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1、第十一 章 功和機(jī)械能一、功1、做功的兩個(gè)必要因素： （1）作用在物體上的力； （2）物體在力的方向上通過(guò)的距離。2、不做功的三種情況：（1）有力無(wú)距離：“勞而無(wú)功”之一，如搬石頭未搬動(dòng)；（2）有力，也有距離，但力的方向和距離垂直：“勞而無(wú)功”之二，如手提水桶在水平面上走動(dòng)。（3）有距離無(wú)力：（“不勞無(wú)功”），如物體在光滑平面上自由滑動(dòng)，足球踢一腳后運(yùn)動(dòng)；3、功的計(jì)算：物體上的力與力的方向上通過(guò)距離的乘積。 公式 W=FS=Pt 各量單位W：J（焦耳）F：N（牛頓） S：m（米） P：W（瓦特） t：s（秒） 4、國(guó)際單位：將Nm稱為焦耳簡(jiǎn)稱焦，符號(hào)(J) 1J=1 Nm 把一個(gè)雞蛋舉高1m

2、，做的功大約是0.5 J 。5、公式應(yīng)用注意：分清哪個(gè)力對(duì)物體做功，計(jì)算時(shí)F就是這個(gè)力；公式中的S 一定是在力的方向上通過(guò)的距離，且與力相應(yīng)。功的單位“焦”（1牛米 = 1焦）。6、常見(jiàn)的功： 克服重力做功：W=Gh 克服阻力（摩擦力）做功：W=fs二、功的原理：使用任何機(jī)械都不省功1、內(nèi)容：使用機(jī)械時(shí)，人們所做的功，都不會(huì)少于直接用手所做的功。2、說(shuō)明：功的原理對(duì)于任何機(jī)械都合用。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(méi)有的。使用機(jī)械雖然不能省功，但人類仍然使用，是由于使用機(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(lái)很多方便。對(duì)于抱負(fù)機(jī)械（

3、忽略摩擦和機(jī)械自身的重力）：人做的功（FS）= 直接用手對(duì)重物所做的功（Gh）3、應(yīng)用：斜面 抱負(fù)斜面：斜面光滑（不計(jì)摩擦） 抱負(fù)斜面遵從功的原理抱負(fù)斜面公式：FL=Gh 其中F：沿斜面方向的推力；L：斜面長(zhǎng)；G：物重；h：斜面高度實(shí)際斜面：斜面粗糙（考慮摩擦）若斜面與物體間的摩擦為f ，則：FL=fL+Gh；這樣F做功FL就大于直接對(duì)物體做功Gh 。三、功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)做的功P(單位：W)1、公式：2、單位：瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，符號(hào)W ，常用單位 kW ，MW， 馬力換算：1kW=103W 1MW=106 W 1馬力=735W3、物理意義：表達(dá)做功快慢的物理量（與機(jī)械效率無(wú)關(guān)）。某小轎車功率66k

4、W，它表達(dá)：小轎車s 內(nèi)做功66000J4、機(jī)械中的功率5、功率和機(jī)械效率是兩個(gè)不同的概念。他們之間沒(méi)有可比性。（1）功率表達(dá)做功的快慢，即單位時(shí)間內(nèi)完畢的功；（2）機(jī)械效率表達(dá)機(jī)械做功的效率，即所做的總功中有多大比例的有用功。四、機(jī)械能能量：一個(gè)物體可以做功，我們就說(shuō)這個(gè)物體具有能能量表達(dá)物體做功本領(lǐng)大小的物理量；能量可以用可以做功的多少來(lái)衡量。一個(gè)物體“可以做功”，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(méi)有做功，也不一定要做功。機(jī)械能勢(shì)能重力勢(shì)能定義：物體由于被舉高而具有的能量決定其大小的因素：物體質(zhì)量越大、舉得越高（高度），重力勢(shì)能就越大

