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1、第五單元功、功率和機械效率,課時 13功功率 機械能及其轉化,力,力,距離,距離,乘積,Fs,焦耳,功,做功所用時間,快慢,快,慢,瓦特,W,103,Fv,對外做功,J,運動,控制變量法,轉換法,初速度,質量,速度,木塊被推動的距離,轉換,越大,速度,質量,越大,被舉高,質量,所處高度,彈性形變,機械能,減小,減小,增大,增大,動,重力勢,重力勢,動,重力勢,動,動,重力勢,動,重力勢,重力勢,動,動,重力勢,不變,摩擦及阻力,守恒,減小,增大,例1指出下列各情況中,力對物體是否做功:(均選填“做功”或“不做功”) (1)在草地上滾動的足球,支持力對球。 (2)手提一桶水在水平面上運動一段距離
2、,拉力對桶。 (3)一只蘋果從樹上落下過程中,重力對它。 (4)小球被踢出去后,由于慣性在光滑的水平面上滾動,腳對球。 (5)懸掛著的電燈,電線的拉力對電燈。 (6)舉重運動員舉起杠鈴過程中,舉力對杠鈴。 (7)鋼筆在紙面上寫字中,紙面的摩擦力對鋼筆。,不做功,不做功,做功,不做功,不做功,做功,做功,例2一個跳傘運動員的總質量為80 kg,當它從500 m的高空跳下后,過了一段時間才打開降落傘,最后以4 m/s的豎直速度勻速下降了10 s恰好落到地面,在整個過程中,重力做了多少功?最后豎直勻速下落階段克服阻力做了多少功?(未開傘前不考慮空氣阻力,g取10 N/kg),答案 解:重力做功為WG
3、=mgh=80 kg10 N/kg500 m=4105 J。 勻速下落的距離h1=vt=4 m/s10 s=40 m, 克服阻力做的功Wf=fh2=Gh1=mgh1=80 kg10 N/kg40 m=3.2104 J。,變式1小夏推箱子經(jīng)歷了如圖13-1所示的過程,最終箱子被推出去后又向前滑行了一段距離。下列對上述過程中涉及的物理知識,分析正確的是() A.圖甲:因為箱子沒動,所以小夏沒有對箱子施加力的作用 B.圖乙:因為箱子受到的摩擦力大于推力,所以小夏沒推動箱子 C.圖乙:因為小夏對箱子施加了力,所以小夏對箱子做了功 D.圖丙:小夏對箱子做的功小于推力與箱子移動距離的乘積,D,圖13-1,
4、變式2一個人先后用同樣大小的力F將不同質量的物體分別在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上沿力的方向移動相同的距離s(如圖13-2所示),該力在這三個過程中所做的功分別為W1、W2、W3,關于它們之間的大小關系,下列說法正確的是() A.W1W2W3B.W1W2=W3 C.W1=W2=W3D.W1=W2W3,圖13-2,C,變式3在水平地面上,用50 N的水平拉力拉重為100 N的小車,使小車沿水平方向前進5 m,則在此過程中,拉力所做的功等于J,重力所做的功等于J。,250,0,例3關于功率概念的理解,下列說法正確的是。 A.功率大的機械做的功多 B.功率大的機械做功時用的時間少 C.省力多的
5、機械功率大 D.單位時間內完成的功越多,則功率越大 E.做功多的機械功率大 F.做功時間長的機械功率大 G.做功快的機械功率大 H.做功時間一定,功率大的機械做功多 I.做相同的功,功率大的用的時間短 J.功率小的機械做的功少,DGHI,例4如圖13-3所示,小麗和爺爺進行爬樓比賽。他們同時從一樓出發(fā),爬到五樓,結果小麗先到達。已知小麗的體重比爺爺?shù)捏w重輕。下列說法正確的是() A.爬到五樓時,小麗做的功比爺爺做的功多 B.爬到五樓時,爺爺做的功比小麗做的功多 C.小麗做功的功率一定比爺爺做功的功率大 D.爺爺做功的功率一定比小麗做功的功率大,圖13-3,例5 2017益陽 跳傘是一項極具挑戰(zhàn)
6、的運動,現(xiàn)在越來越受到人們的喜愛。在某次跳傘訓練過程中,一體重為500 N的運動員從空中懸停的直升機上由靜止開始豎直跳下,其速度與時間的關系如圖13-4所示,經(jīng)15 s下落210 m后,開始做勻速直線運動直至落地,整個過程中用時30 s。求在整個過程中: (1)運動員的平均速度。 (2)重力做的功。 (3)勻速下降時重力做功的功率。,圖13-4,(2)重力做的功。,(3)勻速下降時重力做功的功率。,(2)運動員下落的高度為h=s=300 m; 重力做的功W=Gh=500 N300 m=1.5105 J。,(3)勻速下降時,重力做功的功率P=Fv=Gv=500 N6 m/s=3103 W。,變式
