3.3能量转化的量度（原卷版）-九年级科学上册（浙教版）

第3章能量3．3能量转化的量度【知识必备】考点一功1.定义：在科学上，如果物体受到力的作用，并且都在力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力对物体做了功。2.做功的两个必要因素：(1)作用在物体上的力；(2)物体在这个力的方向上通过一段距离。拓展：功和能的区别和联系功和能是两个不同性质的量，功是过程量，它对应的是一段时间和一段过程；能是状态量，它对应的是一个时刻和一个状态。但功和能这两个量又是密切相关的，首先，能是物体做功的本领，如果一个物体具有做功的本领，我们就说它具有能；其次，功是能量转化的量度，即在一个过程中，能量究竟转化了多少，可以用相应的功量度出来。3.三种不做功的特例(1)劳而无功(有力无距离)：例如，推而未动、搬而未起。(2)不劳无功(无力有距离)：例如，物体由于惯性移动了一段距离。(3)垂直无功(力与距离的方向垂直)：例如，人提包在水平方向上移动一段距离，人对包没有做功。【例1】如图所示，在水平地面上，小聪用力将箱子拉走了；小明用力推箱子，但箱子没有移动。下面关于做功的分析，正确的是()A.小明用了力，他对箱子做了功B.小聪用力拉动了箱子，她对箱子做了功C.小聪在拉箱子的过程中，箱子的重力做了功D.小明、小聪都没有对箱子做功提示：判断一个力是否做了功，必须同时满足做功的两个必要因素，缺一不可，否则就没有做功(注意物体受到的力和物体移动的距离需具备同时性、同向性和同体性)。考点二功的计算1.功的计算(1)功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。(2)如果用F表示力，s表示沿力的方向通过的距离，W表示功，则功的表达式为W=Fs。方法：在应用功的公式W=Fs计算时，要注意公式中“F”和“s”的“三同”。(1)同体性：公式中“F”和“s”必须对应于同一个物体。(2)同时性：公式W=Fs中的F是使物体沿着力F的方向移动一段距离s的过程中，始终作用在物体上的力，其大小和方向是不变的。(3)同向性：公式W=Fs中的F是作用在物体上的力，s是物体在力的方向上通过的距离，两者的方向必须相同。2.功的单位在国际单位制中，力的单位是牛，距离的单位是米，则功的单位是牛·米。为了纪念英国物理学家焦耳，把功的单位专门用“焦耳”表示，简称“焦”，符号是“J”。【例2】在水平地面上，用20牛的水平拉力拉重为50牛的小车，使小车沿水平方向前进了10米，此过程中拉力所做的功是()焦焦000焦焦考点三功率1.比较做功快慢的两种方法(1)做功相同，比较做功的时间，时间短的做功快;(2)时间相同，比较做功的多少，做功多的做功快。2.功率(1)物理意义：表示做功快慢的物理量。注意：功率只反映做功的快慢，不能表示做功的多少。如功率大做功就多，这句话是不正确的，还要比较时间；反之，做功多功率就大，也不正确，还要比较时间。由此可以看出，功率是由时间和功两个因素决定的，要学会运用控制变量法分析问题。(2)定义：单位时间里完成的功叫做功率。(3)公式：P=，其中W表示功，t表示做功所用的时间，P表示功率。注意：使用P＝时一定要注意功率P、功W、时间t三个物理量的对应关系，功W一定是对应的时间t内完成的，这样计算出来的功率才是时间t内的功率，不同的时间内对应的功率一般来说是不同的。(4)单位：在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W，1瓦=1焦/秒。常用单位还有千瓦，1千瓦=1000瓦。(5)当物体在力F的作用下，以速度v做匀速直线运动时，有W＝Fs，v=，可得P＝==Fv，由该公式知，在功率P一定时，力F与速度v成反比。应用：当机动车上坡时，司机常采取换挡的方法，减小速度，以获得较大的牵引力。【例3】体育课上，小衢和小科进行爬楼梯比赛，从楼底开始爬上9米高的四楼，质量为70千克的小衢用了10秒，质量为60千克的小科用了9秒，小衢说：“我们都从楼底跑到四楼，我的体重比你大，我克服重力做的功比你多”；小科说：“我跑得比你快，我克服重力做功的功率比你大”，请通过分析计算说明他们的说法是否正确(g取10牛/千克)。