中考科学一轮复习 第三部分 物质科学（二）第33讲 功和功率 机械能课件.ppt

第三部分物质科学 二 第33讲功和功率机械能 2 2014绍兴20题4分 面积很大的水池 水面上浮着一边长为a 质量为m的正方体均匀木块 开始时木块静止 如图甲所示 现用力f将木块匀速下压 运动时 f随深度h变化如图乙所示 则下列正确的是 命题点1功 功率的相关计算 浙江3年中考真题精选 c a 正方体木块的密度为水的b 在木块匀速下沉过程中 f最大值是c 木块开始下沉到恰好浸没的过程中 重力对木块做功是d 木块开始下沉到恰好浸没的过程中 f对木块做的功是 解析 木块的体积 v木 a3 由题图可知 木块漂浮 f浮 g木 木块底面深度h a 浸入体积为a a a a3时 压力为0 根据阿基米德原理得 f浮 水gv排 水ga3 则 水gv排 木gv木 即 水ga3 木ga3 得 木 水 故a选项错误 由 木 得 a 因为木 木块漂浮 所以f浮 g木 mg 木块完全浸没后的浮力 f浮 水gv排 水gv木 水ga3 g 3 mg木块完全浸没时 f浮 f压 g木 手对木块的压力 最大压力 f压 f浮 g木 mg mg mg 故b选项错误 木块开始下沉到恰好浸没的过程中 由图可知物体重心 下降a 重力所做的功w g木h mg a mga 故c选项正确 木块开始下沉到恰好浸没的过程中 f匀速下压 则f匀速增大 到浸没时f最大为fmax mg 所以f对木块做功是w mg a mga 故d选项错误 故选c 3 2015衢州36 1 2 题6分 图甲为玩具 跳跳杆 及组成部件 相关信息见下表 杆内的弹簧可以自由伸缩 人站上踏板后弹簧受拉伸长 随后收缩将人向上弹起 带动跳跳杆一起向上运动 由于重力作用人和跳跳杆在到达最高处后会下落 杆着地后 人继续往下运动拉长弹簧 接着弹簧又收缩将人向上弹起 所以人就和杆一起连续跳动 1 人站上踏板弹簧向下伸长的过程中 下列说法正确的是 a 人的重力势能减小b 弹簧的弹性势能增大c 人的机械能守恒 ab 2 上题中的同学在水平地面上连续跳了20次 杆每次上升的高度平均为0 2m 则弹簧克服杆本身重力做功 j 假设杆始终竖直 从能量利用角度分析 跳跳杆本身的重量应该 100 轻一点 解析 1 人站在踏板弹簧向下伸长的过程中 人的质量不变 高度减小 故重力势能减小 同时质量不变 弹簧的形变程度变大 所以弹性势能变大 但人的机械能是变化的 故ab正确 2 自身的重力是 g mg 2 5kg 10n kg 25n 故克服自身重力做的功是 w gh 25n 0 2m 20 100j 从能量利用角度分析 跳跳杆本身的重量应该轻一点更好 4 2014杭州28题6分 用手将一重为g的铁球缓慢放在一弹簧上 放手后 铁球从a位置开始向下运动 到达b位置速度达到最大 到达c位置小球的速度变为零 已知ac间的高度差为h 则从a位置到c位置铁球的重力做功是 在此过程中弹簧的弹性势能增加量为 b位置到c位置的过程中铁球所受的重力 选填 大于 小于 或 等于 弹簧所施加的弹力 整个过程中不计能量损耗 gh gh 小于 解析 根据功的公式w fs 可知从a位置到c位置铁球的重力做功是w gh 功是能量转化的量度 从a位置到c位置铁球的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能 所以弹簧的弹性势能增加量为gh b位置速度达到最大 而到c位置小球的速度变为零 这个过程小球向下做减速运动 所以向上的弹力大于重力 2 2014台州32题6分 利用如图装置进行 探究动能大小的影响因素 实验 用两根细绳将小球悬挂起来 拉起小球 当细绳与竖直方向成 角后松手 