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第十章 功與機(jī)械能
本章知識(shí)復(fù)習(xí)與歸納
滬科·八年級(jí)物理下冊(cè)
物體在力方向上移動(dòng)的距離s
功
W=Fs
作用在物體上的力F
力的作用
顯出成效
單位：
1 J=1 N·m
典型不做功的三種情況
做功的快慢
功率
單位：
1 W=1 J/s
P=Fv
能量
物體能夠?qū)ν庾龉?br/>1．功
知識(shí)結(jié)構(gòu)
轉(zhuǎn) 化
機(jī)械能
守 恒
2．機(jī)械能
動(dòng) 能
勢(shì)能
質(zhì) 量
速 度
彈性勢(shì)能
重力勢(shì)能
高 度
質(zhì) 量
彈性形變程度
知識(shí)點(diǎn)一 機(jī)械功
概念理解
1. 做功的兩個(gè)必要因素：①有作用在物體上的____；②物體在這個(gè)力的方向上移動(dòng)的_____ ，缺一不可。
2. 定義：力與物體在力的方向上移動(dòng)距離的______。
3. 計(jì)算公式 W=_____。
4. 單位：___________，1 J=1 N·m。
力
距離
乘積
Fs
焦耳（J）
5. 三種不做功的情況：
“勞而無(wú)功” “不勞無(wú)功” “垂直無(wú)功”
F___0 s___0 F___0 s___0 F___0
s___0
≠
=
=
≠
≠
≠
力的方向與移動(dòng)方向垂直
F
F
例1 在如圖的四種情境中，人對(duì)物體做功的是( )
A.提著水桶在水平地面上勻速前進(jìn)
B.扛著米袋慢慢爬上樓梯
C.用力推汽車，汽車沒動(dòng)
D.舉著杠鈴原地不動(dòng)
未在力的方向上移動(dòng)距離
×
人扛著米袋爬上樓梯，米袋在力的作用下，斜向上運(yùn)動(dòng)，人克服米袋的重力做了功
√
×
×
B
練習(xí)
知識(shí)點(diǎn)二 功率
1. 定義：功與做功所用時(shí)間之比。
3. 計(jì)算公式 P =_____。
4. 單位：___________，1 W=1 J/s。
瓦特（W）
2. 物理意義：表示做功的______。
快慢
千瓦(kW)——1 kW = 1000 W
例2 一列質(zhì)量為 1×103 t 的火車，以 180 km/h 的速度在平直軌道上勻速行駛，整列火車受到的阻力是 9×103 N。
（1）火車的牽引力多大？
（2）火車行駛 1 min 時(shí)間內(nèi)，重力做了多少功？機(jī)車牽引力做了多少功？牽引力的功率多大？
解：（1）由火車在平直軌道上勻速行駛得
F牽 = f = 9×103N
練習(xí)
（2）火車在重力方向上沒有移動(dòng)距離，故 WG = 0 。
因?yàn)?180 km/h = 50 m/s，1 min = 60 s，所以火車在 1 min 時(shí)間內(nèi)行駛的距離
s = vt = 50 m/s×60 s = 3×103 m，
機(jī)車牽引力做的功：
W牽 = F牽 s = 9×103 N×3×103 m = 2.7×107 J，
牽引力的功率
知識(shí)點(diǎn)三 動(dòng)能和勢(shì)能
產(chǎn)生原因 影響因素 相同特點(diǎn)
動(dòng)能
勢(shì)能 重力勢(shì)能 彈性勢(shì)能 運(yùn)動(dòng)
質(zhì)量、速度
處于高處
質(zhì)量、高度
發(fā)生彈性形變
彈性形變程度，材料
具有能量的物體都可以做功，動(dòng)能和勢(shì)能的單位都是焦耳(J)
練習(xí)
例3 [煙臺(tái)中考]如圖所示，跳傘運(yùn)動(dòng)員在空中勻速直線下降的過程中，關(guān)于運(yùn)動(dòng)員（不包含降落傘和繩）下列說法正確的是（ ）
動(dòng)能不變，重力勢(shì)能不變，機(jī)械能不變
動(dòng)能變大，重力勢(shì)能變小，機(jī)械能不變
動(dòng)能不變，重力勢(shì)能變小，機(jī)械能變小
動(dòng)能變小，重力勢(shì)能變小，機(jī)械能變小
C
高度降低，速度不變
實(shí)驗(yàn)：探究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)
① 怎樣控制鋼球在水平面上的速度？
② 根據(jù)什么現(xiàn)象判斷鋼球的動(dòng)能？
例如，鋼球從斜面上由靜止滑下，撞擊到一個(gè)小木塊上，能將木塊撞出一段距離。
如圖所示，用質(zhì)量不同的鋼球A、B，從同一斜面的同一高度由靜止滑下，撞擊同一塊木塊C。
（1）讓鋼球A、B從同一斜面的同一高度由靜止?jié)L下，是為了使鋼球滾到斜面底端時(shí)具有相同的＿＿＿；
速度
（2）本實(shí)驗(yàn)研究的是鋼球具有動(dòng)能大小跟________的關(guān)系；
（3）實(shí)驗(yàn)可得結(jié)論:
