3.3 能量轉(zhuǎn)化的量度（原卷版）

3.3能量轉(zhuǎn)化的量度學(xué)習目錄學(xué)習目錄目錄模塊一知己知彼 1模塊二知識掌握 1知識點一、功 1知識點二、功率 5模塊三鞏固提高 8知識重點知識重點模塊一知己知彼學(xué)習目標目標解讀1.結(jié)合實例識別做功與不做功的情形，歸納出做功的兩要素，知道功的單位。2.能運用功的公式進行簡單的計算。3.理解功率的概念及功率表示的物理意義。4.概述功率的單位及計算公式P=W/t，并能利用公式進行計算。解讀1：理解功的概念，知道功的單位，能運用功的公式進行簡單計算，常見題型為選擇題、填空題和計算題，難度適中。解讀2：理解功率的概念，知道功率的物理意義，能運用功率的公式以及推導(dǎo)公式進行計算，或結(jié)合二力平衡、速度等綜合考查，常見題型為選擇題填空題和計算題，難度適中。模塊二知識掌握知識點一、功（一）功的含義物體受到力的作用，并且在這個力的方向上通過一段距離，我們就說這個力對物體做了功。力做功也常說成物體做功，如人的推力對小車做功，也可以說成人對小車做功。（二）做功的兩個必要因素做功包括兩個必要因素：一是；二是。兩者缺一不可，否則就沒有做功，例如：運動員把杠鈴舉過頭頂不動時，雖然有力但杠鈴并沒有在力的方向上移動一段距離，所以不做功。(1)力對物體不做功的三種情況①有距離無力：物體沒有受到力的作用，但由于慣性通過一段距離；②有力無距離：有力作用在物體上，但物體沒動，即物體沒有通過一段距離；③力與距離垂直：物體受到了力的作用，也通過了一段距離，但通過的距離與力的方向垂直。(2)物體在力的方向上通過一段距離是指力與距離具有同向性、同體性和同時性。

（三）功的計算功有大小，科學(xué)上規(guī)定：功等于。即功=力x距離。如果用F表示力，s表示物體在力的方向上通過的距離，W表示功，則功的計算公式為W=。應(yīng)用功的計算公式時，必須注意以下三點：(1)要明確是哪個力對物體做功，或是哪個施力物體對哪個受力物體做功。(2)公式W=Fs中的F是作用在物體上的力，s是物體在力F方向上通過的距離。例如：某運動員用500牛的力將足球踢出20米遠，若用公式W=Fs=500牛x20米=10000焦計算就是錯誤的，因為踢球的力的作用距離并不是20米。(3)F是使物體沿力F方向通過距離s的過程中，始終作用在物體上的力，它的大小和方向都是不變的。（四）功的單位在國際單位制中，力的單位是牛(N)，距離的單位是米(m)，功的單位是牛.米(N.m)，在國際單位制中，用專門的名稱“焦耳”來表示，簡稱為焦，符號是J。1焦=。（五）做功的實質(zhì)做功的過程實質(zhì)上就是能量轉(zhuǎn)化的過程，力對物體做了多少功，就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化。因此，可以用功來量度能量轉(zhuǎn)化的多少。例如：舉起重物時做功100焦，人體就有100焦的能量轉(zhuǎn)化成了物體的勢能；拖動物體做功500焦，人體就有500焦的能量轉(zhuǎn)化成了物體的動能和由于各種摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能。能量的單位與功的單位一樣，也是焦耳。【能力拓展】1.做功跟我們?nèi)粘Ｋf的“做工”或“工作”不一樣。“做工”更多指從事體力勞動，在體力勞動中，人可能做功，也可能沒有做功。如建筑工人搬運重物在水平路面上行走，是在“做工”，但沒有做功?！肮ぷ鳌笨梢灾阁w力勞動，也可以指腦力勞動，腦力勞動沒有做功。2.判斷物體做功的多少，要看力和在力的方向上通過的距離，不要受接觸面粗糙程度和斜面的影響。3.功和能的區(qū)別與聯(lián)系：功和能是兩個不同性質(zhì)的量，功是過程量，它對應(yīng)的是一段時間和一段過程；能是狀態(tài)量，它對應(yīng)的是一個時刻和一個狀態(tài)。