功和机械能复习(上课用).pptVIP

功和机械能 复习提纲 考点聚焦 呈现形式 知识结构 对应训练 方法提示 考点聚焦 1 理解做功的两个必要因素 2 理解机械功的计算公式 W FS3 理解功率的概念 4 知道功的原理 5 知道有用功和总功 知道机械效率 6 理解动能 势能的初步概念 知道弹性势能 知道动能 势能可以相互转化 呈现形式 上述考点常以填空 选择 作图 实验和计算题型出现 知识结构 一 功 1 力学里所说的功包括两个必要因素 一是作用在物体上的力 二是物体在力的方向上通过的距离 2 不做功的三种情况 有力无距离 有距离无力 力和距离垂直 3 力学里规定 功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积 公式 W FS4 功的单位 焦耳 1J 1N m 把一个鸡蛋举高1m 做的功大约是0 5J 5 应用功的公式注意 分清哪个力对物体做功 计算时F就是这个力 公式中S一定是在力的方向上通过的距离 强调对应 功的单位 焦 牛 米 焦 不要和力和力臂的乘积 牛 米 不能写成 焦 单位搞混 物体在绳子拉力作用下升高A 静止的小车在拉力作用下运动起来B 汽车在刹车阻力的作用下速度降低C 人用力搬石头 石头不动D D 如图所示的四种情景中 对物体没有做功的是 D 09重庆 如图所示李晶同学将放在课桌边的文具盒水平推至课桌中央 她针对此过程提出了如下的猜想 你认为合理的是 A 文具盒所受重力对它做了功B 文具盒所受支持力对它做了功C 文具盒所受的推力F对它做了功D 在此过程中没有力对文具盒做功 C 1 小明用100N的力将50N的铅球掷出10m远 则在铅球抛出的过程中 人对铅球所作的功是 A 1000JB 500JC 0JD 1500J C 2 在平地上 用50N的水平拉力拉重100N的箱子 前进了10m 拉力做了多少功 如果把这个箱子匀速举高1 5m 又做了多少功 解 W FS 50N 10m 500J 答 拉力做了500J的功 如果把这个箱子匀速举高1 5m 又做了150J的功 知识结构 二 功的原理 1 内容 使用机械时 人们所做的功 都不会少于直接用手所做的功 即 使用任何机械都不省功 2 说明 请注意理想情况功的原理可以如何表述 功的原理是一个普遍的结论 对于任何机械都适用 功的原理告诉我们 使用机械要省力必须费距离 要省距离必须费力 既省力又省距离的机械是没有的 使用机械虽然不能省功 但人类仍然使用 是因为使用机械或者可以省力 或者可以省距离 也可以改变力的方向 给人类工作带来很多方便 我们做题遇到的多是理想机械 忽略摩擦和机械本身的重力 理想机械 使用机械时 人们所做的功 FS 直接用手对重物所做的功 Gh 3 应用 斜面 理想斜面 斜面光滑 理想斜面遵从功的原理 理想斜面公式 FL Gh其中 F 沿斜面方向的推力 L 斜面长 G 物重 h 斜面高度 如果斜面与物体间的摩擦为f 则 FL fL Gh 这样F做功就大于直接对物体做功Gh 通过一动滑轮用60N的拉力提起重为100N的重物 使重物提高2m 1 拉力做多少功 2 如用手直接提起做功多少 W直接 Gh 100N 2m 200J W用机械 FS 60N 4m 240J 为什么利用实际机械做的功大于不用机械直接用手做的功呢 解 S 2h 2 2m 4m 知识结构 三 机械效率 有用功 定义 对人们有用的功 公式 W有用 Gh 提升重物 W总 W额 W总斜面 W有用 Gh2 额外功 定义 并非我们需要但又不得不做的功 公式 W额 W总 W有用 G动h 忽略轮轴摩擦的动滑轮 滑轮组 斜面 W额 fL3 总功 定义 有用功加额外功或动力所做的功公式 W总 W有用 W额 FS W有用 斜面 W总 fL Gh FL4 机械效率 定义 有用功跟总功的比值 公式 W有 W总 有用功总小于总功 所以机械效率总小于1 通常用百分数表示 某滑轮机械效率为60 表示有用功占总功的60 提高机械效率的方法 减小机械自重 减小机件间的摩擦 W有用 W总 Gh FS5 机械效率的测量 A 原理 W有 W总B 应测物理量 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SC 器材 除钩码 铁架台 滑轮 细线外还需刻度尺 弹簧测力计 D 步骤 必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高 目的 保证测力计示数大小不变 E 结论 影响滑轮组机械效率高低的主要因素有 动滑轮越重 个数越多则额外功相对就多 提升重物越重 