安徽省2020年中考物理總復(fù)習(xí) 模塊四 力學(xué) 專題六 功和機(jī)械能

專題六功和機(jī)械能中考真題再現(xiàn)( 學(xué)用見P6970 )探究規(guī)律對接中考命題點(diǎn)1功、功率、熱效率計(jì)算( ?？?)1.( 2019·安徽第21題 )如圖所示,水平地面上一個(gè)重為50 N的物體,在大小為10 N的水平拉力F作用下,向左做勻速直線運(yùn)動,在5 s的時(shí)間內(nèi)通過的距離為2 m。求物體運(yùn)動過程中( 1 )所受摩擦力的大小;( 2 )拉力F做功的功率。解:( 1 )由于物體做勻速直線運(yùn)動,所以受力平衡,即f=F=10 N( 2 )拉力所做的功W=Fs=10 N×2 m=20 J拉力做功的功率P=Wt=20J5s=4 W2.( 2016·安徽第21題 )某家用轎車,重為1.5×104 N,當(dāng)車以72 km/h的速度勻速直線行駛了0.5 h時(shí),消耗汽油3 kg,期間車受到的阻力為車重的0.08倍。已知汽油的熱值為4.6×107 J/kg,在此過程中,求:( 1 )車通過的路程;( 2 )牽引力做功的功率;( 3 )汽車發(fā)動機(jī)的效率。解:( 1 )車通過的路程s=vt=72 km/h×0.5 h=36 km( 2 )阻力f=0.08G=0.08×1.5×104 N=1200 N轎車勻速直線行駛,則牽引力F=f=1200 N牽引力做的功W=Fs=1200 N×3.6×104 m=4.32×107 J牽引力做功的功率P=Wt=4.32×107J0.5×3600s=2.4×104 W( 3 )汽油燃燒產(chǎn)生的熱量Q=m汽油q汽油=3 kg×4.6×107 J/kg=1.38×108 J汽車發(fā)動機(jī)的效率=WQ×100%=4.32×107J1.38×108J×100%31.3%3.( 2015·安徽第21題 )如圖所示,一輕繩繞過定滑輪,一端與粗糙水平桌面上的滑塊相連,另一端懸掛一個(gè)沙桶。調(diào)整桶內(nèi)沙的質(zhì)量,當(dāng)沙桶和沙的總質(zhì)量m=0.2 kg時(shí),沙桶和滑塊都做勻速直線運(yùn)動,速度大小v=0.5 m/s。不計(jì)滑輪的摩擦,求沙桶和滑塊勻速運(yùn)動時(shí):( 1 )滑塊受到的摩擦力的大小;( 2 )沙桶和沙所受的重力在2 s內(nèi)做的功。解:( 1 )沙桶和沙所受的重力G=mg=0.2×10 N=2 N繩對沙桶的拉力F=G=2 N繩對滑塊的拉力F'=F=2 N滑塊受到的摩擦力f=F'=2 N( 2 )沙桶在2 s內(nèi)下降的距離h=vt=0.5×2 m=1 m沙桶和沙所受重力在2 s內(nèi)做的功W=Gh=2 N×1 m=2 J命題點(diǎn)2機(jī)械效率計(jì)算( ?？?)4.( 2019·安徽第5題 )用沿斜面向上大小為3.5 N的力將一個(gè)重為4.9 N的物體從斜面底端勻速拉到頂端。已知斜面長為2 m,高為1 m,則該過程中斜面的機(jī)械效率為70%。 5.( 2018·安徽第4題 )如圖所示,當(dāng)工人師傅用400 N的拉力向下拉繩時(shí),可使重680 N的重物勻速上升,此過程中滑輪組的機(jī)械效率為85%。 6.( 2017·安徽第16題 )如圖所示,當(dāng)水平拉力F=50 N時(shí),恰好可以使物體A沿水平地面向右做勻速直線運(yùn)動。已知物體重為200 N,所受地面的摩擦力約為80 N。假如在5 s時(shí)間內(nèi),物體水平移動了0.6 m,不計(jì)繩和滑輪的自重,則在此過程中( C )A.拉力F做功為30 JB.物體重力做功為120 JC.拉力F做功的功率為12 WD.該裝置的機(jī)械效率約為60%【解析】由于物體水平運(yùn)動,物體在重力方向上( 豎直向下 )的位置沒有發(fā)生改變,所以重力不做功,即重力做功為0,B項(xiàng)錯誤;由題圖可知,該滑輪為動滑輪,繩子的有效股數(shù)n=2,則繩端移動的距離s繩=ns物=2×0.6 m=1.2 m,拉力F做的功W總=Fs繩=50 N×1.2 m=60 J,A項(xiàng)錯誤;拉力F做功的功率P=W總t=60J5s=12 W,C項(xiàng)正確;物體所受地面的摩擦力約為80 N,則有用功約為W有用=fs物=80 N×0.6 m=48 J,該裝置的機(jī)械效率約為=W有用W總×100%=48J60J×100%=80%,D項(xiàng)錯誤。