点拨：测量人爬楼、爬杆、跳绳、引体向上等的功率时，要克服重力做功，根据可知，测量的关键是要测量人的重力或质量，做功的高度以及做功的时间。特别注意的是高度的测量技巧，例如测量做引体向上的功率时，要测量脚部上升的高度。同时，由于只做一次所用的时间较短，就需要测量连续完成几次功所用的时间，然后进行求解。【题型必练】一．选择题（共30小题）1．下列说法中正确的是（）A．若要对物体做功，则一定要对物体施加力B．物体移动的距离越多，做的功越多C．对物体作用的力越大，做的功越多D．有力对物体做功，物体一定做变速运动2．如图所示，木棒AB放在截面半径为R的圆柱体上且木棒保持水平，用水平力F推木棒的A端，圆柱体在水平地面上匀速向前滚动，设木棒与圆柱体、圆柱体与地面间均无滑动现象，当把圆柱体恰好推动一圈时，推力F做的功是（）A．πRFB．2πRFC．3πRFD．4πRF3．如图所示，放在水平桌面上的匀质长直木板长度L为50厘米，质量为2千克，它的右端与桌面相齐，与桌面间的滑动摩擦力为2牛。若在长木板左端用一水平力F将其匀速推下桌子，水平推力至少要做功（）A．B．C．D．5J4．如图所示，把同一物体G分别沿着光滑的斜面AD、BD、CD从底端匀速拉到顶端，拉力所做的功（）A．沿AD斜面拉时最多B．沿BD斜面拉时最多C．沿CD斜面拉时最多D．沿AD、BD、CD斜面拉时一样多5．研究物体运动时常利用“频闪摄影”的方法，即在暗室中采用闪光灯每隔相等的时间闪亮一次，底片就记录下此时物体运动的位置。如图为两个质量相同的小球甲、乙竖直下落时的频闪照片（每隔闪亮一次），据此记录，两球均从a下落到b处时，下列说法错误的是（）A．甲球做匀速直线运动，受力一定平衡B．甲、乙两球的重力做功相等C．甲球用时较长，为D．甲球受到的阻力大于乙球受到的阻力6．物体在相同力F的作用下，分别在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上沿着力的方向移动了相同的距离s，力F做的功分别为W1、W2、W3，下列说法中正确的是（）A．W1＝W2＝W3B．W1＝W2＞W3C．W1＝W2＜W3D．W1＜W2＜W37．如图甲所示，木块放在水平面上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块使其做匀速直线运动，两次拉动木块得到的s﹣t图象分别是图乙中的图线①、②．两次对应的弹簧测力计示数分别为F1、F2，两次拉力的功率分别是P1、P2，则（）A．F1＝F2，P1＞P2B．F1＞F2，P1＞P2C．F1＜F2，P1＝P2D．F1＞F2，P1＝P28．如甲图所示，小明用弹簧测力计拉木块，使它先后两次沿水平木板匀速滑动相同的距离，乙图是他两次拉动同一木块得到的距离随时间变化的图象。下列说法正确的是（）A．两次木块运动的速度相同B．木块第一次受到的摩擦力较大C．两次拉力对木块做的功一样多D．两次拉力对木块做功的功率一样大9．拖拉机深耕时总比在道路上行驶时速度慢，这是为了（）A．提高传动机械的效率B．节省燃料C．增大拖拉机的牵引力D．提高柴油机的功率10．如图所示，足够长的长方体木板甲在大小为10N的水平拉力F作用下，以的速度在水平地面上匀速运动，弹簧测力计的示数为2N，2秒钟后，拉力F逐渐增大到12N。若不计弹簧测力计重、绳重、滑轮重、滑轮和绳间的摩擦，下列说法中不合理的是（）A．F＝10N时，滑轮移动的速度为B．F＝10N时，绳子拉物体甲的功率为2W，拉力F的功率为2WC．F＝12N时，弹簧测力计对乙拉力超过2N，乙发生移动D．F＝12N时，地面对甲的摩擦力为3N，甲做加速运动11．小科遥控重为5N的无人机在操场草坪垂直起飞（如图），无人机先后经历加速、匀速、减速三个阶段，然后悬停在距离草坪20m的高度处。无人机上升时间为10s，匀速上升阶段的速度为。不计空气阻力，下列说法正确的是（）A．