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第十一章 功和机械能【复习目标】知道机械功和功率。用生活中的实例说明机械功和功率含义。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。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。【知识梳理】基本概念:(一)功:如果一个力作用到物体上,物体在 上移动了一段距离,这个力对物体做了功。 功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积,公式: (二)功率:功与时间的比叫功率。功率表示做功的快慢,数值上等于单位时间内所做的功。公式: 注重概念的理解:做功的两个必要因素:作用在物体上的 物体在力的方向上通过的 . 三种不做功的情况:有力,但在力的方向上通过的距离为零; 通过了距离,但在距离的方向上没有力的作用; 有力且通过距离,但力和距离的方向相互垂直。例1下列关于物体是否做功的说法中正确的是( )。a小丽背着书包站在路边等车,小丽对书包做了功b起重机吊着钢筋水平匀速移动一段距离,起重机对钢筋做了功c被脚踢出的足球在草地上滚动的过程中,脚对足球做了功d小刚从地上捡起篮球的过程中,小刚对篮球做了功例2、甲、乙、丙三位同学分别把质量不同的物体匀速竖直向上提,所测数据如下表:同学质量 / kg升高高度 / m时间 / s甲41.52乙814丙100.55 根据上表可知,做功最多的是_同学,做功最快的是_ 同学, 你是根据比较_来判断出做功快慢的。 3物体匀速运动时的功率即时训练:1如图所示的四种情景中,人对物体做功的是( )。2.关于功率下列叙述中正确的是( )。a做功的时间越短,功率越大b做功的时间越长,功率越大 c用的力越大,做功时间越短,功率越大 d做功越多,做功时间越短,功率越大3.奥运会举重冠军杨霞在比赛时,第一阶段把100 kg的杠铃很快的举过头顶,第二阶段使杠铃在空中稳稳的停留了3 s,三名裁判都亮出了白灯,这次举重成功,关于她举重时对杠铃做功的情况,下列说法中正确的是( )a.她在第一阶段内没有做功 b.她在第二阶段内没有做功c.她在两个阶段内一直都在做功 d.她在两个阶段内一直都没有做功4.某人骑着一辆普通自行车,在平直公路上以某一速度匀速行驶,若人和车所受的阻力为20n,则通常情况下,骑车人消耗的功率最接近( )a 1000w b.100w c.5w d.1 w5甲、乙两个同学体重之比是4 : 5,都从一楼走到三楼,甲和乙所用时间之比为8 : 7,那么甲、乙做功之比为_,功率之比为_。6在100 m深的矿井里,每分钟积水9 m3,要想不让水留在矿井里,应该用至少多大功率的水泵抽水?(三)机械能: 能和 能统称为机械能。(1)理解有动能的物体具有机械能;有势能的物体具有机械能;同时具有动能和势能的物体具有机械能。(2)探究决定动能大小的因素a、猜想:动能大小与物体 有关;b、实验研究研究对象:小钢球 方法: c、如何判断动能大小? ;如何控制速度不变?使钢球从同一 滚下,则到达斜面底端时速度大小相同;如何改变钢球速度?使钢球从不同 滚下;d、分析归纳:保持钢球质量不变时结论:运动物体质量相同时;速度越大动能越大;保持钢球速度不变时结论:运动物体速度相同时;质量越大动能越大;得出结论:物体动能与质量和速度有关;速度越大动能越大,质量越大动能也越大。动能转化转化势能弹性势能重力势能(四)动能和势能的转化(1)动能和重力势能间的转化规律:质量一定的物体,如果加速下降,则动能 ,重力势能 , 能转化为 能;质量一定的物体,如果减速上升,则动能 ,重力势能 , 能转化为 能;(2)动能与弹性势能间的转化规律:如果一个物体的动能减小,而另一个物体的弹性势能增大,则动能转化为弹性势能;如果一个物体的动能增大,而另一个物体的弹性势能减小,则弹性势能转化为动能。3、动能与势能转化问题的分析首先分析决定动能大小、重力势能(或弹性势能)大小的因素看动能和重力势能(或弹性势能)如何变化质量,速度,高度,弹性形变机械能守恒:如果除重力和弹力外没有其他外力做功(即:没有其他形式能量补充或没有能量损失),则动能势能转化过程中机械能 。人造地球卫星的运动,近地点动能(速度)最 ,势能最 ;远地点势能最 ,动能(速度)最 ,近地点向远地点运动时, 能转化为 能,远地点向近地点运动, 能转化为 能,整个过程机械能守恒。