《功和機械能》復(fù)習提綱.doc

第十五章功和機械能復(fù)習提綱 一、功 1力學里所說的功包括兩個必要因素：一是作用在物體上的力；二是物體在力的方向上通過的距離。 2不做功的三種情況：有力無距離、有距離無力、力和距離垂直。 鞏固：某同學踢足球，球離腳后飛出10m遠，足球飛出10m的過程中人不做功。（原因是足球靠慣性飛出）。 3力學里規(guī)定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。公式：W=FS。 4功的單位：焦耳，1J=1Nm。把一個雞蛋舉高1m，做的功大約是05J。 5應(yīng)用功的公式注意：分清哪個力對物體做功，計算時F就是這個力；公式中S一定是在力的方向上通過的距離，強調(diào)對應(yīng)。功的單位“焦”（牛米=焦），不要和力和力臂的乘積（牛米，不能寫成“焦”）單位搞混。 二、功的原理 1內(nèi)容：使用機械時，人們所做的功，都不會少于直接用手所做的功；即：使用任何機械都不省功。 2說明：（請注意理想情況功的原理可以如何表述？） 功的原理是一個普遍的結(jié)論，對于任何機械都適用。 功的原理告訴我們：使用機械要省力必須費距離，要省距離必須費力，既省力又省距離的機械是沒有的。 使用機械雖然不能省功，但人類仍然使用，是因為使用機械或者可以省力、或者可以省距離、也可以改變力的方向，給人類工作帶來很多方便。 我們做題遇到的多是理想機械（忽略摩擦和機械本身的重力）理想機械：使用機械時，人們所做的功（FS）=直接用手對重物所做的功（Gh）。 3應(yīng)用：斜面 理想斜面：斜面光滑； 理想斜面遵從功的原理； 理想斜面公式：FL=Gh，其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面長；G：物重；h：斜面高度。 如果斜面與物體間的摩擦為f，則：FL=fL+Gh；這樣F做功就大于直接對物體做功Gh。 三、機械效率 1有用功：定義：對人們有用的功。 公式：W有用Gh（提升重物）=W總W額=W總 斜面：W有用=Gh 2額外功：定義：并非我們需要但又不得不做的功。 公式：W額=W總W有用=G動h（忽略輪軸摩擦的動滑輪、滑輪組） 斜面：W額=fL 3總功：定義：有用功加額外功或動力所做的功 公式：W總=W有用W額=FS= W有用 斜面：W總= fL+Gh=FL4機械效率：定義：有用功跟總功的比值。 公式： 斜 面： 定滑輪： 動滑輪： 滑輪組： 有用功總小于總功，所以機械效率總小于1。通常用百分數(shù)表示。某滑輪機械效率為60%表示有用功占總功的60%。 提高機械效率的方法：減小機械自重、減小機件間的摩擦。5機械效率的測量： 原理： 應(yīng)測物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S。 器材：除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細線外還需刻度尺、彈簧測力計。 步驟：必須勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高，目的：保證測力計示數(shù)大小不變。 結(jié)論：影響滑輪組機械效率高低的主要因素有： A、動滑輪越重，個數(shù)越多則額外功相對就多。 B、提升重物越重，做的有用功相對就多。 C、摩擦，若各種摩擦越大做的額外功就多。 繞線方法和重物提升高度不影響滑輪機械效率。 四、功率 1定義：單位時間里完成的功。 2物理意義：表示做功快慢的物理量。3公式： 4單位：主單位W；常用單位kW mW馬力。 換算：1kW=103W 1mW=106 W 1馬力=735W。 某小轎車功率66kW，它表示：小轎車1s內(nèi)做功66000J。 5機械效率和功率的區(qū)別：功率和機械效率是兩個不同的概念。功率表示做功的快慢，即單位時間內(nèi)完成的功；機械效率表示機械做功的效率，即所做的總功中有多大比例的有用功。 