九年级物理辅导课 第3讲 机械功与机械能

2019-03-29 11:23

九年级物理辅导课 第3讲 机械功与机械能

知识整理

一、功:

1、力学里所说的功包括两个必要因素:一是作用在物体上的力;二是物体在力的方向上通过的距离。

2、不做功的三种情况:有力无距离、有距离无力(惯性)、力和距离垂直、。

巩固:☆某同学踢足球,球离脚后飞出10m远,足球飞出10m的过程中人不做功。(原因是

足球靠惯性飞出)。

3、力学里规定:功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。 公式:W=FS 4、功的单位:焦耳,1J= 1N·m 。 把一个鸡蛋举高1m ,做的功大约是0.5 J 。 5、应用功的公式注意:①分清哪个力对物体做功,计算时F就是这个力;②公式中S 一定是在力的方向上通过的距离,强调对应。③ 功的单位“焦”(牛·米 = 焦), 二、功的原理:

1、内容:使用机械时,人们所做的功,都不会少于直接用手所做的功;即:使用任何机械都不省功。

2、说明: (请注意理想情况功的原理可以如何表述?)

①功的原理是一个普遍的结论,对于任何机械都适用。

②功的原理告诉我们:使用机械要省力必须费距离,要省距离必须费力,既省力又省距离的机械是没有的。

③使用机械虽然不能省功,但人类仍然使用,是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向,给人类工作带来很多方便。

④我们做题遇到的多是理想机械(忽略摩擦和机械本身的重力)理想机械:使用机械时,人们所做的功(FS)= 直接用手对重物所做的功(Gh) 3、应用:斜面

①理想斜面:斜面光滑 ②理想斜面遵从功的原理;

③理想斜面公式:FL=Gh 其中:F:沿斜面方向的推力;L:斜面长;G:物重;h:斜面高度。

如果斜面与物体间的摩擦为f ,则:FL=fL+Gh;这样F做功就大于直接对物体做功Gh 。 三、机械效率:

1、有用功:定义:对人们有用的功。 公式:W有用=Gh(提升重物)=W总-W额=ηW总

斜面:W有用= Gh

2、额外功:定义:并非我们需要但又不得不做的功

公式:W额= W总-W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组) 斜面:W额=f L

3、总功: 定义:有用功加额外功或动力所做的功

公式:W总=W有用+W额=FS= W有用/η 斜面:W总= fL+Gh=FL

4、机械效率:① 定义:有用功跟总功的比值。

② 公式: = W有用 η

W总

Gh

η = FL

Gh Gh

= η = FS =

Fh 1

Gh Gh

η = FS = =

F2h

Gh Gh

η = FS = =

Fnh

G F G 2F G

③ 有用功总小于总功,所以机械效率总小于1 。通常用 百分数 表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60% 。

④提高机械效率的方法:减小机械自重、减小机件间的摩擦。 5、机械效率的测量: ① 原 理:

W有用 Ghη= W =

总 FS

②应测物理量:钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S ③器 材:除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需 刻度尺、弹簧测力计。

④步骤:必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的:保证测力计示数大小不变。 ⑤结论:影响滑轮组机械效率高低的主要因素有: A动滑轮越重,个数越多则额外功相对就多。 B提升重物越重,做的有用功相对就多。 C 摩擦,若各种摩擦越大做的额外功就多。 绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。 四、功率:

1、定义:单位时间里完成的功

2、物理意义:表示做功快慢的物理量。

W 3、公式: = Fv P = t

4、单位:主单位 W 常用单位 kW mW 马力 换算:1kW=10W 1mW=10 W 1马力=735W

某小轿车功率66kW,它表示:小轿车1s 内做功66000J 5、机械效率和功率的区别:

功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢,即单位时间内完成的功;机械效率表示机械做功的效率,即所做的总功中有多大比例的有用功。 五、机械能 (一)、动能和势能

1、能量:一个物体能够做功,我们就说这个物体具有能

理解:①能量表示物体做功本领大小的物理量;能量可以用能够做功的多少来衡量。 ②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”如:山

上静止的石头具有能量,但它没有做功。也不一定要做功。

2、知识结构:

机 械 能

势能 动能

决定其大小的因素: 重力 势能

定义:物体由于运动而具有的能量

物体速度越大、质量越大,动能就越大

3

6

定义:物体由于被举高而具有的能量。 决定其大小的因素:

