中考物理总复习 第十五章 功和机械能.doc

第15章 功和机械能 【中考透视】来源: 新课改以来，各地中考中有关功和机械能的考点较多，特别是考查与机械效率、动能、势能、机械能及其转化的有关知识，对本章的单独考查，一是考查应用技能，如功、功率、机械效率的计算二是对探究实验的考查，如：探究机械效率题型主要以填空题、选择题来源:中国教育出版网、计算题和实验题为主，试题难度以中等为主，在每年的中考试题中本章内容约占总分的3%5% 来源:中国教育出版网 【知识网络图示】 定义：力与在力的方向上移动的距离的乘积叫做功做功的两个必要因素 一是作用在物体上的力来源:中.教.网z.z.s.tep功 二是物体在力的方向上通过的距离 公式：WFs 单位：焦耳(J)，1 J1 Nm来源:中教网 功的原理：使用任何机械都不省功机械效率 总功有用功十额外功 定义：有用功跟总功的比值来源:中|国教|育出|版网 公式：100%，机械效率总小于1(越高，说明有用功功和机械能在总功中所占的比例越大) 物理意义：表示做功的快慢来源:中国教育出版网 定义：单位时间内所做的功功率 公式：P 导出式：PFv来源:中教网 单位：瓦特，符号W(1 kW103 W)动能 定义：物体由于运动而具有的能 决定大小的因素：速度(v)、质量(m)来源:z&zs&重力势能 定义：物体由于被举高而具有的能机械能 决定大小的因素：质量(m)、高度(h)弹性势能 定义：物体发生弹性形变而具有的能来源:中*国教*育出*版网 决定大小的因素：物体的材料、弹性形变的大小 动能和势能的相互转化 如果只有动能和势能相互转化，机械能总和不变，即机械能是守恒的来源:z&zs& 【名师解读】 一、知识性专题来源:中,国教,育出,版网 专题1 判断力是否做功 例1 如图15104所示，妇女推着童车走了几步，男子用很大的力推汽车，但汽车没有被推动比一比，谁做的功多？为什么呢？来源: 分析 男子用了较大的力，但车没有运动，该男子没有做功妇女用了较小的力，童车运动了，该妇女做了功 答案：妇女做的功多，这是因为男子虽然用很大的力，但车未动，该男子劳而无功，来源:中。教。网z。z。s。tep即做功为零 例2 下列关于物体是否做功的说法中正确的是 ( ) A起重机用吊绳吊着钢筋水平匀速移动了一段距离，起重机吊绳对钢筋做了功来源: B被脚踢出的足球在草地上滚动的过程中，脚对球做了功 C小刚从地上捡起足球的过程中，小刚对球做了功 D小丽背着书包站在路边等车，小丽对书包做了功来源:z,zs, 分析 判断物体是否做了功，依据做功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上移动了距离，二者缺一不可A选项中起重机吊绳对钢筋的拉力竖直向上，但钢筋是沿水平方向移动的距离，故错误B选项中足球离开脚后，靠惯性向前移动，来源:因此脚对足球没有做功，故错误C选项中小刚从地上捡起篮球的过程中，小刚对球施加了力，球在小刚施加力的方向上移动了距离，因此小刚对篮球做了功，故正确D选项中小丽虽然对书包施加了力的作用，但书包在力的方向上没有移动距离，故错误故正确答案为C来源:中教网 专题2 功、功率、机械效率的综合计算例3 某同学用所学滑轮知识在家里阳台上安装了如图 15105所示的升降装置来源:中国教育出版网他用此装置将重500 N的物体匀速提高10 m，所用拉力为 300 N，则拉力做的功是 J该装置的机械效率是 来源:中国教育出版网 分析 图示中有两段绳吊着动滑轮，根据滑轮组的特点，重物上升h10 m，则拉力F作用的绳子自由端移动的距离应为s2h20 m，由功的计算式可得拉力的功，即总功W总Fs300 N20 m6000 J，对重物做的功，即有用功W有Gh500 N10 m5000 J来源:中|教|网z|z|s|tep，所以机械效率W有W总5000 J6000 J833% 答案：6000 833% 【解题策略】 在有关滑轮组机械效率的计算中，关键是搞清重物上升的距离与拉力来源:中国教育出版网作用的绳子自由端移动距离的关系 例4 如图15106所示，建筑工人用一个滑轮组将重为600 N的物体匀速提升2 m所用的时间为40 s，人所用的拉力是 400 N，则 ( )来源:中。