5、彈性勢(shì)能定義：發(fā)生彈性形變的物體具有的能量決定其大小的因素：物體彈性形變?cè)酱?、彈性?shì)能就越大動(dòng)能定義：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量決定其大小的因素：物體速度越大、質(zhì)量越大，動(dòng)能就越大 1、機(jī)械能：動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能。（1）理解有動(dòng)能的物體具有機(jī)械能；有勢(shì)能的物體具有機(jī)械能；同時(shí)具有動(dòng)能和勢(shì)能的物體具有機(jī)械能。（2）探究決定動(dòng)能大小的因素a、猜想：動(dòng)能大小與物體質(zhì)量和速度有關(guān)；b、實(shí)驗(yàn)研究研究對(duì)象：小鋼球 方法：控制變量法 c、如何判斷動(dòng)能大?。靠葱′撉蚰芡苿?dòng)木快做功的多少；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？使鋼球從不同同高度滾下；d、分析歸

6、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。動(dòng)能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化勢(shì)能彈性勢(shì)能重力勢(shì)能2、動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化（1）動(dòng)能和重力勢(shì)能間的轉(zhuǎn)化規(guī)律：質(zhì)量一定的物體，假如加速下降，則動(dòng)能增大，重力勢(shì)能減小，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；質(zhì)量一定的物體，假如減速上升，則動(dòng)能減小，重力勢(shì)能增大，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能；（2）動(dòng)能與彈性勢(shì)能間的轉(zhuǎn)化規(guī)律：假如一個(gè)物體的動(dòng)能減小，而另一個(gè)物體的彈性勢(shì)能增大，則動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能；假如一個(gè)物體的動(dòng)能增大，而另一個(gè)物體的彈性勢(shì)能減小，

7、則彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。3、動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化問(wèn)題的分析一方面分析決定動(dòng)能大小、重力勢(shì)能（或彈性勢(shì)能）大小的因素看動(dòng)能和重力勢(shì)能（或彈性勢(shì)能）如何變化質(zhì)量，速度，高度，彈性形變機(jī)械能守恒：假如除重力和彈力外沒(méi)有其他外力做功（即：沒(méi)有其他形式能量補(bǔ)充或沒(méi)有能量損失），則動(dòng)能勢(shì)能轉(zhuǎn)化過(guò)程中機(jī)械能不變。人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，近地點(diǎn)動(dòng)能（速度）最大，勢(shì)能最?。贿h(yuǎn)地點(diǎn)勢(shì)能最大，動(dòng)能（速度）最小，近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，整個(gè)過(guò)程機(jī)械能守恒。滾擺上升下落過(guò)程中，假如不計(jì)空氣阻力，機(jī)械能守恒。上升動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，下降重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最低點(diǎn)速度最大，動(dòng)能最大，最

8、高點(diǎn)重力勢(shì)能最大，動(dòng)能最小，下降過(guò)程反之?？紤]空氣阻力，滾擺每次上升高度減小，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。題目中假如有“在光滑斜面上滑動(dòng)”，“光滑”表達(dá)不計(jì)摩擦，沒(méi)有能量損失，此時(shí)機(jī)械能守恒。4、水能和風(fēng)能的運(yùn)用機(jī)械能的天然資源風(fēng)能水能攔河筑壩海水潮汐直接做功發(fā)電5、水電站的工作原理：運(yùn)用高處的水落下時(shí)把重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，水的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)移到水輪機(jī)，運(yùn)用水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。6、水電站修筑攔河大壩的目的是什么？水電站修筑攔河大壩是為了提高水位，增大水的重力勢(shì)能，水下落時(shí)能轉(zhuǎn)化為更多的動(dòng)能，通過(guò)發(fā)電機(jī)就能轉(zhuǎn)化為更多的電能。例題：如圖1所示的生活用品，在使用中屬于費(fèi)力杠桿的是（ ）D.食品夾