7.( 2015·安徽第8題 )某同學(xué)利用斜面勻速提升重為500 N的物體,已知沿斜面的拉力做的功為1000 J,斜面的機(jī)械效率為60%,則物體被提升的高度為1.2m。 命題點(diǎn)3機(jī)械能轉(zhuǎn)化的判斷( ?？?)8.( 2019·安徽第12題 )如圖所示,在光滑的水平臺面上,一輕彈簧左端固定,右端連接一金屬小球,O點(diǎn)是彈簧保持原長時(shí)小球的位置。壓縮彈簧使小球至A位置,然后釋放小球,小球就在AB間做往復(fù)運(yùn)動( 已知AO=OB )。小球從A位置運(yùn)動到B位置的過程中,下列判斷正確的是( D )A.小球的動能不斷增加B.彈簧的彈性勢能不斷減少C.小球運(yùn)動到O點(diǎn)時(shí)的動能與此時(shí)彈簧的彈性勢能相等D.在任一位置彈簧的彈性勢能和小球的動能之和保持不變【解析】小球從A位置運(yùn)動到B位置的過程中,質(zhì)量不變,速度先增加后減少,小球的動能先增加后減少,A項(xiàng)錯誤;小球從A位置運(yùn)動到B位置,彈簧形變量先減小后增大,所以彈簧的彈性勢能先減少后增加,B項(xiàng)錯誤;小球運(yùn)動到O點(diǎn)時(shí),動能最大,但此時(shí)彈簧恢復(fù)到原長,彈簧形變量為0,彈性勢能為0,所以動能和彈性勢能不相等,C項(xiàng)錯誤;由于水平臺面光滑,小球和彈簧都不受摩擦力,對小球和彈簧組成的系統(tǒng)而言,只有彈力做功,或只有小球的動能和彈簧的彈性勢能發(fā)生轉(zhuǎn)化,所以系統(tǒng)機(jī)械能守恒,所以在任一位置彈簧的彈性勢能和小球的動能之和保持不變,D項(xiàng)正確。9.( 2018·安徽第18題 )圖為探究物體( 鋼球 )動能大小跟哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置。( 1 )實(shí)驗(yàn)原理:鋼球從平滑斜面上由靜止開始向下運(yùn)動,到達(dá)斜面底端時(shí)的速度只與鋼球起點(diǎn)位置的高度有關(guān)。起點(diǎn)位置越高,該速度越大; 鋼球從平滑斜面上由靜止開始向下運(yùn)動,在水平木板上撞擊木塊,木塊運(yùn)動的距離越長,運(yùn)動鋼球所具有的動能越大。 ( 2 )實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:同一鋼球從斜面上不同高度處由靜止向下運(yùn)動,在水平木板上撞擊木塊,鋼球開始向下運(yùn)動的起點(diǎn)位置越高,木塊運(yùn)動的距離越長; 質(zhì)量不同的鋼球從斜面上同一高度由靜止向下運(yùn)動,在水平木板上撞擊木塊,鋼球的質(zhì)量越大,木塊運(yùn)動的距離越長。 10.( 2016·安徽第14題 )擲實(shí)心球是某市的中考體育加試項(xiàng)目之一。擲出去的實(shí)心球從a處出手后,在空中運(yùn)動的軌跡如圖所示,球最終停在水平地面e點(diǎn)處( 不計(jì)空氣阻力 )。則實(shí)心球( C )A.在a處重力勢能最小B.在b處動能為零C.在a、b、c三處機(jī)械能相等D.在d處動能為零【解析】重力勢能的大小與物體的質(zhì)量、高度有關(guān),由題圖可知,d、e兩點(diǎn)高度最小,重力勢能最小,A項(xiàng)錯誤;球在b點(diǎn)時(shí),雖然它在豎直方向上的速度為0,但在水平方向上仍有速度,所以此時(shí)球的動能不為零,B項(xiàng)錯誤;不計(jì)空氣阻力,球在空中的機(jī)械能是守恒的,在a、b、c三處的機(jī)械能相等,C項(xiàng)正確;球達(dá)到d點(diǎn)后沒有靜止,仍然向前滾動,所以動能不為零,D項(xiàng)錯誤。11.( 2015·安徽第3題 )圖為衛(wèi)星繞地球飛行的軌道示意圖。