初中物理功和能总复习

1《功和机械能》复习一、功：1、力学里所说的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。2、不做功的三种情况：有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。巩固：☆某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人不做功。（原因是足球靠惯性飞出）。3、力学里规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式：W=FS4、功的单位：焦耳，1J=1N·m。把一个鸡蛋举高1m，做的功大约是0.5J。5、应用功的公式注意：①分清哪个力对物体做功，或者说哪个施力物体对哪个受力物体做了功，计算时F就是这个力；②公式中S一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。③功的单位“焦”（1牛·米=1焦）。二、功的原理：1、内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：使用任何机械都不省功。2、说明：①功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。②功的原理告诉我们：使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是没有的。③使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。④功的原理包括两层含义（一）、对于理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）：使用机械时，人们所做的功（FS）=直接用手对重物所做的功；（二）、对于非理想机械而言，人们利用机械所做的功要大于不用机械而直接用手做的功，多做的那部分功就是克服机械自重和摩擦所做的功。3、应用：斜面①理想斜面：斜面光滑②理想斜面遵从功的原理；③理想斜面公式：FL=Gh其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面长；G：物重；h：斜面高度。如果斜面与物体间的摩擦为f，则：FL=fL+Gh；这样F做功就大于直接对物体做功Gh。三、机械效率：１、有用功：定义：对人们有用的功。公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总斜面：W有用=Gh2、额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功公式：W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）斜面：W额=fL3、总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功公式：W总=W有用＋W额=FS=W有用／η斜面：W总=fL+Gh=FL4、机械效率：①定义：有用功跟总功的比值。2②公式：η=𝑊有用𝑊总斜面：η=𝐺ℎ𝐹𝐿定滑轮：η=𝐺ℎ𝐹𝑆=𝐺ℎ𝐹ℎ=𝐺𝐹动滑轮：η=𝐺ℎ𝐹𝑆=𝐺ℎ𝐹2ℎ=𝐺2𝐹滑轮组：η=𝐺ℎ𝐹𝑆=𝐺ℎ𝐹𝑛ℎ=𝐺𝑛𝐹（竖直方向提升重物）③有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。④提高机械效率的方法：尽可能满载来增大有用功；减小机械自重、减小机械部件间的摩擦来减小额外功。5、机械效率的测量：①原理：η=𝑊有用𝑊总=𝐺ℎ𝐹𝑆②应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S③器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。④步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。⑤结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：A动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。B提升重物越重，做的有用功相对就多。C摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。6、斜面机械效率的测量：①原理：②应测物理量：③器材：④步骤：匀速拉动弹簧测力计，⑤结论：影响斜面机械效率高低的主要因素有：斜面的倾斜程度摩擦力的大小四、功率：1、定义：单位时间内所做的功2、物理意义：表示做功快慢的物理量。3、公式：=Fv4、单位：主单位W常用单位kW、MW、马力换算：1kW=103W1MW=106W1马力=735W某小轿车功率66kW，它表示：小轿车１s内做功66000J5、机械效率和功率的区别：PWt=3功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。五、机械能(一)、动能和势能1、能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。2、知识结构：3、探究决定动能大小的因素：①猜想：动能大小与物体质量和速度有关；②实验研究：研究对象：小钢球方法：控制变量；？如何判断动能大小：看小钢球能推动木快做功的多少？如何控制速度不变：使钢球从同一高度滚下，则到达斜面底端时速度大小相同；？如何改变钢球速度：使钢球从不同同高度滚下；③分析归纳：保持钢球质量不变时结论：运动物体质量相同时；速度越大动能越大；保持钢球速度不变时结论：运动物体速度相同时；质量越大动能越大；④得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。练习：☆右表中给出了一头牛漫步行走和一名中学生百米赛跑时的一些数据：分析数据，可以看出对物体动能大小影响较大的是速度你判断的依据：人的质量约为牛的1/12，而速度约为牛的12倍此时动能为牛的12倍说明速度对动能影响大4、机械能：动能和势能统称为机械能。理解：①有动能的物体具有机械能；②有势能的物体具有机械能；③同时具有动能和势能的物体具有机械能。