初中物理复习第十三讲-功和机械能

备战中考一轮复习教学案13----功和机械能【知识网络图示】【考点梳理复习】1.结合实例认识机械功的概念。理解做功的两个必要因素。能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。理解功的计算公式W=Fs，并能进行有关计算。2.结合实例理解功率的概念。了解功率在实际中的应用。会用公式P=W/t进行简单计算3.理解什么是机械效率。在生产生活中有提高效率的意识。4.能用实例说明物体的动能和势能以及他们的互相转化。5.能用实例说明机械能和其他形式的能的转化。【考题典例分析】例1某同学用100牛的力把质量为4千克的铅球推到5米远处,他推铅球做的功是()焦焦焦D.缺少条件,无法计算分析人推铅球时,只在将铅球推出手的极短的时间内对铅球施加作用力,铅球离开人手以后只受到重力和空气阻力作用,不再受到推力作用,题中所述的5米并不是在100牛的推力作用下通过的距离.因此,人虽对铅球做了功,却无法计算所做功的大小.解答应选D.例2用动力臂是阻力臂2倍的杠杆将重400牛的货物抬高20厘米,手向下压杠杆的力是220牛,手下降的高度是__________厘米,人做的总功是___________焦,有用功是_________焦.机械效率是___________.分析与解答由图1可知,根据相似三角形对应边成比例可得手下降的高度:h1＝×h2＝×20厘米＝40厘米手向下压杠杆时做的功即为总功:W总＝Fh1＝220牛×0.4米＝88焦重物被提升20厘米的功即为有用功:W有＝Gh2＝400牛×0.2米＝80焦图1由机械效率的公式可得:η＝＝＝％答应填:40、88、80、％.例3如图2所示为用滑轮组提起重物的装置.如果重物G＝×104牛,滑轮组的机械效率为80％,拉力F的功率为千瓦,要把重物提起1米,求:(1)需要多大的拉力.(2)需要多少时间分析与解答将重物G竖直提高1米所做的功为有用功,由机械效率η＝可求得总功;则根据动滑轮与重物总重由三股绳承担求得S＝3h,可由W总＝FS求出人拉绳的拉力大小;再由功率的计算公式p＝求出做功的时间.W有＝Gh＝×104牛×1米＝×104焦.人做功的总功为:W总＝＝＝3×104焦拉绳的作用力:F＝＝＝104牛图2做功的时间:t＝＝＝20秒.答所需拉力为104牛,所需时间为20秒.例4如图3所示,均匀木棒AB长2米,重力为20牛,支点O,且OB为0.8米,杠杆A端置于桌面上.现有一个重力为10牛的球在水平力F的作用下从A点向右匀速运动,如果F大小为3牛且保持不变,求当小球运动到刚好使杠杆失去平衡时,力F所做的功.图3分析如图4所示,当球在推力F作用下运动到支点右侧;距支点l1长时杠杆AB刚好失去平衡,则l1即为该球对杠杆作用力的力臂.而杠杆AB的重心应在AB的正中间,则杠杆的重GAB的力臂l2＝AO－AB＝1.2米－1米＝0.2米.解由杠杆平衡条件可得:GAB·l2＝G球·l1∴l1＝＝＝0.4米.球在F作用下运动使杠杆刚好失去平衡时通过的距离:S＝AO＋l1＝1.2米＋0.4米＝1.6米图4作用力F所做的功:W＝FS＝3牛×1.6米＝焦答杠杆刚好失去平衡时力F所做的功为焦.例5在1998年特大洪水中有一运输车车轮被一障碍物阻住（如图5所示）。为让运输物资及时送到指定地点，附近民工立即跑来帮助推车轮。设车对轮子的作用力及轮子重力共为G，方向如图，轮子直径为R，障碍物高度为H，民工作用最省力的方向应指向何处，作用力最小应为多少才能将车轮推上台阶。图5解析：民工推轮子的过程中，支点为轮子与障碍物的接触点，阻力G与阻力臂的乘积一定，故当动力臂最大时，民工作用力最小。答案：最省力的方向如图6，由杠杆平衡条件有：图6拓展延伸：解此类题时要利用杠杆平衡条件：动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂，找出最大动力力臂，即可求出最小动力。例6在轻质杆两端各挂有体积相同的铜块A和铝块B，支点在如图7所示的O点位置时，杠杆在水平位置保持平衡，则在下列情况下，杠杆仍在水平位置平衡的方法是（）A.在AB上同时放上质量相等的两物块B.将AB同时浸没在同一液体中C.在AB上同时切去体积相同的一小部分D.