小球撞击水平木板上的木块 记下木块移动的距离s 改变角度 的大小 重复实验 命题点2探究物体的动能大小与哪些因素有关 1 利用如图两根细绳悬挂小球 而不用一根细绳 其好处是 2 本实验探究的问题是物体的动能大小与 的关系 3 利用上述实验 同时还可以探究的问题是 便于控制小球的撞击方向 或便于撞准木块等 速度 物体重力势能大小与高度有什么关系 或重力势能大小与高度的关系 解析 1 若用一根细绳 小球的摆动方向会不稳定 利用题图两根细绳悬挂小球 便于控制小球的撞击方向 便于碰准木块 2 实验中小球一定 小球摆动的角度不同 撞击木块时的速度不同 所以本实验探究的问题是物体的动能大小与速度的关系 3 细绳与竖直方向成的 角不同 则下落的高度不同 通过对木块做功的多少 可以判断小球重力势能的大小 所以该实验可以探究重力势能与高度的关系 3 2014丽水31题6分 在做了 物体动能大小与哪些因素有关 的实验后 有些同学对 质量不同的钢球从同一光滑斜面 同一高度由静止开始沿斜面滚下 刚到达底部时的速度大小相等 有疑惑 小衢设计了如图甲所示的实验 让质量不同的钢球a b同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下 观察和比较两球相对运动情况 若b球相对于a球 就可以说明任一时刻两球的速度大小相等 静止 小丽肯定了小衢的实验方案后 对实验又提出了两个建议 建议一 因为钢球在斜面上滚下的时间很短 不利于观察和比较钢球的运动情况 不改变钢球在斜面上的位置 不改变球与斜面的粗糙程度 为了延长钢球在斜面上滚下的时间 可采用的方法是 建议二 为确保钢球滚下时不偏离斜面 可在斜面上增设两个相同的光滑小凹槽 如图乙所示 从有利于观察和比较两球的相对运动情况的角度考虑 图中两个小凹槽的间距l应 减小斜面的倾斜角度 适当减小 解析 观察和比较两球相对运动情况 若b球相对于a球静止 就可以说明任一时刻两球的速度大小相等 建议一 减小斜面的倾斜角度 可以延长钢球从斜面滚下时的时间 便于观察和比较钢球的运动情况 建议二 为确保钢球滚下时不偏离斜面 可在斜面上增设两个相同的光滑小凹槽 如题图乙所示 从有利于观察和比较两球的相对运动情况的角度考虑 图中两个小凹槽的间距l应适当减小 1 2014绍兴29题6分 探究影响物体弹性势能大小的因素 选择弹簧进行研究 将光滑水平面与光滑斜面连接 如图所示 将甲弹簧放置在水平面上 用小球压缩弹簧2厘米 释放后 小球滚上a斜面 记录小球在斜面最高点时的高度 重复三次 取平均值记录在表中 更换b斜面 重复实验 命题点3探究物体的势能大小与哪些因素有关 压缩甲弹簧3厘米 重复实验 步骤 换用不同弹簧 重复实验 步骤 1 实验中 通过观察 判断弹簧弹性势能的大小 2 比较 选填实验序号 说明弹簧的弹性势能大小与弹簧形变大小有关 3 由实验结果可知 弹簧的弹性势能大小还与弹簧的 有关 小球到达斜面的高度 1与2 长度 材料 解析 1 当弹簧压缩程度越大时 弹簧弹性形变程度越大 对小球做功就越多 实验中 通过观察小球到达斜面的高度判断弹簧弹性势能的大小 2 需要按照控制变量法 比较实验1和2说明弹簧的弹性势能大小与弹簧形变大小有关 3 1 3两组数据两弹簧的材料不同 弹性形变的程度相同 由表格可知 它们推动小球上升高度不同 即表明它们所具有的弹性势能不同 这是由于材料不同造成的 通过比较1 4或3 5两个实验可知 弹簧的弹性势能与弹簧的长度有关 由实验结果可知 弹簧的弹性势能大小还与弹簧的长度 材料有关 考点梳理 功 定义 物体受到 的作用 并且在 通过了一段距离 我们就说这个力对物体做了功 做功的两个必要因素 一个是 另一个是 力 这个力的方向上 