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(共51張PPT)
2024浙江省中考科學
復習課件
第19講　機械能　功和功率
動能(九上教材P76)
1．動能是物體由于_______而具有的能量。
2．動能的大小與物體________及物體運動的_________有關。質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越_______；運動速度相同的物體，質量越大，它的動能也越_______。
運動
質量
速度
大
大
勢能(九上教材P77)
1．重力勢能：物體由于________而具有的能量叫做重力勢能。
彈性勢能：物體由于________________而具有的能量叫做彈性勢能。
2．重力勢能的大小與物體的______及物體所處的______有關。
3．彈性勢能的大小跟物體的材料以及_______________的程度有關，物體發生的彈性形變越大，物體具有的彈性勢能就越______。
被舉高
發生彈性形變
質量
高度
發生彈性形變
大
機械能的相互轉化(九上教材P79)
1．大量事實表明，動能和勢能可以相互_______。
如：單擺，將擺錘拉到一定的高度后放手，擺錘在向下擺動的過程中___________轉化為_________，在擺錘擺過中點后向上擺動的過程中_________轉化為_____________。(如圖所示，不計能量損失)
轉化
重力勢能
動能
動能
重力勢能
2．物體的動能、勢能轉化如下：(機械能守恒，不計能量損失)
3．機械能守恒
動能和勢能統稱為____________。如果沒有摩擦等阻力，那么在勢能和動能的相互轉化中，機械能的總量保持_________，即機械能守恒。
機械能
不變
4．如果存在摩擦阻力，動能和勢能在相互轉化的過程中，機械能的總量會減少。減少的機械能轉化為摩擦產生的______能。
內
機械功(九上教材P82)
1．定義：如果物體受到____的作用，并且在這個____________通過了一段距離，我們就說這個力對物體做了功。
2．做功的兩個必要因素：___________________和___________
________________________。
力沒有做功的三種情況：a.物體受到力的作用，但沒有移動距離；b.物體不受外力，由于慣性做勻速直線運動；c.物體通過的距離與受到的力的方向垂直。
3．功的單位：_______，簡稱焦，符號是J。1焦＝1N·m。
力
力的方向上
作用在物體上的力
物體在力的方向上通過一段距離
焦耳
4．功的計算
公式：功＝力×距離，即W＝_______。(F表示力，單位是____，s表示物體在力的方向上移動的距離，單位是____)。
Fs
N
m
功率(九上教材P85)
1．定義：單位時間內做的功叫功率。
2．意義：功率是用來描述物體_____________的物理量。功是能量轉化的_______，所以做功快慢也就是能量轉化的快慢。因此，功率是表示能量轉化快慢的物理量。
3．功率的單位：________，簡稱瓦，符號是W。
做功快慢
量度
瓦特
注意：
1．功率表示物體做功的快慢，而不是做功的多少，做功多功率不一定大。
2．汽車行駛在平坦的柏油路面時，需要的牽引力F較小，時速就可大些；在不平坦的路面行駛或上坡時，需要的牽引力較大，就必須改用低速行駛。
1．機械能的相互轉化
能根據動能、重力勢能、彈性勢能定義予以識別，知道動能大小跟質量、速度的定性關系；重力勢能大小與質量、舉高高度的定性關系；彈性勢能與彈性形變的定性關系。由于機械能為動能與勢能之和，所以機械能的變化有時可通過比較物體變化前后兩種狀態的動能與勢能之和來判斷，有時可直接判斷過程中是否受到摩擦阻力等。
例1　圖甲中過山車從A點出發，先后經過B、C、D、E點。圖乙是過山車在B、C、D、E點的動能和重力勢能大小的示意圖，則過山車的動能在______點最大，B點重力勢能的大小__________(選填“大于”“小于”或“等于”)E點動能的大小。在這個過程中，過山車的機械能是_________(選填“變化”或“不變”)的。