将A，B同时向支点O移动一小段相同的距离图7解析：杠杆平衡时有，由题设知，，，选项A中，选项B中两物体所受浮力相等，故，选项C中，切去相等体积后剩余体积相同，故有：选项D中答案：C方法提炼：在解答杠杆平衡的习题中，要抓住杠杆平衡条件，列出方程，进行数学变换，再根据新的等量关系得出正确答案。例7一支步枪长0.8m，火药爆炸时高压气体对子弹的平均推力是2000N，子弹在离开枪口后又在空中飞行了500m解析：在枪膛中高压气体推力对子弹做功，离开枪口后不再受气体推力，子弹飞行500m答案：高压气体对子弹做功方法提炼：解物理过程复杂的物理题时常将复杂的物理过程看成一个个简单的物理过程的组合。本题将子弹的运动过程看成子弹在枪膛内推力推子弹做功的过程和子弹离开枪口后子弹靠惯性运动，没有推力对子弹做功的过程。例8把一只长试管分两种情况分别放在有水的容器中压向容器底同一深度。第一次试管底向上如图8甲，第二次试管底向下如图8乙，哪种情况下把试管压下所需的功比较多？（容器中水并不溢出，当试管底向下时水不流入试管中）甲乙图8解析：当把试管压向容器底时用力等于浮力减去试管重力。在甲情形中试管里的空气受到压缩后一部分水进入试管中，因此在甲情形中试管所受浮力小于乙情形中试管受到的浮力。答案：把试管压入水中时压力等于浮力减重力。且甲情形中气体可压缩，即甲所受浮力小于乙所受浮力。所以在乙情形中把试管压向容器底所做的功多。易错分析：常认为两种情况下试管所受浮力相等，即在两种情况下，试管的压力相等，故做功相等。例9一个重力为10N的物体在的水平拉力作用下，第一次在光滑水平面上移动0.5m，第二次在表面粗糙的水平面上移动0.5m，求在这两次情况下拉力所做的功。解析：根据功的定义，拉力所做的功等于拉力与在拉力方向上通过的距离的乘积，与表面是否粗糙无关。答案：易错分析：解此类题中常认为在粗糙水平面上物体受摩擦力，故拉力做功多。例10某人用图9所示的滑轮组吊起一个重1000N的物体。滑轮组的机械效率为80%。他在1min内使绳子自由端移动8m。求此人的总功率为多大？解析：因此滑轮组有5段绳子承力，克服重力做功为有用功，绳子拉力做功为总功。答案：因为，所以，方法提炼：弄清滑轮组动滑轮上有n段绳子承受重力，绳的拉力做功为总功，重力做功为有用功，再根据功、机械效率公式即可得出正确答案。【考卷达标训练】一、填空题1.（河南09中考）.在中招体育测试中，李强的跳绳成绩是lmin跳180次。他的质量为50kg，每次跳起的高度约为6cm，他跳绳时克服重力做功的平均功率约为W。(2.．（河南08中考）为了省力，工人师傅常用图10所示的斜面把物体搬运到汽车上。设斜面长为s，高为h，把重为G的物体沿斜面匀速推到车上所用力的大小为F，则搬运物体所做的有用功为，该斜面的机械效率为×100%（用题中代表各物理量的字母表示）。图11图103.．（河南07中考）如图11所示，建筑工人用250N的拉力沿竖直方向匀速拉起400N的重物，重物上升4m所用时间为25s，此过程中拉力的功率为W，滑轮的机械效率是。4.（河南06中考）体能竞赛中，小强在20s内就完成了10个引体向上动作，已知小强的体重为500N，每个动作身体向上移动的距离约为50cm，则小强在整个过程中做功的功率约为

W。5.（09山东临沂）.如图12所示，用动滑轮将重为900N的物体匀速提升2m，不计摩擦和滑轮重，所施加的拉力F=_______N，这一过程中拉力F做功______J。图12图136.(09江苏)．小强推着小车，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W7.(09丽水).青少年在安静思考问题时，心脏推动血液流动的功率约为，则你在考试的2小时内，心脏做功约为J，用这些功可以让一个质量为50kg的物体匀速升高m。（g取10N/kg）8.（09威海）．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。9.（09四川绵阳）在某建筑工地上，工人用如图13所示的滑轮组将重为1200N的建筑材料从地面运到高20m的楼上，手竖直向上的拉力是500N，在这个过程中，工人做了J的额外功，滑轮组的机械效率是____。10.（09四川自贡）.