第15讲功和机械能考试说明1.结合实例，认识功的概念.知道做功的过程就是能量转化或转移的过程.2.知道机械功和功率.用生活中的实例说明机械功和功率的含义.3.知道机械效率.了解提高机械效率的途径和意义.4.知道动能、势能和机械能.通过实验，了解动能和势能的相互转化.用实例说明机械能和其他形式的能的转化.功、功率1.功两个必要因素一是作用在物体上的______；二是物体在_________上通过的距离三种不做功的情况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.例如踢出去在空中运动的足球不动无功物体受到力的作用，但保持静止状态，即没有移动距离.例如“推而不动”、“搬而未起”劳而无功物体受到力的作用，也移动了一段距离，但移动距离方向与力的方向垂直.例如手提物体沿水平方向移动功的计算文字式功等于__________与_________________________________的乘积表达式________________单位________，符号为_________,.1J=1N·m【提示】在利用功的计算公式进行计算时，力与物体移动的距离在方向上必须一致2．功率定义在物理学中，把____与______之比叫做功率意义表示物体________的物理量公式P=___________单位基本单位是_______，符号是_____；工程技术上还常用_______，符号是.单位的换算关系:1kW=_______W,1W=1J/s【提示】功率表示做功的快慢，功表示做功的多少.一个力做功的多少由功率和时间两个因素决定，功率大的做功不一定多，做功多的功率也不一定大.在分析功和功率的关系时，必须考虑时间的因素.机械效率三种功有用功我们需要的，必须要做的功叫做有用功，用W有表示额外功我们在做有用功的同时，我们还不得不做的功叫做额外功，用W额表示总功有用功与额外功之和是总共做的功叫做总功，用W总表示.用公式表示为_______________.机械效率定义物理学中，将________跟______的比值叫做机械效率，用___________表示表达式________________说明机械效率是一个比值，通常用百分数表示，由于有用功总_______总功，故机械效率总_________机械效率的高低与使用机械是省力还是费力________________原理___________________________13\n测量滑轮组的机械效率过程沿________方向_______拉动弹簧测力计使钩码升高，测出钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离s结论同一滑轮组，提升重物越重，机械效率越______；提升相同重物，滑轮组越多，机械效率越________，但越____力提高机械效率的方法___________动滑轮的重；加润滑油，减小_______；________物重动能、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_______，符号是____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_____而具有的能，叫做动能探究物体的动能跟哪些因素有关探究方法：控制变量法、转换法，即物体动能的大小通过观察__________来判断实验过程：①让同一钢球从不同的高度滚下，探究物体动能与其_____的关系；②让质量不同的钢球从同一滚下，目的是____________________，探究物体动能和其质量的关系结论：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能越大重力势能定义物体由于________而具有的能，叫做重力势能影响因素物体的________越大，_______越高，它具有的重力势能就________比较方法相同质量时比较________；举起相同高度时比较___________弹性势能定义物体由于____________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_________【提示】一般而言，规定物体在“水平地面”上的重力势能为零.机械能及其转化机械能定义______、______和_______统称为机械能单位________，符号____________13\n机械能转化动能与重力势能之间相互转化转化的规律是减小的能量转化为增大的能量动能与弹性势能之间相互转化人造地球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，机械能的总和保持________________【提示】题中如果有“在光滑斜面上滑动”；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒.