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

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1、 專題六　功和機(jī)械能 中考真題再現(xiàn)( ?學(xué)用見P69~70 )探究規(guī)律　對(duì)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(dòng),在5 s的時(shí)間內(nèi)通過的距離為2 m。求物體運(yùn)動(dòng)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(dòng),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=

2、Wt=20J5s=4 W 2.( 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(dòng)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

3、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(dòng)機(jī)的效率 η=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(dòng),速度大小v=0.

4、5 m/s。不計(jì)滑輪的摩擦,求沙桶和滑塊勻速運(yùn)動(dòng)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(duì)沙桶的拉力F=G=2 N 繩對(duì)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

5、4.9 N的物體從斜面底端勻速拉到頂端。已知斜面長(zhǎng)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(dòng)。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(dòng)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 J B.物體重力做功為

6、120 J C.拉力F做功的功率為12 W D.該裝置的機(jī)械效率約為60% 【解析】由于物體水平運(yùn)動(dòng),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(cuò)誤;由題圖可知,該滑輪為動(dòng)滑輪,繩子的有效股數(shù)n=2,則繩端移動(dòng)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(cuò)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η=W有用W總×100%=48J60J×10

7、0%=80%,D項(xiàng)錯(cuò)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　1.2　m。? 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(tái)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(zhǎng)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(dòng)( 已知AO=OB )。小球從A位置運(yùn)動(dòng)到B位置的過程中,下列判斷正確的是( D ) A.小球的動(dòng)能不斷增加 B.彈簧的彈性勢(shì)能

8、不斷減少 C.小球運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能相等 D.在任一位置彈簧的彈性勢(shì)能和小球的動(dòng)能之和保持不變 【解析】小球從A位置運(yùn)動(dòng)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(dòng)能先增加后減少,A項(xiàng)錯(cuò)誤;小球從A位置運(yùn)動(dòng)到B位置,彈簧形變量先減小后增大,所以彈簧的彈性勢(shì)能先減少后增加,B項(xiàng)錯(cuò)誤;小球運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí),動(dòng)能最大,但此時(shí)彈簧恢復(fù)到原長(zhǎng),彈簧形變量為0,彈性勢(shì)能為0,所以動(dòng)能和彈性勢(shì)能不相等,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由于水平臺(tái)面光滑,小球和彈簧都不受摩擦力,對(duì)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(dòng)能和彈簧的彈性勢(shì)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

9、彈性勢(shì)能和小球的動(dòng)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(dòng)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: ①鋼球從平滑斜面上由靜止開始向下運(yùn)動(dòng),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　;? ②鋼球從平滑斜面上由靜止開始向下運(yùn)動(dòng),在水平木板上撞擊木塊,木塊運(yùn)動(dòng)的距離越長(zhǎng),運(yùn)動(dòng)鋼球所具有的動(dòng)能越　大　。? ( 2 )實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象: ①同一鋼球從斜面上不同高度處由靜止向下運(yùn)動(dòng),在水平木板上撞擊木塊,鋼球開始向下運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)位置越　高　,木塊運(yùn)動(dòng)的距離越長(zhǎng);? ②質(zhì)量不同的鋼球從斜面

10、上同一高度由靜止向下運(yùn)動(dòng),在水平木板上撞擊木塊,鋼球的質(zhì)量越　大　,木塊運(yùn)動(dòng)的距離越長(zhǎng)。? 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(dòng)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(shì)能最小 B.在b處動(dòng)能為零 C.在a、b、c三處機(jī)械能相等 D.在d處動(dòng)能為零 【解析】重力勢(shì)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(shì)能最小,A項(xiàng)錯(cuò)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(dòng)能不為零,

11、B項(xiàng)錯(cuò)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(dòng),所以動(dòng)能不為零,D項(xiàng)錯(cuò)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(dòng)能最　大　( 選填“大”或“小” )。? 名師考點(diǎn)精講( ?學(xué)用見P70~73 )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(dòng)了一段距離,就說這個(gè)力對(duì)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　。?