衛(wèi)星在飛行過程中機(jī)械能不變,當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行到近地點(diǎn)時(shí),其動能最大( 選填“大”或“小” )。 名師考點(diǎn)精講( 學(xué)用見P7073 )學(xué)思結(jié)合高效突破考點(diǎn)一機(jī)械功1.定義:一個(gè)力作用在物體上,物體在這個(gè)力的方向上移動了一段距離,就說這個(gè)力對物體做了功。 2.做功的兩個(gè)必要因素( 1 )作用在物體上的力。 ( 2 )物體在這個(gè)力的方向上移動的距離。 3.不做功的三種情況示意圖特點(diǎn)舉例缺力無功物體在運(yùn)動方向上不受力,因慣性而動踢出去的足球缺距離無功物體受力,但靜止推而未動( 搬而未起 )與距離垂直無功有力有距離,力的方向與物體運(yùn)動方向垂直人背著書包水平前進(jìn)4.功的計(jì)算( 1 )規(guī)定:功等于力與物體在力的方向上移動的距離的乘積。 ( 2 )公式:W=Fs。 ( 3 )單位:在國際單位制中,功的單位是焦耳,簡稱焦,符號是J,1 J=1 N·m。 ( 4 )常見功大小:將兩個(gè)雞蛋舉高1 m所做的功約1 J;將物理課本從地面拾到桌面所做的功約2 J。5.機(jī)械功原理( 1 )內(nèi)容:利用機(jī)械做功時(shí),動力對機(jī)械所做的功與機(jī)械所做的功是相等的;即利用機(jī)械不省功;也就是說省力的機(jī)械必費(fèi)距離,省距離的機(jī)械必費(fèi)力。 ( 2 )使用機(jī)械的好處:使用機(jī)械雖不能省功,但它或可省力,或可省距離,或可改變力的方向,給人類工作帶來很多方便。 ( 3 )適用范圍:功的原理是一個(gè)普遍的結(jié)論,對于任何機(jī)械都適用。典例1( 2019·北京 )如圖為一名舉重運(yùn)動員做挺舉連續(xù)動作時(shí)的幾個(gè)狀態(tài)圖,下列說法中正確的是( )A.從發(fā)力到上拉的過程中,運(yùn)動員對杠鈴不做功B.從上拉到翻站的過程中,運(yùn)動員對杠鈴不做功C.從翻站到上挺的過程中,運(yùn)動員對杠鈴不做功D.舉著杠鈴穩(wěn)定站立的過程中,運(yùn)動員對杠鈴不做功【解析】從發(fā)力到上拉、從上拉到翻站、從翻站到上挺的過程中,運(yùn)動員對杠鈴都施加了向上的力,且杠鈴向上通過了一定的距離,這幾個(gè)過程中運(yùn)動員對杠鈴都做了功;舉著杠鈴穩(wěn)定站立的過程中,運(yùn)動員對杠鈴施加了力,但杠鈴沒在力的方向上通過距離,這個(gè)過程中運(yùn)動員對杠鈴不做功。綜上所述,D項(xiàng)正確?！敬鸢浮?D【解題技巧】判斷力是否做功的訣竅典例2( 2019·四川眉山 )如圖甲所示,水平地面上的物體,受到方向不變的水平推力的作用,其F-t和v-t圖像分別如圖乙和圖丙所示。由圖像可知,912 s內(nèi),推力對物體做功J;t=2 s時(shí),物體受到的摩擦力是N。 【解析】由題圖丙可知,912s內(nèi)物體做勻速直線運(yùn)動,由題圖乙可知,此時(shí)物體受到的水平推力F=6N,則推力對物體做的功W=Fs=Fvt=6N×1m/s×3s=18J;由題圖丙可知,2s時(shí)物體處于靜止?fàn)顟B(tài),由題圖乙可知,此時(shí)物體受到的水平推力為3N,物體此時(shí)受到的摩擦力等于推力,為3N?！敬鸢浮?183針對訓(xùn)練1.圖示為傾角=30°的斜面,用平行于斜面向上的10 N拉力F,將一重力為16 N的物體從斜面底端勻速拉上斜面頂端,已知物體上升的高度為1 m,拉力做功20J,物體所受斜面的摩擦力為2N( 不計(jì)空氣阻力 )。 考點(diǎn)二功率1.定義:功與做功所用時(shí)間之比。2.物理意義:表示做功快慢的物理量。 3.計(jì)算( 1 )定義公式:P=Wt。( 2 )變形公式:W=Pt,t=WP。 ( 3 )公式推導(dǎo):當(dāng)物體在力F作用下以速度v做勻速直線運(yùn)動時(shí),由W=Fs可得,P=Wt=Fst=F·st=Fv。 4.單位:國際單位制中功率的單位是瓦特,簡稱瓦,符號是W,1 W=1 J/s;常用單位有千瓦( kW )。