做的有用功相对就多 摩擦 若各种摩擦越大做的额外功就多 注意 绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率 用水桶从井中提水的时候 所做的功哪部分是有用功 哪部分是额外功 目的 方法提示 提水所做的功 有用功 提水桶所做的功 额外功 提水 如果桶掉到井里 从井里捞桶的时候 捞上的桶里带了一些水 这种情况下哪部分是有用功 哪部分是额外功 目的 提水桶所做的功 有用功 提水所做的功 额外功 捞桶 沙子重100N桶重20N体重400N口袋重5N动滑轮重10N 目的 把沙子运到三楼克服沙子重力做的功就是有用功W有用 G沙h 100N 6m 600J W总 G沙 G人 G桶 h 3120JW有用 W总 19 2 沙子重100N桶重20N体重400N口袋重5N动滑轮重10N W总 G沙 G动滑轮 G桶 h 780JW有用 W总 76 9 沙子重100N桶重20N体重400N口袋重5N动滑轮重10N W总 G沙 G动滑轮 G袋 h 690JW有用 W总 87 0 沙子重100N桶重20N体重400N口袋重5N动滑轮重10N 三种情况下有用功在总功中占的百分比 1 19 2 2 76 9 3 87 0 某起重机的机械效率是70 它表示什么意思 使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比值是70 1 使用滑轮组提起20N的重物 使它上升0 4m 作用在绳子自由端的拉力为8N 拉力的作用点上升了1 2m 拉力对滑轮所做的功叫 功 为 J 滑轮克服物体重力所做的功叫 功为 J 用来克服滑轮重力和摩擦力所做的功叫 功 是 J 这个滑轮组的机械效率是 总功 9 6J 有用功 8J 额外功 1 6J 83 3 例4 一台起重机将重6000N的建筑材料提升到10m高的楼房上 做的额外功是40000J 总功是多少 机械效率是多少 解 有用功 W有用 Gh 6000N 10m 60000J 总功 W总 W有 W额 60000J 40000J 105J 机械效率 W有用 W总 60000J 105J 60 滑轮组提高重物时 W有用 G物hW总 FsS nh 有用推论 竖直放置 滑轮组水平拉动物体时 W有用 fs物W总 FsS nh 有用推论 水平放置 斜面的机械效率 W有 Gh W总 FS 斜面的额外功 W额外 fS滑轮组的额外功 W额外 G动 h 动滑轮重的两种求法 W额外 G动 h 例5 如图 把重为10N的物体推上高为0 5m的斜面 斜面的长为1m所用的推力为12N 沿斜面向上 求推力所做的功和斜面的机械效率 解 推力做的功 W总 FL 12N 1m 12J 有用功 W有 Gh 10N 0 5m 5J 机械效率 W有 W总 5J 12J 41 67 首先在题目中数据上标出对应的字母 其次要注意 用滑轮组提起货物的高度与人把绳子末端拉下的距离之间的关系 S nh 最后要弄清事件的目的 分清有用功和额外功 方法提示 如图所示在自由端施力60N 利用滑轮组把重200N的货物提升2m 不计摩擦 求 1 绳端移动距离多少m 2 滑轮组的机械效率是多少 3 动滑轮重多少N 两种做法 解 1 由图可知承担动滑轮和重物的绳子段数n 4 所以S nh 4 2m 8m 3 方法一 G总 4F 4 60N 240N 所以G动 G总 G 240N 200N 40N 方法一 W外 W总 W有 FS Gh 60N 8m 200N 2m 80J 利用滑轮组把矿石从深20m的矿井中匀速拉到地面 在绳重和摩擦不计的情况下 1 如果矿石重640N 所用拉力是400N 滑轮组机械效率是多少 2 如果矿石重800N 所用拉力是多少 挑战中考 乌鲁木齐 G动 G总 G 2F G 2 400N 640N 160N 用定滑轮 动滑轮 滑轮组分别提升同样重的物体 其中机械效率大的是 不考虑摩擦 A 定滑轮B 动滑轮C 滑轮组D 都一样大 A 用同一滑轮组提升重物 第一次提的物重为G1 机械效率为 1 第二次提的物重为G2 机械效率为 2 已知G1 G2 两次滑轮组的机械效率 1 2B 1 2C 1 2D 无法判断 C 1 提升相同的重物 机械越简单 机械效率越高 2 在使用同一滑轮组时 物体越重 机械效率越高 滑轮组的机械效率是改变的 重要结论 用如图所示滑轮组绳端施力100N 把货物提升3m 滑轮组的机械效率是75 问 货物重多少N 动滑轮重多少N 解 S 4h 4 3m 12m W总 FS 100N 12m 1200J G动 G总 G nF G 4 100N 300N 100N 