第12讲　功和机械能

华章文化 火线100天word版第12讲功和机械能功、功率1功(1)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_上移动的距离(2)功的计算：功等于_力_与_物体在力的方向上移动的距离_的乘积，表达式：_WFs_(3)单位：_焦耳_，符号为_J_；1 J1 Nm.(4)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的足球在空中运动，脚对球不做功不动无功：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”垂直无功：物体受到力的作用，也移动了一段距离，但移动方向与力的方向垂直例如手提物体沿水平方向移动2功率(1)定义：在物理学中，把_功_与_做功所用时间_之比叫做功率它是表示物体_做功快慢_的物理量(2)公式及推导：P，若物体在力F的作用下以速度v匀速运动，由WFs得，PFv.(3)单位：基本单位是_瓦特_，符号是_W_；工程技术上还常用_千瓦_，符号是_kW_单位之间的换算关系：1 kW_103_W，1 W1 J/s.【提示】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【图片解读】1如图1所示的情景中，人对物体做功的有_甲、乙_，不做功的有_丙、丁_2如图所示，大人和小孩同时从一楼出发，爬到三楼，用时相同，大人做的功_大于_小孩做的功，大人做功的功率_大于_小孩做功的功率(填“大于”“小于”或“等于”)动能、势能1能量(1)定义：物体能够对外_做功_，我们就说这个物体具有能量，简称_能_(2)单位：能量的单位是_焦耳_，符号是_J_(3)功与能量的关系：一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大2动能(1)定义：物体由于_运动_而具有的能，叫做动能(2)影响因素：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3重力势能(1)定义：物体由于受到重力并处在一定_高度_而具有的能，叫做重力势能(2)影响因素：物体的_质量_越大，_高度_越高，它具有的重力势能就_越大_(3)比较方法：质量相同时比较_高度_；高度相同时比较_质量_4弹性势能(1)定义：物体由于_发生弹性形变_而具有的能，叫做弹性势能(2)影响因素：物体的_弹性形变_越大，它具有的弹性势能_越大_【图片解读】1在高速公路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度，如图1所示为某段道路的限速标识牌这是因为不同的车，当行驶速度一样时，其具有的_质量_越大，动能越大，因此不同的车限速不一样图12如图2，发生形变的网球拍具有_弹性势_能；球拍将球击出时_弹性势_能转化为球的_动_能图23如图3所示为人拉弓射箭的示意图，弓拉得越弯，弓的_弹性势_能越大；弓恢复原状的过程中，弓的_弹性势_能转化为箭的_动_能；箭在水平飞行时，箭的重力势能_不变_(填“增大”“不变”或“减小”)图3机械能及其转化1机械能(1)定义：_动能_、_重力势能_和弹性势能统称为机械能(2)单位：_焦耳_，符号_J_2机械能的转化(1)转化的规律：减少的能量转化为增加的能量(2)人造地球卫星的能量转化：近地点远地点：_动_能转化为_重力势_能；远地点近地点：_重力势_能转化为_动_能3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_不变_【提示】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；“在斜面上匀速下滑”表示有能量损失机械能不守恒【图片解读】1如图1所示，游乐场的过山车从高处无动力向下运动的过程中，_重力势_能转化为_动_能；过山车运动到最高点时的_动_能达到最小值，过山车在加速下降过程中的动能_变大_，重力势能_变小_，机械能_变小_(填“变大”“变小”或“不变”)图12如图2所示，跳蹦床时，人用力踩蹦床起跳，蹦床的_弹性势_能转化为人的_动_能；在人离开蹦床上升过程中，人的_动_能转化为_重力势_能图23当卫星从远地点向近地点运动时，_重力势_能减小，_动_能增大；当卫星从近地点向远地点运动时，_动_能转化为_重力势_能图34把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己鼻子附近，稳定后松手，铁锁来回摆动，但不会碰到鼻子，在此过程中机械能_不守恒_(填“守恒”或“不守恒”)，你判断的理由是_存在空气阻力，机械能在不断减少_图4重难点1功和功率的计算(2019眉山改编)如图甲所示，水平地面上的物体，受到方向不变的水平推力F的作用，其Ft和vt图象分别如图乙和图丙所示由图象可知，03 s内，推力对物体做功_0_J；912 s内，重力对物体做功_0_J，推力对物体做功_18_J，此时推力对物体做功的功率是_6_W.