重难突破课件：第13讲 机械做功与机械能

2023年中考物理重难点突破第13讲机械做功与机械能一、功1.物体做功的条件：（1）作用在物体上的力；（2）物体在这个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。公式为：W=FS。W-功，单位：焦耳（J）；F-力，单位：牛（N）；S-距离，单位：米（m）。【重难点与突破】【例1】（2022连云港）2022年北京冬奥会上智能设备广泛应用，一款智能送餐机器人的重力是500N，如果机器人在水平路面上以0.8m/s的速度沿直线匀速运动50m，它所受到的阻力为60N。机器人的重力做功

J，牵引力对机器人做功

J。【分析】机器人在水平路面运动，所以在重力方向上没有移动距离，重力做功为0。机器人在水平路面做匀速直线运动时，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，所以牵引力的大小为60N，沿该力移动的距离为50m，由功的计算公式W=FS可得牵引力对它做的功为：W=FS=60N×50m=3000J。【答案】03000【突破】1.判断物体是否做功，最根本的是看做功的两个条件是否同时满足。二者同时满足，即做功，缺一不可。2.其次，可以用三种没有做功情形去排除：①有力，但在该力的方向上未移动距离（有力无距）；如举着物体不动。②有距离，无力（有距无力）；如在球场上滚动的球。③力与距离的方向垂直（垂直无功）；如提着重物水平移动，重力未做功。3.在计算做功的多少时，首先要判断该力是否做功；再统一单位进行计算。二、功率1.功率：功与做功的时间之比。公式：P=W/t。P—功率，单位：瓦（W）；W-功，单位：焦耳（J）；t-时间，单位：秒（s）。2.功率的其它单位：千瓦（kW）1kW=1000W；兆瓦（MW）1MW=103kW=106W。3.功与功率的比较物理量定义符号计算公式国际单位常用单位物理情景联系功力与物体沿力的方向移动距离的乘积WW=FsJ(焦耳)1N.m=1J1kJ=1000J做功的多少P=W/t功率功与做功所用的时间之比PP=w/tW(瓦特)1J/s=1w1kw=1000w1Mw=106w做功的快慢【注意】

1.做功越多，功率不一定越大；做功越快，做功不一定越多。2.功与功率的单位容易混淆。简单的辨别方法是根据单位反推计算公式。公式是计算功的，就是功的单位，计算功率的，就是功率的单位。【例2】（2022通辽）如图甲，用竖直向上的拉力F，将静止在水平地面上的物体向上提升。乙图表示拉力F的大小随时间t的变化关系，丙图表示物体运动速度v的大小随时间t的变化关系。在0～10s内物体对地面的压力为

N；20～30s内拉力F做功的功率为

W。【分析】比较乙、丙两图可知：物体在0-10s内受到竖直向上的拉力F1=20N，处于静止状态；10-20s内受到竖直向上的拉力F2=55N，处于加速上升状态；20-30s内受到竖直向上的拉力F3=50N，处于匀速直线运动状态。由此可知：物体的重力为G=50N。在0～10s内，物体受到竖直向上的拉力F1、重力G、地面对它的支持力F支，物体处于静止状态，三力平衡，即F1+F支=G，20N+F支=50N。F支=30N。此时物体受到的压力和支持力是一对相互作用力，所以地面受到的压力为30N。20～30s内拉力F=F3=50N，物体沿该力方向运动的速度为10m/s，所以F做功的功率为：P=FV=50N×10m/s=500J。【答案】30500【突破】1.遇到力与运动的图像分析问题，一定要注意运动时间、运动状态、力、速度的一一对应关系。2.应用P=FV计算机械功率时，V的单位一定要用m/s。三、机械效率1.机械效率的定义与计算公式

（1）有用功：为达目的，必须要做的功。符号：W有，单位：焦耳（J）。

（2）额外功：使用机械时，克服机械自重与摩擦等多做的功。符号：W额，单位：焦耳（J）。

（3）总功：有用功与额外功之和。即：W总=W有+W额。符号：W总，单位：焦耳（J）。【注意】额外功不等于无用功。额外功是不得不做的功。因为使用机械时，必须克服机械自身的重力、摩擦力等而做功。但是无用功是不需要做的，与完成有用功无任何关系的。