答 货物重300N 动滑轮重100N 如右图 一人用滑轮组提升2000N的货物 所用拉力600N 绳子自由端拉下4m 不考虑绳重和摩擦 求 1 克服货物重力做的功 2 拉力做的功 3 机械效率 4 若用此滑轮组提升3200N的货物 所需拉力为多少 解 1 由图可知承担动滑轮的绳子段数n 4 W有 Gh 2000N 1m 2000J 2 W总 FS 600N 4m 2400J G动 nF G 4 600N 2000N 400N 7 外力对水泵做了7 104J的总功 水泵把250kg的水送到20m高处 水泵完成的有用功为多少J 水泵的机械效率为多少 g 10N kg W有 Gh mgh 250kg10N kg20m 5 104J G1 G2 F1 F2 重物上升高度相同 比较两拉力所做的功W1W2及两滑轮的机械效率 1 2 2012宿迁 某学习小组使用几个相同的滑轮分别进行机械效率的测定 如图 他们将测得钩码重G 拉力F 钩码上升的髙度h 测力计移动的距离S 并将计算出的有用功W有用 总功W总和机械效率 数据一并记人下表 1 表格中数据 2 比较实验1 2 第2次的机械效率较低 主要原因是 3 比较实验2 3 影响这两次实验机械效率不同的主要因素是 使用滑轮组的优点是 74 1 动滑轮有重力 或有用功相同时 使用动滑轮做的额外功多等 可以省力或能改变用力方向 摩擦 2012遵义 小明在测量滑轮组机械效率的实验中 所用装置如图所示 实验中每个钩码重2N 测得的数据如下表 1 在实验中 测绳端拉力F时 应尽量竖直向上 拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数 2 第1次实验测得的机械效率为 结果保留两位有效数字 3 分析表中数据可知 第2次实验是用 图做的 第4次实验是用 图做的 选填 a b 或 c 4 分析第1 2次实验数据可知 使用同一滑轮组 可以提高滑轮组的机械效率 分析第1 3次实验数据可知 使用不同的滑轮组 提升相同的重物 动滑轮个数越多 即动滑轮总重越重 滑轮组的机械效率 5 分析第3 4次实验数据可知 滑轮组的机械效率与物体被提升的高度 匀速 74 07 b a 增加物重 越低 无关 知识结构 四 功率 1 定义 单位时间里完成的功2 物理意义 表示做功快慢的物理量 3 公式 P W t Fv4 单位 主单位W 常用单位 kW马力换算 1kW 103W 1马力 735W某小轿车功率66kW 它表示 小轿车 s内做功66000J5 机械效率和功率的区别 功率和机械效率是两个不同的概念 功率表示做功的快慢 即单位时间内完成的功 机械效率表示机械做功的效率 即所做的总功中有多大比例的有用功 知识结构 五 动能和势能 1 能量 一个物体能够做功 我们就说这个物体具有能 知识结构 3 机械能 动能和势能统称为机械能 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 六 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 则动能增大 重力势能减小 重力势能转化为动能 质量一定的物体 如果减速上升 则动能减小 重力势能增大 动能转化为重力势能 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的因素 决定重力势能 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 还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大 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不变 题中如果有 在光滑斜面上滑动 则 光滑 表示没有能量损失 机械能守恒 斜面上匀速下滑 表示有能量损失 机械能不守恒 知识结构 七 水能和风能的利用 1 结构 2 水电站的工作原理 利用高处的水落下时把重力势能转化为动能 水的一部分动能转移到水轮机 利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能 方法提示 例1某同学用100牛的力把质量为4千克的铅球推到5米远处 他推铅球做的功是 A 500焦B 196焦C 696焦D 缺少条件 无法计算分析 人推铅球时 只在将铅球推出手的极短的时间内对铅球施加作用力 铅球离开人手以后只受到重力和空气阻力作用 不再受到推力作用 题中所述的5米并不是在100牛的推力作用下通过的距离 