但功和能這兩個量又是密切相關(guān)的，首先，能是物體做功的本領(lǐng)，如果一個物體具有做功的本領(lǐng)，我們就說它具有能；其次，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，即在一個過程中，能量究竟轉(zhuǎn)化了多少，可以用相應(yīng)的功量度出來。（2022?杭州模擬）運動會上，小明為班級買來了一箱礦泉水，則下列過程中，小明對箱子有做功的是（）A．小明推放在地面上的箱子，沒推動 B．小明提著箱子站在操場上 C．小明提著箱子在操場上水平勻速走動 D．小明提著箱子上樓梯（2022秋?義烏市期中）如圖所示，塔式起重機下掛著重物，在下列三種情形中：①重物靜止不動；②重物勻速向上運動；③重物沿水平方向勻速移動。下列關(guān)于鋼索拉力對重物做功的判斷及其原因的分析，正確的是（）A．只有情形①③做了功，因為重物的機械能發(fā)生了變化 B．只有情形②做了功，因為重物的機械能發(fā)生了變化 C．只有情形①③做了功，因為起重機消耗了能量 D．只有情形②做了功，因為起重機消耗了能量（2023?溫州模擬）如圖甲所示，重力為G的小球制成的擺錘由a處靜止釋放后擺動，記錄不同時間小球的軌跡。小球在不同位置離天花板的高度分別為H1、H2、H3，不計空氣阻力。（1）小球從b到c位置過程中，重力做的功是。（用字母表示）（2）若小球運動到c點時失去所有外力作用（繩子也斷開），圖乙中能正確描述其后續(xù)運動軌跡的是。A.勻速直線B.靜止C.加速下落D.勻速上升（2023?柯橋區(qū)模擬）把2個雞蛋從地面豎直勻速拿到桌面上所做的功約為（）A．0.1焦 B．1焦 C．10焦 D．100焦（2023?鹿城區(qū)三模）將制作好的水火箭豎直立于地面如圖甲所示。用打氣筒向瓶內(nèi)打氣，瓶內(nèi)壓強足夠大時，瓶內(nèi)的水向下噴出，水火箭豎直向上飛起。（1）瓶內(nèi)的水向下噴出而水火箭向上運動，這是因為。（2）水火箭瓶體質(zhì)量為0.5千克。當水火箭豎直上升至15米高時，瓶體克服自身重力做功。（3）圖乙是水火箭發(fā)射后的速度隨時間變化的圖像，請選出水火箭發(fā)射后受到平衡力的時刻。（選填“t1”、“t2”或“t3”）（2023?西湖區(qū)模擬）在水平地面上有一長方體木箱。小林用水平推力F把木箱向前推，如圖甲所示。此過程中，推力F隨時間t的變化情況如圖乙所示，木塊前進的速度v的大小隨時間t的變化情況如圖丙所示。（1）0～1秒內(nèi)，推力F對木箱是否做功（選填“是”或“否”）；（2）3～5秒內(nèi)，推力F對木箱做功焦。知識點二、功率（一）比較做功的快慢比較做功的快慢有三種方法：(1)若做功相同，比較做功的時間，所用時間越短做功越快，所用時間越長做功越慢；(2)若做功時間相同，比較所做功的多少，做功越多做功越快，做功越少做功越慢；(3)若做功的多少和所用時間都不相同，則通過計算(做功的多少與做功所用時間的比值)進行比較。通過以上三種方法的比較，說明做功的快慢與做功的多少和做功所用時間這兩個因素都有關(guān)系。

（二）功率(1)定義：單位時間里完成的功叫做功率。(2)意義：反映做功的量(即表示能量轉(zhuǎn)化快慢的量)。(3)符號：P(4)功率的公式：由功率的定義知，功率=功/時間，如果用P表示功率，W表示功，t表示時間，則功率的公式可表示為P=(5)功率的單位在國際單位制中，功率的單位是瓦特，簡稱瓦，符號為W。1瓦=1焦/秒。在實際應(yīng)用中還常用千瓦(kW)、兆瓦(MW)作為功率的單位。1千瓦=1000瓦，1兆瓦=106瓦。【能力拓展】①當物體在力F的作用下，以速度v做勻速直線運動時(力F與速度v同方向)，由W=Fs、v=s/t，得出P=Fv，即功率等于力與力的方向上運動速度的乘積。利用P=Fv可以知道：拖拉機在上坡時，當功率一定時，通過換擋減小速度是為了增大牽引力，這樣有利于上坡。