广东省深圳市2023年中考物理一轮复习讲义《第11章功和机械能》考点知识梳理+例题+同步练习(含答案)
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1、第11章功和机械能考点梳理考点1功1、功的含义一个力作用在物体上,并且物体在这个力的方向上通过了一段距离,则这个力有了“成效”就说这个力对物体做了功。2、做功的两个必要因素:(1)作用在物体上的力;(2)物体在力的方向上通过的距离。这两个因素缺一不可。不做功有三种情况:物体受到了力,但保持静止;物体由于惯性运动了距离,但不受力;物体受力的方向与运动的方向相互垂直,这个力不做功。3、功的计算(1)计算公式力学中规定:功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积,即WFs。(2)功的单位功的单位是焦耳,符号为J,1 J1 Nm。(3)计算时的注意事项a分清是哪个力对物体做功,即明确公式中的F;b公式
2、中的“s”是在力F的方向上通过的距离,必须与“F”对应;cF、s的单位分别是N、m,得出功的单位才是J。考点2机械效率1、有用功使用机械做功时,对人们有用的功叫有用功,用W有用表示。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功,也等于在理想情况下(即不考虑摩擦和机械本身的重力)人们所做的功,或者是机械对物体做的功。在提升物体时,W有用Gh。2、额外功使用机械时,对人们没有用但又不得不做的功叫额外功,用W额表示。额外功的来源主要有:提升物体时,克服机械自重、容器重、绳重等所做的功;克服机械的摩擦所做的功。3、总功人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功,用W总表示。它等于有用功和额外功的总和,即
3、W总W有用W额,或人对机械的动力为F,则W总Fs。4、机械效率(1)定义:有用功与总功的比值叫做机械效率。(2)公式:100%由于总是存在额外功,使得W有用W额,所以总是小于1;影响机械效率的主要因素有摩擦和机械自重等。考点3功率1、定义单位时间内所做的功叫做功率,用符号“P”表示;功率是表示物体做功快慢的物理量。2、公式P(其中W是物体所做的功,单位是J;t是做功所用的时间,单位是s)3、单位功率P的国际单位是瓦特,符号是W,1 W1 J/s;常用单位还有kW,1 kW103 W。4、功率与机械效率的区别功率和机械效率是两个不同的概念,功率表示物体做功的快慢,即单位时间内所做的功;机械效率表
4、示机械做功的效率,即所做的总功中有多大比例的功是有用的。它们之间的物理意义不同,也没有直接联系,功率大的机械,机械效率不一定大;机械效率高的机械,功率也不一定大。考点4动能和势能1、能量一个物体能够_,就说这个物体具有能。能量是表示物体_本领大小的物理量,能量的大小可用能够做功的多少来量度,一个物体能够做的功越多,它具有的能量就越大。2、动能(1)定义:物体由于_而具有的能叫做动能。(2)影响因素:物体动能的大小与物体的_和运动的_有关,物体的质量越大,运动的速度越大,具有的动能就_。3、重力势能(1)定义:物体由于_而具有的能叫做重力势能。(2)影响因素:重力势能的大小与物体的_和_有关,物
5、体的质量越大,被举得越高,具有的重力势能就_。4、弹性势能(1)定义:物体由于_而具有的能叫做弹性势能。(2)影响因素:弹性势能的大小与物体_的程度有关,物体的弹性形变程度越大,具有的弹性势能就_。考点5机械能及其转化1、机械能分类定义影响因素动能物体由于运动而具有的能物体的质量、运动的速度势能重力势能体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能物体的质量、所处的高度弹性势能物体因发生弹性形变而具有的能物体的弹性形变程度考点5机械能守恒1、机械能守恒的条件:只有动能和势能的相互转化,而没有机械能转化为其他形式的能,也没有其他形式的能转化为机械能(1)只有重力或弹力做功(2)除重力、弹力外,物体还受
6、其他力,但其他力不做功(3)除重力、弹力外,还有其他力做功,但其他力做功之和为零2、易错提示:机械能守恒是一个理想化的定律.(1)在动能和势能相互转化的过程中,由于不可避免地要克服阻力对外做功,消耗一部分自身的机械能,所以机械能总量会变小(2)在理想情况下(忽略对外所做的功),可以认为在动能和势能相互转化过程中,机械能的总量保持不变(3)从空中自由下落的物体,如果忽略空气阻力,其机械能是守恒的;沿光滑水平面或光滑斜面自由运动的物体,其机械能也是守恒的典例解读1巧判物体是否做功的方法判断物体是否做功的关键是看是否满足做功的两个必要条件:一是有力作用在物体上;二是物体在力的方向上要移动距离。二者缺