兩者關(guān)系:1 kW=103W。 功率是反映做功快慢的物理量,功率大說明做功快,但并不是說做功一定多,而做功多其功率也不一定大。典例3在中招體育測試中,李強(qiáng)的跳繩成績是1 min跳180次。他的質(zhì)量為50 kg,每次跳起的高度約為6 cm,他每次跳繩時(shí)克服重力做功J,跳繩時(shí)克服重力做功的平均功率約為W( g取10 N/kg )。 【解析】由題意可知,m=50kg,h=6cm=0.06m,t=1min=60s;他每次跳繩時(shí)克服重力做功W1=Gh=50kg×10N/kg×0.06m=30J;1min內(nèi)做功W=nW1=180×30J=5400J;跳繩時(shí)克服重力做功的平均功率P=Wt=5400J60s=90W?！敬鸢浮?3090典例4( 2019·江蘇連云港 )物體在水平地面上做直線運(yùn)動,當(dāng)物體運(yùn)動的路程和時(shí)間圖像如圖甲時(shí),受到的水平推力為F1;當(dāng)物體運(yùn)動的速度和時(shí)間圖像如圖乙時(shí),受到的水平推力為F2。兩次推力的功率分別為P1、P2。則下列關(guān)系正確的是( )A.F1=F2P1>P2B.F1=F2P1<P2C.F1>F2P1>P2D.F1<F2P1>P2【解析】由題圖甲可知,物體做勻速直線運(yùn)動,速度大小為v甲=s甲t甲=2m/s;由題圖乙可知,物體也做勻速直線運(yùn)動,速度大小為v乙=4m/s;因?yàn)閮纱味际莿蛩僦本€運(yùn)動,推力和摩擦力是平衡力,根據(jù)二力平衡條件可知,推力都等于摩擦力,壓力和接觸面的粗糙程度不變,摩擦力不變,則受到的水平推力F1=F2。已知v甲<v乙,由P=Wt=Fst=Fv可得,兩次推力的功率P1<P2。綜上所述,B項(xiàng)正確?！敬鸢浮?B針對訓(xùn)練2.( 2019·四川涼山州 )“綠色環(huán)保,低碳出行?！币惠v純電動公交車在水平路面上勻速行駛,發(fā)動機(jī)的功率為200 kW,速度為72 km/h。公交車行駛1 h,發(fā)動機(jī)做的功為7.2×108J,公交車行駛的路程為7.2×104m。 考點(diǎn)三機(jī)械效率1.與機(jī)械效率有關(guān)的概念( 1 )有用功:有利用價(jià)值的功,記作W有。 ( 2 )額外功:沒有利用價(jià)值的但是又不得不做的功,記作W額。 ( 3 )總功:有用功與額外功之和,記作W總。2.三功關(guān)系:W總=W有+W額。 3.機(jī)械效率( 1 )定義:有用功跟總功的比值,用符號表示。( 2 )公式:=W有W總×100%。 ( 3 )規(guī)律:任何機(jī)械的機(jī)械效率都小于1。( 4 )常見機(jī)械的機(jī)械效率計(jì)算簡單機(jī)械做功目的將重物提升將重物平移有用功W有Gh設(shè)輪軸轉(zhuǎn)過n轉(zhuǎn)G·2nrfs'總功W總FsF·2nRFs機(jī)械效率GhFs×100%GrFR×100%fs'Fs×100%1.W總=W有+W額可理解為對機(jī)械功原理的另一種簡潔描述,關(guān)系式中的W總就是外力對機(jī)械做的功,而W有和W額都是機(jī)械所做的功,關(guān)系式是在實(shí)踐中總結(jié)出來的。2.機(jī)械效率是有用功占總功的百分比,要注意到它與“1”的差值就是額外功占總功的比值。典例5( 2019·哈爾濱 )如圖所示,用2 N的拉力勻速豎直向上拉繩子自由端,將重為3.5 N物體提升0.1 m,不計(jì)繩重與摩擦,動滑輪的機(jī)械效率為;若物體重力變大,則動滑輪機(jī)械效率將。 【解析】動滑輪的機(jī)械效率=W有W總×100%=GhFs×100%=G2F×100%=3.5N2×2N×100%=87.5%。物體重力變大,則動滑輪機(jī)械效率變大?！敬鸢浮?87.5%變大【類型突破】機(jī)械效率的計(jì)算求機(jī)械效率一般先求出有用功、總功,然后根據(jù)公式求機(jī)械效率;有時(shí)不能直接求出總功,但可先求出額外功,再根據(jù)三功關(guān)系求出總功,進(jìn)而求出機(jī)械效率;有時(shí)已知機(jī)械效率和有用功,利用公式變形也可以求出另外兩個(gè)功;總之,在機(jī)械效率、有用功、總功、額外功四個(gè)量中只要知道其中任意兩個(gè)量均可求出另外兩個(gè)量。