滚摆上升下落过程中,如果不计空气阻力,上升 能转化为 能,下降 能转化为 能,最低点速度最大,动能最大,最高点重力势能最大,动能最小,下降过程反之。机械能守恒。考虑空气阻力,滚摆每次上升高度减小,机械能转化为 能。题目中如果有“在光滑斜面上滑动”,“光滑”表示不计摩擦,没有能量损失,此时机械能守恒。4、水能和风能的利用机械能的天然资源风能水能拦河筑坝海水潮汐直接做功发电5、水电站的工作原理:利用高处的水落下时把 能转化为 能,水的一部分动能转移到水轮机,利用水轮机带动发电机把 能转化为 能。6、水电站修筑拦河大坝的目的是什么?水电站修筑拦河大坝是为了提高水位,增大水的 能,水下落时能转化为更多的 能,通过发电机就能转化为更多的电能。重点实验:探究物体的动能跟哪些因素有关?如图所示,用质量不同的钢球a、b,从同一斜面的同一高度由静止滑下,撞击同一块木块c。 (1)让钢球a、b从同一斜面的同一高度由静止滚下,是为了使钢球滚到斜面底端时具有相同的;(2)本实验研究的是钢球具有动能大小跟_的关系;(3)实验可得结论: _。(4)本实验采用了什么科学方法? 。请举出一个我们所学过的应用这种研究方法的实验名称。 例3一辆汽车匀速上坡,它的( )a动能增加,势能增加 b动能不变,势能增加 c势能增加,机械能不变 d势能增加,机械能减少例4喜鹊的质量比燕子大,若它们以同一速度飞行时,具有相等的机械能,那么一定是_飞得高 。例5.如图,小华把悬挂的铁锁拉近并紧贴自己的鼻子,稳定后松手,头保持不动,铁锁向前摆去又摆回。下列说法正确的是( )a锁向下摆的过程中,重力势能减小b锁不断地来回摆动,是因为动能不断增加c锁摆到最低点后会继续上升,是因为受重力作用d锁摆动的过程中,机械能总量不变,所以摆回来时会碰到鼻子即时训练:1.“神九”随火箭加速上升过程中,机械能的变化是( )a动能减小,重力势能增大 b动能减小,重力势能减小 c动能增大,重力势能减小 d动能增大,重力势能增大2.据cctv报道:今年5月29日,在高速公路上驾驶客车的司机吴斌,被前方突然飞来一小物块击破挡风玻璃后击中腹部。他整个肝脏碎裂,却以超人的意志力忍着剧痛,完成了靠边停车等保障安全的一系列动作,保证了25名乘客安全,自己却献出了宝贵的生命。飞来的物块使吴师傅致命的主要原因,因为它具有( )a较大的动能b较大的势能c较大的密度d较大的硬度3.下列过程中,物体的重力势能转化为动能的是( )a跳伞运动员在空中匀速下落的过程 b铅球自由下落的过程c汽车在水平路面上匀速行驶的过程 d热气球上升的过程4.如图所示,是探究“动能的大小与什么因素有关?”实验的示意图。小球从a处滚下,在c处与小木块碰撞,并与小木块共同运动到d处停下。下面的一些判断正确的是( )a从a到b,小球的势能不变,动能增大b从b到c,小球的势能增大,动能增大c到达c处,小球的势能最小,动能最大d到达d处,小球的动能为零,小木块的动能最大5.如图所示的是运动员在铅球比赛中的场景。铅球离手后,在空中飞行过程中动能ek随时间t变化的曲线最接近的是( )6.跳绳是一些地方初中毕业生体育测试的项目之一,小华想利用所学的物理知识估测自己跳绳时克服重力的平均功率(不计绳重)。(1)用体重计测量自己的质量m;(2)估测自己平均每次跳起的高度h(人的重心上升的高度);(3)用 (填测量器材)记录跳n次所用的 (填物理量与其对应字母)。(4)数据处理: 自己所受的重力g= ;每次克服重力所做的功w=gh= ,则跳n次所做的总功w总= nw = ;则平均功率p= 。 (5)两人想比较跳绳的平均功率(假设两人跳起的平均高度相同),则( ) a. 频率相同,体重大的功率大 b. 频率相同,跳的时间长的功率大c. 体重相同,频率高的功率小 d. 体重相同,跳的时间长的功率大(6)小华要想提高跳绳测试的成绩,请你从物理学角度为他提出一条合理的建议:7.小芳想验证重力势能与高度的关系:她在水平地面上铺一张纸,将篮球表面涂黑,使篮球分别从不同高度处自由下落,在纸上留下黑色圆斑a、b,如图所示球从较高处下落形成的圆斑是图中 (选填“a”或“b”),判断的依据 同时发现,每次篮球落地后反弹的高度也不相同.针对这个问题大家进行了讨论,并提出了不同的猜想.猜想1:篮球反弹的高度可能与球的型号有关; 猜想2:篮球反弹的高度可能与下落的高度有关; 猜想3:篮球反弹的高度可能与地面材料有关.于是,他们用两只充足气的#7(标准男子)、#6(标准女子)篮球及刻度尺,在水泥地面和木制地板上进行了实验,得到的实验数据如下表: (1)要验证猜想2,需要选用实验序号为 、 的两组数据进行分析.