9、A.鋼絲鉗B.扳手C.核桃鉗圖1如圖所示，用下列裝置提高同一重物，若每個(gè)滑輪重相同，不計(jì)摩擦，則機(jī)械效率最高的裝置是（ ）F4DF3CF2BF1A圖6如圖6所示, 向漏斗吹氣乒乓球被吸起。這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明 A. 空氣的的流速減小，壓強(qiáng)增大 B. 空氣的的流速減小，壓強(qiáng)減小C. 空氣的的流速增大，壓強(qiáng)增大圖6D. 空氣的的流速增大，壓強(qiáng)減小圖7abc如圖7所示，裝有水的容器靜止在斜面上，其底部a、b、c三處受到水的壓強(qiáng)分別為pa、pb、pc，則以下判斷對(duì)的的是（ ）Apapbpc BpapbpccabCpapbpc Dpapbpc如圖8所示，容器裝有水，其底部a、b、c三處受到水的壓強(qiáng)分別為pa、p

10、b、pc，則以下判斷對(duì)的的是（c）A.papbpc B.papbpc C.papbpc D.papbpc圖5圖5所示的試管內(nèi)裝一定量的水，當(dāng)試管豎直放置時(shí)，水對(duì)管底的壓 強(qiáng)為P1；當(dāng)管傾斜放置時(shí)，水對(duì)管底的壓強(qiáng)為P2，比較P1、P2的大小， 則：A. P1P2 D.條件局限性，無(wú)法判別如圖6所示的情景中，關(guān)于力對(duì)杯子做功的描述對(duì)的的是下列關(guān)于大氣壓的說(shuō)法中對(duì)的的是 （ ） A大氣壓的數(shù)值總是不變的B在其他條件相同時(shí)，海拔高度越高，大氣壓的值越小C做托里拆利實(shí)驗(yàn)時(shí)，換用粗細(xì)不同的玻璃管做實(shí)驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果不同D大氣壓的數(shù)值與天氣無(wú)關(guān)下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的敘述中，對(duì)的的是（ ） A.電動(dòng)機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電

11、能 B.發(fā)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C.汽油機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D.干電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能第7題圖如圖所示，保持杠桿在水平位置平衡，在其他條件不變的情況下，下列操作能使彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變大的是（ ）A.減少鉤碼的個(gè)數(shù) B.將鉤碼懸掛點(diǎn)的位置向右移 C.保持拉力方向不變，將彈簧測(cè)力計(jì)向右移 D.保持彈簧測(cè)力計(jì)懸掛點(diǎn)的位置不變，使其向右傾斜在水平地面上有一長(zhǎng)方體木箱。小林用水平推力F把木箱向前推動(dòng)，如圖12甲所示。此過(guò)程中，推力F隨時(shí)間t的變化情況如圖12乙所示，木塊前進(jìn)的速度v的大小隨時(shí)間t的變化情況如圖12丙所示，則從3s至5s內(nèi)，推力對(duì)木塊所做的功 J，第2秒木塊受到的合力為 N。小宇用如圖所

12、示的裝置探究“動(dòng)能的大小與什么因素有關(guān)？”的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)如下：（1）將質(zhì)量為m的小球從光滑斜面上的A處?kù)o止釋放，滾下后與放在水平面上的木塊相碰，木塊在水平面上移動(dòng)一段距離后靜止，如圖甲所示。（2）將質(zhì)量為m的小球從光滑斜面上的B處?kù)o止釋放，滾下后與放在水平面上的木塊相碰，木塊在水平面上移動(dòng)一段距離后靜止，如圖乙所示。（3）將質(zhì)量為2m的小球從光滑斜面上的B處?kù)o止釋放，滾下后與放在水平面上的木塊相碰，木塊在水平面上移動(dòng)一段距離后靜止，如圖丙所示。根據(jù)上述三次實(shí)驗(yàn)，回答下列問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)中小球動(dòng)能的大小是通過(guò)觀測(cè)比較反映出來(lái)的，這里用到了物理學(xué)研究問(wèn)題的一種 方法（選填“直接測(cè)量”、“放大”或“轉(zhuǎn)化”）；

