第20课时-功和功率-机械能

第二篇物质科学(一)第20课时功和功率机械能一、机械能考点1识别动能、重力势能和弹性势能a(1)动能是物体由于_______而具有的能。(2)势能①重力势能：物体由于________而具有的能叫做重力势能。②弹性势能：物体由于__________而具有的能叫做弹性势能。运动被举高弹性形变考点2知道动能大小跟质量、速度的定性关系a动能的大小与物体的_____及物体运动的____有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越____；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越____。考点3知道重力势能大小跟质量、举高高度的定性关系a重力势能的大小与物体的____及物体所处的____有关。考点4知道弹性势能大小跟弹性形变的定性关系a弹性势能的大小跟物体的材料以及_________的大小有关，弹性形变越大，物体的弹性势能就越____。质量速度大大质量高度弹性形变大考点5举例说出动能和势能的相互转化a单摆：将摆锤拉高一定的高度后放手。摆锤在向下摆动的过程中__________转化为______，在摆锤摆过中点后向上摆动的过程中_____转化为_____________。重力势能动能动能重力势能考点6描述机械能守恒的含义a动能和势能统称为__________。动能和势能之间可以___________。如果没有摩擦等阻力，那么在势能和动能的相互转化中，机械能的____________。即机械能守恒。(注意不考虑阻力)考点7利用机械能守恒解释简单的现象b1．如果没有摩擦阻力，动能和势能在相互转化的过程中，机械能总量______________。2．如果存在摩擦阻力，动能和势能在相互转化的过程中，机械能的总量会减少。减少的机械能转化为摩擦产生的_____能。机械能相互转化总量保持不变保持不变热1.(2015·杭州)如图所示是蹦床运动员表演的情景。运动员从最低点到达最高点的过程中，运动员的动能和重力势能变化情况分别是()A．动能减小，重力势能增大B.动能增大，重力势能减小C.动能先增大后减小，重力势能增大D.动能先减小后增大，重力势能减小C2.(2015·丽水)2015年在苏州举行的第53届世乒赛中首次使用了“40＋”新球，新球与“40”旧球如图甲所示。小科想比较两种球的弹性大小，做了如下实验：将两球从相同高度由静止同时释放，比较两球落到同一桌面上弹起的高度得出弹性的大小，发现很难比较两球弹起的高度，继续观察，两球在桌面上反复弹跳，发现新球停止弹跳时，旧球还在弹跳，如图乙所示。多次实验结果相同，说明旧球的弹性比新球好。(1)乒乓球下落过程中重力势能逐渐________；(2)该实验体现了转换的思想，将比较球的弹性分别转换为比较弹起的高度和____________。减小弹跳时间二、机械功考点8理解功的概念b1．做功的两个必要因素：_____________________和___________________________。2．功是作用于物体的力和物体在力的方向上移动的____的_______。考点9知道功的单位a功的单位：____，简称焦，符号是J。1焦＝1牛米作用在物体上的力物体在力的方向上通过的距离距离乘积焦耳考点10应用功的公式进行简单的计算c公式：功＝力×距离，即________。力没有做功的三种情况①物体受到力的作用，但没有移动距离；②物体不受外力，由于惯性做匀速直线运动；③物体通过的距离跟它受到的力的方向垂直。注意：物体做功的多少与物体是否做匀速直线运动、速度多大、接触面是否粗糙均无关。W＝Fs三、功率考点11说明功率的概念b(1)定义：___________内做的功叫功率。(2)意义：功率是用来描述物体___________的物理量。考点12知道功率的单位a功率的单位：________，简称瓦，符号是W。1瓦＝1焦/秒单位时间做功快慢瓦特考点13应用功率公式进行简单的计算c功率的公式：_____________P＝Fv考点14从能的转化来说明功率b______________________，所以做功快慢也就是能量转化的快慢。因此，功率是表示能量转化快慢的物理量。P＝W/t功是能量转化的量度3.(2015·自贡)下列说法中正确的是()A.用手从地面竖直提起水桶，手竖直向上的拉力对水桶做了功B.提着水桶在路面上水平向前移动一段路程，手竖直向上的拉力对水桶做了功C.抛出手的铅球在空中向前运动的过程中，推力对铅球做了功D.用力推一辆汽车，汽车静止不动，推力在这个过程中对汽车做了功A4．(2014•玉林)一个大人和一个小孩分别将5块完全相同的砖运到二楼，如图所示，这个过程中，下列说法正确的是()A．大人对砖做的功比小孩对砖做的功多B．大人对砖做的功比小孩对砖做的功少C．大人对砖做功的功率一定比小孩对砖做功的功率大D．大人对砖做功的功率一定比小孩对砖做功的功率小C高频点1弹性势能的大小★例1(2015·孝感)如图所示，电梯内一弹簧下挂一物块，当整个电梯突然向上做加速运动时，下列说法正确的是()A．物块速度变大时其惯性增大B.弹簧对物块的拉力等于物块的重力C.弹簧对物块的拉力等于物块对弹簧的拉力D.弹簧伸长了，弹性势能不变C【解析】A.惯性是物体保持运动状态不变的性质，与物体速度等因素无关，只与物体质量有关，质量越大的物体，惯性越大，所以物块速度变大时，其惯性不变，A说法错误，不符合题意；B.当整个电梯突然向上做加速运动时，弹簧对物块的拉力大于物块的重力，B说法错误，不符合题意；C.弹簧对物块的拉力与物块对弹簧的拉力是一对相互作用力，而相互作用力的大小相等，C说法正确，符合题意；D.弹簧的弹性势能与弹簧的材料及弹簧的长度变化量有关，对于同一弹簧，弹簧的长度变化量越大，弹簧的弹性势能越大，D说法错误，不符合题意；故答案选C。