作用在物体上的力 物体在力的方向上通过一段距离 功 不做功的两种情况 在力的方向上没有移动距离 如用力搬一块大石头而没搬动 在移动方向上物体没有受到力的作用 如提着滑板在水平路面上前行 功的计算 力学中 功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积 计算公式 f表示力 s表示沿力的方向移动的距离 w表示功 单位 简称为 单位符号为 w fs 焦耳 焦 j 功 常考的功 将地面上的物理课本捡起放到桌子上 人对课本做的功约为2j 从地上拿起一个鸡蛋 缓缓举过头顶大约做功1j 功率 定义 单位 内完成的 计算公式 p w表示某个力做的功 t表示做这些功所用的时间 p表示这个力做功的功率 p v为物体在f作用下运动的平均速度 时间 功 fv 功率 单位及换算 基本单位是 简称 符号是 常用单位 1kw w 常考的功率 中学生跳绳的功率约为60w 优秀运动员短时间运动的功率约一千瓦 小轿车的功率为数十千瓦至数百千瓦 瓦特 瓦 w kw 1000 动能和势能 能量 物体能够对外做功 我们就说这个物体具有能量 简称能 能量的单位是 一个物体能够做的功越多 表示这个物体的能量越大 能量的形式 机械能 化学能 声能 电能 电磁能 动能 定义 物体由于 而具有的能量叫做动能 一切运动的物体都具有动能 影响因素 质量相同的物体 越大 它的动能越大 运动速度相同的物体 越大 它的动能也越大 焦耳 运动 速度 质量 势能 弹性势能 物体由于 而具有的能量叫做弹性势能 影响因素 物体的弹性形变越大 它具有的弹性势能就 重力势能 物体由于 而具有的能量叫做重力势能 影响因素 物体的 越大 越高 它具有的重力势能就越大 高度 质量 高度 发生弹性形变 越大 机械能及其转化 机械能 动能和势能之和 动能和势能可以相互 机械能及其转化 蹦床运动员从高处落下 在与蹦床面将要接触时 具有一定的动能 与蹦床面接触后 床面发生弹性形变 运动员的 转化成蹦床的 转化 动能 弹性势能 机械能及其转化 机械能守恒 如果只有动能和势能相互转化 尽管动能 势能的大小会变化 但机械能的总和 或者说 机械能是守恒的 机械能及其转化 摆锤下降时 它的重力势能越来越小 动能越来越大 重力势能转化为 摆锤上升时 它的动能越来越小 重力势能越来越大 转化为 动能 动能 重力势能 保持不变 重难点突破 功 功率的相关计算 例1用起重机将质量为5t的集装箱以0 5m s的速度匀速提升了10m 随后以1m s的速度匀速平移了5m g 10n kg 1 上升过程中起重机的拉力对集装箱做的功是 j 2 上升过程中起重机的拉力对集装箱做的功的功率是 w 5 105 2 5 104 3 平移过程中起重机的拉力对集装箱做的功是 j 4 若上升过程中起重机以20kw的恒定功率将集装箱匀速提升相同高度 则该过程需要 s 0 25 解析 根据题意可知 集装箱的重力g mg 5 103kg 10n kg 5 104n 提升速度为v1 0 5m s 提升高度h 10m 平移的速度为v 1m s 平移距离为s 5m 1 提升集装箱时 起重机的拉力等于集装箱的重力 故拉力做功为w1 fh gh 5 104n 10m 5 105j 2 拉力做功的功率为p1 fv1 5 104n 0 5m s 2 5 104w 3 平移过程中起重机的拉力方向竖直向上 集装箱运动方向为水平方向 所以拉力和运动方向垂直 故拉力对集装箱不做功 即做功为0 4 由p wt得 t2 25s 例2某工人在水平地面上 用100n水平推力以0 5m s的速度匀速推动重500n的物体 使它沿水平方向移动10m 该过程中工人所做的功是 j 水平推力的功率是 