命题点1 功和功率 (2022·云南热点预测)2022年4月20日，巴基斯坦8架“枭龙”战机组成编队在巴境内上空为习近平的专机护航，如图所示．若“枭龙”战机的发动机以1.2×105N的推动力使其以二倍声速(声速为340m/s)飞行10s，“枭龙”战机飞行的距离为____________m，发动机推力的功率是____________W.点拨：已知速度与时间，由速度公式的变形公式可以求出飞机路程；由公式W＝Fs可以求出发动机推力做的功，然后由功率公式可以求出功率．1．(2022·郴州)如图所示，用不变的拉力F匀速拉动重为G的物体A，使物体A沿水平方向移动了一段距离s，在此过程中拉力F做的功为()A．FsB．GsC．2FsD．(G＋F)s2．(2022·苏州)如图甲所示，木块放在水平面上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块使其做直线运动．两次拉动木块得到的s—t图象分别是图乙中的斜线①、②.两次对应的弹簧测力计示数分别为F1、F2，两次拉力的功率分别是P1、P2.则F1____F2，P1____P2.(填“＞”“＝”或“＜”)3．(2022·长沙)扫地机器人是智能家用电器的一种，正逐渐进入我们的生活，如图所示，是一款集自动清扫技术和人工智能设计于一体的地面清扫机器人．小五在室内运动场上试用时发现，该机器人在1min内沿直线匀速清扫的距离为18m，若它在运动中所受阻力为105N，问：(1)此机器人在清扫地面时运动的速度为多大？(2)此过程中机器人的水平推力所做的功及功率分别是多大？13\n命题点2 机械效率 (2022·昆明)用如图所示的滑轮，使一个铁块以0.2m/s的速度匀速上升了1m，已知铁块的体积为10－3m3，求：(1)铁块的重力；(2)若不计滑轮、绳子的重和摩擦，绳子受到的拉力F；(3)拉力F的功率；(4)若实际作用于绳子的拉力为50N，这个滑轮的机械效率．(其中ρ铁＝7.9×103kg/m3、g取10N/kg)滑轮组竖直放置时机械效率的计算公式为η＝＝；拉力F与物重之间的关系为F＝(G物＋G动)/n. 4．(2022·云南)如图所示，用动滑轮把重为100N的物体匀速提升3m，拉力F＝80N，则拉力F所做的额外功为________J，若改用质量更小的动滑轮来提升此重物，则动滑轮的机械效率将会________(填“变大”“变小”或“不变”)．5．(2022·南充)如图所示，沿斜面向上拉一个重为4.5N的物体到斜面顶端，斜面长1.2m，高0.3m，拉力做功为2.16J，则这个斜面的机械效率是________%，物体受到的摩擦力是________N.6．(2022·巴中)如图所示，搬运工人用滑轮组提升重540N的物体，所用的拉力F为200N，物体以0.2m/s13\n的速度匀速上升了10秒，(不计绳重，绳与滑轮的摩擦)求：(1)物体上升的高度；(2)拉力F所做的功；(3)若物重只有240N，滑轮组的机械效率．错误！未找到引用源。命题点3 机械能及其转化 (2022·昆明)草原发生大面积蝗灾时，农业部门利用飞机喷洒农药消灭蝗虫．当飞机在某一高度水平匀速飞行喷洒农药时，它的()A．动能不变，势能不变B．动能减少，势能增加C．动能增加，势能减少D．动能减少，势能减少点拨：动能大小的影响因素是质量、速度；重力势能大小的影响因素为质量、被举的高度．7．如图所示，直升飞机悬停在空中．下列对直升飞机能量的分析，正确的是()A．直升飞机具有重力势能B．直升飞机的动能不断转化为重力势能C．直升飞机的重力势能不断转化为动能D．直升飞机的机械能在不断增大8．如图为麻省理工大学课堂演示情景，教授将一个摆球从下巴处放手，结果摆球摆回时并没有砸到他的下巴，这是因为摆球在摆动过程中部分的机械能因为和空气摩擦转化为________能而导致摆球的机械能减少，这一过程________(填“符合”或“不符合”)能量的转化和守恒定律． 13\n9．(2022·安徽)如图为卫星绕地球飞行的轨道示意图．卫星在飞行过程中机械能不变，当卫星运行到近地点时，其动能最________(填“大”或“小”)．命题点1 探究影响滑轮组机械效率的因素探究滑轮组的机械效率是中考的热点，它在中考中占有一定的地位，考查的内容主要从实验的基本操作过程，对于实验现象、实验数据的分析，利用控制变量法设计实验，得出实验结论、分析机械效率的影响因素等方面展开． 某实验小组探究影响滑轮组机械效率的因素的实验装置如图1所示，实验数据如下表． 次数物理量 )123钩码重G/N446钩码上升高度h/m0.10.10.1绳端拉力F/N1.81.42.4绳端移动距离s/m0.30.50.3机械效率η74%57%83% (1)这个实验使用的测量工具是________和弹簧测力计．(2)在实验操作中应竖直向上________拉动弹簧测力计．(3)若不计摩擦，比较1和2两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与________________________________有关；比较1和3两次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与________________有关．