1．(2014•杭州)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____(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)GhGh小于高频点2动能势能的相互转化★例2(2015·德州)某运动员做蹦极运动，如图甲所示，从高处O点开始下落，A点是弹性绳的自由长度，在B点运动员所受弹力恰好等于重力，C点是第一次下落到达的最低点。运动员所受弹性绳弹力F的大小随时间t变化的情况如图乙所示(蹦极过程视为在竖直方向的运动)。下列判断正确的是()AA．从A点到B点过程中运动员加速下落B.从B点到C点过程中运动员重力势能增大C.t0时刻运动员动能最大D.运动员重力大小等于F0【解析】从A到B，绳子伸长，绳子的拉力不断变大，拉力小于重力的过程中，合力向下，故加速度也向下，A正确；从B点到C点过程中相对地面的距离一直在减小，故重力势能减小，B错误；t0时刻弹性绳弹力最大，形变最大，运动员达到最低点，速度为0，动能最小，故C错误；由图乙可知运动员的重力小于F0，故D错误。★2．如图所示的是运动员在铅球比赛中的场景。铅球离手后，在空中飞行过程中动能Ek随时间t变化的曲线最接近的是()A【解析】由于铅球离手后上升到一定高度再下落，在铅球上升过程中动能减小，到最高点时动能最小，但不会不存在动能，下落过程中动能增加。高频点3功、功率的简单计算★例3(2014•益阳)电梯的简化模型如图甲所示，考虑安全、舒适、省时等因素，电梯速度要经过增大、不变和减小的过程。这一过程是通过改变拉力大小来实现的。某次上升过程中电梯所受拉力F随上升高度h变化的图像如图乙所示。这个过程用时1分钟，求这个过程中：(1)电梯上升的平均速度；(2)拉力做的功；(3)拉力做功的功率。【答案】(1)0.8m/s(2)9.6×105J(3)1.6×104W【解析】(1)电梯上升的高度h＝48m，用时t＝60s，电梯上升的平均速度：(2)拉力在0－4m做的功：W1＝F1h1＝2.5×104N×4m＝1.0×105J，拉力在4－44m做的功：W2＝F2h2＝2.0×104N×40m＝8.0×105J，拉力在44－48m做的功：W3＝F3h3＝1.5×104N×4m＝0.6×105J，所以，上升过程拉力做的功：W＝W1＋W2＋W3＝1.0×105J＋8.0×105J＋0.6×105J＝9.6×105J；(3)拉力做功的功率：480.8/;60hmmsts549.6101.610.60WJPWts★3．学校新近买了30套总质量为300千克的实验器材，每套一箱。实验员需要把这批实验器材搬运到15米高的实验室。(1)该实验员在搬运中，对实验器材总共做功_____________焦；44100(2)假设他身体可以向外提供的功率P与所搬运物体的质量m的关系如图所示，每次他搬起箱子、放下箱子和下楼的时间t与所搬运物体的质量m关系如表所示，那么他搬完全部箱子，且回到开始搬运处，所用最短时间为______秒(计算结果精确到0.1)。1501.8搬运质量m/kg102030时间t/s406070【解析】(1)知道实验器材的总质量，利用重力公式求受到的重力，又知道上升的高度，利用W＝Gh求实验员在搬运中对实验器材做的功；(2)从P－m图像得出三种搬运方法的功率，在(1)中求出了将实验器材全搬到楼上做的总功，利用P＝W/t算出搬运器材上楼用的时间t；从表中数据可以得出每种搬运方法每次搬起箱子、放下箱子和下楼的时间，乘以搬运次数得出每种搬运方法搬起箱子、放下箱子和下楼的时间t′，t总＝t＋t′为每种办法所用的总时间，通过计算回答。【提醒】当重力大于弹性绳对运动员拉力时，运动员做加速运动；当弹性绳对运动员拉力大于重力时，运动员做减速运动。★例4(2014•长沙)如图所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员，运动员从O点自由下落，到A点处弹性绳自然伸直。B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力相等的点，C点是蹦极运动员到达的最低点(忽略空气阻力)，下列说法正确的是()A．从O点到C点运动员速度一直减小B．从O点到C点运动员的机械能一直在增大C．从O点到C点运动员的机械能一直在减小D．从O点到A点运动员的机械能不变D【解析】根据题意可知，从O点到B点的过程中，重力大于弹性绳对运动员的拉力，因此速度越来越大；从B点到C点的过程中，弹性绳对运动员拉力大于重力，运动员的速度开始减小，到达C点时，速度为零；由于不计空气阻力，因此整个过程能量守恒，故ABC都是错误的。故选D。★例5(2015·衢州)图甲为玩具“跳跳杆”及组成部件(相关信息见表)。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,杆高(m)自重(kg)踏板数量(个)单个踏板面积(m2)弹簧数量(根)适用范围(kg)1.102.5左、右各10.004130—100AB(2)玩跳跳杆需要保持身体的平衡和动作的协调，这主要是________(填“大脑”、“小脑”或“脑干”)的功能。(3)如图乙，质量为60kg、双脚面积为0.04m2的同学在玩跳跳杆，当弹簧的长度为56cm时，踏板与他的双脚完全接触，此时弹簧的弹力通过踏板对脚的压强是多少(踏板的重力忽略不计，弹簧的长度与所受拉力关系如图丙)？【答案】当弹簧长度56cm时，弹簧的弹力F＝800N，受力面积S＝0.004m2×2＝0.008m2，p＝F/S＝800N/0.008m2＝1×105Pa小脑(4)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