3.滑轮组的机械效率计算主要公式所求物理量滑轮组竖直提升重物滑轮组水平拖动重物有用功（W有）W有=G物h（G物-物体的重力；h-物体上升的高度）W有=fs(f-物体与地面的摩擦力；S-物体移动的距离)总功（W总）W总=Fs（F-拉力；S-拉力移动的距离）W总=Fs拉(F-拉力；S拉-拉力移动的距离)功率PP=FV(V-速度，单位：m/s)机械效率

5.测量滑轮组竖直提升重物时的机械效率

（1）探究影响滑轮组效率的实验中：要匀速竖直地拉动绳子。因为这样弹簧测力计的示数才等于拉力。

（2）结论：

①同一滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高；

②提起相同的重物，滑轮组越简单，动滑轮重越小，机械效率越高。【例3】（2022湘潭）如图1，从深井中匀速提取泥土，动滑轮和筐总重力为30N。图2是某次拉力做的功W随绳自由端拉下的长度s变化的关系。不计绳重和摩擦，求：（1）当s为10m时，由图2可知拉力做了

J的功，筐和泥土上升了

m；（2）拉力为

N，筐中泥土的重力是

N；（3）本次利用该装置提升泥土的机械效率。【分析】

（1）由图2可知，当s为10m时，拉力做的功：W总＝1250J，由图1可知，滑轮组绳子的有效股数n＝2，由s＝nh可得，筐和泥土上升的高度：h＝s/n=10m/2＝5m。

（2）由W总＝Fs可得，拉力：F＝W总/s=1250J/10m＝125N，因不计绳重和摩擦，所以，由F＝（G泥土+G动滑轮和筐）/n可得，筐中泥土的重力：G泥土＝nF﹣G动滑轮和筐＝2×125N﹣30N＝220N。

（3）拉力做的有用功：W有＝G泥土h＝220N×5m＝1100J，则本次利用该装置提升泥土的机械效率：η＝

×100%＝

×100%＝88%。【答案】（1）12505（2）125220（3）88%【突破】计算滑轮组的机械效率，首先要分析清楚各量具体是什么，特别要区分清楚是物体的，还是拉力的！其次，准确数出（算出）绳子提起重物的股数。第三，注意单位的统一。四、机械能1.能量：一个物体能够对外做功，这个物体就具有能量。2.动能：物体由于运动而具有的能。3.重力势能：物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能。4.弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能。5.机械能：动能和势能之和。6.影响动能大小和重力势能大小的因素

（1）影响动能大小的因素：①物体的质量。物体的速度相同时，质量越大，动能越大。②物体运动的速度。物体质量相同时，速度越大，动能越大。

（2）影响重力势能大小的因素：①物体的质量。物体的位置相同时，质量越大，重力势能越大。②物体所处的高度。物体质量相同时，所处的高度越大，重力势能越大。

（3）动能和势能的大小都具有相对性。因为速度和高度的大小具有相对性。7.动能与势能的相互转化

（1）在一定条件下，动能与势能可以相互转化；重力势能和弹性势能之间也可以相互转化。

（2）机械能与其它形式的能之间也可以相互转化

（3）在机械能的转化过程中，若果不考虑能量的损失，转化时，二者总量保持不变（机械能不变）【例4】（2022德阳）2022年2月，我国成功举办了第24届冬奥会。图甲是2022年北京冬奥会会徽：它以汉字冬为灵感来源，运用中国书法艺术形态来展现出滑雪运动员的英姿。图乙是中国滑雪运动员谷爱凌在U型场地比赛的图片，关于比赛过程中的能量变化，其中叙述正确的是（）A.谷爱凌在U型场地滑行向上冲击到最高点时，动能将达到最大B.谷爱凌从U型场地空中的高点开始下落过程中机械能逐渐增大C.谷爱凌在U型场地出发点加速下滑的过程中动能越来越小