点拨：(1)实验中需要测力的大小和物体、绳端移动的距离，因此还需要有刻度尺；(2)根据二力平衡的条件，拉测力计时应该保持匀速竖直拉动；(3)从s与h的关系可以看出，1、2两次所用滑轮组不同，结合图可以发现动滑轮的个数不同，这是影响机械效率的主要原因；1、3是同一滑轮组，但提升的重物不同，这是机械效率不同的原因．(4)实验中，为了测量绳子自由端的拉力F，A同学认为应该在弹簧测力计静止时读数，B同学认为应该在缓慢匀速提升时读数，正确的是________(填“A”或“B”)同学的方法．(5)分析表中数据可知，F≠，可能的原因是：________________________________．(6)做完3次实验后他们想在第1次实验的基础上探究滑轮组的机械效率是否与绳子的绕法有关，他们先通过实验算出第1次实验中滑轮组的机械效率，请你帮他们在图2中画出下一步实验所需的完整的组装图(包含绳的绕法与提升的重物)．(图1甲和图2两滑轮组中的滑轮等大)13\n命题点2 探究影响动能和势能的因素“探究动能的大小与什么因素有关”这一实验在中考中往往从以下几个方面来综合考查．(1)控制变量法的应用；(2)转换法的应用；(3)经常结合汽车制动滑行、酒醉驾车、超载超速等实例，较有实际意义．错误！未找到引用源。 (2022·玉溪模拟)在探究“物体的动能与质量和速度是否有关”实验中，小明先探究“物体的动能与质量是否有关”，所用的器材有：一个用长木板搭成的斜面；三个质量不同的实心铁球；一个木块．各器材的组装示意图如图甲所示．(1)每次实验时，都要将铁球从斜面的____________由静止释放，其目的是________________．(2)铁球动能的大小是通过________________来间接反映的．(3)该实验在操作时很难做到的是________________________________________________________．(4)某同学对小明的实验方案进行改进：不用木块，在木块的位置上固定一个面积较大的挡板，在挡板前面贴上足够厚的长方体橡皮泥，如图乙所示，每次实验后都要换上另一块相同的橡皮泥．此外，还需要对小明的方案进行怎样的调整？________________________________________________(如果需要，可增加其他器材)．(1)小明先探究“物体的动能与质量是否有关”，运用控制变量法，从斜面同一高度由静止释放铁球的目的是控制到达水平面速度相同，研究铁球的动能大小与质量的关系；(2)实验过程中，通过观察木块移动的距离长短说明铁球对木块做功的多少，判断出铁球具有的动能的大小，运用了转换法；(3)该实验在操作时很难做到的是铁球撞击木块时，使木块沿与木板长边平行的方向直线运动；(4)实验时为避免偶然性，要改变条件进行多次试验，以便得出普遍规律．(5)根据实验探究结论，我们明白了机场周围不允许有鸟类飞行，以免撞毁飞机，是由于小鸟相对于飞机的________很大，因而具有很大的________能．(6)实验后，同学们联想到在许多公交事故中，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：实验序号小球的质量m/g小球自由滚下的高度h/cm木块被撞后运动的距离s/m1301042302016360108 ①为了探究“超载”安全隐患，应选择________两个序号的实验进行比较．②为了探究“超速”安全隐患，应选择________两个序号的实验进行比较．分析表格中对应的实验数据可知：________对物体的动能影响更大，当发生交通事故时，由此造成的危害更严重．一、选择题1．(2022·曲靖)下列各个情境中，没有做功的是()13\n2．(2022·深圳)甲机械比乙机械的功率大，表示两机械在做功时()A．甲做功多B．甲更省力C．甲做功快D．甲用时少3．(2022·安顺)举重是我国的优势体育项目．一位身高170cm的运动员和一位身高160cm的运动员，在挺举项目中用相同时间，把同样重的杠铃举起，如图所示．如果他们对杠铃所做的功分别为W1和W2，功率分别为P1和P2，则下列关系式中正确的是()A．W1＝W2、P1＝P2B．W1＞W2、P1＝P2C．W1＞W2、P1＞P2D．W1＜W2、P1＜P2 4．(2022·河北)用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，在绳自由端用大小分别为F1和F2的拉力，将相同的物体匀速提升相同的高度．若不计绳重和摩擦，下列说法不正确的是()A．F1大于F2B．F1和F2做的功一定相等C．甲、乙的机械效率不相等D．绳子自由端移动的距离不相等，物体运动时间可能相等5．(2022·雅安)如图所示，足球以初速度沿着凹凸不平的草地从a运动到d.下列分析正确的是()A．