物体质量越大、举得越高,势能就越大

定义:发生形变的物体具有的能量。

物体弹性形变越大、弹性势能就越大

弹性 势能

决定其大小的因素: 3、探究决定动能大小的因素: ① 猜想:动能大小与物体质量和速度有关; ②

实验研究:研究对象:小钢球 方法:控制变量法;

?如何判断动能大小:看小钢球能推动木快做功的多少

?如何控制速度不变:使钢球从同一高度滚下,则到达斜面底端时速度大小相同;

2

?如何改变钢球速度:使钢球从不同同高度滚下;

③分析归纳:保持钢球质量不变时结论:运动物体质量相同时;速度越大动能越大;

保持钢球速度不变时结论:运动物体速度相同时;质量越大动能越大;

④得出结论:物体动能与质量和速度有关;速度越大动能越大,质量越大动能也越大。 练习:☆右表中给出了一头牛漫步行走和物体 质量m/kg 速度v/(m.s) 动能E/J 约0.5 约6 约75 约900 -1一名中学生百米赛跑时的一些数牛 约600 据:分析数据,可以看出对物体动中学约50 能大小影响较大的是 速度你判断生 的依据:人的质量约为牛的1/12,4、机械能:动能和势能统称为机械能。

而速度约为牛的12倍此时动能为牛的12倍说明速度对动能影响大 理解:①有动能的物体具有机械能;②有势能的物体具有机械能;③同时具有动能和势能的物体具有机械能。 (二)、动能和势能的转化 1、知识结构:

动能

转化 转化

弹性势能

势能

重力势能

2、动能和重力势能间的转化规律:

①质量一定的物体,如果加速下降,则动能增大,重力势能减小,重力势能转化为动能; ②质量一定的物体,如果减速上升,则动能减小,重力势能增大,动能转化为重力势能; 3、动能与弹性势能间的转化规律:

①如果一个物体的动能减小,而另一个物体的弹性势能增大,则动能转化为弹性势能; ②如果一个物体的动能增大,而另一个物体的弹性势能减小,则弹性势能转化为动能。 4、动能与势能转化问题的分析:

⑴首先分析决定动能大小的因素,决定重力势能(或弹性势能)大小的因素——看动能和重力势能(或弹性势能)如何变化。

⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大——如果除重力和弹力外没有其他外力做功(即:没有其他形式能量补充或没有能量损失),则动能势能转化过程中机械能不变。

⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失——机械能守恒;“斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。 (三)、水能和风能的利用 1、 知识结构:

拦河筑坝

水能 海水潮汐 机械能的直接做功 天然资源

风能

发电

2、水电站的工作原理:利用高处的水落下时把重力势能转化为动能,水的一部分动能转移到水轮机,利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。

练习:☆水电站修筑拦河大坝的目的是什么?大坝为什么要设计成上窄下宽? 答:水电站修筑拦河大坝是为了提高水位,增大水的重力势能,水下落时能转化为更多的动能,通过发电机就能转化为更多的电能。

例题及巩固练习:

3

1.如图13-14所示的几个情形中,所提到的力没有做功的是【 】

图13-14

2.在粗糙的水平面上,用100N的水平推力使一个重为500N的物体前进了10m,在此过程中【 】

A.推力做了5000J的功 B.推力做了1000J的功 C.重力做了5000J的功 D.重力做了1000J的功

3.如图13-15所示,定滑轮重2N,动滑轮重1N。物体A在拉力F的作用下,1s内将重为8N的物体A沿竖直方向匀速提高了0.2m。如果不计绳重和摩擦,则以下计算结果正确的是【 】 F

A.绳子自由端移动速度为0.6m/s B.滑轮组的机械效率为80% C.拉力F的功率为1.8W D.拉力F的大小为5N

图 13-15 4.如图13-16所示,物体A在拉力作用下沿水平面匀速运动了一段距离S,试

比较拉力F1、F2及拉力所做的功W1、W2的大小(滑轮重、绳重及绳与滑轮之间的摩擦

不计)。下列说法正确的是( )。

111F2 W1=W2 B、F1=F2 W1=W2

242111C、F1=F2 W1=W2 D、F1=F2 W1=W2

444A、F1=

图13-16

5.如图13-17所示,用动滑轮把一个物体匀速拉起,不计摩擦,则下列说法中正确的是【 】

A.拉起的物体质量越大,机械效率越高 B.动滑轮的质量越大,机械效率越高 C.拉起物体的速度越大,机械效率越高 D.物体被拉起的越高,机械效率越高 6.假设一架战斗机正在空中某一高度做匀速飞行,另一架空中加油机给其加油,加油后战斗机仍以原来的高度和速度做匀速飞行,则战斗机的 ( )