D.谷爱凌从U型场地出发点加速下滑的过程中重力势能越来越小【分析】A.谷爱凌在U型场地滑行向上冲击到最高点时，速度为零，动能为零，动能最小，A错。B.谷爱凌从U型场地空中的高点开始下落过程中，由于存在摩擦力，机械能逐渐减小，B错。C.谷爱凌在U型场地出发点加速下滑的过程中，重力不变，速度增大，动能越来越大，C错。D.谷爱凌从U型场地出发点加速下滑的过程中，质量不变，高度减小，重力势能越来越小，D正确。【答案】D【突破】1.影响动能大小的因素是：质量和速度。影响势能大小的因素是：质量和所处的高度。这里速度和所处的高度是有相对性的，要注意。2.注意能量转化的方向：是由什么能转化成什么能。这里首先要分清楚未变化前具有什么形式的能，最后是什么形式的能，中间有没有其它形式。3.抓住关键词语，如“匀速”，说明速度不变，动能可能不变（动能还与质量有关，仅仅凭速度不变，无法肯定动能一定不变）；“上升”，说明重力势能可能变大。4.若果不考虑能量损失，动能的改变量等于势能的改变量，机械能保持不变。1.（2022德阳）如图所示，小华用滑轮组水平向左匀速拉动A物体，A物体5s内移动了100cm，且A物体与水平地面的摩擦力大小为12N，已知滑轮组的机械效率为80%，则下列说法错误的是（）A.拉力F大小为4N B.绳子自由端移动的速度为0.6m/s

C.拉力F做功的功率为3W D.拉力F在5s内对滑轮组做的额外功为3JA【针对练习精编】2.（2022永州）如图所示，用F＝12N的拉力竖直向上匀速提升木块，2s内木块升高的高度为0.1m，木块重力G＝30N，在此过程中下列判断正确的是（）A.拉力F做功为1.2J

B.滑轮组做的有用功为3J C.滑轮组机械效率为40% D.拉力F做功的功率为0.6WB3.（2022襄阳）神舟13号返回舱在空中高速下降到适当位置时打开降落伞，返回舱和伞开始做减速运动，空气阻力随速度的减小而减小，下降一段高度后，开始匀速下降直到地面附近。以返回舱和伞为研究对象，下列说法不正确的是（）A.减速下降过程中受力不平衡

B.减速下降过程中减少的机械能等于克服空气阻力做功消耗的能量C.匀速下降过程中机械能减小

D.减速下降过程中重力做功的功率小于匀速下降时重力做功的功率D4.（2022柳州）（多选）如图，一只蚂蚁以大小不变的速度沿疏中虚线从A点爬到B点，此过程中蚂蚁的（

）A.动能先变小后不变

B.动能不变

C.重力势能先变小后不变

D.重力势能不变BC5.（2022阜新）工人利用如图所示的滑轮组，将质量为80kg的重物在10s内匀速提升1m，此时滑轮组的机械效率为80%（不计绳重与摩擦，g取10N/kg），则有用功的功率为

W；工人对绳的拉力做功

J；动滑轮重

N；若增大物重，该滑轮组的机械效率

（填“变大”“变小”或“不变”）。801000200变大6.（2022济宁）某建筑工人用大小为400N的拉力，通过滑轮匀速提升重为360N的货物（如图所示），此滑轮是

滑轮，机械效率η＝

。7.（2022张家界）常用打火机的打火方式有两种，一种是用一个粗糙的小轮摩擦“火石”打火；另一种是利用高压电装置打火。从能量转化角度看，前者是把

能转化为内能；后者是把

能转化为内能。定90%机械电8.（2022襄阳）某同学用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，相关数据记录在下表中。实验次数钩码重G/N钩码上升高度h/cm拉力F/N绳端移动距离s/cm机械效率η11.0100.63055.6%22.0101.03034.0101.63083.3%

（1）实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上

拉动弹簧测力计；

（2）第二次实验中，滑轮组的机械效率为

；

（3）分析1、2、3次实验数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物越

（选填“重”或“轻”），滑轮组的机械效率越高；

（4）小琪同学在仅改变提升物体速度的情况下，又做了上述第三次实验，结果会发现滑轮组的机械效率

（选填“变大”“变小”或“不变”）。匀速直线

66.7%

重不变9.（2022阜新）在探究“物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，如图甲、乙、丙所示，将A、B、C三个钢球先后从同一装置高度分别为h1、h2、h3的位置由静止开始滚下（mA＝mB＜mC，h1＝h3＞h2），水平面上同一位置的木块被撞出一段距离后停下。请回答以下问题：

（1）该实验探究的是

（填“木块”或“钢球”）的动能。

（2）实验通过观察木块被钢球撞出

的长短，来判断钢球动能的大小，这种研究问题的方法叫

。