无人机减速阶段受到惯性的作用B．无人机上升阶段机械能守恒C．无人机匀速上升阶段的功率为D．无人机悬停时做了100J的功12．若某人步行时的功率为60瓦，表示他步行时（）A．做功总为60焦B．每秒功率是60焦C．每秒做功60瓦D．每秒做功60焦13．关于功和功率，下列说法正确的是（）A．机器做功少，功率一定小B．功率小的机器做功不一定慢C．功率大的机器一定比功率小的机器做功多D．功率大的机器做功一定快14．下列生活实例中，力对物体做功的有（）甲：小车在推力的作用下前进了一段距离乙：提着滑板在水平路面上前行丙：物体在绳子力作用下升高丁：用尽全力搬石头，搬而未起A．甲和乙B．甲和丙C．乙和丙D．丙和丁15．如图，用F＝10N的水平推力推着重为20N的物体沿水平方向做直线运动，若推力F对物体做了20J的功，则在这一过程中（）A．物体运动了2mB．物体运动了1mC．物体受到10N的摩擦力D．重力做的功为20J16．下列情境中，对是否做功的判断正确的是（）A．足球被踢后，在草地上滚动的过程中，运动员对足球做功B．司机费了九牛二虎之力，汽车还是纹丝不动，司机对汽车做功C．女孩把一箱报刊搬起来的过程中，女孩对箱子做功D．学生背着书包在水平路面上匀速前进，学生对书包做功17．关于力对物体做功，下列说法正确的是（）A．守门员踢足球的过程中没有对足球做功B．汽车在水平路面行驶时，汽车受到的支持力做了功C．从树上下落的苹果，重力对苹果做了功D．抛出的排球在空中飞行过程中，人对排球做了功18．如图所示，一位身高170cm的运动员和一位身高160cm的运动员，在挺举项目中用相同时间，把同样重的杠铃举起。如果他们对杠铃所做的功分别为W1和W2，功率分别为P1和P2，则下列关系式中正确的是（）A．W1＝W2、P1＝P2B．W1＞W2、P1＝P2C．W1＞W2、P1＞P2D．W1＜W2、P1＜P219．图中是一个两面光滑的斜面，∠β大于∠α，同一个物体分别在AC和BC斜面受拉力匀速运动到C点，所需拉力分别为FA、FB，所做功分别为WA、WB，则（）A．FA＝FB，WA＝WBB．FA＜FB，WA＝WBC．FA＜FB，WA＜WBD．FA＞FB，WA＞WB20．早上到校后，小陈同学背着重50N的书包沿水平路面从建兰门口出发走了30m，又登上大约10m高的三楼才到教室，则他在上学的过程中对书包所做的功约为（）A．0JB．500JC．1500JD．2000J21．小明用100N的力踢一个重5N的足球，球离脚后在水平草地上向前滚动了20m．在球滚动的过程中（）A．小明对足球做功2000JB．重力对足球做功100JC．小明对足球做功2100JD．小明和重力对足球做功都是0J22．一名普通中学生从地上拿起一个鸡蛋，并把它缓缓举过头顶，此过程中他对鸡蛋做的功约为（）A．B．1JC．10JD．100J23．用10牛的水平推力，将放在地面上20牛的重物水平匀速推动2米，撤去推力后，又滑行了1米，下列说法正确的是（）A．推力对物体做功30焦耳B．物体克服摩擦力做功30焦耳C．重力对物体做功20焦耳D．支持力对物体做功20焦耳24．质量为m的跳高运动员先后用背越式和跨越式两种跳高方式跳过某一高度，该高度比他起跳时的重心高出h，则他从起跳后至跃过横杆的过程中克服重力所做的功（）A．都必须大于mghB．都不一定大于mghC．用背越式不一定大于mgh，用跨越式必须大于mghD．用背越式必须大于mgh，用跨越式不一定大于mgh25．物体A和B叠放在不光滑的水平面上，A的质量为1kg，B的质量为2kg，在B上作用一个水平向右的3N的拉力，使AB一起匀速前进了4m，在这个过程中B对A做功（）A．4JB．12JC．0D．6J26．一个人先后用同样大小的力F将不同质量的物体分别在光滑水平地面、粗糙水平地面和粗糙斜面上沿力的方向移动相同的距离s后，如图所示，关于力F所做的功的大小关系正确的是（）A．在光滑水平地面做功多B．在粗糙水平地面做功多C．在粗糙斜面做功多D．一样大27．