___________________________________。
質(zhì)量
速度相同的物體，質(zhì)量越大，動(dòng)能越大
如圖所示，讓小球A從斜面上某點(diǎn)由靜止?jié)L下，撞擊在水平面上的木塊B，木塊B移動(dòng)一段距離。
（1）該實(shí)驗(yàn)中所研究的物體的動(dòng)能是指_______（選填“小球A”或“木塊B”）的動(dòng)能。
小球A
（2）實(shí)驗(yàn)表明，讓小球A分別從斜面的不同高度由靜止開始滾下，高度越高，小球 A運(yùn)動(dòng)到水平面時(shí)的速度越______，木塊 B被撞得越遠(yuǎn)。可得結(jié)論：質(zhì)量相同時(shí)，物體的速度越_______，動(dòng)能越大。
大
大
知識(shí)點(diǎn)四 機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化
1. 定義：_________、_________和_________統(tǒng)稱為機(jī)械能。
2. 機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒：如果________________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__________，或者說，機(jī)械能是守恒的。
動(dòng)能
重力勢(shì)能
只有動(dòng)能與勢(shì)能
彈性勢(shì)能
保持不變
3. 水能和風(fēng)能的利用。
練習(xí)
例4 下列現(xiàn)象中，由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能的是（ ）
A. 汽車勻速上坡
B. 腳踩滑板從高處滑下
C. 滾擺自下而上運(yùn)動(dòng)
D. 火箭加速升空
C
研究對(duì)象 速度 動(dòng)能 高度 重力勢(shì)能 能的轉(zhuǎn)化
汽 車 不變 不變 變大 變大 有外力做功
人 變大 變大 變小 變小 重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能
滾 擺 變小 變小 變大 變大 動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能
火 箭 變大 變大 變大 變大 有外力做功
例5 如何有效地提高能量利用率是人類所面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了提高能量利用率，某機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了新型的車站，如圖是該輕軌車站的設(shè)計(jì)方案示意圖。該車站站臺(tái)與前后連接的軌道都有個(gè)小坡度，請(qǐng)你說明這種設(shè)計(jì)節(jié)能的理由。
進(jìn)站時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能“儲(chǔ)存”起來；
出站時(shí)將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能“釋放”出來，達(dá)到節(jié)約能源的目的。
本章練習(xí)
科學(xué)認(rèn)知與辨析
1. 下列四種情境中，小明是否對(duì)物體做功？請(qǐng)判斷并說明理由。
（1）小明拉著一輛小車水平向前運(yùn)動(dòng)；
（2）小明提著水桶在水平路面上勻速前進(jìn)；
是，因?yàn)樾∶鲗?duì)小車施加了拉力，小車在拉力的方向上通過了距離。
否，因?yàn)樾∶麟m然對(duì)水桶施加了豎直向上的拉力，但是水桶在豎直方向上沒有通過距離。
1. 下列四種情境中，小明是否對(duì)物體做功？請(qǐng)判斷并說明理由。
（3）小明用力推車，車卻沒有被推動(dòng)；
（4）小明用力踢出足球。
否，因?yàn)樾∶麟m然對(duì)車施加了推力，但是車靜止，沒有通過距離。
是，因?yàn)樾∶魈咦闱颍瑢?duì)足球施加了力，足球在這個(gè)力的方向上移動(dòng)了一小段距離。
2. 小杰背著書包回家，在水平路面上行走100m用時(shí)100s，乘坐電梯從1樓到21樓用時(shí)30s，可能符合實(shí)際的選項(xiàng)是（ ）。
電梯對(duì)小杰做功約3.6×103J
電梯對(duì)小杰做功的功率約1200W
小杰乘坐電梯上升時(shí)，對(duì)書包不做功
小杰在水平路面行走時(shí)，重力做功的功率約600W
B
3. 老人和小孩爬同一樓梯，若需要比較爬樓梯過程中老人和小孩消耗的功率大小，需要測(cè)量的物理量是（ ）。
各自爬樓的高度
老人質(zhì)量、小孩質(zhì)量
老人質(zhì)量、小孩質(zhì)量，各自爬樓所需時(shí)間
老人質(zhì)量、小孩質(zhì)量，各自爬樓高度和所需時(shí)間
