1.做功的兩個(gè)必要因素，功的計(jì)算;
2.知道功率的概念、計(jì)算公式和單位;
3.知道有用功、額外功、總功;
4.理解機(jī)械效率的計(jì)算及公式;
5.理解動(dòng)能、重力勢(shì)能的初步概念，知道什么是彈性勢(shì)能;
6.知道動(dòng)能，勢(shì)能的大小與什么有關(guān);
7.能解釋一些動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的簡(jiǎn)單現(xiàn)象。
【知識(shí)網(wǎng)絡(luò)】
【要點(diǎn)梳理】
要點(diǎn)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的距離。
2.不做功的三種情況
(1)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”。
(2)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”。
1. (3)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”。
3.功的計(jì)算：
(1)公式：一般式 W=Fs ;常用式 W=Gh(克服重力做功)或W=f阻s(克服摩擦阻力做功)。
(2)單位：焦耳(J)
4.注意事項(xiàng)：
(1)F與s的方向應(yīng)在同一直線上(初中要求)(比如一個(gè)人提著一重物G,從山腳順著“之”字形的山路爬到山頂,此時(shí)人克服重力做功所移動(dòng)的距離并不是山路的長,而是從山腳到山頂?shù)母?
(2)做功的多少,由W=Fs決定,而與物體的運(yùn)動(dòng)形式無關(guān).
要點(diǎn)詮釋：
1.判斷物體做功的依據(jù):做功的兩個(gè)必要因素。
2.在分析做功情況時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1)當(dāng)物體的受力方向與運(yùn)動(dòng)方向不垂直時(shí),這個(gè)力就要做功。
(2)一個(gè)物體同時(shí)受幾個(gè)力的作用時(shí),有一些力做了功,有些力沒有做功。因此,講做功必須指出是哪一個(gè)力對(duì)哪一個(gè)物體做功。
(3)什么叫物體克服阻力做功:若物體在運(yùn)動(dòng)方向上受到一個(gè)與此方向相反的力F的作用,我們通常說物體克服阻力F做了功。
比如:物體在豎直向上運(yùn)動(dòng)h的過程中,物體克服重力做功,功的大小為W=Gh;
再如：物體在水平方向上向前運(yùn)動(dòng)s,物體克服摩擦力做功,功的大小為W=fs。
要點(diǎn)二、功率
1.物理意義：表示物體做功的快慢。
2.定義：把做功的多少與所用時(shí)間的比叫做功率。
3.計(jì)算式：P=W/t， P 表示功率，W 表示功，t 表示時(shí)間，使用公式計(jì)算功率時(shí)，必須注意W 和t的對(duì)應(yīng)關(guān)系。W 為在t時(shí)間內(nèi)所做的功，而t為做W 這么多的功所用的時(shí)間。
4.推導(dǎo)式：P=W/t=Fs/t=Fv，式中F為做功的力而v為速度。
5.單位：瓦(W)
1.注意區(qū)別功與功率。功率與功是兩個(gè)不同的物理量,“功”表示做功的“多少”,而“功率”則表示做功的“快慢”,“多少”與“快慢”的意義不一樣。只有在做功時(shí)間相同時(shí),做功多的就做功快。否則,做功多,不一定做功就快,即“功率”不一定就大。也就是說:功率與功和時(shí)間兩個(gè)因素有關(guān)。
2.由P=W/t變形為P=Fv可知:功率一定時(shí),力F與速度v成反比。
要點(diǎn)三、有用功、額外功、總功
1、總功：使用機(jī)械時(shí)，拉力(或動(dòng)力)所做的的功;例如：用桶從井中打水，人在整個(gè)提水過程中拉力做的功是總功。
2、額外功：對(duì)我們是無用的，但又不得不做的功;如提沙子上樓時(shí)對(duì)桶、滑輪等做的功就是額外功。
3、有用功：從總功中減去額外功，才是對(duì)我們有用的功;如提沙子上樓時(shí)對(duì)沙子做的功就是有用功。
要點(diǎn)詮釋：
1、總功是有用功與額外功之和，即W有+W額外=W總。
2、額外功的產(chǎn)生是因?yàn)槔脵C(jī)械做功時(shí)，除了對(duì)工作目的物做功外，還要克服機(jī)械本身的摩擦力或重力做功。
要點(diǎn)四、機(jī)械效率
我們把有用功和總功的比值叫做做機(jī)械效率，符號(hào)為η。
1、公式為η=W有/W總，式中η表示機(jī)械效率，它是一個(gè)百分?jǐn)?shù)。η的值越大，表明有用功在總功中所占的比例越大，做功的效率越高。