用大小相同的力F，作用在质量不同的物体上，使它们分别在同一水平面上沿力的方向移动相同的距离s（如图所示），F所做的功分别为W1和W2，则（）A．W1=12W2B．W1＝W2C．W1＝2W2D．W1＝28．为早日实现“建设美丽嘉兴，打造江南水乡典范”的目标，各项工程建设正在我市如火如荼的开展。如图为正在施工的工程车，下列关于工程车的说法正确的是（）A．做的功越多，效率越高B．做功多的工程车，功率大C．延长工作时间，可提高效率D．做功越快的工程车，功率越大29．如图甲所示，同一木块放在同一水平面上，先后两次沿水平方向拉动木块使其做匀速直线运动。两次拉动木块的s﹣t图像分别是图乙中的图线①②。则下列物理量相等的是（）A．木块前后两次所受的摩擦力B．木块前后两次运动的速度C．前后两次在相同时间内拉力所做的功D．前后两次拉力的功率30．仅用8天就建成的武汉火神山医院，彰显的不仅是中国速度，更是战胜疫情的坚强决心。如图所示，为了在最短的时间完成地面基础建设，上百台挖掘机同时工作，其目的是增大所有挖掘机总的（）A．机械效率B．功率C．功D．有用功二．填空题（共11小题）31．用水平拉力先后两次拉着重为20N的同一物体，沿同一水平面做直线运动。第一次拉力为10N，物体恰好做匀速直线运动，拉力对物体做了20J的功；第二次拉力增大为20N，拉力对物体做了48J的功。分析两次做功过程，可知：（1）第一次物体受到的摩擦力是__________N，物体运动了__________m。（2）第二次物体受到的摩擦力是__________N，物体运动了__________m。32．如图甲所示，小明用弹簧测力计竖直向上缓慢提升静止在水平桌面上一个体积为100厘米3的物块，记录了弹簧测力计的示数F以及弹簧测力计上升的高度h，并绘制了F与h之间的关系图线，如图乙所示。则该物块的密度为__________千克/米3。从钩码离开桌面到h＝15厘米处，拉力对物块所做的功为__________焦。33．如图所示，用10N的水平拉力F拉滑轮，使足够长的物体A以的速度在水平地面上匀速运动，弹簧测力计的示数为3N若不计滑轮重、弹簧测力计重、绳重和滑轮摩擦，B受到的摩擦力为3N，方向水平向__________（选填：“左”或“右”）；绳子拉物体A的功率为__________W．34．现有30包大米，总质量为150kg，小明想尽快将它们搬上10m高处的库房，如图为小明可以提供的用于搬动物体的功率与被搬运物体质量之间的关系图象，由图可知他可以提供的最大功率为__________W；为尽可能快地将大米搬上库房，他每次应搬__________包，若每次下楼时间是上楼时间的一半，则他最快完成搬运任务并返回原地所用的时间是__________s．（g＝10N/kg）35．如图所示，甲、乙各用150N的力，在30s内共同使一辆总重为200N的小车从一个倾角为30°长为60m的斜坡底端匀速运动到顶端。甲、乙两人对小车有用功__________J，两人对小车做功的总功率为__________W。36．科学上，把在单位时间内所做的功叫作功率，它可以反映____________________。现有一履带式推土机功率为120千瓦，表示的意思是______________________________。37．将一重为20N的物块静置于高2m的斜面上A点，此时物块的机械能为12J。放手后，物块沿斜面滑下，并在水平面上滑行至B点停下，如图所示，整个过程中有__________力和__________力对物块做功。若将物块沿原路刚好推回A点，则要对它做__________J的功。38．将一物块静置于斜面上B点，此时物块具有的重力势能为10J。放手后，物块沿斜面滑下，并在水平面上滑行至A点停下，如图所示。物块从B点运动到A点整个过程中始终对物块做功的力是__________。若将物块沿A点刚好推回B点，则总共需做__________J的功。39．在水平地面上有一长方体木箱。小林用水平推力F把木箱向前推，如图甲所示。此过程中，推力F随时间t的变化情况如图乙所示，木块前进的速度v的大小随时间t的变化情况如图丙所示。