滑轮组即能省力又能改变力的方向，建筑工人用自制的滑轮组把600N的重物缓慢提升2m，如图14所示，绳自由端的拉力F=250N。拉力做的功是J，该滑轮组的机械效率等于，若不计一切摩擦和绳重，该滑轮组的动滑轮重N图14图1511.（09贵州安顺）．如图15所示，已知斜面长5m，高2m，拉力为50N。利用这个装置将重为100N的物体在5s内匀速从斜面的底端拉到顶端。则拉力做功的功率为________W，该装置的机械效率为_________。12.（09贵州安顺）．修拦河大坝是为了提高上游水位，增加水的_________能，水流下时才能转化为更多的_________能，从而带动发电机发电。13．（09重庆）许多同学都很喜欢设计和参加“多米诺骨牌效应”活动(按一定距离拌列的骨牌，碰倒第一块骨牌后，其他所有骨牌会依次倒下)，其中的物理原理是:骨牌倒下时，转化为，这部分能量就转移给下一张骨牌，下一张骨牌倒下时具有的能量更大，骨牌被推倒的速度越来越快。(选填“动能”、“重力势能”)14（09泰安）图16展示的是四川大凉山深处彝寨同学攀登木制云梯上学的情景，在攀登上升过程中，如果以为参照物，可以判定其中一位同学是运动的；他的重力势能会（选填“增大”、“不变”或“减小”）。图16图1815（09兰州）．如图17所示，把一个金属小球用细线悬挂起来，将小球拉到A点，然后放开，小球在从A点运动至B点的过程中，_______能转化为_______能。16.（09四川自贡）.篮球比赛时，投入篮筐中的篮球从篮筐中下落过程中，篮球的能转化为能。17．（09烟台）如图18所示，甲、乙两人将一木箱从一楼抬上三楼，甲对木箱做的功________乙对木箱做的功(填“大于”、“等于”或“小于”)．二、选择题1.（09湖南娄底）．娄底市境内煤炭资源丰富，矿山工作车昼夜繁忙，其中金竹山煤矿的空中索道是连接山顶矿区和山下火车站的重要通道，当运煤车从山下沿索道匀速上升时A．动能减少，重力势能增加 B．动能减少，重力势能减少C．动能不变，重力势能增加 D．动能增加，重力势能减少2.（09山东潍坊）．荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动，也是我国民族运动会的一个比赛项目。小丽同学荡秋千时的情景如图所示，在从右侧最高点荡到左侧最高点这一过程中，小丽的A．动能一直增大，重力势能一直减小B．动能一直减小，重力势能一直增大C．动能先减小后增大，重力势能先增大后减小D．动能先增大后减小，重力势能先减小后增大3.（09四川绵阳）如图19所示，一根不可伸长的细绳一端固定在O点，另一端系一小球，O点的正下方固定有一根钉子P。位置1在O点的正下方，位置3与A点等高，位置5是A与l之间的某点，位置2是l与3之间的某点，位置4是高于3的某点。不考虑空气阻力，小球从A点静止释放A．第一次过位置l后最高能到达位置2B．第一次过位置l后最高能到达位置4C．第二次过位置1后最高能到达位置5D．第二次过位置l后最高能到达位置A4.（09成都）.如图20所示，工人利用动滑轮在10s内将重为100N的重物（包括桶）沿竖直方向匀速向上提升了Sm。若该动滑轮重10N，忽略绳与滑轮之间的摩擦，不计空气阻力，则下列说法正确的是A．提升过程中，绳的拉力F做了500J的功B．提升过程中，绳的拉力F做了550J的功C．提升过程中，绳的拉力F做功的功率是50WD．该滑轮装置的机械效率是100%图20图215．（09烟台）用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图21所示的甲、乙两个滑轮组，不计绳子与滑轮的摩擦A．甲较省力且机械效率较高B．乙较省力且机械效率较高C．两个滑轮组省力程度不同，机械效率相同D．两个滑轮组省力程度相同，机械效率不同6.．（09广州）甲升降机比乙升降机的机械效率高，它们分别把相同质量的物体匀速提升相同的高度。两者相比，甲升降机A．电动机做的总功较少B．电动机做的总功较多C．提升重物做的有用功较少D．提升重物做的有用功较多7.（09山东临沂）.如图22所示，粗略测量小明同学引体向上运动的功率时，下列物理量不需要测量的是（）A.小明的质量B.单杠的高度C.每次身体上升的高度D.做引体向上的时间图228．