做的功W=Fs=100 N10 m=1 000 J,所用 答案:1 000 50 时间 t= = 10m 0.5m/s=20 s,则 P= = 1 000J 20s =50 W。 考点梳理整合 1 2 3 考点梳理整合 1 2 3 一个重200 N的物体在水平拉力作用下匀速前进了 25 m,拉力撤销后,物体由于惯性又前进了10 m。若拉力做的功为 500 J,则拉力的大小为 N。 答案:20 解析:题中描述的过程,在水平拉力作用下
9、前进了25 m,拉力对物 体做了功。而物体由于惯性前进了10 m,这一过程拉力消失了,所 以拉力对物体没有做功。由W=Fs得, F=W s = 500 25 =20 N。 考点梳理整合 1 2 3 2.人体输出功率的测量与计算 测定人体输出功率时,均利用功率的定义式 通过间接方法 来进行,需要测量的量有:人体的重力(或质量)、人体在竖直方向上 移动的距离以及完成这些功所用的时间。 P= 考点梳理整合 1 2 3 【例2】 三位同学准备进行爬楼比赛,看看谁的功率大。他们展 开了如下的讨论: 甲:只有测出各自的体重、爬楼用的时间和爬楼的高度,才能进 行比较; 乙:在爬楼的时间相同时,只要测出各自的
10、体重、爬楼的高度,就 可以进行比较; 丙:在爬楼的高度相同时,只要测出各自的体重、爬楼的时间,就 可以进行比较。 正确的是( ) A.甲、乙和丙 B.甲和乙 C.甲和丙 D.乙和丙 考点梳理整合 1 2 3 解析:在爬楼的过程中,需要克服人的重力做功,即所做的功 W=Gh=mgh,故爬楼的功率 ,在爬楼的时间相同时,只 要测出各自的体重、爬楼的高度,就可以进行比较;在爬楼的高度 相同时,只要测出各自的体重、爬楼的时间,就可以进行比较,故正 确的选项是D。 答案:D P= = 考点梳理整合 1 2 3 考点梳理整合 1 2 3 某同学质量是40 kg,在2015年体育中考“1 min跳绳” 测试
11、中,她每次起跳的高度约5 cm,测试成绩是150次,1 min内该同 学克服自身重力做的功约为 J,平均功率约为 W。 (g取 10 N/kg) 答案:3 000 50 解析:该同学每起跳一次克服自身重力做的功W1=Gh=mgh=40 kg10 N/kg0.05 m=20 J,该同学在1 min内克服自身重力做的功 W=150W1=15020 J=3 000 J,平均功率 P=W t = 3 000 60 =50 W。 考点梳理整合 1 2 3 3.关于机械能大小的判断 (1)根据机械能=动能+势能来判断。 【例3】 冬奥会上滑雪运动员从山坡上匀速滑下,则运动员的 ( ) A.动能不变,重力势
12、能减小 B.动能增加,重力势能减小 C.机械能守恒 D.机械能增加 解析:滑雪运动员从山坡上匀速滑下,运动员的质量是保持不变 的。由于运动员的速度也没变,所以动能不变。高度降低了,所以 受高度影响的重力势能减少了。机械能=动能+重力势能,由于动 能不变,重力势能减少,所以机械能的总量是减少的。 答案:A 考点梳理整合 1 2 3 (2)在动能和势能的转化过程中,若考虑摩擦,则机械能减小。 【例4】 某同学骑自行车下一长坡时,在途中由于车速过快,于 是捏紧刹车,降低车速,保持安全速度匀速行至坡底,下车检查,发现 刹车片发烫。有关此过程的说法,正确的是 ( ) A.刚下坡时,是动能转化为重力势能
13、B.匀速下行时,是重力势能转化为动能 C.匀速下行时,机械能保持不变 D.刹车片发烫,是做功改变了内能 解析:刚下坡时,是重力势能转化为动能,故选项A错误;匀速下行 时,动能不变,所以不是重力势能转化为动能,故选项B错误;匀速下 行时,动能不变,重力势能转化为内能,机械能减小,故选项C错误;刹 车时,刹车片和轮胎互相克服摩擦做功,内能增加,这一过程中机械 能转化成了内能,但能的总量不变,故选项D正确。 答案:D 考点梳理整合 1 2 3 (3)在动能和势能的转化过程中,若题中有“光滑”“自由”“不计阻 力”等问题,说明不计摩擦,机械能不变。 【例5】 (多选)如图所示,在荡秋千时(不计能量损失),下列说法正确的是 ( ) A.经过最低点时,动能最小 B.到达最高点时,机械能最大 C.整个过程动能与重力势能之和不变 D.在向下摆的过程中,重力势能转化为动能 考点梳理整合 1 2 3 解析:荡秋千时,当人向最低点做下落运动时,其质量不变,速度变 快,故动能变大,即到达最低点速度最大,动能最大,A选项错误;不计 能量损失,人和秋千运动过程中动能和重力势能的总和,也就是机 械能是一定的,选项B错误,选项C正确;在向下摆动过程中,动能增大, 重力势能减小,此过程重力势能转化为动能,选项D正确。 答案:CD