針對訓(xùn)練3.( 2019·內(nèi)蒙古包頭 )如圖所示,拉力F為5 N,物體A以0.1 m/s的速度在物體B表面向左做勻速直線運(yùn)動( B表面足夠長 );物體B靜止在地面上,受到水平向左4 N的摩擦力,彈簧測力計(jì)示數(shù)為12 N。下列說法正確的是( C )A.物體A受到的摩擦力為10 NB.拉力F的功率為1.5 WC.滑輪組的機(jī)械效率為80%D.拉力F增大到15 N時(shí),物體B開始向左運(yùn)動【解析】物體B靜止,它受到向右的彈簧拉力、地面對B向左的摩擦力、物體A對B向左的摩擦力,兩個(gè)摩擦力的和為12 N,即FAB+4 N=12 N,FAB=8 N,則物體A受到的摩擦力FBA=8 N,A項(xiàng)錯誤;兩根繩子拉動動滑輪,就有v=2×0.1 m/s=0.2 m/s,拉力F的功率P=Fv=5 N×0.2 m/s=1 W,B項(xiàng)錯誤;物體A勻速運(yùn)動,它受到的拉力與摩擦力大小相等,F拉=FBA=8 N,P有=F拉vA=8 N×0.1 m/s=0.8 W,=P有P×100%=0.8W1W×100%=80%,C項(xiàng)正確;拉力F增大,不能改變物體A、B之間的摩擦力大小,物體B的狀態(tài)不會改變,D項(xiàng)錯誤?？键c(diǎn)四機(jī)械能1.能量( 1 )定義:物體能夠?qū)ν庾龉?我們就說這個(gè)物體具有能量。 ( 2 )單位:能量的單位是焦耳( J )。 2.動能與勢能定義影響因素動能物體由于運(yùn)動而具有的能 物體的質(zhì)量越大、速度越大,動能就越大 勢能重力勢能物體由于受到重力并處在一定高度時(shí)所具有的能物體的質(zhì)量越大、被舉得越高,重力勢能就越大 彈性勢能物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能 彈性勢能大小與彈性形變量、勁度系數(shù)有關(guān) 3.機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化( 1 )機(jī)械能:動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能。( 2 )機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化:如果只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)化,盡管動能、勢能的大小會變化,但機(jī)械能的總和不變,或者說,機(jī)械能是守恒的。典例6( 2019·山東泰安 )如圖所示,粗糙程度相同的斜面與水平面在a點(diǎn)相連,彈簧左端固定在豎直墻壁上,彈簧處于自由狀態(tài)時(shí)右端在b點(diǎn),小物塊從斜面的c點(diǎn)由靜止自由滑下,與彈簧碰撞后又返回到斜面上,最高到達(dá)d點(diǎn)。下列說法正確的是( )A.彈簧被壓縮到最短時(shí),彈性勢能最小B.小物塊從c向a運(yùn)動的過程中,重力勢能減小C.小物塊從b向a運(yùn)動的過程中,動能增加D.小物塊在整個(gè)運(yùn)動過程中,機(jī)械能守恒【解析】彈簧被壓縮到最短時(shí),其形變程度最大,所以彈簧的彈性勢能最大,A項(xiàng)錯誤;小物塊從c向a運(yùn)動的過程中,質(zhì)量不變,高度減小,重力勢能減小,B項(xiàng)正確;小物塊從b向a運(yùn)動的過程中,物塊不再受到彈力,由于受到摩擦力的作用,其速度會逐漸減小,所以其動能會減小,C項(xiàng)錯誤;小物塊在整個(gè)運(yùn)動過程中,由于摩擦力的作用,其機(jī)械能總量會減少,即機(jī)械能不守恒,D項(xiàng)錯誤?！敬鸢浮?B【類型突破】機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)鍵是分析物體的質(zhì)量、速度、位置、形變程度如何變化。常見的變化有動能和重力勢能之間的轉(zhuǎn)化、動能與彈性勢能之間的轉(zhuǎn)化。