7、一不可,若力和物体移动的距离垂直,即使移动距离力也不会做功。例1、如图所示,李晶同学将放在课桌边的文具盒水平推至课桌中央,她针对此过程提出了如下的猜想。你认为合理的是()。A文具盒所受重力对它做了功B文具盒所受支持力对它做了功C文具盒所受的推力F对它做了功D在此过程中没有力对文具盒做功答案:C解析:本题考查做功的两个必要因素: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。将放在课桌边的文具盒水平推至课桌中央,文具盒在重力的方向上没有通过距离,所以重力和支持力都没有对它做功;在水平方向上,文具盒移动了一段距离,所以文具盒所受的推力F对它做了功。2机械效率高低类问题透析机械效率由有用功和总
8、功两个因素决定,分析机械效率高低时,不能只考虑一个因素。具体分析时,应注意以下三点:(1)当总功一定时,机械做的有用功越多,则额外功越少,机械效率就越高。(2)当有用功一定时,机械所做的总功越少或额外功越少,机械效率就越高。(3)当额外功一定时,机械所做的总功越多,有用功在总功中所占的比例就越大,机械效率就越高。例2、小明用两个相同的滑轮组成不同的滑轮组(如图所示),分别将同一物体匀速提高到相同高度,滑轮组的机械效率分别为1、2。下列关系正确的是(忽略绳重及摩擦)()。AF1F2,12 BF1F2,12CF1F2,12 DF1F2,12答案:A解析:从题图中可以看出,两个滑轮组分别由两段绳和三
9、段绳承担,故F1G总,F2G总,因此F1F2;不计绳重及摩擦,滑轮组的机械效率,故两滑轮组机械效率相等,即12。巧判动能和势能大小的方法(1)不能仅凭速度比较动能的大小,物体的动能由物体的质量、物体的速度共同决定。(2)不能仅凭高度比较重力势能的大小,重力势能的大小由物体的质量和高度共同决定,比较不同物体的重力势能的大小,必须同时考虑质量、高度两个因素。例3、下列说法中正确的是()A高速飞行的子弹比缓慢飞行的飞机动能大B一根弹簧被拉长时弹性势能增大,被压缩时弹性势能减小C天空中一滴雨的高度比被举起的夯的重力势能大D刚刚离开飞机的跳伞运动员在下落的某个过程中动能可能不变答案:D解析:A选项不正确
10、,原因是不能单纯从速度上比较动能的大小,动能的大小是由速度和质量共同决定的,只有知道质量的大小和速度的大小以及动能的计算方法,才能比较子弹和飞机的动能大小。B选项不正确,弹簧被拉长和弹簧被压缩时弹簧的弹性势能都在变大。C选项不正确,选项所给出的条件不足,即质量和高度没有具体的数值,所以它们的重力势能无法进行比较。D选项正确,理解的关键在“可能”,若某段时间跳伞运动员在空中匀速下降时,其速度不变,且质量也未变,故动能不变。易错剖析易错点对于动能和势能的概念缺乏全面理解或陷入思维误区例4、洒水车在水平公路上匀速行驶,行驶中不断洒水,在此过程中洒水车()A动能不变 B动能减小 C动能增大 D无法判断
11、动能变化情况答案:B错解:A错因:错选A者是认为洒水车匀速运动,其速度不变故动能不变。解析:本题中洒水车不断洒水,其质量不断减小,所以尽管其速度不变,但动能在减小。例5、如图所示,图中速度v的方向是小强同学在体育中考“原地掷实心球”项目测试中球出手时的飞行方向。对从球出手到落地的过程,下面关于机械能的一些说法中正确的是(空气阻力忽略不计)()A.球出手时动能最大B.球出手时势能最大C.球落地时机械能最大D.球的机械能保持不变【解析】选D。从球出手到落地的过程中,球先上升后下降,上升过程中,动能转化为重力势能,最高点动能为零,重力势能最大。下降过程中,重力势能转化为动能,重力势能减小,动能增大。
12、整个过程动能先减小后增大,重力势能先增大后减小。不计空气摩擦,动能和重力势能的总和机械能不变,故选D。例6、如图所示,a、b为竖直向上运动的小石块在上升过程中动能和重力势能随高度变化的两条图线(不计空气阻力),其中_是“动能-高度”关系图线,小石块上升的最大高度为_m,小石块在最高点时的机械能为_J。答案:a42【解析】本题考查机械能的转化及守恒。小石块在上升过程中(不计空气阻力),动能全部转化为重力势能,动能越来越小,重力势能越来越大,故图线a是“动能-高度”关系图线。从图像中发现:小石块上升的最大高度为4m。小石块在最高点时,动能为0,重力势能等于2J,所以此时小石块的机械能等于动能与重力
13、势能之和即2J。例7、一名普通中学生从地上拿起一个鸡蛋,并把它缓缓举过头顶,此过程中他对鸡蛋做的功约为()A.0.1J B.1J C.10J D.100J【解析】选B。本题考查功的估测。一个鸡蛋的质量约50g,重力约0.5N;举过头顶,高度约2m,所做的功为W=Fs=Gh=0.5N2m=1J,B正确。例8、(多选)如图,物体在相同力F的作用下,分别在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上沿着力的方向移动了相同的距离s,力F做的功分别为W1、W2、W3,则下列说法中正确的是()A.W2=W3B.W2W3C.W1=W2D.W1W3【解析】选A、C。本题考查做功的计算。拉力相同,移动距离相同,所以力F做