在b、d两点动能相等B．在a、d两点机械能相等C．从b到c的过程机械能减少D．从c到d的过程重力势能减少6．(2022·丹东)小勇体重600N，利用如图所示的滑轮组在10s内使物体A匀速上升5m．已知物体A重力为800N，小勇作用在绳端的拉力大小为500N，在此过程中，下列说法正确的是()13\nA．水平地面对小勇的支持力做功为6000JB．小勇做的有用功为3000JC．小勇拉力的功率为250WD．此滑轮组的机械效率为80%二、填空题7．(2022·玉溪模拟)掷实心球是我市初中生体育测试项目之一．某同学将质量为2kg的实心球从地上拿起，用双手举高2m后用力抛出，球恰好落在9分线上．在举高过程中该同学克服实心球的重力做功________J，从实心球被抛出到落地，该同学对实心球做功________J(g取10N/kg)．8．(2022·昆明)用头顶出去的足球仍能继续运动，是由于足球具有________；足球最终落回到地面，说明力可以改变物体的____________；在足球下落过程中，足球的重力势能减小，动能________．9．(2022·云南)如图所示，小刚用200N的拉力在10s内把重320N的物体匀速提升了3m，滑轮的机械效率是________，拉力的功率是________W. 10．(2022·曲靖)如图所示，用一个长为1.2m的斜面将重为45N的物体沿斜面匀速拉到0.4m高的高台上，斜面的机械效率为60%.则把重物拉上高台时做的有用功是________J；物体与斜面间的摩擦力是________N.11．(2022·昆明官渡区二模)“歼20”是我国自主研制的新一代隐身重型歼击机，具有卓越的机动性能，当它在空中加速向下俯冲时，动能________，重力势能________．(填“增大”“不变”或“减小”)三、实验探究题12．(2022·衡阳)某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关．于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H处静止下落，C球从距沙表面高2H处静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)．实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为h3，且h1＜h2＜h3.(1)本实验中，铅球的重力势能大小是通过________________________来反映的．(2)比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，________________________．(3)比较________两球，发现C球陷入沙中深度更大，由此可得出结论：当物体质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大．13\n(4)比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径________(填“有关”或“无关”)．(5)小球在下落过程陷入沙面前，将重力势能转化为________能，陷入沙中后到小球静止过程中，将机械能转化为________能．四、计算题13．(2022·曲靖)人进行各种活动都要消耗能量，下表列出了人在一些活动中消耗的功率．人体活动以5m/s的速度骑自行车打篮球百米赛跑引体向上消耗的平均功率(W)500600800400(1)小明以5m/s的速度由家里骑自行车到学校费时5min，小明家到学校的距离是多少？(2)若小明完成一次引体向上需要时间0.5s，通过的距离为0.4m，小明做引体向上的拉力是多大？一、选择题1．(2022·南京)一名普通中学生从地上拿起一个鸡蛋，并把它缓缓举过头顶，此过程中他对鸡蛋做的功约为()A．0.1JB．1JC．10JD．100J2．(2022·武汉)如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为G的物体，若拉力的大小为F，物体和地面之间的摩擦力大小为f，A点的拉力为FA，则下列滑轮组的机械效率表达式正确的是()A．f/2FAB．f/3FC．FA/2FD．G/2F3．(2022·德州)某运动员做蹦极运动，如图甲所示，从高处O点下落，A点是弹性绳的自由长度，在B点运动员所受弹力恰好等于重力，C点是第一次下落到达的最低点．运动员所受弹性绳弹力F的大小随时间t变化的情况如图乙所示(蹦极过程视为在竖直方向上的运动)，下列判断正确的是()A．从A点到B点过程中运动员加速下落B．从B点到C点过程中运动员重力势能增大C．t0时刻运动员动能最大D．运动员重力大小等于F013\n二、填空题4．如图甲所示，高为h的光滑斜面上，一物块从顶端A点由静止自由滑到底端B点，在此过程中，物块的机械能________(填“守恒”或“不守恒”)；图乙所示的图象表示该物块的____________(填“动能”或“重力势能”)随高度变化的规律．