具體情況如下:針對訓(xùn)練4.( 2019·山東淄博 )如圖所示,小球沿軌道由靜止從A點(diǎn)向D點(diǎn)運(yùn)動的過程中( 小球和軌道間存在摩擦 ),下列說法錯誤的是( C )A.小球在A點(diǎn)的重力勢能最大B.小球在B點(diǎn)的速度最大C.小球在C點(diǎn)和B點(diǎn)的機(jī)械能相等D.小球不能到達(dá)D點(diǎn)初高中知識銜接動能和重力勢能1.動能:物體由于運(yùn)動而具有的能,表達(dá)式:Ek=12mv2,式中m為物體的質(zhì)量,v為物體的運(yùn)動速度。2.重力勢能:物體由于被舉高而具有的能,表達(dá)式:Ep=mgh,式中m為物體的質(zhì)量,h為物體被舉高的高度。針對訓(xùn)練5.如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為m=0.4 kg的小球以v=5 m/s的速度沿著光滑的水平面向左做勻速直線運(yùn)動,彈簧的左端固定在豎直墻面上,右端自由伸長至O點(diǎn),當(dāng)小球壓縮彈簧到A點(diǎn)時(shí),速度恰好減到0,在小球擠壓彈簧的過程中,小球和彈簧組成系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。( 1 )動能的表達(dá)式為Ek=12mv2,其中m為物體的質(zhì)量,v為物體的運(yùn)動速度,則小球運(yùn)動到O點(diǎn)時(shí)的動能是多少?( 2 )彈簧被壓縮至哪里時(shí)的彈性勢能最大,彈性勢能最大值是多少?解:( 1 )由于水平面光滑,小球運(yùn)動到O點(diǎn)時(shí),速度大小還是v=5 m/s,將其代入動能的表達(dá)式,則Ek=12mv2=12×0.4 kg×( 5 m/s )2=5 J( 2 )在小球擠壓彈簧的過程中,小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,所以當(dāng)小球的動能減小到0時(shí),彈簧的彈性勢能最大,因此彈簧被壓縮至A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢能最大,最大值為5 J。重難題型探究( 學(xué)用見P7374 )思維拓展素養(yǎng)提升類型一思路易錯型1.( 2019·池州貴池區(qū)三模 )如圖,一滑輪重50 N,下端懸吊一個(gè)重100 N的物體,在拉力F的作用下,物體在2 s內(nèi)上升了2 m( 不計(jì)繩的重力和摩擦 ),則拉力F=250N,該滑輪提升重物的機(jī)械效率為80%。 2.用如圖所示的滑輪組將重10 N的物體勻速提升0.1 m,所用時(shí)間為2 s,作用在繩子末端的拉力F為6 N( 不計(jì)繩重和繩與滑輪間的摩擦 ),下列計(jì)算結(jié)果正確的是( D )A.所做的有用功為1.2 JB.動滑輪自重0.2 NC.拉力F做功的功率為0.3 WD.該滑輪組的機(jī)械效率為83.3%3.( 2019·合肥廬江一模 )如圖所示,滑輪組在拉力F的作用下,拉著重100 N的物體A以0.3 m/s的速度在水平面上做勻速直線運(yùn)動,滑輪組的機(jī)械效率為80%,物體A運(yùn)動時(shí)受的阻力為40 N,拉力F的功率為P,在10 s內(nèi)拉力對物體A做的有用功為W?；喿灾睾屠K重忽略不計(jì),則下列結(jié)論正確的是( A )A.F=150 NB.W=150 JC.拉力F移動的速度為0.9 m/sD.P=12 W【解析】滑輪自重和繩重忽略不計(jì),滑輪組在拉力F作用下時(shí),由=W有W總=3fF可得,F=3f=3×40N0.8=150 N,A項(xiàng)正確;拉力F的功率為P,拉力F移動的速度v拉=13vA=13×0.3 m/s=0.1 m/s,P=Wt=Fst=Fv拉=150 N×0.1 m/s=15 W,C、D項(xiàng)錯誤;在10 s內(nèi)拉力對物體A做的有用功W有=fsA=fvAt=40 N×0.3 m/s×10 s=120 J,B項(xiàng)錯誤。類型二數(shù)據(jù)分析型4.