7、1如圖13-5所示是甲、乙兩物體做功與所需時間的關系圖像,由圖像可知() A.P甲P乙B.P甲P乙 C.P甲=P乙D.無法確定,A,圖13-5,變式2“藍鰭金槍魚-21”(簡稱“金槍魚”)是一款自主水下航行器,其外形與潛艇相似(如圖13-6甲所示),相關標準參數(shù)為:體積1 m3、質量750 kg、最大潛水深度4500 m、最大航速7.4 km/h。(不考慮海水密度變化,海水密度取1.0103 kg/m3,g取10 N/kg) (1)假設“金槍魚”上有面積為20 cm2的探測窗口,當它由海水中2000 m處下潛至最大潛水深度處時,該探測窗口承受海水的壓力增加了多少? (2)“金槍魚”搜尋任務完成
8、后,變?yōu)樽灾貢r恰能靜止漂浮在海面上,此時露出海面的體積為多大? (3)若由起重裝置將上述漂浮在海面的“金槍魚”勻速豎直吊離海面,起重裝置拉力的功率隨時間變化的圖像如圖乙所示,P3=3P1。求t1時刻起重裝置對“金槍魚”的拉力。(不考慮水的阻力),圖13-6,解:(1)海面下2000 m處的壓強p1=gh1=1.0103 kg/m310 N/kg2000 m=2107 Pa, “金槍魚”下潛至最大潛水深度處的壓強 p2=gh2=1.0103 kg/m310 N/kg4500 m=4.5107 Pa, 增加的壓強p=p2-p1=4.5107 Pa-2107 Pa=2.5107 Pa, 探測窗口承受
9、海水的壓力增加量 F=pS=2.5107 Pa2010-4 m2=5104 N。,(2)“金槍魚”搜尋任務完成后,變?yōu)樽灾貢r恰能靜止漂浮在海面上,此時露出海面的體積為多大?,(3)若由起重裝置將上述漂浮在海面的“金槍魚”勻速豎直吊離海面,起重裝置拉力的功率隨時間變化的圖像如圖乙所示,P3=3P1。求t1時刻起重裝置對“金槍魚”的拉力。(不考慮水的阻力),例6關于功和能,下列說法正確的有。 A.穩(wěn)穩(wěn)掛在墻上的電視機,沒有對外做功,所以它沒有機械能 B.發(fā)生彈性形變的物體具有的能叫彈性勢能 C.五樓教室里的同學一定比四樓的同學的重力勢能大 D.一個質量不變的物體運動速度加快時,動能增大 E.一個質
10、量不變的物體重力勢能變大了,一定是高度升高了 F.功、熱量、能量的單位都是焦耳(J),BDEF,變式關于能的概念,下列說法中正確的是() A.空中飛行的鴿子一定比燕子的動能大 B.跑得快的運動員一定比跑得慢的運動員動能大 C.甲同學比乙同學質量大些,甲同學的勢能一定比乙同學的勢能大 D.如果一個物體能夠對外做功,這個物體就一定具有能,D,例7判斷下列說法的正誤,正確的用“”表示,錯誤的用“”表示。 (1)一個同學在蹦床上玩,從跳起到上升至最高點的過程中,重力勢能轉化為動能() (2)羽毛球是很多中年人喜歡的運動,羽毛球在空中上升時重力勢能減小,動能增大() (3)鉛球從最高點自由落到最低點的過
11、程中,重力勢能減小,動能增大() (4)飛船由遠地點向近地點勻速運動的過程中動能不變,重力勢能減小(),(5)排球在下落過程中受到空氣阻力作用,機械能保持不變() (6)人在乘坐電梯勻速上升時,重力勢能增大,機械能不變() (7)沿斜面勻速向上推動物體運動,物體的動能不變,重力勢能增大,機械能增大() (8)冬奧會上滑雪運動員從山坡上勻速下滑時,其動能不變,重力勢能減小,機械能減小() (9)下雨天,雨滴從高空中勻速下落的過程中,重力勢能減小,機械能不變() (10)灑水車沿街道勻速行駛,將水灑向路面,在此過程中它的動能不變,機械能不變() (11)“神州十一號”飛船飛離地面時速度越來越大,在
12、此過程中,航天英雄景海鵬所具有的動能變大,機械能變大(),變式如圖13-7所示,足球以初速度v沿著凹凸不平的草地從a運動到d,足球() A.在b、d兩點時動能相等 B.在a、d兩點時機械能相等 C.從b到c的過程中機械能減少 D.從c到d的過程中重力勢能減少,C,圖13-7,例1某同學在探究“動能大小與哪些因素有關”的實驗中,設計了如圖13-8甲所示的實驗方案,并進行了如下的操作: 步驟1:讓鋼球從斜面A點由靜止開始下滑,到達水平面時的速度為v1,撞擊木塊并使木塊移動,記下木塊移動的距離s1; 步驟2:讓鋼球從斜面B點由靜止開始下滑,到達水平面時的速度為v2,撞擊木塊并使木塊移動,記下木塊移動