(2019凉山)“绿色环保，低碳出行”一辆纯电动公交车在水平路面上匀速行驶，速度为72 km/h，发动机的功率为200 kW.公交车行驶1 h，发动机做的功为_7.2108_J，公交车行驶的路程为_72_000_m.【变式训练1】小明同学两次水平拉动同一物体在同一水平面上做匀速直线运动，两次物体运动的路程(s)时间(t)图象如图所示，根据图象判断：两次物体运动的速度v1_v2；两次物体所受的拉力F1_F2；两次拉力对物体做功的功率：P1_P2.(填“”“”或“”)重难点2机械能及其转化(2019黄石)专业蹦床运动逐渐进入大众生活，下列对蹦床运动的表述错误的是(D)A下落到蹦床前运动员的重力势能转化为动能B运动员下降到最低点时，蹦床的弹性势能最大C运动员想弹得更高，就要在蹦床上发力，消耗体能D若运动员不发力，会一直运动下去，因为能量是守恒的【变式训练2】运动员下落过程中，重力势能_减小_，动能_增大_，机械能_减小_(填“增大”“减小”或“不变”)(考虑空气阻力)【变式训练3】运动员想弹得更高，就要在蹦床上发力，以便利用蹦床的_弹性势_能让自己上升得更高若不考虑空气阻力，则运动员从离开蹦床到到达最高点的过程中，运动员的机械能_不变_(填“增大”“减小”或“不变”)实验探究物体的动能跟哪些因素有关(2019绥化)如图，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止(1)小球滚下斜面的过程中，它的_重力势_能转化为动能，其动能大小是通过木块移动的距离来反映的(2)分析比较_甲、乙_两次实验，可得出的结论是：质量相同的物体，速度越大，动能越大(3)甲实验中若木块的重力为1 N，水平移动的距离是30 cm，则重力对木块做功_0_J.(4)如果水平面光滑，则_不能_(填“能”或“不能”)完成本实验(5)为了研究物体动能与质量的关系，实验时让三个质量不同的小球从斜面同一高度由静止下滑，目的是使小球到达水平面时的速度_相同_(6)小球在水平面上不能立即停下，是因为小球具有_惯性_，小木块最终会停下来是因为受到_阻(摩擦)_力的作用(7)为比较超载与超速带来的危害程度，兴趣小组利用上述器材进行定量研究得到数据如下表：分析数据，货车超载20%与超速20%相比，潜在危害较大的是_超速20%_小球质量/g高度/cm木块滑动距离/cmA10510B20518C30529D101038E1015861下列有关机械做功和功率的说法中，正确的是(C)A机械做的功越多，功率越大B机械做功用的时间越短，功率越大C相同时间内，做功越多的机械功率越大D做相同的功，用时短的机械做功慢2用细绳将小球系好后，固定在天花板上，做成一个摆如图所示，小球从A点摆动到B点的过程中(B)A速度变大，势能变大B速度变大，势能变小C速度变小，动能变小D速度变小，动能变大3(2019南充阆中市三模)如图所示是小球从高处下落到水平地面不断弹起的过程中，每隔相等时间曝光一次所得到的照片，小球在1、2位置的高度一样下列说法正确的是(D)A小球运动时先后经过1、3、2三个位置B小球在1、2位置的动能相同，且机械能大小相同C小球在1、2位置的重力势能相同，且机械能大小相同D小球在1位置的动能、机械能都比2位置小4(2019宜宾)如图所示，一个物体静止于光滑水平面上的O点，在水平恒力F作用下开始向右加速运动，依次经过a、b、c三个点，且a、b之间和b、c之间的距离相等，F在ab段做功W1，做功功率P1；在bc段做功W2，做功功率P2，则有W1_W2，P1_P2.(填“”“”或“”)5(2019南充三诊)重200 N的物体，在50 N的水平拉力作用下，沿水平地面以0.3 m/s的速度匀速运动5 s，在这个过程中，重力所做的功是_0_J；拉力做功的功率大小是_15_W.6一辆电动自行车以5 m/s的速度在水平路面上匀速前进10 min的过程中，其电机的功率恒为400 W，则牵引力所做的功是_2.4105_J，牵引力是_80_N.