(二)、动能和势能的转化1、知识结构：2、动能和重力势能间的转化规律：①质量一定的物体，如果加速下降，则动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能；②质量一定的物体，如果减速上升，则动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能；3、动能与弹性势能间的转化规律：物体质量m/kg速度v/(m.s-1)动能E/J牛约600约0.5约75中学生约50约6约900机械能势能重力势能定义：物体由于被举高而具有的能量。决定其大小的因素：物体质量越大、举得越高，势能就越大弹性势能定义：发生形变的物体具有的能量。决定其大小的因素：物体弹性形变越大、弹性势能就越大动能定义：物体由于运动而具有的能量决定其大小的因素：物体速度越大、质量越大，动能就越大动能转化转化势能弹性势能重力势能4①如果一个物体的动能减小，而另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能；②如果一个物体的动能增大，而另一个物体的弹性势能减小，则弹性势能转化为动能。4、动能与势能转化问题的分析：⑴首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素——看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大——如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即：没有其他形式能量补充或没有能量损失），则动能势能转化过程中机械能不变。⑶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；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。（三）、功和能的关系物体做功过程就是能的转化过程，物体做功越多，说明某种能转化为别的形式的能就越多，如重物从高处下落的过程就是重力做机械功的过程，从而实现重力势能转化为动能的过程；弯弓射箭的过程就是通过弹力做功从而将弓的弹性势能转化为箭的动能的过程；用电器工作时的过程就是通过电流做功将电能转化其它能的过程。一、掌握恒力做功的计算，判断某个力F是否做功，是正功还是负功（或克服力F做功）．提高对物理量确切含义的理解能力【例1】用水平恒为F作用于质量为M的物体，使之在光滑的水平面上沿力的方向移动位移s，该恒力做功为W1；再用该恒力F作用于质量m（m＜M）的物体上，使之在粗糙的水平面上移动同样位移s，该恒力F做功为W2．两次恒力F做功的关系正确的是[]A．W1＞W2B．W1＜W2C．W1=W2D．无法判断正确答案：C说明根据做功的定义，恒力F所做的功，只与F的大小及在力F的方向上相对不动参照物发生的位移的大小乘积有关，不需考虑其他力的影响；因此两次该力F不变，在力的方向上相对不动参照物发生的位移s相同．所以，力F所做的功相等．正确答案选C项．【例2】如图5-4所示，三角劈质量为M，放在光滑水平面上，三角劈的斜面光滑，将质量为m的物块放在三角劈斜面顶端由静止滑下，则在下滑过程中，M对m的弹力对m所做的功为W1，m对M的弹力对M所做的功为W2，下列关系正确的是[]A．W1=0，W2=0B．W1≠0，W2=05C．W1=0，W2≠0D．W1≠0，W2≠0正确答案：D．说明当m沿三角劈的斜面下滑时，因水平面光滑，M在m的压紧下将向右加速运动．用图5-5分析物理现象，画出物块m的实际位移的方向，由于弹力N恒垂直斜面，因而N与s夹角θ＞90°，所以M对m的弹力对m物块做负功，即W1≠0，而m对M弹力N'对三角劈的水平位移的夹角小于90°，因而m对M的弹力N'对M所做的功W2＞0，做正功，即W2≠0，所以选D项是正确的．该题也可由系统的机械能守恒来研究．M与m组成一个系统，系统内只有重力和弹力做功，系统的机械能守恒．由于M在m压紧下向右运动，M的动能不断增大，而由机械能守恒可知m的机械能不断减小，因而M对m的弹力一定对m做负功，m对M的弹力对M一定做正功．所以，正确答案为D项．【例3】以一定的初速度竖直向上抛出一个小球，小球上升的最大高度为h，运动中空气阻力大小恒为f，则小球从抛出点抛出到再回到原抛出点的过程中，空气阻力对小球做的功应为[]A．0B．-fhC．-2fhD．-4fh正确答案：C．说明有些同学错选A项，其原因是认为整个过程位移为零，由公式W=Fscosθ可得Wf=0．错误的另一原因是，没有准确掌握公式W=Fscosθ直接计算时，F必须是恒力（大小和方向均不变）；另外，缺乏对物理过程的分析．小球在上升和下降过程中空气阻力都是做负功，所以全过程空气阻力对小球所做的功应为Wf=Wf上+Wf下=-fh+（-fh）=-2fh．【例4】如图5-6所示，某力F=10N作用于半径R=1m的转盘的边缘上，力F的大小保持不变，但方向始终保持与作用点的切线方向一致，则转动一周这个力F做的总功应为[]A．0JB．20πJC．10JD．20J．正确答案：B6说明某个力做功，其大小不变而方向改变．在计算这个力所做功时，切莫把初末位置的位移s直接代入WF=F·s·cosθ来计算总功．由于力F的方向始终保持与作用点的速度方向（切线方向）一致．因此，这个力做功不能为零，此时应把圆周划分很多小段Δs研究．如图5-7所示，当各小段弧长Δsi足够小（Δsi→0）时，在这Δsi内，F方向几乎与该小段位移方向重合．∴WF=FΔs1+FΔs2+…+FΔsi=F2πR通过该题，能提高准确理解功这基本量的物理意义的能力．【例5】质量为M的长木板放在光滑的水平面上，如图5-8所示，一质量为m的滑块，以某一速度v沿长木板表面从A点滑至B点在木板上前进了Lm，而长木板前进了sm，若滑块与木板间动摩擦因数为μ，问：a）摩擦力对滑块所做的功多大？b）摩擦力对木板所做的功多大？解a）滑块受力情况如图5-9（a）所示，滑块在摩擦力的方向上相对地面的位移为（s+L）．∴摩擦力对滑块所做的功为Wm=-f（s+L）7b）木板受力情况如图5-9（b）所示，木板在摩擦力的方向上相对地面位移为s．∴摩擦力对木板所做的功为WM=fs说明：滑动摩擦力可以做正功，滑动摩擦力也可以做负功．在滑块与长木板组成的系统中，这一对滑动摩擦力所做的总功一定为负值．请同学们思考，这是为什么？若该题改为，m与M叠放在水平地面上，对M施加一水平力F作用，使m和M一起沿水平地面加速运动中，则静摩擦力对m做正功，静摩擦力对M做负功，但这一对静摩擦力在对m和M组成的系统内所做的总功一定为零．请同学们思考，这又是为什么？【例6】如图5-10所示，定滑轮至滑块高度为H，已知细绳的拉力为FN（恒定），滑块沿水平地面由A点前进s米至B点．滑块在初、末位置时细绳与水平方向夹角分别为α和β．求滑块由A点运动到B点过程中，拉力F对滑块所做的功．解拉力F做功等于该力乘以细绳经过滑轮的长度（即力的作用点在F