②應(yīng)用公式P=W/t時一定要注意三個量的對應(yīng)關(guān)系，功W一定是在對應(yīng)的時間t內(nèi)完成的功，這樣算出的功率才是時間t內(nèi)的功率，不同的時間內(nèi)對應(yīng)的功率一般來說是不同的，功率越大，反映了完成功的“速度”越大，但并不代表做功一定多。功率的公式P=W/t是指平均功率，即在t時間內(nèi)的平均功率，而不是某一時刻的瞬間功率。（2022秋?秀洲區(qū)期末）人們買汽車時會關(guān)注發(fā)動機（汽油機）的性能，下列標注的發(fā)動機參數(shù)中，直接反映做功快慢的是（）A．功率 B．效率 C．排量 D．轉(zhuǎn)速（2022?樂清市一模）科學(xué)中常用數(shù)學(xué)方法來表示某些量的關(guān)系。下列物理量中能用陰影面積表示相應(yīng)的量是（）A．功率 B．壓力 C．速度 D．密度（2023?淳安縣一模）如圖所示，小桂和小林一起坐在秋千凳上蕩秋千，他們的重力分別是G1、G2，且G1＜G2，某次從最高點下擺到最低點的過程中，他們重力做功的大小分別為W1、W2，重力做功的快慢分別為P1、P2。則（）A．W1＞W(wǎng)2 B．W1＝W2 C．P1＜P2 D．P1＝P2（2023?西湖區(qū)模擬）甲、乙兩臺塔吊機器的功率分別為P甲＝25kW和P乙＝40kW。則下列判斷正確的是（）A．乙一定比甲做功快 B．乙一定比甲做功多 C．相同時間內(nèi)兩機器做功一樣多 D．做同樣多的功，甲所用時間更少（2023?寧波模擬）一定質(zhì)量的貨物在吊車鋼索拉力的作用下，豎直向上運動，如圖是貨物上升的路程s隨時間t變化的圖象。不考慮空氣的阻力和鋼索重力，則下列判斷正確的是（）A．2s時與8s時的拉力大小相等 B．0﹣6s內(nèi)和6﹣12s內(nèi)通過的距離相等 C．整個上升過程速度一直不變 D．0至12s內(nèi)拉力做功的功率保持不變（2023?婺城區(qū)模擬）金義東（金華一義烏一東陽）線是金華輕軌的首條線路，全長約108km，該線路的建成有助于打造金義都市區(qū)“一小時通勤圈”。金義東線所用列車空載時的質(zhì)量約為200t，?？繒r車輪跟鐵軌接觸總面積為0.8m2，最高設(shè)計速度為120km/h。分析計算：（1）若列車全程以最高設(shè)計速度行駛，途中不停靠，則從金華到東陽共需要小時。（2）停靠時，空載列車對鐵軌的壓強為多少？（3）若空載列車以108km/h的速度勻速直線行駛時，所受阻力為車重的0.04倍，此時該列車的功率為多少？（2023?婺城區(qū)模擬）金華軌道交通是服務(wù)于金華市的城市軌道交通系統(tǒng)，2023年4月7日全線貫通，全長108千米，最高運行速度為120公里/小時，列車由6節(jié)車廂組成，每節(jié)車廂質(zhì)量約為33.6噸，列車的車輪跟鐵軌接觸總面積約為0.8m2。計算：（1）列車空載停在軌道上時，整個列車對鐵軌的壓強為多大？（2）列車正常運行的功率為2400kW，則該車以最高速度勻速運行時受到的牽引力為多大？（3）該車正常運行時，勻速行駛20分鐘牽引力所做的功為焦。模塊三鞏固提高（2022秋?舟山期末）非洲旱季，常用Hipporoller（中間有轉(zhuǎn)軸的塑料桶）運水。下列選項中，小華分別用背背、手抱、平拉、滾拉的方式運滿桶水，在粗糙程度相同的水平地面上勻速行走相同路程，她對滿桶水做功最多的是（）A． B． C． D．（2023?杭州模擬）如圖甲所示，同一木塊放在同一水平面上，先后兩次沿水平方向拉動木塊使其做勻速直線運動。兩次拉動木塊的s﹣t圖像分別是圖乙中的圖線①②。則下列物理量相等的是（）A．木塊前后兩次所受的摩擦力 B．木塊前后兩次運動的速度 C．前后兩次在相同時間內(nèi)拉力所做的功 D．前后兩次拉力的功率（2022秋?鎮(zhèn)海區(qū)期末）如圖所示小科用5N的水平拉力F拉動裝置，使重為80N的物體A在5s內(nèi)沿水平地面運動了1m，物體B重50N（物體B與A始終接觸），彈簧測力計的示數(shù)恒為2N。