2、η的值總小于100%，由于機(jī)械本身的摩擦力或重力不可能為零，所以額外功總是存在的，即有用功總是小于總功。
3、知道增大機(jī)械效率的方法：
根據(jù)公式η=W有/W總=W有/(W有+W額外)可知：如果有用功不變，我們可以通過減小額外功來增大機(jī)械效率，(例如我們用輕便的塑料桶打水，而不用很重的鐵桶打水，就是運(yùn)用這個(gè)道理);如果額外功不變，我們可以通過增大有用功來提高機(jī)械效率;(例如，在研究滑輪組的機(jī)械效率時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)同一個(gè)滑輪組，提起的重物越重，機(jī)械效率越高，就是這個(gè)道理);當(dāng)然了，如果能在增大有用功的同時(shí)，減小額外功更好。
要點(diǎn)五、動(dòng)能和勢(shì)能
1、什么是能
物體能夠?qū)e的物體做功，我們就說這個(gè)物體具有能量或能。
2、動(dòng)能
動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能。
3、 勢(shì)能
(1) 重力勢(shì)能：把被舉高的物體具有的能叫做重力勢(shì)能。
(2) 彈性勢(shì)能：物體發(fā)生彈性形變而具有的能叫做彈性勢(shì)能。
(3)重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能統(tǒng)稱為勢(shì)能。
動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能的理解：(1)有動(dòng)能的物體具有機(jī)械能;(2)有勢(shì)能的物體具有機(jī)械能;(3)同時(shí)具有動(dòng)能和勢(shì)能的物體具有機(jī)械能。
【典型例題】
類型一、判斷力對(duì)物體是否做功
1.(2020大冶市模擬)關(guān)于力對(duì)物體做功的敘述，下列說法中正確的是( )
A.舉重運(yùn)動(dòng)員舉著杠鈴不動(dòng)，運(yùn)動(dòng)員豎直向上托舉的力對(duì)杠鈴做了功
B.人推汽車但沒有推動(dòng)，人的推力對(duì)汽車做了功
C.起重機(jī)吊著重物上升，鋼繩豎直向上的拉力對(duì)重物做了功
D.足球在水平地面上滾動(dòng)，足球受到的重力對(duì)足球做了功
【思路點(diǎn)撥】力對(duì)物體做功的兩個(gè)條件：1、力;2、物體沿力的方向通過的距離;兩個(gè)條件缺一不可。
【答案】C
【解析】A、運(yùn)動(dòng)員舉著杠鈴不動(dòng)，有力但是沒有在力的方向上移動(dòng)距離，所以沒有做功;B、人推車，車沒動(dòng)，有力的作用，但是沒有在力的方向上移動(dòng)距離，所以沒有做功;C、起重機(jī)吊著重物上升，鋼絲對(duì)重物有向上的拉力，同時(shí)重物在力的作用下沿力的方向移動(dòng)了距離，所以做功了;D、足球在水平地面上滾動(dòng)，足球受重力的作用，但是并沒有在重力的方向上移動(dòng)距離，所以重力沒有對(duì)足球做功;故選C。
【總結(jié)升華】此題考查的是力對(duì)物體做功的條件的判斷，特別要好好理解物體沿力的方向通過的距離，例如D答案，有力也有距離，但是因?yàn)槲矬w的運(yùn)動(dòng)方向不是沿著力的方向，而是與力的方向垂直，這樣力就沒有做功。
舉一反三：
【變式】水平桌面上的文具盒在水平方向的拉力作用下，沿拉力的方向移動(dòng)一段距離。則下列判斷正確的是( )
A.文具盒所受重力做了功 B.文具盒所受支持力做了功
C.文具盒所受拉力做了功 D.沒有力對(duì)文具盒做功
類型二、功及功率的計(jì)算
2.用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉著重為8N的木塊，在水平長木板沿直線勻速移動(dòng)0.5m，如圖所示，木塊受到的摩擦力是_____N，木塊所受的重力做功_____J。
【思路點(diǎn)撥】(1)彈簧測(cè)力計(jì)的分度值為0.2N，由指針?biāo)诘奈恢玫贸隼Υ笮�，由于木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，拉力等于摩擦力;
(2)木塊水平移動(dòng)，在重力的方向上沒有移動(dòng)距離，重力不做功。
【答案】2.4;0
【解析】(1)由圖可知，拉力F=2.4N，
∵木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，
∴f=F=2.4N;
(2)由于木塊水平移動(dòng)，在重力的方向上沒有移動(dòng)距離，所以重力做功為0。