14、的功W1=W2=W3=Fs。故选A、C。例9、小华用200N的水平推力在水平地面上推着重为300N的箱子,在10s内箱子匀速前进了0.5m,在这个过程中,小华对箱子做功_J,小华对箱子做功的功率是_W,箱子与水平地面间的滑动摩擦力是_N。答案:10010200【解析】本题考查功和功率的计算。推力做的功为W=Fs=200N0.5m=100J,小华对箱子做功的功率P=Wt=100 J10 s=10W。箱子受的是平衡力,所以摩擦力等于推力,f=F=200N。例10、某运动员做蹦极运动,如图甲所示,从高处O点下落,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。
15、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上的运动),下列判断正确的是()A.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】选A。本题考查机械能的变化。运动员从A点到B点的过程中,重力大于弹力,故运动员加速下落,故A正确;从B点到C点的过程中,弹力大于重力,运动员减速下落,到达C点时,处于静止状态,动能最小,而从A点到C点的过程中,运动员的质量不变,高度减小,故重力势能不断减小,故B、C错误;由图像可知,最终运动员处于静止状态,此时重力与弹力相等,弹力的大小为0.6F0,
16、故D错误。例11、为了模拟研究汽车超载和超速带来的安全隐患,小亮同学设计了如图甲、乙、丙所示的探究实验。将A、B、C三个小球先后从同一装置,高度分别为hA、hB、hC的位置滚下(mA=mBhB),推动小木块运动一段距离后静止,请你对以下问题进行解答:(1)选择甲、丙两图所示实验进行比较,是用来研究_带来的安全隐患。(2)选择甲、乙两图所示实验进行比较,可以得到的结论是_。答案:(1)超载(2)质量相同时,速度越大,动能越大,越难停车,危险性更大【解析】本题考查动能大小的探究实验。超速是指汽车的质量一定,速度越大,动能越大,选择质量相等到达水平面速度不同的A、B小球,即甲、乙两图即可以实现;超载
17、是指汽车的速度一定时,质量越大,动能越大,选择到达水平面的速度相等,质量不同的A、C小球进行实验,即可实现。综上分析可得答案。满分必练练习一功和功率一、单项选择题1.(龙东)如图所示,力对物体做功的是()2. (山西)2019年1月,全国第二届青年运动会滑雪比赛在我省大同进行如图是赛场上滑雪运动员正在加速下滑时的情景此过程中运动员()A. 重力势能增加B. 动能保持不变C. 相对地面是运动的D. 运动状态保持不变3. (河池)甲、乙两位同学同时爬上20 m的高楼,甲用时40 s,乙用时50 s若m甲m乙,则下列说法正确的是()A. 以甲为参照物,乙是静止的B. 甲爬楼的速度较大C. 乙爬楼做的
18、功较多D. 乙爬楼的功率较大4.(邵阳)一物体在水平拉力F的作用下,沿力的方向以0.2 m/s的速度匀速运动了4 s,拉力F大小为5 N,4 s内拉力F做的功为()A. 1 J B. 3 J C. 2 J D. 4 J5. (海南)用大小相同的力F,作用在质量不同的物体上,使它们分别在同一水平面上沿力的方向移动相同的距离s(如图所示),F所做的功分别为W1和W2,则()A. W1W2 B. W1W2C. W12W2 D. W14W26. (杭州)跳绳是大家喜爱的体育运动之一,小金的质量为50千克,每次跳起高度约为6厘米(人整体上升,如图所示),一分钟跳100次,下列说法正确的是()A. 向上起
19、跳过程中小金的动能持续增大B. 在整个跳绳过程中小金的机械能守恒C. 小金跳一次克服重力做功约3焦D. 小金在这一分钟内跳绳的功率约为50瓦二、双项选择题7. (长沙改编)下列有关机械能及其转化的说法正确的是()A. 弯弓射箭,箭的动能转化为弓的弹性势能B. 拦河大坝使上游的水位升高,提高了水的重力势能C. 蹦床运动员从高处落下,其动能转化为重力势能D. 人造卫星从近地点飞向远地点时势能增大,动能减小8. (贵阳改编)如图所示,粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面,一小球由A点以速度v沿轨道滚下,经另一侧等高点B后到达最高点C.下列关于小球滚动过程的分析正确的是()A. 整个过程只有重力在对小球做功
20、B. 小球在A、B两点具有的动能相同C. 小球在A、B、C三点的速度大小关系是vAvBvCD. 小球在A点具有的机械能大于它在C点具有的重力势能9. (荆州改编)如图所示,粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接,弹簧左端固定小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中(空气阻力忽略不计),下列说法正确的是()A. 在弹簧恢复原状的过程中,弹簧的弹性势能部分转化为小木块P的动能B. 小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒C. 小木块P在斜面上向上运动时,动能减小,重力势能增加D. 小木块P运动到最高点时处于平衡状态三、填空题10. (徐州改编)跳伞运动员打开降落伞后在空中匀速下降,
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