C
等于
變化
變式1－1　(2023，溫州)如圖是滾擺完成一次下降和上升的示意圖。該過程中，滾擺處于甲、乙位置時( )
A．重力勢能不同，動能相同
B．重力勢能不同，動能不同
C．重力勢能相同，動能相同
D．重力勢能相同，動能不同
D
變式1－2　如圖，彈簧下端懸掛一個實心小球，用手托住小球，小球靜止在A點，此時彈簧處于自然長度。釋放小球，小球向下運動到最低點B(不超過彈簧彈性限度)，小球從A點運動到B點的過程中，下列說法正確的是( )
A．小球的重力勢能一直在減少，動能一直在增加
B．小球減少的重力勢能全部轉化為動能
C．彈簧的彈性勢能不斷增大
D．小球運動到B點時，重力勢能最小，動能最大
C
2．功是能量轉化的量度
做功的實質就是能量轉化的過程。物體做了多少功，就有多少能量轉化為其他形式的能。因此當我們不便或不能直接求解能量時，可將所求能量轉換為通過判斷功的大小來實現。
例2　(2023，麗水改編)2023年，廣交會上展出的可騎行電動行李箱，受到許多客商的歡迎。某品牌電動行李箱的部分參數如下表。質量為50千克的測試者坐在空行李箱上(如圖)，以最大速度在展廳勻速直線騎行20秒，騎行時所受阻力是總重的0.04倍。(g取10牛/千克)
(1)測試者在20秒內騎行的路程為_______米。
部分參數
最大速度 3米/秒
空箱質量 10千克
輪子與地面的總接觸面積 0.003米2
60
(2)求測試者坐在電動行李箱上時，行李箱對水平地面的壓強。
(3)求測試過程中電動行李箱克服阻力做的功。
變式2－1　如圖甲所示，物體在水平拉力F的作用下由靜止沿粗糙水平面向右運動，0～6 s拉力隨時間變化的規律如圖乙，速度隨時間變化的規律如圖丙，則在2～4 s，物體克服摩擦力所做的功為( )
A．10 J　　　 B．30 J　　　 C．50 J　　　 D．80 J
B
變式2－2　(2020，咸寧)如圖所示，質量為50 kg的同學在做仰臥起坐運動。若該同學上半身的質量約為全身質量的，則他上半身的重力約為_____N，他在一段時間內做了40個仰臥起坐，每次上半身重心上升的距離均為0.3 m，則他在這段時間克服重力做的功約為______J。
300
3600
3．應用功率公式進行計算
例3　小華和媽媽去超市購物，他們將17 kg物品放在小推車中推行，小推車在某段時間內速度v隨時間t變化的關系圖像如圖所示。已知小推車重130 N，所受阻力是總重的0.15倍。(g取10 N/kg)
(1) 0～10 s，水平推力_________(選填“大于”“小于”或“等于”)阻力，阻力大小為________N。
(2)10～20 s，水平推力做了多少功？
(3)10～20 s，水平推力的功率多大？
大于
45
變式3　學完《功率》一節后，老師布置了一項實踐性作業：利用生活中的測量工具，設計一種測量自己上樓功率的方案。請補充未完成的步驟(需要測量的物理量用相應的字母表示)：
(1) _____________________________。
(2)用皮尺測出所上樓梯的總高度h。
(3)______________________________。
(4)上樓功率的表達式P＝__________(g值用該字母表示即可)。
用臺秤測出自身的質量為m
用秒表測量出上樓所用的時間t
機械能轉化及守恒
1．如圖是雨滴在空中下落過程中速度與時間的關系圖。雨滴在t1～t3三個時刻中具有的動能分別是E1、E2、E3，不考慮下落過程中雨滴的質量變化，則動能的大小關系是( )
A．E1＜E2＜E3　　　　
B．E1＞E2＞E3
C．E1＜E2＝E3
D．E1＝E2＜E3
C
2．(2021，紹興)滑板是深受青少年喜歡的一項體育運動。如圖是U形滑臺和運動員姿勢的簡化示意圖。運動員在滑臺A處由靜止自由下滑，不計滑臺摩擦和空氣阻力，僅依靠滑行過程中運動員姿勢的自然(不用力)變化，最有可能滑到滑臺C處的是( )
B
3．如圖，彈簧的左端固定，右端連接一個小球，把它們套在光滑的水平桿上，a是壓縮彈簧后小球靜止釋放的位置，b是彈簧原長時小球的位置，c是小球到達最右端的位置。(整個過程中忽略空氣阻力)
