《功和機(jī)械能》復(fù)習(xí)提綱.doc

第十五章功和機(jī)械能復(fù)習(xí)提綱 一、功 1力學(xué)里所說的功包括兩個(gè)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(xué)踢足球，球離腳后飛出10m遠(yuǎn)，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(xué)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(gè)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(gè)力對物體做功，計(jì)算時(shí)F就是這個(gè)力；公式中S一定是在力的方向上通過的距離，強(qiáng)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(jī)械時(shí)，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(jī)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(gè)普遍的結(jié)論，對于任何機(jī)械都適用。 功的原理告訴我們：使用機(jī)械要省力必須費(fèi)距離，要省距離必須費(fèi)力，既省力又省距離的機(jī)械是沒有的。 使用機(jī)械雖然不能省功，但人類仍然使用，是因?yàn)槭褂脵C(jī)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(jī)械（忽略摩擦和機(jī)械本身的重力）理想機(jī)械：使用機(jī)械時(shí)，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(jī)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(dòng)h（忽略輪軸摩擦的動(dòng)滑輪、滑輪組） 斜面：W額=fL 3總功：定義：有用功加額外功或動(dòng)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(jī)械效率：定義：有用功跟總功的比值。 公式： 斜 面： 定滑輪： 動(dòng)滑輪： 滑輪組： 有用功總小于總功，所以機(jī)械效率總小于1。通常用百分?jǐn)?shù)表示。某滑輪機(jī)械效率為60%表示有用功占總功的60%。 提高機(jī)械效率的方法：減小機(jī)械自重、減小機(jī)件間的摩擦。5機(jī)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(dòng)的距離S。 器材：除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細(xì)線外還需刻度尺、彈簧測力計(jì)。 步驟：必須勻速拉動(dòng)彈簧測力計(jì)使鉤碼升高，目的：保證測力計(jì)示數(shù)大小不變。 結(jié)論：影響滑輪組機(jī)械效率高低的主要因素有： A、動(dòng)滑輪越重，個(gè)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(jī)械效率。 四、功率 1定義：單位時(shí)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(jī)械效率和功率的區(qū)別：功率和機(jī)械效率是兩個(gè)不同的概念。功率表示做功的快慢，即單位時(shí)間內(nèi)完成的功；機(jī)械效率表示機(jī)械做功的效率，即所做的總功中有多大比例的有用功。 五、機(jī)械能 （一）動(dòng)能和勢能 1能量：一個(gè)物體能夠做功，我們就說這個(gè)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(gè)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(dòng)能大小的因素： 猜想：動(dòng)能大小與物體質(zhì)量和速度有關(guān)。 實(shí)驗(yàn)研究：研究對象：小鋼球 方法：控制變量。 如何判斷動(dòng)能大?。嚎葱′撉蚰芡苿?dòng)木塊做功的多少。 如何控制速度不變：使鋼球從同一高度滾下，則到達(dá)斜面底端時(shí)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(shí)結(jié)論：運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量相同時(shí)；速度越大動(dòng)能越大。 保持鋼球速度不變時(shí)結(jié)論：運(yùn)動(dòng)物體速度相同時(shí)；質(zhì)量越大動(dòng)能越大； 得出結(jié)論：物體動(dòng)能與質(zhì)量和速度有關(guān)；速度越大動(dòng)能越大，質(zhì)量越大動(dòng)能也越大。物體質(zhì)量m/kg速度v/（ms-1）動(dòng)能E/J牛約600約05約75中學(xué)生約50約6約900 練習(xí)：上表中給出了一頭牛漫步行走和一名中學(xué)生百米賽跑時(shí)的一些數(shù)據(jù)：分析數(shù)據(jù)，可以看出對物體動(dòng)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(shí)動(dòng)能為牛的12倍，說明速度對動(dòng)能影響大。 4機(jī)械能：動(dòng)能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能。 理解：有動(dòng)能的物體具有機(jī)械能；有勢能的物體具有機(jī)械能；同時(shí)具有動(dòng)能和勢能的物體具有機(jī)械能。 （二）動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化 1知識結(jié)構(gòu)： 2動(dòng)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(dòng)能增大，重力勢能減小，重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。 