( 2019·湖北隨州 )物理實(shí)驗(yàn)興趣小組間開展競賽活動,甲組出題乙組用實(shí)驗(yàn)的方法解答。甲組用布簾將一個(gè)滑輪組遮蔽( 如圖 ),乙組同學(xué)通過測量:滑輪組下方所掛重物重力為G,重物被勻速提升的高度為H,乙組同學(xué)施加在滑輪組繞繩的自由端的拉力為F,該自由端移動的距離為h;通過3組實(shí)驗(yàn)( 數(shù)據(jù)見下表 ),乙組同學(xué)探究出“布簾背后的秘密”。實(shí)驗(yàn)次數(shù)123G/N5.08.011.0F/N2.03.04.1H/cm10.015.020.0h/cm30.145.160.2假設(shè)你是乙組成員,請判斷:動滑輪實(shí)際被使用的個(gè)數(shù)是一個(gè)( 選填“一個(gè)”或“兩個(gè)” );滑輪組中所有動滑輪( 及動滑輪間的連接物 )總重力約為1 N( 選填“1 N”“2 N”或“3 N” );當(dāng)提升重物重力為G=4.0 N時(shí),該滑輪組的機(jī)械效率最接近80%( 選填“80%”“33%”或“25%” );乙組同學(xué)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不像“理想模型”那樣完美,請你提出一條產(chǎn)生誤差的原因:繩與輪之間存在摩擦。 【解析】繩子的有效段數(shù)n=hH=30.1cm10.0cm3,可知使用的是一個(gè)動滑輪;若不考慮摩擦,則F=G+G動3,滑輪組中所有動滑輪( 及動滑輪間的連接物 )總重力G動=3F-G=3×2 N-5 N=1 N;由題表中數(shù)據(jù)知,第1次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率=W有W總×100%=GhFs×100%=5N×0.1m2.0N×0.301m×100%83.1%,機(jī)械效率隨提升物重的減小而變小,當(dāng)提升重物重力G=4.0 N時(shí),該滑輪組的機(jī)械效率應(yīng)略小于83.1%,最接近80%;乙組同學(xué)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不像“理想模型”那樣完美,產(chǎn)生誤差的原因是繩與輪之間存在摩擦。( 學(xué)用見P7475 )實(shí)驗(yàn)一:測量滑輪組的機(jī)械效率1.實(shí)驗(yàn)原理:=W有W總×100%。 2.實(shí)驗(yàn)器材:鐵架臺、滑輪若干、細(xì)線、鉤碼若干、彈簧測力計(jì)、刻度尺。 3.實(shí)驗(yàn)操作( 1 )安裝如圖甲所示的滑輪組,測出鉤碼的重力( 設(shè)為G1 )后掛在動滑輪的下端。( 2 )記下鉤碼和細(xì)線自由端對應(yīng)的刻度線( 初位置 )。( 3 )勻速豎直拉動細(xì)線末端,使鉤碼勻速上升,記下測力計(jì)的示數(shù)F,同時(shí)測出鉤碼上升的高度h和細(xì)線自由端移動的距離s,算出滑輪組的機(jī)械效率1。 ( 4 )改變鉤碼重力( 設(shè)第二次重為G2 ),重新測滑輪組的機(jī)械效率2。( 5 )更換不同的滑輪組( 如圖乙 ),重復(fù)上述步驟,分別測出提升G1、G2時(shí)對應(yīng)的機(jī)械效率3和4。( 6 )比較1、2、3、4,研究得出滑輪組的機(jī)械效率跟什么因素有關(guān)。4.實(shí)驗(yàn)討論( 1 )實(shí)驗(yàn)需直接測量的物理量有4個(gè),分別是物重G、物體上升的高度h、拉力F、繩自由端移動距離s,機(jī)械效率= GhFs×100%。 ( 2 )彈簧測力計(jì)的示數(shù)是在運(yùn)動過程中讀取的。 ( 3 )若沒有刻度尺,也能測出滑輪組的機(jī)械效率;設(shè)繩子的股數(shù)為n,則= GnF×100%。 ( 4 )通過分析可知,滑輪組的機(jī)械效率與所提物重、動滑輪重、摩擦力均有關(guān)。 針對訓(xùn)練1.( 2019·山東淄博 )在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,提高機(jī)械效率有著重要的意義。