5．(2022·防城港)王师傅装修房子时，用如图所示的滑轮组装置往楼上运送空心砖．已知装物箱重250N，每个滑轮重50N，每块空心砖重20N(不计钢丝绳的重力和摩擦)．若王师傅拉钢丝绳的力是600N，则一次能匀速提升________块砖．若某次提升中，钢丝绳受到的拉力是500N，拉力的功率是250W，则将空心砖匀速提升10m，需要的时间是________min.三、实验探究题6．(2022·盘锦)在探究“滑轮组机械效率”时，小强利用两组滑轮组进行了4次测量，用一个动滑轮和一个定滑轮测得前3组数据，用两个动滑轮和两个定滑轮测得第4组数据，如下表：实验次数物重G物/N动滑轮重G动/N钩码上升的高度h/m动力F/N动力作用点移动的距离s/m滑轮组的机械效率η/%110.50.10.70.347.6220.50.11.10.360.6340.50.120.34410.10.550.0(1)根据表中前3次实验数据，画出甲图中滑轮组的绕绳方法． (2)在实验中，测量绳端拉力F时，应尽量________匀速向上拉动弹簧测力计，读出乙图中弹簧测力计的示数为________N，第3次实验时滑轮组的机械效率为________．(3)由表中第________组数据可知，同一滑轮组的机械效率与物重有关．(4)由表中第3、4组数据可知，同一滑轮组的机械效率与摩擦和____________有关，请计算出第3组实验中克服摩擦所做的额外功________J.13\n四、计算题7．(2022·苏州)一名体重为500N、双脚与地面接触面积为0.04m2的学生站在水平地面上，要用滑轮组在20s内将600N的重物匀速提升1m.(1)他站在地面上时对地面的压强多大？(2)画出滑轮组的绕线方式．(3)若匀速提升过程中滑轮组的机械效率是75%，拉力F多大？拉力的功率多大？第15讲功和机械能考点解读考点11.力力的方向力物体在力的方向上移动的距离W=Fs焦耳J2.功做功所用时间做功快慢瓦特W千瓦kW103考点2W总=W有+W额有用功总功ηη=W有/W总小于小于1无关η=η=W有/W总=Gh/（Fs=竖直匀速高低省减小摩擦增加考点3做功能量能焦耳J运动木块被推动的距离速度高度使两球到达水平面时的速度相同高度质量举得越大举高的高度物体质量发生弹性形变弹性形变越大考点4动能重力势能弹性势能焦耳J动重力势重力势动不变各个击破例1 6.8×103 8.16×107题组训练 1.C 2.＝ > 3.(1)速度v＝＝＝0.3m/s，(2)方法一：推力做的功W＝F推s＝F阻s＝105N×18m＝1890J，推力的功率P＝＝＝31.5W；方法二：功率P＝F推v＝F阻v＝105N×0.3m/s＝31.5W.例2 (1)G铁＝m铁g＝ρ铁Vg＝7.9×103kg/m3×10－3m3×10N/kg＝79N；(2)F＝G铁＝×79N＝39.5N；(3)t＝＝＝5s，P拉＝＝＝＝＝15.8W；(4)η＝×100%＝×100%＝13\n×100%＝79%.题组训练 4.180 变大 5.62.5 0.675 6.(1)h＝vt＝0.2m/s×10s＝2m；(2)W＝F·nh＝200N×3×2m＝1200J；(3)G轮＝nF－G物＝3×200N－540N＝60N，η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝80%.例3 D题组训练 7.A 8.内 符合 9.大实验突破例1 (1)刻度尺 (2)匀速 (3)动滑轮的个数(或动滑轮的总重) 提升的物重拓展训练 (4)B (5)滑轮与轮轴间有摩擦、绳子有重力 (6)例2 (1)同一高度 控制速度相同 (2)木块移动的距离 (3)铁球撞击木块时，使木块沿与木板长边平行的方向做直线运动 (4)换成3个体积形状完全相同，质量不同的其他金属球拓展训练 (5)速度 动 (6)①1和3 ②1和2 速度整合集训基础过关1．B 2.C 3.C 4.C 5.C 6.D 7.40 0 8.惯性 运动状态 增大 9.80% 120 10.18 10 11.增大 减小 12.(1)铅球陷入沙子的深度 (2)质量越大，重力势能越大 (3)A、C (4)无关 (5)动 内 13.(1)s＝vt＝5m/s×5×60s＝1500m；(2)W＝Pt＝400W×0.5s＝200J，F＝W/h＝200J/0.4m＝500N.能力提升1．B 2.C 3.A 4.守恒 重力势能 5.75 1 6.(1) (2)竖直 1.6 66.7% (3)1、2、3 (4)动滑轮重 0.15 7.(1)他站在地面上时对地面的压力F＝G＝500N，对地面的压强p＝F/S＝＝1.25×104Pa.(2)如图所示：(3)由图可知，n＝2，则绳端移动的距离s＝nh＝2×1m＝2m，拉力做的有用功W有＝Gh＝600N×1m＝600J，拉力做的总功W总＝＝＝800J，拉力的大小F＝＝＝400N；拉力的功率P＝＝＝40W.13