w 1000 50 解析 工人所做的功 w fs 100n 10m 1000j 水平推力的功率 p fv 100n 0 5m s 50w 例3在某次跳绳测试中 小红同学1分钟跳了120次 若她的质量是40kg 每次跳起的高度约为5cm 则她跳一次做的功是 j 跳绳时的平均功率是 w 20 40 解析 她跳一次做的功是 w gh mgh 40kg 10n kg 5 10 2m 20j 跳动1次时间t 0 5s 跳绳时的平均功率是p 40w 例4功率为10kw的拖拉机在平直公路上匀速前进 受到的阻力是2000n 在半小时内拖拉机做了 的功 前进了 m 1 8 107j 9000 解析 拖拉机匀速前进 故拖拉机做的功就等于阻力做功 做功w pt 10kw 0 5h 1 104w 0 5 3600s 1 8 107j 前进距离s 9000m 机械能及其转化 备考指导 1 机械能及其影响因素如下所示 2 分析机械能相互转化的思路 先要明确研究对象是在哪一个过程中 在分析能的变化和转化情况时 关键是从物体的运动速度 高度 形变的变化情况入手 在动能和势能相互转化过程中 如果只受重力作用 不受摩擦和空气阻力时 机械能守恒 如滚摆在旋转上升的过程中 不考虑滚摆与绳的摩擦力及空气阻力 其机械能守恒 例5暑假期间 小明回忆课堂上老师所讲知识 下面是他整理的一些说法 其中正确的是 a 动能和重力势能统称为机械能b 甲物体比乙物体的重力势能大的原因一定是它的高度高c 体积相等的木球和铁球 其中木球的速度大些 则木球的动能一定大于铁球的动能 df d 在同一高度匀速飞行的飞机 它的机械能不变e 匀速下落的雨滴机械能不变f 沿光滑斜面下滑的木块重力势能转化为动能 机械能不变g 蹦床运动时 运动员加速上升的过程中 弹性势能转化为动能和重力势能 机械能增加 解析 动能和势能统称为机械能 势能包括重力势能和弹性势能 故a错误 影响重力势能大小的因素有物体的质量和高度 甲物体比乙物体重力势能大 原因不一定是由于甲的高度高 故b错误 影响动能大小的因素有物体的质量和速度 体积相等的木球和铁球 木球速度较大 但木球的质量较小 它的动能不一定大于铁球的动能 c错误 在同一高度匀速飞行的飞机 质量不变 高度不变 重力势能不变 速度不变 动能不变 所以其机械能不变 d正确 匀速下落的雨滴质量不变 速度不变 动能不变 高度减小 重力势能减小 所以其机械能减小 e错误 沿光滑斜面下滑的物体其重力势能全部转化为动能 没有其他能的损失 所以机械能不变 f正确 蹦床运动时 运动员加速上升过程中 蹦床的弹性势能转化为运动员的动能和重力势能 所以机械能不变 g错误 综上 故选df 例6 2015淄博 跳远运动的几个阶段如图所示 则运动员 a 在助跑阶段机械能不变b 在起跳时机械能为零c 经过最高点时动能最大d 经过最高点时重力势能最大 d 解析 运动员助跑阶段 做加速运动 动能增大 机械能增大 在起跳时部分动能转化为重力势能 运动员在最高点时 重力势能最大 运动员落到沙地上静止时 机械能最小 选项d中说法正确 实验突破 命题点 能量转化1 如图所示 在铝盘中放入约2cm厚的细沙 将一根米尺竖直立在细沙上 从不同高度自由释放同一个金属小球 高度越高 小球陷入沙中越 从相同高度自由释放不同质量的金属小球 小球的质量越大 陷入沙中越 均选填 深 或 浅 深 深 解析 从不同高度释放同一金属小球 由于质量不变 所以高度越高 重力势能越大 下落之后动能也越来越大 小球陷入沙中越深 当从相同的高度释放不同质量的金属小球 由于高度不变 质量越大的金属小球的重力势能越大 下落之后动能也越来越大 小球陷入沙中越深 命题点 能量转化2 如图所示 滚摆下降时 