(1)從a運動到b的過程中小球的機械能________(選填“變大”“變小”或“不變”)。
(2)從b到c的過程中，小球的動能轉化為彈簧的____________。
(3)小球從a運動到c的過程中，在______(選填“a”“b”或“c”)位置速度最大。
彈性勢能
變大
b
4．(2022，杭州)如圖所示為蹦極運動的簡化示意圖，彈性繩一端系在運動員雙腳上，另一端固定在跳臺O點。運動員由靜止開始自由下落，A點處彈性繩正好處于原長；B點處運動員受到的重力與彈性繩對運動員的拉力大小相等；C點處是蹦極運動員到達的最低點。(整個過程忽略空氣阻力，彈性繩的自重不計)
(1)從O點到A點的過程中，運動員的機械能________(選填“增大”“減小”“不變”或“先增大后減小”)。
(2)從A點到C點的過程中，彈性繩的彈性勢能__________(選填“增大”“減小”“不變”或“先增大后減小”，下同)；運動員的動能__________________。
先增大后減小
增大
不變
判斷力是否做功
5．以下四幅圖中，克服物體重力做功的是( )
C
6．在臺球比賽中，選手推動球桿撞擊白球，白球發生運動后碰撞其他球。以下說法正確的是( )
A．在水平桌面滾動的球受到了重力，重力對它做了功
B．手推動球桿前進時，手對球桿做了功
C．桌面對球的支持力做了功
D．白球撞擊黑球后沒有靜止，是因為人的手還在對白球做功
B
功、功率相關判斷
7．(2022，杭州)現有甲、乙、丙三個質量不同的物體(m甲>m乙>m丙)，在相等的恒力F作用下，分別在水平方向、沿斜面向上、豎直方向通過了相等的距離s，如圖所示。F在三種情況下做的功分別為W甲、W乙、W丙，三者大小判斷正確的是( )
A．W甲>W乙>W丙　　 B．W甲C．W甲＝W乙＝W丙 D．W甲＝W乙C
8．(2020，溫州)科學中常用數學方法來表示某些量的關系。下列圖像中能用陰影面積表示相應量的是( )
B
　 功、功率相關計算
9．(2022，湖州)甲物體放在粗糙程度不變的水平地面上，在大小為6牛的水平推力F作用下，向右做速度為5米/秒的勻速直線運動，如圖所示(忽略空氣阻力)。下列敘述中，錯誤的是( )
A．甲物體在豎直方向上受到重力和支持力的作用
B．甲物體受到水平向左的摩擦力大小為6牛
C．當F的大小為6牛時，做功的功率為30瓦
D．當F的大小為10牛時，甲物體將做速度大于5米/秒的勻速直線運動
D
10．跳繩是大家喜愛的體育運動之一，小金的質量為50千克，每次跳起高度約為6厘米(人整體上升，如圖所示)，一分鐘跳100次，下列說法正確的是( )
A．向上起跳過程中小金的動能持續增大
B．在整個跳繩過程中小金的機械能守恒
C．小金跳一次克服重力做功約3焦
D．小金一分鐘跳繩的功率約為50瓦
D
11．(2021，杭州)如圖所示，為兩個光滑的圓弧槽和一段粗糙的水平面相連接的裝置。將質量為m的物體從左側圓弧槽A點由靜止釋放，最高到達右側圓弧槽B點處，然后再次滑下，最高到達左側圓弧槽C點處，其中A、B兩點距離水平面的高度分別為H、h。(忽略空氣阻力)
(1)物體從A點滑到水平面時，重力所做的功為_______。
(2)物體從A點滑到B點的過程中，損失的機械能轉化為物體內能的效率為η，則物體到達B點時溫度升高了________________。
(物體比熱容用c表示)
(3)C點距離水平面的高度為_________。
mgH
2h－H
12．如圖甲所示，有一半徑為R的光滑的1/4圓弧槽與一粗糙的水平面相連接，將質量為m的物體從斜槽頂端由靜止釋放，停下后測出物塊在水平面上滑行距離為s1。圖乙中有一個半徑為R的粗糙的1/4圓弧槽與和圖甲中同樣粗糙的水平面相連接，將圖甲中質量為m的物體也從圖乙中斜槽頂端由靜止釋放，停下后測出物塊在水平面上滑行距離為s2。求：
(1)圖甲中重力對物體做的功W＝__________。
(2)圖乙中物體在水平面上的摩擦力f＝__________。
mgR
mgR/s1
(3)乙中物體在粗糙的1/4弧槽上運動這段時間，若克服摩擦力做的功全部轉化為內能并被該物體吸收，則物體上升的溫度為___________________。(物體比熱為c)