13、為了探究動(dòng)能的大小與物體運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系，應(yīng)選用 兩個(gè)圖來(lái)分析，并由此得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是 ；分析乙、丙兩圖，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是；其中小球在光滑斜面上從B處滾到底端的過(guò)程中，小球的 能轉(zhuǎn)化為 能。32如圖25所示的泉州灣大橋于2023年5月12日正式通車，其跨海大橋長(zhǎng)12.45km，最高限速100km/h，若某小汽車以最高限速在此橋上勻速行駛時(shí)，受到的阻力為2023N，乘員的平均質(zhì)量為60kg，小汽車的部分參數(shù)如右表，求：（1）小汽車以最高限速勻速通過(guò)此橋的時(shí)間。（2）小汽車滿載時(shí)對(duì)水平地面的壓強(qiáng)。（3）小汽車勻速通過(guò)此橋的過(guò)程中，牽引力所做的功。圖26.如圖26所示為我國(guó)首輛 “玉兔號(hào)”月球車。登月

14、前，在水平地面上進(jìn)行了測(cè)試，月球車勻速直線行駛180 m用時(shí)60min，若車的質(zhì)量為140kg，受到地面的摩擦阻力為500N，網(wǎng)狀輪子與地面接觸的總面積為0.02m2。求：（1）月球車受到的重力；（2）月球車對(duì)水平地面的壓強(qiáng)；（3）月球車在測(cè)試過(guò)程中的功率。（1）G = mg = 140 kg10 Nkg = 1400 N （2分）（2）p= = = = 7104 Pa （2分）（3）W = Fs = fs = 500N180m = 9104 J （1分）P= = = 25 W （1分）答：月球車受到的重力是1400N；月球車對(duì)水平地面的壓強(qiáng)為7104 Pa；月球車在測(cè)試過(guò)程中的功率為25 W

15、。質(zhì)量為50kg的何勇同學(xué)，在一次爬桿比賽中，用12s爬到了5m高的桿頂： （1）何勇受到的重力是多少？（2）何勇爬桿過(guò)程中做了多少功？功率多大？（1）（2）小宇幫助鄰居李奶奶將一袋重100N的米背上12m高的五樓，共用時(shí)間120s求：（1）小宇對(duì)這袋米做的功； （2）小宇對(duì)這袋米做功的功率美國(guó)研制出“會(huì)飛的汽車”，其車身和一般汽車相似，但車門多了兩個(gè)可折疊的翅膀，在陸地行駛時(shí)，翅膀折疊，在空中飛行時(shí)，翅膀張開(kāi)。汽車的質(zhì)量為600 kg，地面最大行駛速度可達(dá)150 kmh，輪胎與地面接觸的總面積約為0.12 m2，空中最大飛行速度可達(dá)200 kmh，發(fā)動(dòng)機(jī)功率為75 kW。問(wèn)：（1）該汽車在地

16、面以最大行駛速度勻速行駛0.2 h，通過(guò)的距離是多少?（2）該汽車靜止在水平地面上時(shí)，對(duì)地面的壓強(qiáng)是多少?（3）若汽車在空中以最大飛行速度勻速飛行200 km，汽車受到的牽引力是多少?（1）v汽車通過(guò)的距離svt150kmh0.2h30km （3分）（2）汽車靜止在水平地面F壓Gmg 600kg10Nkg6103N汽車對(duì)地面的壓強(qiáng)是p5104Pa （4分）（3）解法1：t 1h3600sP WPt7.5104W3600s2.7108JWF牽s F牽1.35102N（3分）解法2：PF牽vF牽1.35103N （3分）答：略（7分）如圖所示是中國(guó)漁政310海監(jiān)船赴釣魚島進(jìn)行維權(quán)海監(jiān)船滿載排水量2