(2)通过实验,可得到的结论是:篮球反弹的高度与 、 有关,与 无关.8.如图所示,小明在跑步机上锻炼身体设他在跑步机上以5ms的速度匀速跑动30min,跑动的总动力为40n求:(1)他在这段时间内相当于跑了多少路程? (2)他在这段时间内做了多少功?(3)他做功的功率是多少? 9.一个正常成年人的心脏推动血液流动的功率为1.5w。(1)该成年人一昼夜(24h)心脏对血液做了多少功?(2)这些功可以把多少质量的水送到10m高处?(取g=10n/kg)1.下列四个实例中,力对物体没有做功的是( )a. 起重机吊起重物 b. 马拉车,车未动c. 跳水运动员从跳台跳下 d. 举重运动员将杠铃举起2. 对功的理解,下列说法中正确的是( )a. 力的方向跟距离垂直时,则力没有做功 b. 有力又有距离,则力一定做了功c. 作用在物体上的力越大,则力做的功越多 d. 物体移动的距离越长,则力做的功越多3. 一只重200n的箱子放在水平地面上,甲同学用40n的水平力将箱子水平移动了5m,乙同学把这只箱子匀速提高了1m。他们做功的多少关系是( )a. 甲同学做功多 b. 乙同学做功多 c. 他们做的功相等 d. 条件不足,无法判断4.平直公路上的甲、乙两辆汽车,在相同牵引力作用下匀速行驶,如果在相同的时间内通过的路程之比为32,则甲与乙( )a.牵引力做功之比为23 b.牵引力做功之比为32c.牵引力的功率之比为11 d.汽车所受的阻力之比为325.甲、乙两台机器,甲的功率比乙的大,则( )a.甲做的功比乙做的功多 b.甲做功比乙做功快 c.甲做功所用的时间比乙的少d.以上说法都不对6.初三物理兴趣小组的同学在学习了功率的知识后,想估测某同学上楼的功率有多大,已知该同学从一楼上到三楼用了10 s,他上楼的功率大约是( )a.3 w b.30 w c. 300 w d. 3 000 w7.关于能量的大小,下列说法中错误的是( )a.运动速度越大的物体,动能也越大 b.质量大的物体,动能不一定大c.质量大的物体,其重力势能不一定大 d.质量越大的物体,被举得越高,其重力势能就越大8.骑自行车上坡前,一般要加紧蹬几下,这是为了( )a.增大惯性 b.增大动能 c.增大势能 d.增大冲力9.物体在平衡力的作用下,下列说法中正确的是( )a.具有的机械能一定不变 b.具有的动能一定不变 c.具有的重力势能一定不变 d.无法判断10.下列物体中具有弹性势能的是(多选)( )a.拉弯的弓把箭射出去 b.钟表里的发条带动齿轮转动c.火箭发射升天 d.小孩荡秋千从高处向低处落下11.物体做匀速直线运动时,它(多选)( )a.具有的动能一定不变 b.具有的重力势能一定不变c.具有的动能可能增加 d.具有的重力势能可能减小12.在空中沿水平方向匀速飞行的一架飞机,正在向灾区空投救灾物资,在空投过程中,飞机的动能和重力势能的变化情况是( )a.动能和重力势能都增加 b.动能和重力势能都减小c.动能减小,重力势能增加 d.动能增加,重力势能减小13.下列过程中,属于动能转化为势能的是( )a.钟表里的发条带动指针转动 b.自行车在水平地面上行驶得越来越快c.被拉开的弹簧门自动关上 d.跳高运动员跃起的过程14.下列过程中,属于势能转化为动能的是( )a.向上抛出的石子 b.从坡顶匀速滑到坡底的自行车c.竖直向下落得越来越快的冰雹 d.足球场上越滚越慢的足球15.在桂林兴安“乐满地主题乐园”里有个极刺激的游乐项目:蹦极。游乐者系上弹性牵索从高处跳下,利用牵索产生的弹力作用使自己在空中几番升降后静止。那么游乐者在其中的下降过程中( )a.重力势能一直在减小 b.动能一直在增大c.重力势能一直在增大 d.机械能保持不变16.在水平街道上匀速行驶的洒水车,一边行驶一边向道路上洒水。下列关于其机械能变化的说法中正确的是( )a.动能不变 b.动能减小,机械能减小c.动能不变,机械能不变 d.动能减小,机械能增大17.质量为40 kg的某同学,在体育课上用12 s的时间匀速爬到了一根竖直长杆的3 m处。则在这段时间内,该同学所做的功为_j,功率为_w。(g=10 n/kg)18.某起重机将1 000 n的重物沿竖直方向提起,重物由静止开始先向上做变速直线运动,然后做匀速直线运动。已知重物在做变速运动的30 s内上升了16 m,在接着的10 s内又匀速上升了8 m,若空气的阻力不计,则在匀速直线运动中起重机对货物做功的功率是_w。19.一只小
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