国教。育出。版网 A此滑轮组的机械效率为75% B物体上升的过程中机械能总量不变 C拉力所做的总功为2800 J来源:中教网 D此人的功率为40 W 分析 A中75%；B中物体匀速上升的过程中势能增加，所以机械能总量增加；C中拉力所做的总功W总FsF2h400 N22 m来源:中国教育出版网1600J；D中P40W故正确答案为AD 例5 工人师傅用起重机在20 s内把质量为103 kg的货物匀速竖直提高6mg取10 Nkg求：来源:中教网 (1)货物的重力 (2)货物上升的速度 (3)起重机的功率来源:z*zs* 分析 根据重力与质量的关系Gmg可求货物的重力；已知高度和上升时间利用公式vst可求得速度；起重机做的功WGh，功率的计算式为PWt Ght，可求功率 解：(1)货物重力Gmg103 kg10 Nkg104 N来源:中国教育出版网 (2)货物上升的速度v03ms (3)起重机的功率P3103 W 专题3 动能、势能、机械能及其转化来源:中国教育出版网例6 如图15107所示的四幅图片是生活和生产中的场景，对其能量变化的描述中，错误的是 ( )来源:中.国教.育出.版网 A甲图中，货物被举高后内能增加了 B乙图中，列车速度增大后动能增加了 C丙图中，握力计发生形变后弹性势能增加了来源: D丁图中，飞机升空后重力势能增加了 分析 货物被举高后势能增加故正确答案为A 例7 下列情况中，物体的机械能保持不变的是 ( )来源:中教网 A在没有空气阻力的情况下物体自由下落 B汽车从斜坡上匀速滑下 C物体在光滑的水平面上受拉力的作用，速度增大来源:中国教育出版网 D利用滑轮组将物体匀速提高 分析 A项中在没有空气阻力的情况下，物体自由下落，重力势能转化为动能，没有能量损失，机械能保持不变；B项中汽车从斜坡上匀速滑下，动能不变，但重力势能减小，来源:z_zs_总的机械能减小；C项中物体的重力势能为零，且始终保持不变，速度增大，动能增大，总的机械能增大；D项中物体在匀速上升的过程中，动能不变，重力势能增大，总的机械能增大故正确答案为A来源:z+zs+ 【解题策略】 要判断机械能是否守恒有两种办法： (1)看整个过程，是否只有动能和势能的相互转化，若有其他形式的能参与了转化，例如内能，则机械能不守恒来源:中&国教&育出&版网 (2)根据机械能的大小等于动能的大小和势能的大小之和，分别判断动能和势能的大小变化，再综合判断机械能是否守恒 例8 在北京奥运会上，我国蹦床运动实现了零的突破，如图 15108所示为蹦床来源:运动员何雯娜从蹦床弹向空中表演技巧动作的过程，则此过程中运动员具有的 ( ) A动能增加，势能减少 B动能增加，势能增加来源:中教网 C动能减少，势能减少 D动能减少，势能增加 分析 在向上弹的过程中，床的弹性势能转化为运动员的动能；腾空过程中，动能又来源:中国教育出版网转化为重力势能故正确答案为D 专题4 斜面、滑轮组、杠杆的机械效率 例9 芳芳和兰兰运用如图15109所示的实验装置测定了滑轮组的机械效率，在来源:中#国教#育出#版网全班交流实验结果时，老师提出：如果各组所用滑轮和绕绳子的方式不变，改变其他因素，是否会影响它的机械效率呢？