gR(s1－s2)/cs1
13．隨著科技的發展，智能機器人逐漸應用于賓館、醫院、車站等公共場所。某品牌消毒機器人部分參數如下表：(g取10牛/千克)
請分析計算下列問題。
(1)該機器人以運行速度勻速行駛5分鐘，行駛的路程有多少米？
××牌消毒機器人
項目 參數
機身自重/千克 80
運行速度/(米/秒) 1
(2)若該機器人裝載8千克消毒液并靜止在水平地面上，與地面接觸的總面積為0.008米2，此時機器人對地面的壓強有多大？
(3)該機器人在粗糙程度相同的水平地面上，以運行速度做勻速直線運動，若電池的輸出功率為140瓦，克服摩擦力做功的功率占電池輸出功率的35%，則該機器人受到的摩擦力多大？
探究物體動能大小與哪些因素有關
一、提出問題
物體動能大小與哪些因素有關？
二、建立猜想
物體動能的大小可能與物體的質量、物體的運動速度有關。
三、實驗設計與實施
實驗1：探究動能的大小與物體運動速度的關系
改變：物體運動的速度
控制：______________相同
操作：
讓______物體分別從斜面上不同高度處，由靜止開始沿斜面滾下，比較木塊被物體推出的距離s。
物體的質量
同一
實驗2：探究動能的大小與物體質量的關系
改變：物體的質量
控制：________________相同
操作：
讓___________________________________________________
________________，比較木塊被物體推出的距離s。
物體運動的速度
不同質量的物體分別從斜面上相同的高度處由靜止開始沿斜面滾下
物體動能大小與物體質量有關
物體動能大小與物體運動速度有關
四、分析數據和現象
實驗1：若高度越高，s越大，則表明________________________________________。
實驗2：若質量越大，s越大，則表明__________________________________________________。
五、得出結論
物體動能的大小與物體的質量和運動速度有關。
實驗1：質量相同的物體，運動速度________，它的動能越大。
實驗2：運動速度相同的物體，質量越大，它的動能________。
越大
越大
六、交流與反思
1．若水平面絕對光滑，能否達到實驗探究的目的________(選填“能”或“不能”)，理由：___________________________________________________________。
2．實驗改進
(1)木塊被撞后滑出木板的改進措施：
A．換用更長的水平木板進行實驗；
B．減小物體的質量；
C．增加水平木板的粗糙程度；
D．減小物體下滑的高度。
不能
木塊被推出的距離無法確定，物體動能的大小無法比較
(2)木塊質量較大，確保實驗仍有較明顯的現象的方法：
___________________________。
增大物體下滑的高度
【例】　科學小組的同學認為車禍的危害程度與汽車的動能大小有關，于是他們進行了如下探究：
【提出問題】汽車的動能大小跟什么因素有關？
【猜想假設】由“十次車禍九次快”可猜想：汽車的動能可能跟__________有關；由“安全駕駛莫超載”可猜想：汽車的動能可能跟__________有關。
速度
質量
【進行實驗】他們做了如圖所示的三次實驗：用金屬球模擬汽車，讓金屬球從斜槽的某一高度由靜止開始滾下，碰到水平面上的物塊，將物塊撞出一段距離。物塊被撞擊得越遠，說明金屬球到達水平面時的動能就越_______。
【分析論證】分析甲、丙兩圖的實驗現象，可以初步得到的結論是_________________________________________________。
【實踐應用】用甲、乙兩圖的實驗現象所得到的結論，可以解釋汽車___________(選填“超載”或“超速”)行駛時危險性大的原因。
大
質量一定時，物體的速度越大，動能越大
超載

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