第12讲功和机械能命题点1功和功率的理解和计算1(2017德阳)一定质量的物体在水平拉力的作用下沿水平面运动，物体运动的路程(s)时间(t)图象如图所示，根据图象，下列判断正确的是(B)A物体10 s时的速度大于4 s时的速度B06 s拉力对物体所做的功大于612 s拉力对物体所做的功C06 s拉力对物体做功的功率小于612 s拉力对物体做功的功率D06 s物体所受的拉力大于612 s物体所受的拉力2(2019南充)将物体A放在水平面上，在水平拉力F1作用下，以v14 m/s的速度向右匀速运动，在同一水平面上，物体A受到水平拉力F2作用时，以v26 m/s的速度向右匀速运动，两次移动的距离相同，则两次拉力做功W1_W2，两次拉力的功率P1_P2.(填“”“”或“”)3(2018南充)在如图所示的斜面上，一工人用200 N的拉力，将一重为250 N的物体，从底端匀速拉到顶端，用时6 s，则此过程中物体受到的拉力_大于_(填“大于”“等于”或“小于”)斜面对物体的摩擦力，拉力做功的功率为_100_W.第3题图第4题图4(2018德阳)图甲所示的铁块重力G4 N，被吸附在竖直放置且足够长的磁性平板上，当它在竖直方向上拉力F6 N的作用下向上运动时，铁块受到的摩擦力为_2_N；铁块此时的速度v与时间t的关系图象如图乙所示，则4 s内拉力F做功是_4.8_J.5(2019德阳)汽车尾气是大气的重要污染源，而动车组可实现零排放假设德阳与成都相距60 km，一动车组从德阳站由静止启动后做直线运动，先加速运动2 min，然后以恒定速度匀速运动21 min，最后做减速运动2 min到达成都站停住(1)动车组从德阳站到成都站的平均速度是多少m/s?(2)若动车组的平均牵引力为2.8105 N，则从德阳到成都，动车组的牵引力的平均功率是多少W?(3)如果燃油公共汽车与动车组从德阳站到成都站牵引力所做的功相同，则公共汽车排放气体污染物的质量是多少 kg.(燃油公共汽车每做1 J功排放气体污染物3106 g)解：(1)根据题意知道，德阳与成都间的距离：s60 km601 000 m6104 m从德阳到成都的时间：t(2212)60 s1 500 s故动车的平均速度： v40 m/s(2)动车组的平均功率：PFv2.8105 N40 m/s1.12107 W(3)动车组从德阳站到成都站牵引力所做的功：WFs2.8105 N601 000 m1.681010 J公共汽车排放气体污染物的质量：m1.6810103106 g5.04104 g50.4 kg命题点2机械能及其转化6(2019宜宾)用轻绳将小球系好后，固定在天花板上，做成一个摆，如图所示，小球在a、c之间往返运动，不计空气阻力，对小球从a点向右摆动到c点的过程，下列说法中正确的是(B)A小球的运动状态没有发生变化B小球所受重力的方向总是竖直向下的C小球的动能先减小后增大D小球的机械能不守恒7(2019巴中)如图所示，物体从斜面顶端匀速滑到斜面底端，在此过程中，下列说法正确的是(B)A物体动能增大，机械能不变B物体动能不变，机械能减小C物体重力势能不变，机械能不变D物体重力势能减小，机械能增大第7题图 第8题图8(2019雅安)如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定在水平面，一小球由A点以一定的初速度v沿轨道滚下，经另一侧与A等高的点B后到达最高点C.下列分析正确的是(C)A整个过程只有重力在对小球做功B小球在A点的惯性比在C点的惯性大C小球在A点的动能比在B点的动能大D小球在A点具有的机械能等于它在C点具有的重力势能9(2019凉山)在一次军事演习中，空中加油机正在给战斗机加油，以战斗机为参照物，加油机的运动状态是_静止_，在加油过程中，加油机的动能_变小_(填“变大”“变小”或“不变”)10(2019绵阳)2019年1月3日，嫦娥四号实现了人类探测器首次成功在月球背面软着陆嫦娥四号探测器在距离月球表面100米高处悬停，对月球表面识别，并自主避障，选定相对平坦的区域后，开始缓慢地竖直下降，最后成功软着陆从距离月球表面100米到软着陆在月球表面的过程中，嫦娥四号探测器的重力势能_减少_，机械能_减少_(填“增加”“不变”或“减少”)命题点3探究影响动能大小的因素11(2019甘孜)某同学在“探究物体动能大小与物体速度和质量的关系”实验中，所用的实验装置如图甲所示A为小球，B为木块(1)为了研究物体动能与质量的关系，实验时让三个质量不同的小球从斜面同一高度静止下滑，目的是使小球到达水平面时的速度_相同_(2)在第3次实验中，木块移动的距离如图乙所示，a为木块左侧面的初位置，b为木块左侧面的末位置，则第3次实验中木块运动的距离为_24.5(24.324.7均可)_cm.