13、的距離s2; 步驟3:改變鋼球的質量讓鋼球從A點由靜止開始下滑,撞擊木塊并使木塊移動,記下木塊移動的距離s3。,圖13-8,解析 (1)A點高于B點,同一鋼球在A點處具有的重力勢能大于在B點處的重力勢能;鋼球從斜面上向下滾動時,重力勢能轉化為動能,所以鋼球從A點釋放后,滾動到水平面時的動能較大,速度也較大,即v1v2。 (2)步驟1和步驟3控制鋼球在斜面上的初始位置相同,則鋼球滾動到水平面上時的速度相同,改變鋼球的質量,即在速度相同的情況下,探究動能與質量的關系。,(1)比較v1、v2,可知v1v2。原因:鋼球的重力勢能越大,轉化為鋼球的能越大。 (2)比較步驟和步驟3可以探究動能大小和物體質
14、量的關系。,動,1,解析 (3)鋼球到達水平面時具有動能,推動木塊運動時,一部分動能轉移給木塊使木塊運動,最終轉化為木塊克服摩擦力所做的功,另一部分由鋼球自身克服摩擦,轉化成內能,故EkW。 (4)步驟1與步驟2兩次實驗操作中,木塊對水平面的壓力和接觸面的粗糙程度相同,所受摩擦力相等,即f1=f2。,(3)鋼球從斜面上滑下,碰撞到斜面底端水平放置的木塊后繼續(xù)向前運動,兩者在水平木板上滑行一段時間后停下,如圖甲所示,設木塊克服摩擦力所做的功為W,小球與木塊碰撞前動能為Ek,則Ek(選填“”“s2,則f1f2。,=,(5)實驗結束后,該同學拿走木塊,先后將鋼球從同一斜面的不同高度處由靜止釋放,記錄
15、鋼球在相同表面上滑行到靜止的距離,如圖乙所示。根據(jù)此現(xiàn)象,小剛得出了動能與速度有關的結論。你認為該同學實驗方案是否合理(選填“合理”或“不合理”)。 (6)若該同學還準備利用圖乙器材探究“阻力對物體運動的影響”。為完成探究任務,該同學需要從下面提供器材中選擇的器材有。(填字母) A.砝碼B.毛巾 C.彈簧測力計D.棉布,合理,BD,解析 (5)相同的表面對鋼球的阻力是相同的,通過觀察鋼球滑行到靜止的距離大小可以判斷出鋼球的動能大小,即鋼球滑行到靜止的距離越大,鋼球的動能越大。從而可以得出動能與速度的關系,故該實驗方案合理。,例2 2017鄂爾多斯 小夏同學在體育活動中,從鉛球下落陷入沙坑的深度
16、情況受到啟發(fā),并產生了如下猜想。 猜想一:物體的重力勢能與物體的質量有關; 猜想二:物體的重力勢能與物體的下落高度有關; 猜想三:物體的重力勢能與物體的運動路徑有關。 為此小夏設計了如圖13-9所示的實驗:用大小、形狀相同的A、B、C、D四個鉛球分別從距離沙表面某高度處靜止釋放,其中D球從光滑彎曲管道上端靜止滑入,最后從管道下端豎直落下(球在光滑管道中運動時的能量損失不計)。,實驗數(shù)據(jù)如下表:,圖13-9,(1)本實驗中采用的研究問題的方法有。(寫出一種方法即可) (2)本實驗中,鉛球的重力勢能大小是通過 來反映的。 (3)為驗證猜想二,應比較(填實驗序號)。得到的結論是:當物體質量相同時,
17、。,鉛球陷入沙坑的深度,控制變量法,物體的下落高度越高,其重力勢能越大,解析 (3)猜想二要探究物體重力勢能與下落高度的關系,應控制小球的質量和運動路徑相同,下落高度不同,即兩次實驗符合條件。,(4)比較,得到的結論是 。 (5)經(jīng)進一步實驗和分析,小夏大膽給出重力勢能(Ep)的表達式“Ep=mgh”,并去辦公室詢問了老師,得以證實。小夏高興不已,回到教室后,根據(jù)學過的知識又算出了各小球落到沙表面時的動能,其中B球的動能為J。(忽略空氣阻力,g取10 N/kg),2,當物體的質量和下落高度均相同時,物體的重力勢能與物體的運動路徑無關,解析 (5)忽略空氣阻力,則小球下落時機械能守恒,下落前的重力勢能等于小球落到沙表面時的動能,則B球落到沙表面時的動能Ek=Ep=mgh=0.4 kg10 N/kg0.5 m=2 J。,
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