五、機械能 （一）動能和勢能 1能量：一個物體能夠做功，我們就說這個物體具有能。 理解：能量表示物體做功本領(lǐng)大小的物理量；能量可以用能夠做功的多少來衡量。 一個物體“能夠做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已經(jīng)做功”。如：山上靜止的石頭具有能量，但它沒有做功。也不一定要做功。 2知識結(jié)構(gòu)：3探究決定動能大小的因素： 猜想：動能大小與物體質(zhì)量和速度有關(guān)。 實驗研究：研究對象：小鋼球 方法：控制變量。 如何判斷動能大?。嚎葱′撉蚰芡苿幽緣K做功的多少。 如何控制速度不變：使鋼球從同一高度滾下，則到達斜面底端時速度大小相同。 如何改變鋼球速度：使鋼球從不同高度滾下。 分析歸納：保持鋼球質(zhì)量不變時結(jié)論：運動物體質(zhì)量相同時；速度越大動能越大。 保持鋼球速度不變時結(jié)論：運動物體速度相同時；質(zhì)量越大動能越大； 得出結(jié)論：物體動能與質(zhì)量和速度有關(guān)；速度越大動能越大，質(zhì)量越大動能也越大。物體質(zhì)量m/kg速度v/（ms-1）動能E/J牛約600約05約75中學生約50約6約900 練習：上表中給出了一頭牛漫步行走和一名中學生百米賽跑時的一些數(shù)據(jù)：分析數(shù)據(jù)，可以看出對物體動能大小影響較大的是速度。你判斷的依據(jù)：人的質(zhì)量約為牛的1/12，而速度約為牛的12倍，此時動能為牛的12倍，說明速度對動能影響大。 4機械能：動能和勢能統(tǒng)稱為機械能。 理解：有動能的物體具有機械能；有勢能的物體具有機械能；同時具有動能和勢能的物體具有機械能。 （二）動能和勢能的轉(zhuǎn)化 1知識結(jié)構(gòu)： 2動能和重力勢能間的轉(zhuǎn)化規(guī)律： 質(zhì)量一定的物體，如果加速下降，則動能增大，重力勢能減小，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。 質(zhì)量一定的物體，如果減速上升，則動能減小，重力勢能增大，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。 3動能與彈性勢能間的轉(zhuǎn)化規(guī)律： 如果一個物體的動能減小，而另一個物體的彈性勢能增大，則動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能。 如果一個物體的動能增大，而另一個物體的彈性勢能減小，則彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能。 4動能與勢能轉(zhuǎn)化問題的分析： 首先分析決定動能大小的因素，決定重力勢能（或彈性勢能）大小的因素看動能和重力勢能（或彈性勢能）如何變化。 還要注意動能和勢能相互轉(zhuǎn)化過程中的能量損失和增大如果除重力和彈力外沒有其他外力做功（即：沒有其他形式能量補充或沒有能量損失），則動能勢能轉(zhuǎn)化過程中機械能不變。 題中如果有“在光滑斜面上滑動”則“光滑”表示沒有能量損失機械能守恒；“斜面上勻速下滑”表示有能量損失機械能不守恒。（三）水能和風能的利用 1知識結(jié)構(gòu)： 2水電站的工作原理：利用高處的水落下時把重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，水的一部分動能轉(zhuǎn)移到水輪機，利用水輪機帶動發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)化為電能。 練習：水電站修筑攔河大壩的目的是什么？大壩為什么要設(shè)計成上窄下寬？ 