（1）0～1秒内，推力F对木箱是否做功__________（选填“是”或“否”）；（2）3～5秒内，推力F对木箱做功__________焦。40．如图所示，一物体在水平向右的拉力F1作用下以1m/s速度在水平地面上匀速运动了10m，拉力F1所做的功为W1，功率为P1，若该物体在水平向右的拉力F2作用下以2m/s的速度在同一水平地面上匀速运动了10m，拉力F2所做的功为W2，功率为P2，则W1__________W2，P1__________P2（选填“＞”、“＜”或“＝”）。41．在自由下落过程中，物体运动速度会越来越快，一个物体由A点自由下落，相继经过B、C两点，已知AB＝BC.如图所示，物体在AB段重力做功W1，做功功率P1；在BC段重力做功W2，做功功率P2，则W1__________W2，P1__________P2（两空均选填“＞”、“＜”或“＝”）。三．实验探究题（共1小题）42．学习功率的知识后，小明和几位同学准备开展“比一比谁在爬楼过程中的功率大”的活动。（1）如何比较同学上楼功率，可以有多种方案：①测量出各自的体重、爬楼用的时间和爬楼的高度，算出爬楼的功率并进行比较；②控制爬楼的时间相同，测量出各自的体重、爬楼的高度，算出爬楼做的功并进行比较；③控制爬楼的高度相同，测量出各自的体重、爬楼的时间，算出体重和时间的比值并进行比较。可行的是__________：A．只有①B．只有①②C．只有②③D．①②③都可以。（2）如果要求估测每位同学功率的大小，可根据方案__________（填序号），选择必须的测量工具：刻度尺、体重计和__________。（3）相互合作，估测每位同学的上楼功率的数据并记录在自己设计的表格中，根据测量所选方案，填写表格中空缺的栏目内容__________。质量m/kg上楼高度h/m………（4）功率表达式：__________（用符号表示）。四．计算题（共5小题）43．一辆在水平路面上沿直线匀速行驶的货车，行驶时所受的阻力为车总重的110，货车（含驾驶员）空载时重为×104（1）求货车空载行驶时所受的阻力大小；（2）求货车以36千米/时的速度空载匀速行驶时，10秒内货车牵引力所做的功。（3）当货车以90千瓦的额定功率、90千米/时的速度匀速行驶时，求货车最多可装载多重的货物。44．杭州街头经常能看到共享电单车（如图）。其部分参数如表所示。假定共享电单车在水平公路上骑行受到的阻力始终为40牛。项目参数整车质量（千克）20共享电单车最大功率（瓦）200骑车人质量（千克）50（1）在水平地面骑行500米，共享电单车重力做功为__________焦。（2）在水平公路上骑共享电单车，匀速行驶1千米过程中牵引力做了多少功？（3）若骑行过程中共享电单车以最大功率输出，匀速行驶时的车速为多少千米/时？45．电梯的简化模型如图甲所示，考虑安全、舒适、省时等因素，电梯速度要经过增大、不变和减小的过程。这一过程是通过改变拉力大小来实现的。某次上升过程中电梯所受拉力F随上升高度h变化的图象如图乙所示。这个过程用时1分钟，求这个过程中：（1）电梯上升的平均速度；（2）拉力做的功；（3）拉力做功的功率。46．爸爸开满载质量为×103kg的小轿车带小明去旅行，如图所示，若汽车做直线运动，牵引力的功率恒为9×l04W。运动过程中受到的阻力保持不变，运动的速度v与时间t的关系如图所示，则：（1）在0～10s内，牵引力的大小__________汽车受到的阻力（选填“＝”或“≠”）。（2）在10～15s内，牵引力做了多少功？（3）运动过程中受到的阻力是多少？47．如图甲所示，水平地面上的一物体，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系和物体的速度v与时间t的关系如图乙所示。（1）由图象可知当t＝1s时，物体处于__________状态。（2）t＝3s时，物体受到的摩擦力为__________。（3）2﹣4秒，推力做了多少功？（4）4﹣6秒，推力的功率为多大？五．解答题（共3小题）48．国家鼓励个人购买新能源汽车。小秀家也买了一辆某品牌的电动