12、 ( 2 )物體在這個(gè)力的方向上　移動(dòng)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(dòng)方向上不受力,因慣性而動(dòng) 踢出去的足球 缺距離無功 物體受力,但靜止 推而未動(dòng)( 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(dòng)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(dòng)的距離的　乘積　。? ( 2 )公式:W=　Fs　。? ( 3 )單位:在國(guó)際單位制中,功的單位是　焦耳　,簡(jiǎn)稱焦,符號(hào)是J,1 J=1 N·m。? ( 4 )常見功大小:將兩個(gè)

13、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(dòng)力對(duì)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(duì)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(dòng)員做挺舉連續(xù)動(dòng)作時(shí)的幾個(gè)狀態(tài)圖,下列說法中正確的是( 　　 ) A.從

14、發(fā)力到上拉的過程中,運(yùn)動(dòng)員對(duì)杠鈴不做功 B.從上拉到翻站的過程中,運(yùn)動(dòng)員對(duì)杠鈴不做功 C.從翻站到上挺的過程中,運(yùn)動(dòng)員對(duì)杠鈴不做功 D.舉著杠鈴穩(wěn)定站立的過程中,運(yùn)動(dòng)員對(duì)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(dòng)員對(duì)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(dòng)員對(duì)杠鈴都做了功;舉著杠鈴穩(wěn)定站立的過程中,運(yùn)動(dòng)員對(duì)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(dòng)員對(duì)杠鈴不做功。綜上所述,D項(xiàng)正確。 【答案】 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

15、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,9~12 s內(nèi),推力對(duì)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,9~12s內(nèi)物體做勻速直線運(yùn)動(dòng),由題圖乙可知,此時(shí)物體受到的水平推力F=6N,則推力對(duì)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。 【答案】 18　3 針對(duì)訓(xùn)練 1.圖示為傾角θ=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

16、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　20　J,物體所受斜面的摩擦力為　2　N( 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(dòng)時(shí),由W=Fs可得,P=Wt=Fst=F·st=　Fv　。? 4.單位:國(guó)際單位制中功率的單位是　瓦特　,簡(jiǎn)稱瓦,符號(hào)是W,1 W=1 J/s;常用單位有千瓦( kW )。兩者關(guān)系:1 kW=

17、　103　W。? 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(cè)試中,李強(qiáng)的跳繩成績(jī)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=W

18、t=5400J60s=90W。 【答案】 30　90 典例4　( 2019·江蘇連云港 )物體在水平地面上做直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)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(dòng)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=F2　P1>P2 B.F1=F2　P1F2　P1>P2 D.F1P2 【解析】由題圖甲可知,物體做勻速直線運(yùn)動(dòng),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(dòng),速度大小為v乙=4m/s;因?yàn)閮纱味际莿蛩僦本€運(yùn)動(dòng),推

19、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

20、。? ( 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(hào)η表示。 ( 2 )公式:　η=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(jiǎn)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·2nπr fs' 總功W總 Fs F·2nπR Fs 機(jī)械效率η GhFs

21、×100% GrFR×100% fs'Fs×100% 1.W總=W有+W額可理解為對(duì)機(jī)械功原理的另一種簡(jiǎn)潔描述,關(guān)系式中的W總就是外力對(duì)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(dòng)滑輪的機(jī)械效率為　　　　;若物體重力變大,則動(dòng)滑輪機(jī)械效率將　　　　。? 【解析】動(dòng)滑輪的機(jī)械效率η=W有W總×100%=GhFs×100%=

22、G2F×100%=3.5N2×2N×100%=87.5%。物體重力變大,則動(dòng)滑輪機(jī)械效率變大。 【答案】 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(duì)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(dòng)( B表面足夠