次数小球的质量m小球下落的高度h木块移动的距离s/cm1大h060.82中h048.23小h0(3)以上实验数据表明：运动速度相同时，质量越大的小球使木块B移动的距离越_大_，表面其动能越_大_(填“大”或“小”)1(2019黑龙江)如图所示，力对物体做功的是(C)ABCDA用力搬石头，搬而末动B提着桶在水平路面上前进C用力将鸡蛋举高D手举杠铃静止不动2(2019株洲)甲、乙、丙、丁四个同学进行攀岩比赛，他们做的功W与时间t的关系如图所示若规定做功最快的获胜，则最后胜出的一定是(A)A甲 B乙 C丙 D丁第2题图第3题图3(2019潍坊)无人机已被应用于诸多领域，如图所示是一款四翼无人机在无人机匀速上升过程中，对其分析正确的是(C)A质量增加 B动能增加C重力势能增加 D机械能不变4(2018烟台)如图所描述的情景中，没有发生动能转化为势能的是(A)A滑滑梯B荡秋千C跳水比赛D空中大翻转5(2019天津)小华把装有30个鸡蛋的塑料袋从1楼提到3楼的家里，他提鸡蛋的力做功最接近(C)A9 J B30 J C90 J D300 J6汽车上坡时，驾驶员要换成低挡，以减小汽车的行驶速度，这样做的目的是(D)A安全 B减小汽车的功率C省油 D增加爬坡的牵引力7(2019常州)北京世园会上，车身离地30 cm高的电动无人扫地车在平直路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内，此过程中，扫地车整体的(D)A动能不变，重力势能不变B动能不变，重力势能变大C动能变大，重力势能不变D动能变大，重力势能变大第7题图第8题图8(2019淄博)如图所示，小球沿轨道由静止从A点向D点运动的过程中(小球和轨道间存在摩擦)，下列说法错误的是(C)A小球在A点的重力势能最大 B小球在B点的速度最大 C小球在C点和B点的机械能相等 D小球不能到达D点 9(2019连云港)小明同学用20 N的水平推力，将重为280 N的购物车沿水平地面向前推动了10 m，在此过程中，推力对购物车做功_200_J，购物车的重力做功_0_J一个皮球落地后弹起，弹起的高度越来越低，皮球在运动过程中，机械能总量_减少_(填“增加”“减少”或“保持不变”)10(2019宿迁)会荡秋千的人，不用别人帮助，就能把秋千荡得很高做法是：当人从高处向下摆时，身体由直立变为下蹲，此过程降低重心高度，将更多的重力势能转化为_动_能；而从最低点向上摆时，用力将身体由下蹲变为直立，此过程克服身体重力做功，增加了_机械(重力势)_能如此循环往复，机械能越积越多，秋千就越荡越高11(2019南充一诊)在体育考试中，小明投出的质量为2 kg的实心球在空中的运动轨迹如图所示已知最高点到落地点的竖直方向的距离为2.7 m，水平方向的距离为4 m，则实心球在此下降过程中重力做功为_52.92_J，实心球在a点的动能_小于_(填“大于”“等于”或“小于”)在b点的动能(g9.8 N/kg)第11题图第12题图12小明同学两次水平拉动同一物体在同一水平面上做匀速直线运动，两次物体运动的路程(s)时间(t)图象如图所示，根据图象判断：两次物体运动的速度v1_v2；两次物体所受的拉力F1_F2；两次拉力对物体做功的功率P1_P2.(填“”“”或“”)13体重60 kg的王健做引体向上，在1 min时间内完成了10个，每次上拉，身体重心上升30 cm，则他每完成一次引体向上做功_180_J，他在1 min内的平均功率是_30_W(g取10 N/kg)14(2019天津)小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示实验序号铁块质量m/g铁块距桌面高度H/cm桌腿进入沙子的深度h/cm20201.920302.920403.830202.940204.1(1)实验中通过比较_桌腿进入沙子的深度_来判断物体重力势能的大小(2)为了验证猜想一，需选择表中_(填实验序号)三组数据进行分析(3)分析表中的实验数据，可得出的结论是：_质量相同的物体，高度越大，重力势能越大_15(2019长沙)如图所示为洋湖湿地公园的“河道保洁船”清理水面垃圾时的情景，保洁船的质量为2.5 t，收集宽度为3.4 m它某次工作时以1 m/s的速度做匀速直线运动，其牵引力为5104 N，保洁船工作50 s，求这段时间内：(1)保洁船行驶的路程；(2)牵引力做的功；(3)牵引力的功率解：(1)根据v可得，保洁船行驶的路程：svt1 m/s50 s50 m(2)牵引力做的功：WFs5104 N50 m2.5106 J(3)牵引