它的重力势能越来越小 越来越大 重力势能转化为动能 滚摆上升时 它的动能越来越小 越来越大 动能转化为重力势能 动能 重力势能 解析 滚摆下降时 高度减小 重力势能越来越小 动能越来越大 滚摆上升时 高度增大 重力势能越来越大 动能越来越小 命题点 动能势能的转化3 如图所示 当卫星从远地点向近地点运行的过程中 将势能转化为 速度变 动能 大 解析 卫星从远地点到近地点运动的过程中 速度变大 高度减小 重力势能减小 动能变大 重力势能转化为动能 实验一物体的动能大小跟哪些因素有关 1 实验器材2 实验注意事项 让小球从静止自由滑下 实验中必须是同一个斜面 被撞击的是同一木块 小球运动的路线与木块在同一条直线上 3 通过木块被撞的远近反映动能的大小 转换法的应用 命题点 4 控制变量法的应用a 探究动能的大小与质量的关系 控制不同的小球在同一位置释放 使质量不同的小球在撞击木块时的速度相同 b 探究动能大小与速度的关系 控制同一小球在不同位置释放 使同一小球在撞击木块时速度不同 5 选择同一小球进行实验的目的 控制小球的质量相同 6 实验推理与假设 当水平面绝对光滑 小球将做匀速直线运动 7 实验数据分析8 实验结论总结实验结论 动能的大小与物体的质量和速度有关 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 它的动能也越大 例1为了模拟研究汽车超载和超速带来的安全隐患 小明选用小车 斜面 木板 钩码 木块等器材进行如下的实验探究 1 实验中 通过比较小车推动木块距离的远近 来判断小车动能的大小 这种常见的实验方法是 选填 控制变量法 或 转换法 2 为了研究汽车超速问题 实验中应选择 两个图进行比较 得到的结论是 小车的质量一定时 速度越大 则动能越大 3 为了研究汽车超载问题 实验中应选择乙 丙两个图进行比较 得到的结论是 转换法 甲 乙 物体的动能就越大 当速度相同时 质量越大 解析 1 实验中 由于动能的大小不易比较 故在实验中我们是通过观察木块被小车推动距离的远近 来判断小车动能的大小 即木块被推的越远 小车对木块做功就越多 其本身所具有的动能就越大 即将小车的动能转换成木块移动距离的远近 这种常用的实验方法是转换法 2 为了研究汽车超速问题 即需要让车的质量相同 速度不同 故应选择质量相同的 小车从不同的高度释放 故实验中应选择甲 乙两个图进行比较 得到的结论是 小车的质量一定时 速度越大 则动能越大 3 为了研究汽车的超载问题 应选择速度相同 即斜面的高度相同 但质量不同的小车 观察其推动木块的距离即可 根据乙 丙两图可知 当速度相同时 质量越大 物体的动能就越大 1 小明在准备实验器材的时候 有两块相同长度的光滑长木板a和粗糙长木板b 为了使实验顺利进行 小明应选择长木板 选填 a 或 b 2 实验后 同学们进一步想知道 在影响物体动能大小的因素中 哪个对物体动能影响更大 于是利用上述装置进行了实验测定 得到的数据如下 b 分析表格中对应的数据可知 对物体的动能影响更大 即当发生交通事故时 由此造成的危害更严重 3 由以上实验我们可以得到的启发是 安全方面 写出一点即可 速度 为了行车安全 不要超速 超载 行驶 实验二重力势能的大小跟哪些因素有关 1 转换法的应用 通过观察物体下落时沙地或海绵的凹陷程度 2 控制变量法的应用a 探究重力势能的大小与质量的关系 控制高度相同 改变物体的质量 观察沙地或海绵的凹陷程度 命题点 b 探究重力势能的大小与高度的关系 控制质量不变 改变物体释放的高度 观察沙地或海绵的凹陷程度 3 使小球由静止开始下落实验结论 在高度相同时 质量越大的物体具有的重力势能越大 在质量相同时 所处的高