（09重庆）如图23所示，李晶同学将放在课桌边的文具盒水平推至课桌中央，她针对此过程提出了如下的猜想。你认为合理的是()A.文具盒所受重力对它做了功B．文具盒所受支持力对它做了功C．文具盒所受的推力F对它做了功D．在此过程中没有力对文具盒做功图239.（09兰州）.下列实例中，力对物体没有做功的是A.起重机吊起重物B.马拉车，车未动C.跳水运动员从跳台跳下D.举重运动员，将杠铃举起三、实验与综合计算题1.（河南09中考）如图24所示，是“研究动能的大小与哪些因素有关”的实验装置。(1)实验中通过观察的大小，来判断小球动能的大小。(2)实验中为了研究动能大小与质量的关系．需要控制小球撞击时的速度不变，具体的控制方法是。图24(3)质量和速度谁对动能的影响较大呢?小文所在的物理兴趣小组借助速度传感器和其他仪器得出了两组数据如表一和表二所示。表一(钢球撞击时的速度为v=8cm／s)序号钢球质量m/g，木块滑行距离s／cm110010220020330030表二(钢球质量为m：100g序号l钢球撞击速度v／木块滑行距离s/cm18102164032490分析这两组数据可以得出：对物体的动能影响较大．依据是.2.（09四川绵阳）在灾后重建中，村民住房重建所用砖的承压是必须考虑的一个重要指标。用砖砌墙修房时，考虑各种因素砌墙的最大实际高度只能是最大理论高度的30%。红星村村民在住房重建中，使用的是一种本村生产的长方体实心砖，这种砖长为0.24m，宽为0.12m，高为0.05m，重为36N，所能承受的最大压强是5×105Pa。(g取10N/kg)求：(1)用这种砖来修房砌墙，墙实际最高可以多高？(2)如果将100匹这种砖从地面搬到5m高的平台上，最少要做多少功？3.（09台州）.小柯积极参加体育锻炼。（1）图25甲所示为小柯初学俯卧撑时的姿势，图乙所示为他经练习后的俯卧撑姿势。图乙中小柯双手所受的支持力（填“>”、“=”或“<”）图25甲的情况。图25图25甲图25乙OA0.8米0.4米（2）图25乙中，他的身体可作为一个杠杆，O点是支点。他的质量为50千克，所受重力可视为集中在A点。将身体撑起时，地面对双手的支持力至少多大？若撑起时肩部上升0.4米，他至少克服重力做多少功？（取g=10牛/千克）4.（09嘉兴）沪杭高速铁路日前正式开工建设，嘉兴一村民的别墅正好位于规划线路上，为了节约拆迁成本，他采用了整体平移的新技术，为“高铁”建设让路，见图26。(1)平移过程中，用推力为4×106牛的机械推动别墅缓慢平移了50米，机械对别墅做了多少功?(2)这幢别墅质量达2×106千克，而地面能承受的最大压强不能超过5×105帕，为防止房屋下陷，支承面至少要多大面积?(g＝10牛／千克)图265.（09湖南娄底）．某电动观光车的技术参数如下表：空车质量1180kg车身长度3．8m满载人员12人电动机额定电压48V满载时轮胎与地接触面积4×250cm2最大车速45km/h电动机效率80%平路连续行驶里程≤80km根据以上技术参数，解答下列问题：（g取10N/kg）（1）设乘员质量平均为60kg，求满载时车对水平路面的压强？（2）求观光车在水平路面上以最大速度匀速行驶5×103m（3）若观光车在水平路面匀速行驶时受到的阻力为2×103N，求观光车匀速行驶5×1036.（09湖州）古代护城河上有座吊桥，它的结构原理如．图27所示。把桥面看成是长为10米，所受重力为3000牛的均匀杆OA，可以绕转轴O点在竖直平面内转动，在O点正上方10米处固定一个定滑轮，绳子通过定滑轮与杆的另一端A相连，用力拉动绳子就可以将杆从水平位置缓慢向上拉起。杆即将离开水平位置时，绳子的拉力为F1。当士兵们把吊桥拉起到与水平面的夹角为300时，绳子的拉力为F2，所用的时间是分钟（忽略绳子重力、滑轮半径和摩擦），则：图27(l)F1：F2=。（2）士兵们对吊桥所做功的平均功率是瓦。7.（09福州市）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？（2）汽车牵引力所做的功和功率是多少？8.（09金华）改革开放以来，我国城乡面貌发生了日新月异的变化，民众的住房条件得到了很大的改善。建造某幢公寓楼，所用建筑材料的总重为6×108牛。此公寓楼楼顶到地面的高度为40米。