答：水電站修筑攔河大壩是為了提高水位，增大水的重力勢能，水下落時能轉(zhuǎn)化為更多的動能，通過發(fā)電機就能轉(zhuǎn)化為更多的電能功和機械能中考復(fù)習指導能量的概念很抽象，但各種機械功的現(xiàn)象非常具體，因此在學習本章知識時應(yīng)注意兩點：一是加強實驗探究活動，感受研究物理問題的過程和方法。在本章教材中，物理規(guī)律形成的過程經(jīng)常采用的是“控制變量法”。如：功率概念的形成過程，決定動能（勢能）大小的因素等物理規(guī)律的得到，都是采用“控制變量法”來進行研究的。二是注重與生活實際的聯(lián)系，及時將所學的知識應(yīng)用于生活。 一、理解做功的兩個必要因素 力學里所說的功包括兩個必要因素：一是作用在物體上的力；二是物體在力的方向上通過的距離。力學里規(guī)定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。公式：。在國際單位制中，功的單位是焦耳，簡稱焦，符號是J。我們要注意不做功的三種情況： 物體受力，但物體沒有在力的方向上通過距離，此情況叫“勞而無功”。 物體移動了一段距離，但在此運動方向上沒有受到力的作用（如物體因慣性而運動），此情況叫“不勞無功”。 物體既受到力，又通過一段距離，但兩者方向互相垂直（如起重機吊起貨物在空中沿水平方向移動），此情況叫“垂直無功”。 例1某人用20N的力將重為15N的球推出去后，球在地面上滾動了10m后停下來，這個人對球所做的功為（ ） A0J B200J C150J D條件不足，無法計算 解析：理解功的計算公式中力與物體移動距離的關(guān)系是解題的關(guān)鍵。球的運動可分為兩個階段：其一是球出手前，人對球做了功，因為球在人的推力作用下，通過了一段距離，但這個距離不是10m，題目中也沒有交代這個距離為多少，所以無法計算出推力對球做了多少功；其二是球離開人手在地面上滾動時，球不再受推力的作用而僅依靠慣性向前運動，人不再對球做功。所以應(yīng)選D。 例2舉重運動員在比賽時，第一階段把杠鈴拿起并舉過頭頂，第二階段使杠鈴在空氣中靜止3s。關(guān)于運動員對杠鈴做功的情況，下列說法中正確的是 A在第一階段內(nèi)做了功 B在第二階段內(nèi)做了功 C在兩個階段內(nèi)一直都在做功 D在兩個階段內(nèi)一直都沒有做功 解析：物理學中做功的兩個必要因素：一是作用在物體上的力，二是物體在力的方向上通過的距離。舉重運動員在比賽時，第一階段杠鈴拿起并舉過頭頂，杠鈴在舉力的作用下移動了一段距離，這一階段力對杠鈴做了功，選項A正確。在第二階段雖然用了力，但杠鈴沒有移動距離，所以力不做功，故選項B是錯誤的。選項C、D也是錯誤的。 判斷一個力對物體是否做功，關(guān)鍵要看物體是否在這個力的方向上移動一段距離。答本題容易錯選C，誤認為：只要有力作用在物體上，且物體又移動了一段距離，則力就對物體做功。 二、正確理解功率的含義 功率是表示做功快慢的物理量。功率和功是兩個不同的概念，做功多不一定做功快；反之，做功快不一定做功多。功率大，表示單位時間內(nèi)做功多。從公式可知，相同的時間內(nèi)做功多的，功率大；做相同的功，所用時間少的，功率大。在國際單位制中，功率的單位是瓦特，簡稱瓦，符號是W，1W=1J/s。 由得。物體在拉力的作用下，以速度沿拉力的方向做勻速直線運動，則拉力做功的功率等于力與物體速度的乘積。在功率一定時，力與速度成反比。汽車爬坡時，司機采取換擋的辦法減小速度，以獲得較大的牽引力。 例3一名舉重運動員在3s內(nèi)把質(zhì)量為100kg的杠鈴舉高18m，則此過程中該運動員做功的功率是 W。（g取10N/kg） 解析：由功的計算公式WFS可知，力對物體做功的多少只與該力的大小及物體在力的方向上移動的距離有關(guān)。由題意可知，舉重運動員舉起杠鈴所做的功主要是克服杠鈴的重力做功，所以WFSGh，式中的G是杠鈴的重力，h是杠鈴被舉起的高度，WGhmgh100kg10N/kg18m18103J。在這個過程中該運動員做功的功率是PW/t18103J/3s600W。本題主要考查功、功率的計算，解答此題的關(guān)鍵是弄清各物理量之間的聯(lián)系，并熟練掌握它們之間的相互變換。 