大家积极思想，提出了各种猜想，概括起来有如下几种： 猜想1：可能与匀速提升的速度大小有关来源:中,国教,育出,版网 猜想2：可能与被提升的钩码重有关 猜想3：可能与匀速提升的速度大小和被提升的钩码重都有关 猜想4：可能与钩码被提升的高度有关来源: 芳芳和兰兰分别根据某个猜想进行了探究，实验记录如下表 (1)请帮助兰兰完成表中的一项计算 (2)请根据她俩的实验记录，分别在表中写出探究结果来源:中|国教|育出|版网 (3)归纳她俩的实验探究，你所得到的结论是 表一：芳芳的实验记录 物理量控制因素 钩码重（N）绳端拉力（N）机械效率较小提升速度104.279.4%较大提升速度104.279.4%探究结果来源:中国教育出版网表二：兰兰的实验记录 物理量控制因素 钩码重（N）绳端拉力（N）机械效率大致相同的提升来源:中*国教*育出*版网速度104.279.4%156.0探究结果 分析 根据公式可计算出兰兰的机械效率 83%来源:z&zs&对芳芳记录的实验数据进行横向或纵向的对比分析可以看出，钩码的重力不变，且上升速度改变，机械效率不变由兰兰记录的实验数据可以看出，上升速度不变，钩码的重力改变，机械效率改变来源:中,国教,育出,版网 答案：(1)83% (2)芳芳：(机械效率)与匀速提升速度的大小无关兰兰：(机械效率)与被提升的钩码重力有关(钩码重力增大，机械效率提高或变大) (3)实验装置不变，机械效率与匀速提升物体的速度大小无关，与被提升物体的重力有关(物体重力越大，机械效率来源:中_国教_育出_版网提高或变大) 例10 随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们的住房条件也得到了很大的改善小明家最近购置了一套新房，为了帮助爸爸将重 600 N的装修材料运送到6 m高的楼上，来源:中+教+网z+z+s+tep小明利用物理课上学过的滑轮组，设计了如图15110甲所示的材料搬运方案(其中每个滑轮重30 N，绳子足够长，所能承受的最大拉力为250 N，不计绳重及摩擦) (1)计算说明绳子的拉力是否超过绳子的最大承受力来源:中教网 (2)小明爸爸观察了该装置后，他想：如果将该装置的滑轮位置颠倒(如图 15110乙所示)是否会更省力一些？请你按照小明爸爸的想法，用笔画线在乙图绕上绳子并说明小明爸爸的想法是否正确来源:z,zs, (3)求两种方案的机械效率之比 (4)综合分析评估两个方案，你认为：哪个方案更好一些？说明理由 解：(1)F甲(C物G动)(600 N30 N)210 N，来源:中教网 因为210 N250 N，所以没有超过绳子的最大拉力 (2)如图15110丙所示， F乙(G物G动)(600 N60 N)165 N，来源: 由此可知小明爸爸的想法是正确的 (3)根据可得： 来源:中教网 (4)由上述计算可知，小明的方案机械效率高，爸爸的方案较省力，但小明的方案比较安全，综合以上三个因素分析，小明的方案好 例11 利用图15111所示的杠杆将重为3 N的物体缓慢匀速提高10 cm，手的拉力 来源:中+国教+育出+版网F为2 N，手移动的距离s为30 cm则杠杆的机械效率为 ( ) A22% B33% C50% D67%来源:z|zs| 分析 扛杆提升重物时，对重物做的功为有用功，即W有用Gh3 N01 m03 J，拉力做的功为总功，即W总Fs2 N03 m06 J，因此杠杆的机械效率W有用W总03 J06 J50%故正确答案为C来源:z*zs* 例12 如图15112所示，工人利用动滑轮在10 s内将重为100 N的重物(包括桶)沿竖直方向匀速向上提升了5 m若该动滑轮重10 N，忽略绳与滑轮之间的摩擦，不计空气阻力，则下列说法正确的是 ( )来源:中教网 