質(zhì)量一定的物體，如果減速上升，則動(dòng)能減小，重力勢能增大，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能。 3動(dòng)能與彈性勢能間的轉(zhuǎn)化規(guī)律： 如果一個(gè)物體的動(dòng)能減小，而另一個(gè)物體的彈性勢能增大，則動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢能。 如果一個(gè)物體的動(dòng)能增大，而另一個(gè)物體的彈性勢能減小，則彈性勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。 4動(dòng)能與勢能轉(zhuǎn)化問題的分析： 首先分析決定動(dòng)能大小的因素，決定重力勢能（或彈性勢能）大小的因素看動(dòng)能和重力勢能（或彈性勢能）如何變化。 還要注意動(dòng)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(bǔ)充或沒有能量損失），則動(dòng)能勢能轉(zhuǎn)化過程中機(jī)械能不變。 題中如果有“在光滑斜面上滑動(dòng)”則“光滑”表示沒有能量損失機(jī)械能守恒；“斜面上勻速下滑”表示有能量損失機(jī)械能不守恒。（三）水能和風(fēng)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(shí)把重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，水的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)移到水輪機(jī)，利用水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。 練習(xí)：水電站修筑攔河大壩的目的是什么？大壩為什么要設(shè)計(jì)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(shí)能轉(zhuǎn)化為更多的動(dòng)能，通過發(fā)電機(jī)就能轉(zhuǎn)化為更多的電能功和機(jī)械能中考復(fù)習(xí)指導(dǎo)能量的概念很抽象，但各種機(jī)械功的現(xiàn)象非常具體，因此在學(xué)習(xí)本章知識時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，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(dòng)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(jìn)行研究的。二是注重與生活實(shí)際的聯(lián)系，及時(shí)將所學(xué)的知識應(yīng)用于生活。 一、理解做功的兩個(gè)必要因素 力學(xué)里所說的功包括兩個(gè)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(xué)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(dòng)了一段距離，但在此運(yùn)動(dòng)方向上沒有受到力的作用（如物體因慣性而運(yùn)動(dòng)），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(jī)吊起貨物在空中沿水平方向移動(dòng)），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(dòng)了10m后停下來，這個(gè)人對球所做的功為（ ） A0J B200J C150J D條件不足，無法計(jì)算 解析：理解功的計(jì)算公式中力與物體移動(dòng)距離的關(guān)系是解題的關(guān)鍵。球的運(yùn)動(dòng)可分為兩個(gè)階段：其一是球出手前，人對球做了功，因?yàn)榍蛟谌说耐屏ψ饔孟?，通過了一段距離，但這個(gè)距離不是10m，題目中也沒有交代這個(gè)距離為多少，所以無法計(jì)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(dòng)時(shí)，球不再受推力的作用而僅依靠慣性向前運(yùn)動(dòng)，人不再對球做功。所以應(yīng)選D。 例2舉重運(yùn)動(dòng)員在比賽時(shí)，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(yùn)動(dòng)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(gè)階段內(nèi)一直都在做功 D在兩個(gè)階段內(nèi)一直都沒有做功 解析：物理學(xué)中做功的兩個(gè)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(yùn)動(dòng)員在比賽時(shí)，第一階段杠鈴拿起并舉過頭頂，杠鈴在舉力的作用下移動(dòng)了一段距離，這一階段力對杠鈴做了功，選項(xiàng)A正確。在第二階段雖然用了力，但杠鈴沒有移動(dòng)距離，所以力不做功，故選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的。選項(xiàng)C、D也是錯(cuò)誤的。 判斷一個(gè)力對物體是否做功，關(guān)鍵要看物體是否在這個(gè)力的方向上移動(dòng)一段距離。答本題容易錯(cuò)選C，誤認(rèn)為：只要有力作用在物體上，且物體又移動(dòng)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(gè)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(shí)間內(nèi)做功多。