求：(1)若此公寓楼房基与地面的接触面积为1×103米(2)若每天要把×106牛的水从地面送到楼顶，至少应对这些水做多少功，若送×106牛的水从地面到楼顶所用的时间为8000秒，送水的功率至少为多少瓦?图28图28FG9.（09贵阳）．如图28所示，拉力F=80N，物体重G=120N，若绳子自由端匀速拉动的距离s=4m，物体被提高的距离h=2m，求：（1）拉力所做的有用功；（2）拉力所做的总功W总；（3）该滑轮组的机械效率η。10.（09重庆）在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某同学用如图29所示的同一滑轮组分别做了三次实验，实验数据记录如下：图29(1)在表中的空格处填上适当的数据；(机械效率用百分数表示，保留一位小数)(2)在实验操作中应竖直向上拉动弹簧测力计；(3)从实验数据分析得出：使用同一滑轮组，可以提高滑轮组的机械效率；(4)滑轮组的机械效率可能还与其他因素有关，请你作出恰当的猜想：滑轮组的机械效率与有关(写出一种影响因素即可)。11.（09杭州）杭州市政府投巨资于民生工程，对背街小巷实施景观改造。施工中，一建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶，动滑轮重为20N，不计摩擦及绳重（如图30所示）。若工人在5s内将泥桶匀速提高2m.求：(1)工人使用滑轮组时做的有用功为焦。(2）工人拉绳子的力为牛；拉力的功率为瓦。(3)滑轮组的机械效率为图32ABCD图32ABCDFFFF图31图30图3012.如图31所示,是2022北京残奥会开幕式最后一棒火炬手侯斌，靠自己双手的力量，攀爬到火炬台底部并最终点燃圣火的照片，该点火仪式充分体现了残疾人自强自立、拼搏向上的勇气和精神.已知他和轮椅总质量为80kg，攀爬高度39m，历时约3min20s.（1）如果不计机械装置的额外功，求他的平均功率多大？（2）小明同学看到火炬手攀爬很费劲，想到物理课上学过利用滑轮组可以省力.小明同学如果站在地面上,用如图32所示的哪个滑轮组拉起火炬手侯斌最合适,理由是什么?如果该滑轮组机械效率为80％，求小明同学的拉力至少要多大？（g取10N/kg）13.（09兰州）．如图33所示，重物A是体积为10dm3，密度为×103kg/m3（1）作用于绳端的拉力F是多少？（2）若缓慢将重物A提升2m，拉力做的功是多少？（3）若实际所用拉力为400N，此时该滑轮的效率是多少？（g=10N／kg）图3314.（09河北）．小明在用单摆做动能和势能转化的实验中，感到小球往返摆动的时间很有规律。于是猜想，小球往返摆动一次的时间可能与小球的质量、摆长l以及摆动的幅度s有关。小明用图35所示的装置，对猜想进行探究。用一小球，使其摆动，记下小球往返摆动次数和所用的时间；在摆长不变的条件下，用质量不同的小球，重复实验。小明经计算分析得出结论：在摆长不变的条件下，小球往返摆动一次所用的时间与小球的质量无关。针对猜想，小明在实验过程中可能忽视的一个因素是：。（2）为了研究小球往返摆动一次所用时间与摆长的关系，请你写出实验方法。图35。试题参考答案填空题1.答案：902.答案GhGh/Fs3.答案：8080％4.答案．125

5.答案：30018006.答案：15057.答案：108008.答案：5：63：49.答案：60080%10.答案：150080%15011.答案：100、40%12.答案：重力势（势），动13.答案：重力势能动能14.答案：地面（或相对于地面静止的物体）增大15.答案：重力势动16.答案：17.答案：大于选择题1.答案：C2.答案：D3.答案：D4.答案：B5.答案：C6.答案：A7.答案：B8.答案：C9.答案：B实验与综合计算题1.答案：(1)(2分)木块滑行的距离(2)(2分)让小球从同一高度自由滚下(3)(2分)速度质量增加一倍，动能增加为原来的两倍．速度增加一倍，动能增加为原来的四倍或质量和速度增加相同的倍数，速度对动能大小的变化影响较大。评分标准：参考以上评分标准给分，其他答案，只要合理同样给分。2.答案：3.答案：（1）>（2）体重G＝mg＝50千克×10牛/千克＝500牛根据杠杆平衡条件F1l1＝F2l地面对双手的支持力F1＝F