【總結(jié)升華】本題考查二力平衡條件的應(yīng)用和功的計(jì)算，關(guān)鍵是知道平衡力大小相等，方向相反，作用在同一直線上，作用在同一物體上;做功的條件是有力作用在物體上、并且在力的方向上移動(dòng)距離。
【變式】(2015銅仁市中考)小龍背著質(zhì)量為25kg的實(shí)驗(yàn)器材從實(shí)驗(yàn)樓的一樓上到三樓，又沿著走廊水平走了5m到達(dá)實(shí)驗(yàn)室。每層樓高3m，小龍對(duì)實(shí)驗(yàn)器材做功_____J。若在搬運(yùn)實(shí)驗(yàn)器材的整個(gè)過程中小龍總共做功4500J，則小龍自身體重_____kg。(g=10N/kg)
【答案】1500;50
【解析】(1)由題意可知G=mg=25kg×10N/kg=250N，一層樓高3m，一樓到三樓是兩層樓高，s=3m×2=6m;
因?yàn)樾↓埍持鴮?shí)驗(yàn)器材的力豎直向上，所以水平方向上沒有對(duì)實(shí)驗(yàn)器材做功，
對(duì)實(shí)驗(yàn)器材做功：W=Gh=250N×6m=1500J。
(2)小龍克服自身重力做的功：W′=W總-W=4500J-1500J=3000J，由W=Gh得，小龍的重力：G小龍=W′/h=3000J/6m =500N，則m=G小龍/g=500N/10N/kg=50kg。
3. 一列質(zhì)量為1×103t的火車，以180km/h的速度在平直軌道上勻速行駛，整列火車受到的阻力是9×103N。
(1)火車的牽引力多大?
(2)火車行駛1min時(shí)間內(nèi)，重力做了多少功?機(jī)車牽引力做了多少功?牽引力的功率多大?
【思路點(diǎn)撥】(1)首先根據(jù)二力平衡的條件，搞清火車所受牽引力與阻力之間的關(guān)系。
(2)根據(jù)功的計(jì)算公式：W=Fs。并且要搞清F與s的關(guān)系，s必須是在力的方向上移動(dòng)的距離。通過分析重力沒有在力的方向上移動(dòng)距離，所以重力沒有做功。根據(jù)功的計(jì)算公式計(jì)算出牽引力做的功，然后根據(jù)公式P=W/t計(jì)算出牽引力的功率。
【總結(jié)升華】此題考查了二力平衡條件及應(yīng)用、功、功率的計(jì)算。特別是功的計(jì)算，一定要搞清F、s之間的關(guān)系，s是在力的方向上移動(dòng)的距離。
【變式】小童同學(xué)用50N的水平推力，使放在水平桌面上重200N的物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，若該物體在10s內(nèi)移動(dòng)4m，則在此過程中，物體受到的摩擦力是N，小童做功的功率是W。
【答案】50;20
類型三、機(jī)械效率
4、做值日時(shí)，小陽將一桶水從一樓提到二樓。此過程中，關(guān)于做功的說法正確的是( )
A.對(duì)桶做的功是有用功
B.對(duì)水做的功是有用功
C.對(duì)水做的功是額外功
D.克服自身重力做的功是總功
【答案】B
【解析】小陽目的是提水，對(duì)水做的功為有用功，故B正確、C錯(cuò);對(duì)桶做的功為額外功，故A錯(cuò);
小陽把水、桶、自身提升做的功為總功，故D錯(cuò)。
【總結(jié)升華】本題考查了學(xué)生對(duì)有用功、總功、額外功的了解與掌握，區(qū)分時(shí)要從我們的目的出發(fā)分析判斷。
【變式】工人用滑輪組把一箱箱貨物從一樓提升到五樓，在滑輪組上加潤滑油后，機(jī)械效率提高了，則加潤滑油后工人提升同樣的重物時(shí)，做功的( )
A.有用功減小，總功不變 B.有用功增加，總功增加
C.有用功減小，總功減小 D.有用功不變，總功減小
【答案】D
5、關(guān)于機(jī)械效率，下列說法中正確的是( )
A.機(jī)械做功越快，機(jī)械效率越高
B.機(jī)械所做的總功越少，機(jī)械效率越高
C.機(jī)械做的有用功在總功中占的百分比越大，機(jī)械效率越高
D.使用機(jī)械時(shí)，所用動(dòng)力跟物重的比值越小，機(jī)械效率越高
【解析】A、機(jī)械做功越快，表示功率越大，單位時(shí)間內(nèi)做的功越多，但機(jī)械效率不一定就高，故此項(xiàng)不符合題意;
B、從機(jī)械效率公式可知，總功多，機(jī)械效率的大小還要看有用功的大小，故此項(xiàng)不符合題意;
C、總功包括有用功和額外功，有用功在總功中占比例越大，機(jī)械效率越高，故此項(xiàng)正確符合題意;
D、使用機(jī)械時(shí)，所用動(dòng)力跟物重的比值與有用功占總功的比例沒有關(guān)系，故此項(xiàng)說法不對(duì)，不符合題意。