A提升过程中，绳的拉力F做了500 J的功 B提升过程中，绳的拉力F做了550 J的功 C提升过程中，绳的拉力F做功的功率是50 W来源: D该滑轮装置的机械效率是100% 分析 忽略绳与滑轮之间的摩擦，则拉力F(G物G动)(100 N10 N)55 N；当重物上升5 m时，绳子自由端向上提升的高度s2h25 m10 m；在提升过程中，来源:中国教育出版网绳的拉力F所做的功W总Fs55 N10 m550 J；拉力F做功的功率P55W；在提升重物的过程中，所做的有用功W有用G物h100 N5 m500 J，则该滑轮装置的机械效率909%故正确答案为B来源:中.国教.育出.版网 二、思想方法专题 专题5 控制变量法 【专题解读】在研究物理问题时，某一物理量往往受几个不同物理量的影响为了来源:中#教#网z#z#s#tep确定各个不同物理量之间的关系，就需要控制某些物理量使其固定不变，改变某一个物理量，看所研究的物理量与该物理量之间的关系本章中研究物体的动能与质量和速度的关系、研究物体的重力势能与质量和高度的关系时都应用了控制变量法，在很多探究性实验中也来源:中国教育出版网经常用到此法例13 物理兴趣小组的同学为了研究物体动能的大小和哪些因素有关做了如下的探究实验：如图15113所示，让钢球从斜面上由静止滚下，打到一个木块上，推动木块做功来源:中。国教。育出。版网 (1)让同一钢球从不同高度沿斜面自由滚下，看哪次木块被推得远，这是控制 来源:z_zs_不变，改变 ，目的是为了探究动能与 的关系 (2)换用质量不同的钢球，让它们从同一高度沿斜面自由滚下，看哪个钢球把木块推得远，这是控制 不变，改变 ，目的是为了探究动能与 的关系来源:中教网 (3)通过该实验，你得出的结论是： 分析 知道控制变量法的含义，明确被控制的物理量是什么、研究的是哪个物理量和哪个物理量的关系来源:z+zs+ 答案：(1)质量 速度 速度 (2)速度 质量 质量 (3)物体的质量越大、速度越大，动能就越大 专题6 思维转换法来源:中&国教&育出&版网 【专题解读】所谓思维转换法，是指把所需解决的问题转换为另一个较容易解决的问题或已经解决的问题，即化难为易、化繁为简、化未知为已知 例14 某同学沿竖直方向匀速吊起一重物，在这一过程中物体的 ( )来源:z+zs+ A动能不变，重力势能增加，机械能增加 B动能减小，重力势能减小，机械能减小 C动能减小，重力势能增加，机械能不变来源:中#国教#育出#版网 D动能增加，重力势能增加，机械能增加分析 由于沿竖直方向匀速吊起重物，质量、速度不变，所以动能不变；高度增加，所以重力势能增加；机械能等于动能和势能之和，所以机械能增加故正确答案为A来源:中国教育出版网【沙场点兵】 一、选择题 1以下现象与相应物理知识的说法，错误的是 ( )来源:z+zs+ A地震时，石头会往山下滑落是因为石头受重力作用 B山上滚下的石头把汽车压扁，说明力可以改变物体的形状 C在质量相同的情况下，运动越快的石头越难停下来，说明速度大惯性大来源:中国教育出版网 D贝贝想搬动大石头，但搬不动，则贝贝对大石头没有做功 2美国科罗拉多峡谷建有观景台观景台搭建在大峡谷的西侧谷壁上，呈U字形，离谷底1200 m高，取名为“人行天桥”，如图15114所示如果在建造过程中有一块来源:质量为01 kg的石子从观景台掉落谷底，则下落过程中，石子的重力做的功为 ( ) A12 J B1200 J来源: C12105 J C12106 J 3粗糙水平面上有一个重为100 N的物体，用10 N的水平推力使其以3 m/s的速度来源:沿力的方向匀速运动，则此过程中 ( ) A重力做了3000 J的功 B推力的功率为30 W C推力做了1000 J的功 D摩擦力为100 