C
4. 撐竿跳是使用撐竿做一系列動(dòng)作使人體越過一定高度的田徑項(xiàng)目。體重80kg的運(yùn)動(dòng)員，在一次撐竿跳訓(xùn)練中的成績(jī)是5m，他下落過程用時(shí)1s，則重力做的功為_______J，功率為_______W。
3920
3920
5. 蹦極是一種運(yùn)動(dòng)游戲。圖中A點(diǎn)是彈性繩自然下垂時(shí)繩下端的位置，B點(diǎn)是游戲者所能到達(dá)的最低點(diǎn)，當(dāng)游戲者離開跳臺(tái)向 A 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中（忽略空氣阻力）其重力勢(shì)能逐漸轉(zhuǎn)化為_______能；游戲者從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過程中，繩子具有的_______能逐漸增加。
動(dòng)
彈性勢(shì)
6. 我國(guó)無(wú)人機(jī)技術(shù)世界領(lǐng)先，應(yīng)用廣泛。如圖所示，送快遞的無(wú)人機(jī)勻速下降時(shí)，它的動(dòng)能_______，機(jī)械能_______。
不變
減小
7. 圖中是高速公路的避險(xiǎn)車道，當(dāng)高速行駛的汽車出現(xiàn)剎車失靈時(shí)，可進(jìn)入路面粗糙的上升的斜坡(避險(xiǎn)車道)，快速降低車速直至停止。在車輛沖入避險(xiǎn)車道直至停止的過程中，請(qǐng)分析說明車輛的動(dòng)能、重力勢(shì)能、機(jī)械能會(huì)如何變化。
當(dāng)高速行駛的汽車出現(xiàn)剎車失靈時(shí)，沖入避險(xiǎn)車道，車輛速度變小、高度變大，動(dòng)能減小、重力勢(shì)能增大，將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能；因?yàn)楸茈U(xiǎn)車道路面粗糙，車輛消耗了部分機(jī)械能來克服摩擦力做功，所以機(jī)械能減小。
8. 起重機(jī)在 2min 內(nèi)把重為 30 000N的物體提升25m，再用2min 使物體在水平方向平移 30 m，則：
（1）起重機(jī)吊物體做的功是多少？
（2）起重機(jī)4min 內(nèi)對(duì)物體做功的功率是多少？
解：（1）起重機(jī)吊物體所做的功
W = Gh = 30 000 N×25 m = 7.5×105 J
（2）起重機(jī)使物體在水平方向平移的過程中,對(duì)物體不做功，因此起重機(jī) 4 min 內(nèi)對(duì)物體做功的功率
9. 請(qǐng)你動(dòng)手做一做，用繩子將一把鐵鎖懸掛起來。把鐵鎖拉近你的鼻子，頭保持不動(dòng)，當(dāng)手放開鐵鎖后，鐵鎖會(huì)擺出去。鐵鎖向前擺去又?jǐn)[回來，擺回時(shí)會(huì)碰到你的鼻子嗎？請(qǐng)你分析其中的原因。在擺動(dòng)過程中，鐵鎖的機(jī)械能是如何轉(zhuǎn)化的？
（請(qǐng)?jiān)诮處熤笇?dǎo)下操作，注意安全）
不會(huì)。理由：鐵鎖擺動(dòng)時(shí)，不斷與空氣摩擦，會(huì)有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，圖中鐵鎖再次擺回到最左端時(shí)，機(jī)械能比開始時(shí)小，而動(dòng)能與開始時(shí)相同(都為0) ，所以重力勢(shì)能比開始時(shí)小，即鐵鎖的高度比開始時(shí)小，鐵鎖不會(huì)碰到鼻子。鐵鎖從最高點(diǎn)擺動(dòng)到最低點(diǎn)的過程中，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量；從最低點(diǎn)擺動(dòng)到最高點(diǎn)的過程中，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。
綜合
10.* 小李利用斜面搬運(yùn)水下重物。如圖所示，重物沉在水中的斜面上，此時(shí)重物受到的浮力為150N。在沿斜面向上的拉力作用下，重物以0.2m/s的速度沿斜面移動(dòng)了0.4m后仍浸沒在水中，這段時(shí)間重物在豎直方向升高了 0.2 m。求：
（1）重物沿斜面移動(dòng) 0.4m所需的時(shí)間；
（2）這段時(shí)間浮力做的功。
（2）浮力的方向豎直向上，重物在此方向上移動(dòng)的距離s'=0.2m，
這段時(shí)間浮力做的功W = Fs'= 150 N×0.2 m = 30 J
解：（1）重物沿斜面移動(dòng) 0.4 m 所需的時(shí)間
通過本節(jié)課的復(fù)習(xí)，你有什么收獲？
課堂小結(jié)

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