【總結(jié)升華】該題考查學(xué)生對(duì)機(jī)械效率的理解，特別要注意功率與機(jī)械效率是兩個(gè)不同的物理量，它們之間沒有任何關(guān)系。
【變式】(2020和平區(qū)三模)關(guān)于機(jī)械效率，下面說法正確的是( )
A.功率越大的機(jī)械效率越高
B.由于有用功總小于總功，機(jī)械效率總小于1
C.機(jī)械效率越低的機(jī)械，做的功就越小
D.機(jī)械效率越高的機(jī)械越省力
6、如圖所示，用滑輪組提升重物時(shí)，重800N的物體在10s內(nèi)勻速上升了1m。已知拉繩子的力F為500N，則提升重物的過程中( )
A.做的有用功是800J
B.拉力F的功率是80W
C.繩子自由端被拉下3m
D.D滑輪組的機(jī)械效率是60%
【答案】A
【總結(jié)升華】本題考查了學(xué)生對(duì)功率的公式、機(jī)械效率公式、滑輪組s=nh、有用功、總功的理解和運(yùn)用，因條件已給出，難度不大。
【變式】用某一滑輪組提起某重物，滑輪組所做的額外功是總功的25%，則此滑輪組的機(jī)械效率是( )
A.20% B.25% C.75% D.80%
【答案】C
類型四、機(jī)械能的轉(zhuǎn)化
7.如圖所示，在用滾擺做探究“機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化”的活動(dòng)時(shí)，把滾擺懸掛在框架上，用手捻動(dòng)滾擺使懸線纏在軸上，滾擺升到最高點(diǎn)后，放開手，可以看到滾擺下降，越轉(zhuǎn)越_____，到最低點(diǎn)時(shí)滾擺轉(zhuǎn)而_____，直到差不多回到_____的位置。滾擺在_____位置時(shí)重力勢(shì)能最大，在_____時(shí)動(dòng)能最大。可見，_____和____可以相互轉(zhuǎn)化。
【答案】快;上升;原來;最高點(diǎn);最低點(diǎn);重力勢(shì)能;動(dòng)能
【解析】滾擺是重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的機(jī)械，故滾擺升到最高點(diǎn)后，放開手，可以看到滾擺旋轉(zhuǎn)著下降，越轉(zhuǎn)越快，到最低點(diǎn)時(shí)滾擺轉(zhuǎn)而上升，直到回到接近原來的位置;滾擺在最高點(diǎn)位置時(shí)重力勢(shì)能最大，在最低點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大;可見，重力勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化。
【總結(jié)升華】解決此類問題的關(guān)鍵是要知道各能量跟哪些因素有關(guān)，根據(jù)各因素的變化情況分析能量的變化情況。
【變式】如圖所示，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星成功實(shí)施了三次近月制動(dòng)，順利完成“太空剎車”動(dòng)作，建立了正常的姿態(tài)。在制動(dòng)過程中嫦娥一號(hào)的機(jī)械能_____(填“增大”“不變”或“減小”)。
【答案】減小
8.如圖所示是一個(gè)左右對(duì)稱的凹形槽，將小球從A點(diǎn)由靜止釋放，若小球由A點(diǎn)到B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中克服摩擦力做的功用W表示，忽略空氣阻力，則下列說法正確的是( )
A.小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中，勢(shì)能的減少量與動(dòng)能的增加量之差等于W
B.小球能夠從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)
C.小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中，勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增加量
D.小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中，機(jī)械能的減少量等于動(dòng)能的增加量
【解析】從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過程中，小球克服重力、摩擦力做功，所以機(jī)械能不守恒;小球減少的重力勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化成小球的動(dòng)能，一部分克服摩擦力做功。