下列說法錯誤的是（）A．物體A與物體B之間的摩擦力大小為2N B．拉力F做的功為5J C．拉力F做功的功率為1W D．物體A受到地面的摩擦力為3N，方向為水平向左（2022秋?西湖區(qū)期末）如圖所示，質(zhì)量為m的物體，在粗糙程度相同的斜面上，用大小相等的拉力F，運動相同的路程s，若甲中F做的功為W1，乙中F做的功為W2，則（）A．W1＞W(wǎng)2 B．W1＜W2 C．W1＝W2 D．條件不足，無法確定（2022秋?慈溪市期末）將一本科學(xué)課本從地上撿起放到課桌上，所做的功大約是（）A．0.3J B．3J C．30J D．300J（2022秋?鄞州區(qū)期末）爺爺與小麗進行爬樓比賽，他們都從1樓上到6樓，爺爺?shù)捏w重是小麗體重的2倍，爺爺所用的時間是小麗所用時間的3倍，若爺爺做功為W1，功率為P1，小麗做功為W2，功率為P2，則下列判斷正確的是（）A．W1：W2＝1：1 B．W2：W1＝6：1 C．P1：P2＝2：3 D．P1：P2＝3：2（2022秋?鄞州區(qū)期末）某九年級同學(xué)家住5樓。一天，他提著裝有30個雞蛋的塑料袋從1樓走到家里。在此過程中，下列估算不合理的是（）A．他提雞蛋的力做的功約為200J B．他提雞蛋的力做功的功率約為3W C．他爬樓做的功約為6×102J D．他爬樓做功的功率約為102W（2022秋?瑞安市校級期末）電梯的簡化模型如圖甲所示，考慮安全、舒適、省時等因素，電梯速度要經(jīng)過加速、勻速和減速的過程，這一過程是通過改變拉力大小來實現(xiàn)的。某次電梯上升過程中所受拉力F隨上升高度h變化的圖象如圖乙所示。下列所示的圖象中，能正確反應(yīng)電梯在上升過程中拉力所做的功W與高度h關(guān)系的是（）A． B． C． D．（2023?桐廬縣一模）科學(xué)課上，喜歡動手的小桐幫助老師搬運實驗器材，器材所受的重力為150N，底面積為150cm2，距離講臺的水平距離OM＝1.2m，距離講臺面的豎直高度ON＝0.8m，如圖所示。小桐先用30N的水平推力將器材勻速推到O點，再將器材勻速搬到桌面。（1）在M點時，器材對地面的壓強為帕；（2）在MO段，器材受到的摩擦力為牛；（3）整個過程，小桐對器材做的功為焦。（2023?溫州模擬）近年來，中國神舟系列、嫦娥系列等航天工程技術(shù)不斷發(fā)展。結(jié)合下列信息回答問題：（1）如圖甲所示為神舟十四號返回艙著陸前下落速度與時間的關(guān)系?？傎|(zhì)量為3噸（忽略返回艙因摩擦造成質(zhì)量的變化）的返回艙在CD段總重力做功的功率是瓦。（2）若中國航天員登上月球時，看地球的形狀與滿月類似，則此時月球處在圖乙中的位置（填序號）。?（2023?龍港市模擬）如圖所示是公園的一個健身器材，桿和繩距離地面均為4米，小龍的體重為600牛。小龍第一次順著桿從桿頂勻速下滑到地面，速度為2米/秒，第二次沿著比桿粗糙、豎直的繩從頂部勻速下滑到地面，所用時間為3秒。?（1）當小龍順著桿頂勻速下滑到地面時，需要的時間為秒。（2）小龍兩次重力做的功率分別為P1、P2，則P1P2（選填“大于”“小于”“等于”）。（3）運動時，人體產(chǎn)熱增加，散熱也加快，使體溫維持穩(wěn)定。寫出此時散熱的一種方式：。（2022秋?新昌縣期末）某學(xué)校購買了30套總質(zhì)量為150千克的顯微鏡，每套一箱。實驗員需要把這批顯微鏡搬運到12米高的生物實驗室。（1）該實驗員在搬運中。對顯微鏡總共做功為焦。（2）假設(shè)他身體可以向外提供的功率P與所搬運物體的質(zhì)量m的關(guān)系如圖甲所示：每次他搬起箱子、放下箱子和下樓的時間t與所搬運物體的質(zhì)量m關(guān)系如圖乙所示。那么他最快搬完全部箱子，且回到開始搬運處時，所用的最短時間為秒。（結(jié)果保留整數(shù)）。（2023?衢州模擬）如圖所示甲為某品牌的電動平衡車，它在行駛過程中僅僅通過人體重心的改變便可實現(xiàn)車輛的啟動