A.动能增加,势能减少,机械能不变 B.动能不变,势能不变,机械能不变 C.动能减少,势能不变,机械能减少 D.动能增加,势能增加,机械能增加

7.小明去商场购物,自动扶梯把他从一楼匀速送到二楼的过程中,他的【 】

图13-17

A.动能减小 B.势能不变 C.机械能增大 D.机械能不变 8.关于能量大小,下列说法中正确的是

A.运动速度越大的物体,它的动能越大

B.物体运动的速度越大,质量越大,物体的动能就越大 C.物体的质量大,它的重力势能不一定大

D.质量越大的物体,被举得越高,它的重力势能就越大 图13-18 9.如图13-18要粗测小明同学做“引体向上”时的功率。下面所列的物理量中,需要测量的是()

A.他的质量 B.单杠的高度 C.每次身体上升的高度 D.做“引体向上”的时间

10下列说法正确的是( )

A.机械做功越快,机械效率就越高 B.做功时间越长,机械功率越大 C.功率大的机械比功率小的做功快 D.所有机械的机械效率都小于1

4

11. 功的计算公式是W= ,在竖直方向上克服重力做功也可以写成W= ,功的单位是 .

12. 小明用100N的力沿竖直方向将杠杆的一端拉下2m时,杠杆的另一端把320N的重物提高了0.5m,他做的有用功是______J,总功是______J,杠杆的机械效率是______。

13. 用滑轮组将一个重为5N的物体匀速提升10cm,由图13-19可知,绳端受到的拉力F为____N,绳端移动的距离s为____cm,滑轮组的机械效率η为_ __ 。

14.甲乙两同学进行爬杆比赛,爬到杆顶(杆长相同)时,甲用10S,乙用9S,若

13-19 图甲乙两人的体重之比为5:6,则甲乙两人爬到杆顶做功之比是 ,甲乙

两人平均功率之比是 。

15. 强推着小车,30s内在水平地面上匀速前进了15m,则小车的速度为_____m/s.如果水平推力为10N,在此过程中小强对小车做的功为_____J,功率为______W. 16.“端午小长假”妈妈带小芳到武当山旅游。当她们乘坐的缆车缓慢匀速上升时,小芳的

重力势能_____,动能_____,机械能_____(三空都选填“增大”、“减小”或“不变”)。

17. 人们常常利用物体具有各种形式的机械能来做功,如:机械手表里拧紧的发条具有_____能,可以带动小齿轮和指针转动;风具有_____能,可以推动帆船· 航行;打桩机举高的重锤具有_____能,可以完成打桩工作。

18. 某工人用如图13-20所示的装置把重240N的物体提高1m,所用的拉力为150N,· 则该工人克服重力所做的有用功为___ J,总功为____J,额外功是 J,该滑轮组的机械效率是____. 19.程跃要提起重800N的物体,但是他的最大拉力只有300N.于是,他找来了一些滑图13-20 轮,想利用滑轮组提起这个重物。已知每个滑轮重20N,程跃想站在地上向下拉绳,他最好选择图中_______滑轮组来提起重物(选填“a”、“b” 或“c”)。请在所选的图13-21中画出正确的绕绳方法。

20.用滑轮组将陷在泥中汽车拉出来,试在图13-22中画出最省力的绕绳方法。

21.如图13-23所示,物体G在拉力F的作用下作匀速直线运动,拉力所做的功是600J,图13-22 图13-21

物体向左移动了2m,滑轮组的机械效率是80%,求: ⑴ 额外功是多少? ⑵ 拉力F是多少 ?

⑶ 物体所受的摩擦力是多大?

22. 上海自主研发了一种氢燃料汽车,它使用氢气代替汽油。在一次测试中,汽车在水平路面受到2400N的水平牵引力,5min内匀速直线行驶了9000m。 (1)汽车受到水平方向的阻力是多少? 图13-23 (2)汽车牵引力所做的功和功率是多少?

5


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