例4甲、乙兩輛功率相等的汽車，如果在相等的時間內(nèi)勻速通過的距離之比s甲：s乙=2：1，那么（） A兩輛汽車的牽引力F甲：F乙=1：2 B兩輛汽車的牽引力F甲：F乙=2：1 C兩輛汽車做的功之比W甲：W乙=1：2 D兩輛汽車做的功之比W甲：W乙=2：1 解析：根據(jù)功率公式P=W/t=Fv，當甲、乙兩輛功率相等的汽車，如果在相等的時間內(nèi)勻速通過的距離之比s甲：s乙=2：1，可求兩輛汽車的牽引力F甲：F乙=1：2，選項A正確。 三、正確理解機械能 一個物體能夠做功，我們就說它具有能?！澳軌蜃龉Α敝肝矬w具有做功的本領(lǐng)，物體不一定正在做功。一個物體能夠做的功越多，具有的能量越大。 動能和勢能都屬于機械能。動能是物體運動時具有的能量；動能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)。勢能是存儲著的能量，當物體被舉高或發(fā)生形變時，它們便具有勢能。重力勢能的大小與物體的質(zhì)量和高度有關(guān)；彈性勢能的大小與物體發(fā)生彈性形變的大小有關(guān)。它們雖然是兩種不同形式的能量，但都屬于機械能，或者說動能和勢能是機械能的兩種表現(xiàn)形式。一個物體可以既有動能，又有勢能。 物體在運動過程中，其速度、高度、彈性形變都可能發(fā)生變化，這時就可能伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。不同形式的機械能是可以相互轉(zhuǎn)化的，即：動能和重力勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，動能和彈性勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，重力勢能和彈性勢能之間也可以相互轉(zhuǎn)化。 例5跳傘運動員在勻速下落過程中，下列說法正確的是（） A勢能增大，動能減小，機械能不變 B勢能減小，動能不變，機械能減小 C勢能減小，動能增大，機械能不變 D勢能增大，動能不變，機械能增大 解析：因為跳傘運動員的質(zhì)量是一定的，而且是勻速下落，說明運動員的速度不變，所以運動員的動能不變；又因為跳傘運動員的高度不斷減小，所以它的重力勢能不斷減小，因此，跳傘運動員的機械能減小。所以答案是B。 動能和勢能的轉(zhuǎn)化問題是學習中的一個難點。在解釋“跳傘運動員在勻速下落過程中”這個問題時，常常認為在此過程中，跳傘運動員的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，其實此過程跳傘運動員的動能不變，不屬于動能和勢能轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，而是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象。同學們應(yīng)針對題設(shè)的物理情景進行分析，挖掘已知條件和隱含條件，找到其聯(lián)系，從而做出正確的答案。 例6小明為了探究動能的大小與哪些因素有關(guān)，他設(shè)計了如圖甲、乙所示的實驗。讓質(zhì)量相同的兩個小球沿同一光滑斜面分別從A處和B處開始向下運動，然后與放在水平面上的紙盒相碰，紙盒在水平面上移動一段距離后靜止，如圖甲所示。讓不同質(zhì)量的兩個小球沿同一光滑斜面分別從B處開始向下運動，然后與放在水平面上的紙盒相碰，紙盒在水平面上移動一段距離后靜止，如圖乙所示，則（）A要探究動能與物體速度的關(guān)系應(yīng)選用甲圖，因為質(zhì)量相同，速度相同 B要探究動能與物體速度的關(guān)系應(yīng)選用甲圖，因為質(zhì)量相同，速度不同 C要探究動能與物體質(zhì)量的關(guān)系應(yīng)選用乙圖，因為速度相同，質(zhì)量相同 D要探究動能與物體質(zhì)量的關(guān)