提高機(jī)械效率,要從研究影響機(jī)械效率的因素出發(fā),尋求辦法。( 1 )為了探究影響機(jī)械效率的因素,小明選取了大小相同的滑輪,利用圖甲和圖乙裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并把數(shù)據(jù)整理記錄在下表中。實(shí)驗(yàn)次數(shù)滑輪材質(zhì)鉤碼重G/N提升的高度h/m有用功W有用/J拉力F/N繩端移動的距離s/m總功W總/J機(jī)械效率1鋁10.10.10.60.30.1856%2鋁20.10.21.00.30.367%3鋁20.20.41.00.60.667%4塑料20.20.40.80.60.4883%5塑料20.20.42.10.20.4295%比較1和2兩次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在所用滑輪組一定時(shí),提升的鉤碼重力越大,機(jī)械效率越高; 比較3和4兩次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):滑輪組的機(jī)械效率還與動滑輪的重力有關(guān); 比較2和3兩次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在所用滑輪組一定時(shí),機(jī)械效率與提升鉤碼的高度無關(guān); 第5次實(shí)驗(yàn)是利用了圖乙的裝置完成的,判斷依據(jù)是繩子的有效段數(shù)為1; 利用圖甲的裝置,把重6 N的物體用2.5 N的拉力迅速拉起,滑輪組的機(jī)械效率為80%。可見如果沒有刻度尺,只有測力計(jì),也可以測量出滑輪組的機(jī)械效率。 ( 2 )小明利用圖丙裝置實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):斜面的機(jī)械效率與斜面的傾斜程度和摩擦有關(guān),與物重?zé)o關(guān)。保持斜面傾斜程度不變,可以采用減小接觸面的粗糙程度的方法減小摩擦,從而提高斜面的機(jī)械效率。 ( 3 )實(shí)驗(yàn)表明:額外功越小,總功越接近有用功;進(jìn)一步推理得出:假設(shè)沒有額外功,總功等于有用功;可見使用任何機(jī)械都不省功。下列物理規(guī)律的得出運(yùn)用了這種研究方法的是B。 A.焦耳定律B.牛頓第一定律C.阿基米德原理D.歐姆定律實(shí)驗(yàn)二:探究動能大小的影響因素1.實(shí)驗(yàn)器材:如圖所示,體積相同的實(shí)心鋼球、銅球、斜面、長木板、小木塊。2.實(shí)驗(yàn)操作( 1 )讓同一鋼球從斜面上不同高度由靜止?jié)L下,觀察木塊被撞擊后移動的距離。( 2 )換用質(zhì)量較大的銅球從斜面上相同高度由靜止?jié)L下,觀察木塊被撞擊后移動的距離。3.實(shí)驗(yàn)討論( 1 )小球從相同高度由靜止?jié)L下到達(dá)水平面可獲得相同的速度,從不同高度由靜止?jié)L下到達(dá)水平面可獲得不同的速度。 ( 2 )通過觀察木塊移動的距離可比較金屬球動能的大小,此方法叫轉(zhuǎn)換法。 4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論質(zhì)量相同的物體,運(yùn)動速度越大,動能越大;運(yùn)動速度相同的物體,質(zhì)量越大,動能越大。針對訓(xùn)練2.如圖是探究“物體的動能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置圖,其中,mA=mB<mC,hA=hC>hB。( 1 )實(shí)驗(yàn)中,探究的動能是指B( 填序號 )。 A.小球在斜面上的動能B.小球撞擊木塊時(shí)的動能C.小球撞擊木塊后的動能D.木塊被小球撞擊的動能( 2 )在甲、乙兩圖中,使質(zhì)量相同的小球從斜面上不同高度處自由滾下,是為了研究動能大小與速度的關(guān)系。 ( 3 )比較甲、丙兩圖,得到的結(jié)論是速度相同的小球,質(zhì)量越大,動能越大。 21