23、長(zhǎng) );物體B靜止在地面上,受到水平向左4 N的摩擦力,彈簧測(cè)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 N B.拉力F的功率為1.5 W C.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(dòng) 【解析】物體B靜止,它受到向右的彈簧拉力、地面對(duì)B向左的摩擦力、物體A對(duì)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(cuò)誤;兩根繩子拉動(dòng)動(dòng)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(cuò)誤

24、;物體A勻速運(yùn)動(dòng),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,η=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(huì)改變,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 考點(diǎn)四機(jī)械能 1.能量 ( 1 )定義:物體能夠?qū)ν狻∽龉Α?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(dòng)能與勢(shì)能 定義 影響因素 動(dòng)能 物體由于　運(yùn)動(dòng)　而具有的能? 物體的　質(zhì)量　越大、　速度　越大,動(dòng)能就越大? 勢(shì)能 重力勢(shì)能 物體由于受

25、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(shì)能就越大? 彈性勢(shì)能 物體由于發(fā)生　彈性形變　而具有的能? 彈性勢(shì)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(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能。 ( 2 )機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化:如果只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,盡管動(dòng)能、勢(shì)能的大小會(huì)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

26、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(shì)能最小 B.小物塊從c向a運(yùn)動(dòng)的過程中,重力勢(shì)能減小 C.小物塊從b向a運(yùn)動(dòng)的過程中,動(dòng)能增加 D.小物塊在整個(gè)運(yùn)動(dòng)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(shì)能最大,A項(xiàng)錯(cuò)誤;小物塊從c向a運(yùn)動(dòng)的過程中,質(zhì)量不變,高度減小,重力勢(shì)能減小,B項(xiàng)正確;小物塊從b向a運(yùn)動(dòng)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(huì)逐漸減小,所以其動(dòng)能會(huì)減小,C項(xiàng)錯(cuò)誤;小物塊在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,由于摩擦力的作用,其機(jī)械能總量會(huì)減少,即機(jī)械能不守恒,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

27、 【答案】 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(dòng)能和重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化、動(dòng)能與彈性勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化。具體情況如下: 針對(duì)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(dòng)的過程中( 小球和軌道間存在摩擦 ),下列說法錯(cuò)誤的是( C ) A.小球在A點(diǎn)的重力勢(shì)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(shí)銜接 動(dòng)能和重力勢(shì)能 1.動(dòng)能:物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能,表達(dá)式:Ek=12mv2,式中m為物體

28、的質(zhì)量,v為物體的運(yùn)動(dòng)速度。 2.重力勢(shì)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(duì)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(dòng),彈簧的左端固定在豎直墻面上,右端自由伸長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)速度,則小球運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能是多少? ( 2 )彈簧被壓縮至哪里時(shí)的彈性勢(shì)能最大,彈性勢(shì)能最大值是多少?

29、 解:( 1 )由于水平面光滑,小球運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí),速度大小還是v=5 m/s,將其代入動(dòng)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(dòng)能減小到0時(shí),彈簧的彈性勢(shì)能最大,因此彈簧被壓縮至A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能最大,最大值為5 J。 重難題型探究( ?學(xué)用見P73~74 )思維拓展　素養(yǎng)提升 類型一　思路易錯(cuò)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

30、升了2 m( 不計(jì)繩的重力和摩擦 ),則拉力F=　250　N,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 J B.動(dòng)滑輪自重0.2 N C.拉力F做功的功率為0.3 W D.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(dòng),滑輪組的機(jī)械效率為8

31、0%,物體A運(yùn)動(dòng)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(duì)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 N B.W=150 J C.拉力F移動(dòng)的速度為0.9 m/s D.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η=W有W總=3fF可得,F=3fη=3×40N0.8=150 N,A項(xiàng)正確;拉力F的功率為P,拉力F移動(dòng)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(cuò)誤;在10 s內(nèi)拉力對(duì)物體A做的有用功W