【總結(jié)升華】題目考查了機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒，掌握機(jī)械能守恒的條件：只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的時(shí)候，機(jī)械能才守恒。
【變式】(多選)如圖所示，一個(gè)靜止的木塊 M，從 O點(diǎn)分別沿不同的光滑軌道 OA、 OB、 OC、 OD自由下滑，到達(dá)同一水平地面上，如果不計(jì)空氣阻力，以下說法正確的是( )
A.到達(dá)地面時(shí)動(dòng)能不相等，沿 OD軌道下滑時(shí)動(dòng)能最大
B.在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力勢(shì)能的變化相同
C.沿著不同軌道到達(dá)地面時(shí)速度大小相同
D.沿不同軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)， M的機(jī)械能保持不變
【答案】BCD
類型五、實(shí)驗(yàn)探究
9.如圖是探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置。
(1)試驗(yàn)中通過觀察木塊在同一水平面上被推動(dòng)的_____來比較小球的動(dòng)能大小。
(2)將同一小球從同一斜面的不同高度(h1>h2)由靜止開始釋放的目的是：使小球到達(dá)斜面底部時(shí)的速度_____ 。
(3)小球推動(dòng)木塊，最后靜止時(shí)的位置如圖甲乙所示，分析可知小球的動(dòng)能與速度的大小_____(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。
(4)如圖丙所示，質(zhì)量較小的撲克牌動(dòng)能較大時(shí)能切入黃瓜，根據(jù)上面的探究可知，飛行的撲克牌一定具有_____(選填“較大”或“較小”) 的速度。
【思路點(diǎn)撥】(1)此實(shí)驗(yàn)把動(dòng)能的大小轉(zhuǎn)換為木塊被撞擊后運(yùn)動(dòng)的距離，距離越遠(yuǎn)表明小球的動(dòng)能越大;
(2)實(shí)驗(yàn)過程要采用控制變量法，當(dāng)研究動(dòng)能大小與速度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)選擇同一鋼球，這樣可以保證小球的質(zhì)量相同;當(dāng)研究動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，要讓鋼球沿斜面的同一高度下落，這樣保證下落速度相同;
(3)根據(jù)推動(dòng)的距離越遠(yuǎn)表明小球的動(dòng)能越大的規(guī)律分析小球的動(dòng)能與速度的大小關(guān)系;
(4)根據(jù)動(dòng)能大小的影響因素(物體的質(zhì)量和速度)分析即可。
【答案】(1)距離;(2)不同;(3)有關(guān);(4)較大
【解析】(1)從圖1中可以看出，小球滑下的高度不同，即小球剛到水平面上時(shí)的速度不同，并且小球滑下時(shí)的高度越大，木塊被推動(dòng)的距離越遠(yuǎn)，表明小球的動(dòng)能越大。
(2)實(shí)驗(yàn)過程中要采用控制變量法，當(dāng)研究動(dòng)能大小與速度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保證小球的質(zhì)量相同;改變下落速度，要讓鋼球沿斜面的不同高度處下落，使小球到達(dá)斜面底部時(shí)的速度不同;
(3)因?yàn)橥苿?dòng)的距離越遠(yuǎn)表明小球的動(dòng)能越大，如圖甲、乙所示可知乙圖中小球?qū)⒛緣K推動(dòng)的遠(yuǎn)些，說明小球的動(dòng)能與速度的大小有關(guān)。
(4)動(dòng)能大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，且質(zhì)量越大、速度越大，動(dòng)能就越多，所以在質(zhì)量較小的撲克牌動(dòng)能較大時(shí)，一定是具有較大的速度。
【總結(jié)升華】此題主要考查學(xué)生探究動(dòng)能的影響因素實(shí)驗(yàn)的理解和掌握。該實(shí)驗(yàn)中注意控制變量法的應(yīng)用，注意分析推理的科學(xué)性。
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