因此 人虽对铅球做了功 却无法计算所做功的大小 解答 应选D D 方法提示 例2如图3所示 均匀木棒AB长2米 重力为20牛 支点O 且OB为0 8米 杠杆A端置于桌面上 现有一个重力为10牛的球在水平力F的作用下从A点向右匀速运动 如果F大小为3牛且保持不变 求当小球运动到刚好使杠杆失去平衡时 力F所做的功 分析 如图4所示 当球在推力F作用下运动到支点右侧 距支点l1长时杠杆AB刚好失去平衡 则l1即为该球对杠杆作用力的力臂 而杠杆AB的重心应在AB的正中间 则杠杆的重GAB的力臂l2 AO AB 2 1 2米 1米 0 2米 方法提示 解由杠杆平衡条件可得 GAB l2 G球 l1 l1 GABl2 G球 0 4米 球在F作用下运动使杠杆刚好失去平衡时通过的距离 S AO l1 1 2米 0 4米 1 6米作用力F所做的功 W FS 3牛 1 6米 4 8焦答 杠杆刚好失去平衡时力F所做的功为4 8焦 方法提示 例3 一学生用100牛的力将重为50牛的足球沿水平方向踢出20米远 则该学生对球做的功是 A 3000焦B 1000焦C 2000焦D 无法确定分析与解 在物理学中 做功是指两个因素同时存在的物理过程 这两个因素是 物体受到力的作用和物体沿力的方向通过了一段距离 我们把它们叫做做功的两个必要因素 本题最容易出的错误是选择C 认为W FS 100牛 20米 2000焦 错误原因在于没有从根本上理解做功两必要因素同时存在 足球从被踢到落地停止 经历了两个过程 第一个过程从学生的脚与球接触开始到脚离开球为止 在这一过程中 球受到学生的踢力 足球并在此力方向上移动 但移动的距离是不知道的 不是20米 因此这一过程中 学生对球做了功 W FS 100牛 S 此功大小不能确定 第二个过程是球由于惯性而运动 在这一过程中 球虽然移动一段距离 但球不受学生踢力 因此 在此过程中 学生不对球做功 所以 学生将球踢出20米远 而对球做功是不能确定的 因此选项D是正确的 D 方法提示 例4 下面哪种情况动能 重力势能都是增加的 A 跳伞员张开伞后 匀速下降B 汽车沿斜坡匀速向下行驶C 电梯从楼下加速上升D 列车在平直轨道上匀速行驶分析与解 动能和势能统称为机械能 动能的大小决定于它的质量和速度 重力势能的大小决定于它的质量和高度 A选项中 跳伞员张开伞匀速下降的过程中 它的质量不变 高度减小 所以他的重力势能减小 而下降过程中速度没有变化 所以他的动能不变 B选项中 汽车匀速下坡 也是势能减少 而动能不变 C选项中 电梯上升 质量不变 而高度变大 电梯重力势能增加 加速上升时 质量不变 而速度变大 则动能增加 动能 势能都变大 D选项中 列车在平直轨道上匀速行驶 列车的质量 高度 速度都没有变化 既动能 重力势能都没有变化 本题的正确答案 应选C说明 1 物体匀速下降时 它的势能减少 有的同学就认为势能转化为动能 动能就一定增加 这种分析是错误的 当物体匀速下降时 它一定受到了摩擦力 这时一部分机械能转化为物体的内能 机械能减少 2 在研究动能或热能大小时 要注意它们各自是由两个因素决定的 C 方法提示 例6 用图8所示的滑轮组 将重为600牛的物体匀速上拉2米 所用拉力为200牛 求滑轮组的机械效率 分析与解 通过审题 应分析出物重G 600牛 重物被提高h 2米 拉力F 200牛 通过审图 应能分析出有5段绳子承担动滑轮和物体的重力 所以绳子的自由端移动的距离S 5h 5 2米 10米 滑轮组的目的是提升重物 所以提升重物所做的功就是有用功 拉力对滑轮组所做的功为总功 进而可以求出机械效率 计算过程如下 方法提示 W有用 Gh 600牛 2米 1200焦W总 200牛 10米 2000焦 W有用 W总 60 答 滑轮组的机械效率为60 说明 在简单机械中 动力作用点移动的距离S与物体移动距离h的关系是由机械自身结构决定的 在滑轮组中 有n段绳子承担重物 则S nh 它跟物体受到的重力 动力的大小以及机械效率的高低无关 1 水平路面上有一个小车 车重200牛 人用50牛的水平力 在推小车匀速前进5米的过程中 下列判断正确的是 A 重力不做功B 人做功250焦C 车受到的阻力是250牛D 车受到的阻力是50牛2 用动滑轮提升一个重物 若用的力是100牛 重物在0 5秒内匀速上升0 6米 不计滑轮重 则拉力做功的功率为 A 300瓦B 240C 120瓦D 100瓦3 有甲 乙两台机器 甲机器的机械效率是80 乙机器的机械效率是60 那么下列说法正确的是 A 甲机器一定比乙机器省力B 甲机器的功率一定比乙机器的功率大C 甲机器工作时的有用功一定