17、580t，長(zhǎng)108m，寬14m，船底深6m，續(xù)航力6000海里，最大航速可達(dá)每小時(shí)22海里（約40km/h）（海水密度取1.0103kg/m3，g取10N/kg）（1）滿載時(shí)，海監(jiān)船受到的浮力有多大？（2）海監(jiān)船以18km/h的速度勻速航行10小時(shí)，巡航的路程為多少km？若巡航時(shí)海水阻力為1.0106N，則這一過(guò)程中船的推動(dòng)力所做的功為多少？解：（1）m排=2580t=2.58106kg，排開(kāi)水的重力為：G排=m排g=2.58106kg10N/kg=2.58107N，則船受到的浮力F浮=G排=2.58107N（2）v=，海監(jiān)船巡航的路程為：s=vt=18km/h10h=180km，船勻速行駛，

18、F=f=1.0106N，船的推動(dòng)力所做的功：W=FS=1.0106N1.8105m=1.81011J答：（1）滿載時(shí)，海監(jiān)船受到的浮力為2.58107N（2）海監(jiān)船以18km/h的速度勻速航行10小時(shí)，巡航的路程為180km；若巡航時(shí)海水阻力為1.0106N，則這一過(guò)程中船的推動(dòng)力所做的功為1.81011J質(zhì)量為1.2t的某型號(hào)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為6104W，汽車在額定功率下沿水平路面勻速行駛時(shí)，受到的阻力是車重的0.2倍。（g取10N/kg）求：發(fā)動(dòng)機(jī)所提供的牽引力大??；轎車勻速行駛時(shí)速度的大?。晦I車勻速行駛5min牽引力做的功。在一個(gè)闖關(guān)游戲中，需要把相同的正方體疊放起來(lái)，正方體邊長(zhǎng)為a

19、，由密度為的材料制成，質(zhì)量分布均勻，如圖15所示。（g為已知，推導(dǎo)過(guò)程及結(jié)果無(wú)需帶單位。）(1) 某選手用水平力推正方體，但未推動(dòng)，這時(shí)的推力_（填“大于”、“小于”或“等于”）地面對(duì)正方體的摩擦力，理由是_ _。(2)請(qǐng)推導(dǎo)出該正方體水平放置時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)。(3)某選手在時(shí)間t內(nèi)把地面上此外兩個(gè)相同的正方體疊放在第一個(gè)正方體上面，如圖16所示。請(qǐng)推導(dǎo)出該選手在疊放這兩個(gè)正方體過(guò)程中，克服正方體重力做功的功率。質(zhì)量為3t的小型載重汽車，額定功率為100kW，車上裝有6t的砂石。汽車先以10m/s的速度在乎直公路上以20kW的功率勻速行駛了l0min，消耗汽油1.2kg，然后又以額定功率用了2m

20、in的時(shí)間，將砂石從山坡底運(yùn)送到50m高的坡頂施工現(xiàn)場(chǎng)。g取10N/kg。試問(wèn)：（1）1.2kg的汽油完全燃燒放出的熱量為多少？（已知汽油的熱值為4.5l07J/kg）（2）汽車在平直公路上勻速行駛時(shí)，受到的阻力為多少？（3）汽車從坡底向坡頂運(yùn)送砂石的機(jī)械效率是多少？（1）（2分）汽油放出的熱量Qmq1.2kg4.5l07J/kg5.4l07J（2）（3分）汽車勻速行駛時(shí)牽引力做的功WPt20l03W600s1.2107J由功的計(jì)算公式，可得牽引力F2023N由于汽車做勻速運(yùn)動(dòng)，則受到的阻力fF2023N（3）（3分）有用功W有mgh6103kg10N/kg50m3106J總功W總P額tll05W260s1.2l07J則機(jī)械效率