從公式可知，相同的時(shí)間內(nèi)做功多的，功率大；做相同的功，所用時(shí)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(yùn)動(dòng)，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(shí)，力與速度成反比。汽車爬坡時(shí)，司機(jī)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(yùn)動(dòng)員在3s內(nèi)把質(zhì)量為100kg的杠鈴舉高18m，則此過程中該運(yùn)動(dòng)員做功的功率是 W。（g取10N/kg） 解析：由功的計(jì)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(dòng)的距離有關(guān)。由題意可知，舉重運(yùn)動(dòng)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(gè)過程中該運(yùn)動(dòng)員做功的功率是PW/t18103J/3s600W。本題主要考查功、功率的計(jì)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(shí)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(dāng)甲、乙兩輛功率相等的汽車，如果在相等的時(shí)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(xiàng)A正確。 三、正確理解機(jī)械能 一個(gè)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(gè)物體能夠做的功越多，具有的能量越大。 動(dòng)能和勢能都屬于機(jī)械能。動(dòng)能是物體運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的能量；動(dòng)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(dāng)物體被舉高或發(fā)生形變時(shí)，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(jī)械能，或者說動(dòng)能和勢能是機(jī)械能的兩種表現(xiàn)形式。一個(gè)物體可以既有動(dòng)能，又有勢能。 物體在運(yùn)動(dòng)過程中，其速度、高度、彈性形變都可能發(fā)生變化，這時(shí)就可能伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。不同形式的機(jī)械能是可以相互轉(zhuǎn)化的，即：動(dòng)能和重力勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)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(yùn)動(dòng)員在勻速下落過程中，下列說法正確的是（） A勢能增大，動(dòng)能減小，機(jī)械能不變 B勢能減小，動(dòng)能不變，機(jī)械能減小 C勢能減小，動(dòng)能增大，機(jī)械能不變 D勢能增大，動(dòng)能不變，機(jī)械能增大 解析：因?yàn)樘鴤氵\(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量是一定的，而且是勻速下落，說明運(yùn)動(dòng)員的速度不變，所以運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能不變；又因?yàn)樘鴤氵\(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能減小。所以答案是B。 動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化問題是學(xué)習(xí)中的一個(gè)難點(diǎn)。在解釋“跳傘運(yùn)動(dòng)員在勻速下落過程中”這個(gè)問題時(shí)，常常認(rèn)為在此過程中，跳傘運(yùn)動(dòng)員的重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，其實(shí)此過程跳傘運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能不變，不屬于動(dòng)能和勢能轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，而是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象。同學(xué)們應(yīng)針對題設(shè)的物理情景進(jìn)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(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)，他設(shè)計(jì)了如圖甲、乙所示的實(shí)驗(yàn)。讓質(zhì)量相同的兩個(gè)小球沿同一光滑斜面分別從A處和B處開始向下運(yùn)動(dòng)，然后與放在水平面上的紙盒相碰，紙盒在水平面上移動(dòng)一段距離后靜止，如圖甲所示。讓不同質(zhì)量的兩個(gè)小球沿同一光滑斜面分別從B處開始向下運(yùn)動(dòng)，然后與放在水平面上的紙盒相碰，紙盒在水平面上移動(dòng)一段距離后靜止，如圖乙所示，則（）A要探究動(dòng)能與物體速度的關(guān)系應(yīng)選用甲圖，因?yàn)橘|(zhì)量相同，速度相同 B要探究動(dòng)能與物體速度的關(guān)系應(yīng)選用甲圖，因?yàn)橘|(zhì)量相同，速度不同 C要探究動(dòng)能與物體質(zhì)量的關(guān)系應(yīng)選用乙圖，因?yàn)樗俣认嗤?，質(zhì)量相同 D要探究動(dòng)能與物體質(zhì)量的關(guān)