32、有=fsA=fvAt=40 N×0.3 m/s×10 s=120 J,B項(xiàng)錯(cuò)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(jìng)賽活動(dòng),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(cè)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(dòng)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) 1 2 3 G/N 5.0 8.0 11.0 F/N 2.0 3.0 4.1 H/cm 10.0 15

33、.0 20.0 h/cm 30.1 45.1 60.2 假設(shè)你是乙組成員,請(qǐng)判斷:動(dòng)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(dòng)滑輪( 及動(dòng)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(qǐng)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=30.1cm10.0cm≈3,可知使用的是一個(gè)動(dòng)滑輪;若不

34、考慮摩擦,則F=G+G動(dòng)3,滑輪組中所有動(dòng)滑輪( 及動(dòng)滑輪間的連接物 )總重力G動(dòng)=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η=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P74~75 ) 實(shí)驗(yàn)一:測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率 1.實(shí)驗(yàn)原理:　η=W有

35、W總×100%　。? 2.實(shí)驗(yàn)器材:鐵架臺(tái)、滑輪若干、細(xì)線、鉤碼若干、　彈簧測(cè)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(cè)出鉤碼的重力( 設(shè)為G1 )后掛在動(dòng)滑輪的下端。 ( 2 )記下鉤碼和細(xì)線自由端對(duì)應(yīng)的刻度線( 初位置 )。 ( 3 )　勻速豎直　拉動(dòng)細(xì)線末端,使鉤碼勻速上升,記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F,同時(shí)測(cè)出鉤碼上升的高度h和細(xì)線自由端移動(dòng)的距離s,算出滑輪組的機(jī)械效率η1。? ( 4 )改變鉤碼重力( 設(shè)第二次重為G2 ),重新測(cè)滑輪組的機(jī)械效率η2。 ( 5 )更換不同的滑輪組( 如圖乙 ),重復(fù)上述步驟

36、,分別測(cè)出提升G1、G2時(shí)對(duì)應(yīng)的機(jī)械效率η3和η4。 ( 6 )比較η1、η2、η3、η4,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(cè)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(dòng)距離s　,機(jī)械效率η=?GhFs　×100%。? ( 2 )彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是在　運(yùn)動(dòng)　過程中讀取的。? ( 3 )若沒有刻度尺,也能測(cè)出滑輪組的機(jī)械效率;設(shè)繩子的股數(shù)為n,則η=?GnF　×100%。? ( 4 )通過分析可知,滑輪組的機(jī)械效率與　所提物重　、　動(dòng)滑輪重　、摩擦力均有關(guān)。? 針對(duì)訓(xùn)練 1.(

37、 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(dòng)的 距離s/m 總功 W總/J 機(jī)械 效率η 1 鋁 1 0.1 0.1 0.6 0.3 0.18 56% 2 鋁 2 0.1 0.2 1.0 0.3 0.3 67

38、% 3 鋁 2 0.2 0.4 1.0 0.6 0.6 67% 4 塑料 2 0.2 0.4 0.8 0.6 0.48 83% 5 塑料 2 0.2 0.4 2.1 0.2 0.42 95% ①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;? ②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(dòng)滑輪的重力　有關(guān);? ③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);? ④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　;? ⑤利用圖甲的裝置

39、,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%　?？梢娙绻麤]有刻度尺,只有測(cè)力計(jì),也可以測(cè)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:

40、探究動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)的距離　可比較金屬球動(dòng)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(dòng)速度越大,動(dòng)能越大;運(yùn)動(dòng)速度相同的物體,質(zhì)量越大,動(dòng)能越大。 針對(duì)訓(xùn)練 2.如圖是探究“物體的動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置圖,其中,mA=mBhB。 ( 1 )實(shí)驗(yàn)中,探究的動(dòng)能是指　B　( 填序號(hào) )。? A.小球在斜面上的動(dòng)能 B.小球撞擊木塊時(shí)的動(dòng)能 C.小球撞擊木塊后的動(dòng)能 D.木塊被小球撞擊的動(dòng)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(dòng)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(dòng)能越大　。? 21