N来源:z&zs& 4小文同学采用如图15115所示的两种不同的方式将同一货物搬运到同一辆汽车上，其中说法正确的是 ( ) A甲种方法克服重力做功多来源:中国教育出版网 B乙种方法更省力 C两种方法机械效率相等D两种情况下，货物机械能都增加来源: 5A，B两车的质量相等，它们在行驶过程中的路程与时间关系的图像如图15116所示，则下列说法正确的是 ( )来源:中国教育出版网 A在行驶过程中，两车的动能始终相等 B在行驶过程中，A，B两车都受到平衡力的作用 C若它们在同一平直公路上向东行驶，以B车为参照物，则A车向西行驶来源:z,zs, D若两车行驶过程中受到的阻力相等，则A，B两车的功率之比为13 6如图15 117所示，某同学用力将铁块匀速拉起的过程中，说法正确的是 ( ) A用力拉铁块，人体内的化学能转化为机械能来源:z_zs_ B该装置不能省力，没有实用价值 C使用该装置可以省功 D该同学拉绳的方向不同，拉力大小也不同来源:中教网 7炮弹从引爆到射出炮口的过程中，下列说法正确的是 ( ) A弹头的动能增加，内能不变，机械能增加 B弹头的动能增加，内能增加，机械能增加来源: C弹头的动能减小，内能增加，机械能不变 D弹头的动能减小，内能不变，机械能减小 8一个重30 N的木箱放在水平地面上，在15 N水平拉力的作用下前进了5 m，则来源:中教网拉力和重力对木箱所做的功分别为 ( ) A75 J，150 J B0，150 J C75 J，0 D150 J，75 J来源:z+zs+ 9用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组提升重物，已知物重G90 N，作用在绳子自由端向上的拉力F40 N，则这个滑轮组的机械效率为 ( ) A1125% B89%来源:中|教|网z|z|s|tep C75% D56% 10下列关于功率的说法，正确的是 ( ) A功率大的机械做功一定多 B功率小的机械做功一定慢来源:z*zs* C做功较多的机械，功率较大 D做功时间较长的机械，功率较小 11初二(3)班的小明同学因担心上课迟到，一口气从一楼跑到三楼，用时10 s，则他上楼过程中克服自身重力做功的功率最接近于 ( )来源:中教网 A30 W B300 W C3 W D3000 W 12如图15118所示，用250 N的拉力把质量为50 kg的物体提高了08 m，拉力来源:中教网的作用点移动了24 m，拉力所做的功和滑轮组的机械效率分别是 ( ) A600 J，667% B600J，50% C400 J，667% D400 J，50%来源:中|教|网z|z|s|tep 二、填空题 13在水平地面上，张华同学用了50 N的力推着重为100 N的箱子前进了10 m，则张华同学对箱子做功 J，重力对箱子做功 J来源:中国教育出版网14如图15119所示，此滑轮组将重900 N的物体匀速提高2 m，作用在绳子上的拉力是400 N，则有用功是 J，拉力做的功是 J，额外功是 J，滑轮组的机械效率是 来源:中国教育出版网 15一木块在大小为10牛的水平拉力作用下，10秒钟内沿水平地面前进5米，则拉力做的功为 焦，功率为 瓦；若木块重30牛，在此过程中重力对木块做的来源:中教网功为 焦 16某商场二楼到三楼的自动扶梯高度是4 m，扶梯长是6 m孙琪同学体重为 500 N，自动扶梯把孙琪同学从二楼运送到三楼的过程中对她做功 J如果要测算来源:中教网自动扶梯对她做功的功率，还应该测量的物理量是 17如图15120所示，探月卫星“嫦娥一号”于2007年10月发射成功，目前正在绕月运动，若以地球为参照物，该卫星是 (填“静止”或“运动”)的卫星在太空来源:中_教_网z_z_s_tep中匀速飞向月球的过程中，其动能 (填“减小”“不变”或“增加”) 18如图15121所示，重物G在大小为2 N的拉力F的作用下，以02 ms的速度匀速向上运动，在5 s内，拉力F做的功为 ，功率为 来源: 三、简答题19奥运会吉祥物“福娃”活泼可爱，如图15122所示是福娃在三个比赛项目中的运动形象，请分析：来源:中教网 (1)用力踢足球，足球会飞出去，说明了什么？ (2)投篮时，篮球脱手后在空中下降的过程中，福娃对篮球做功了吗？来源: (3)用桨向后划水，皮划艇会前进，这是由于什么原因？ 四、实验探究题 20某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下表所示，实验装置来源:中+教+网z+z+s+tep如图15123所示物理量123钩码重G(N)446钩码上升高度h(m)绳端拉力F(N)绳端移动距离s(m)机械效率74% (1)通过表中数据可分析出实验1是用 (填“甲”或“乙”)图做的实验实验2是用 (填“甲”或“乙”)图做的实验来源:中.教.网z.z.s.tep (2)请在表中空白处填上恰当的数据(百分号前保留整数) (3)通过实验1和实验2的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮，提升相同的重物时，动滑轮的个数越多，滑轮组的机械效率 来源: (4)比较实验1和实验3可得出结论：使用同一滑轮组， ，可以提高滑轮组的机械效率 21小明总结两年来所做的探究实验发现： (1)当要研究的物理量不易直接测量时，都需要想办法把它们的大小间接显示出来 例如：图15124甲实验是让木块在木板上做 运动，通过弹簧测力计的示数间接显示摩擦力的大小乙实验中动能的大小是通过 间接反映出来的 (2)当要研究的物理量与多个因素有关时，都要采取一定措施，控制变量例如：要研究摩擦力与压力，就要多次改变压力，同时控制接触面的粗糙程度不变，做实验时我们改变压力的具体办法是 要研究动能跟质量的关系，若改变质量，同时控制速度不变，具体办法是：换用 并让它们从 由静止滑下 五、计算题 22如图15125所示是搬运工人用滑轮组从仓库中把货物沿水平轨道拉出的示意图已知货物的质量为600 kg，所受轨道的摩擦力为其重力的01倍，滑轮组的机械效率为75%，若工人以05 ms的速度匀速前行，经100 s将货物拉出仓库，g取10 Nkg，求在此过程中： (1)人做的有用功为多大？ (2)人的拉力为多大？(3)人用拉力的功率为多大？ 23如图15126所示，斜面长为15 m，高为05 m，如果用10 N的力拉一重力为 24 N的物体从斜面的底端至斜面的顶端，则此斜面的机械效率为多大？参考答案1C提示：物体的惯性只与物体的质量有关，运动快的石头很难停下来，是因为它的动能大 2B提示：石子的重力做的功WGhmgh01 kg10 Nkg1200 m1200 J 3B提示：物体没有在重力方向上运动，重力做功为0物体在 10 N的水平推力作用下做匀速直线运动，摩擦力大小等于推力，等于10 N，推力的功率PFv10 N3 ms30 W 4D提示：根据功的原理可知，使用任何机械都不省功，甲、乙两种方式均是克服货物的重力将其移到相同的高度处，故克服货物重力做的功相等，A项错乙中直接用手来举高货物，所用的力至少等于货物的重力，而利用斜面可以省力，故B项错在甲中需要克服货物与斜面的摩擦而做额外功，即不省功，但可以省力，故甲的机械效率低，正确的答案为D项 5B提示：从图像可知，两车的路程与时间均成正比，即svt，两车均做匀速直线运动，是一种平衡状态，在行驶相等的时间内，A车行驶的路程大于B车行驶的路程，即A的速度大于B