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第8節核能的利用
聯想情景導入
1945年8月6日和8月9日，美國將兩顆外號為“小男孩”和“胖子”的原子彈，分別投到日本的廣島和長崎，原子彈爆炸時釋放出的巨大能量將兩座城市在瞬間化為廢墟。如此巨大的能量是怎樣產生的 這種能量可以用到我們的生產和牛活之中嗎
重點知識詳解
一、裂變和聚變
1．核能：原子核在改變的過程中釋放出的巨大的能量叫做核能。裂變和聚變是獲得核能的兩條途徑。21世紀教育網
2．裂變：裂變是質量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個新的原子核，并釋放出能量的過程。例如，用中子轟擊鈾235，可以使它分裂，變成兩個新核(氪和鋇)，同時向外放出能量和產生幾個新的中子。這些中子如果繼續轟擊其他鈾核，就會導致一系列鈾核持續裂變，產生鏈式反應。原子彈就是根據裂變的原理制造的。
3．聚變：聚變是使2個質量較小的原子核結合成質量較大的新核，同時釋放出能量的過程。例如，氘核和氚核在超高溫下聚合成氦核，并放出能量。聚變需要很高的能量，所以也叫做熱核反應。氫彈就是根據聚變的原理制造的。21世紀教育網
二、核能的和平利用——核電站21世紀教育網
1．核電站的工作原理：利用原子核裂變時產生的大量熱量，使水變成蒸汽，推動汽輪機運轉，再帶動發電機發電。
2．核電站工作時能量的轉化過程：核能→熱能→機械能→電能。21世紀教育網
三、放射線
1．放射線：原子核的裂變和聚變都會產生一些放射性物質，這些物質的原子核內都會向外界輻射出肉眼看不見的、能量很高的射線，如α射線、β射線、γ射線。
2．放射線的利用和危害：利用7射線可以對機械設備進行探傷；可以使種子變異，培育出新的優良品種；可以治療腫瘤等疾病。大劑量放射線對人畜會造成很大的傷害。21世紀教育網
經典例題解析
[例1] 下列關于核能的說法正確的是 ( )
A．物質是由原子構成的，原子中有原子核，所以利用任何物質都能得到核能
B．到目前為止，人類獲得核能有兩種途徑，即重核裂變和輕核聚變
C．原子彈和氫彈都是利用原子核裂變和聚變的原理制成的
D．自然界只有在人為的條件下才會發生聚變
[解析] 核能是人們在近幾十年里發現和利用的新能源，雖然各種物質的原子里都有原子核，但在通常情況下并不能釋放能量。只有當原子核發生改變一一裂變和聚變時才伴隨巨大的能量變化。原子彈則是利用裂變的鏈式反應中能在極短的時間內釋放出巨大能量的原理制成的，而氫彈則是利用輕核的聚變制成的。自然界除了人為的聚變外．太陽和許多恒星內部都進行著大規模的聚變反映，并以光和熱的形式將核能輻射出來。
[答案] B
[例2] 關于核能的獲得，下列說法中正確的是 ( )
A．核反應堆是原子核裂變時，在極短時間內釋放出大量核能的裝置
B．當原子核內部發生變化時一定會釋放出巨大的能量，核裂變和核聚變是獲得核能的兩種方式
C．核電站是使核能轉化為內能再通過汽輪發電機轉化為電能的裝置
D．目前，在核電站的反應堆中發生的是可控制的核聚變
[解析] 核反應堆是能夠緩慢平穩地釋放核在裂變時放出的核能的裝置，可見在核電站的反應堆中發生的是可控制的裂變。反應堆中獲得內能推動汽輪發電機發電。從而得到電能。目前，受控核聚變正在研究之中，尚未用于核電站發電。21世紀教育網
[答案] C
[例3] 關于核電站，下列說法中正確的是 ( )
A．核電站是利用輕核聚變產生的能量來發電的
B．核電站的核心是反應堆，它以鈾為燃料
C．核電站的反應堆中放出的核能可直接轉化成電能
D．核電站不適用于缺少煤、石油、水能等能源的地區
[解析] 輕核聚變還不能和平利用，A錯，鈾的重核裂變可以和平利用，B對。核能轉化為內能后才能轉化為電能，C錯，核電站特別適于缺少煤、石油、水能等能源的地區，D錯。21世紀教育網
[答案] B21世紀教育網
[例4] 社會發展到今天，能源危機開始困擾人類。人們正在尋找各種可能的未來能源，以維持人類社會的持續發展。2006年5月24日，歐盟、美國、中國、日本、韓國、俄羅斯和印度在布魯塞爾歐盟總部草簽了一系列關于國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)的協議。這是人類開發新能源的一個重大嘗試，也是中國以完全平等的地位參加的最大的國際科技合作項目。熱核聚變是在上億攝氏度的高溫條件下利用氫的同位素氘、氚在可控情況下發生的核聚變。聚變反應中釋放出來的核能提供大量的熱量， 就像造出一個“人造太陽”。反應后的生成物是無放射性污染的氦。
預期于2010年建成的實驗反應堆，可以在16min產生1.44×1012J的熱量。據媒體報道：lL海水提取的氫的同位素，在完全聚變反應中釋放的能量，相當于300L汽油完全燃燒所釋放的熱量。請根據所提供的數據進行估算，并回答以下問題：21世紀教育網
(1)若汽油的密度約為0.7×103kg/m3，300L汽油的質量是多少 (1L=1×103m3)
(2)若汽油的熱值約為5×107J/kg，300L汽油完全燃燒能釋放多少熱量
(3)需要從多少升海水中提取氫的同位素，在發生聚變時才可以產生1.44×1012J的熱量 若這些熱量轉化為電能的效率為50%，則它可以供給一臺功率是2kW的空調正常工作多少小時
(4)你知道嗎 在安徽省合肥市科學島上也有一臺“人造太陽”。這個名為托卡馬克的裝置要進行點火實驗了。閱讀了上述材料和數據后，你一定會有很多感受，談談你對“人造太陽”的認識。
[答案] (1)300L汽油的質量：
m=ρV=0.7×103kg/m3×300×103m3=210kg
(2)300L汽油完全燃燒產生的熱量：
Q=mq=210kg×5×l07J/kg=1.05×1010J
(3)因1L海水可產生熱量是l.05×1010J，所以1.44×1012J的熱量需要
海水體積V：V=1.44×l012/l.05×1010L≈1.37×102L
時間：t=W/P=1.44×1012J×50％/2×103W=3.6×108 s=1×105h
(4)略
考點應試必備
1．人類對核能的開發和利用不斷取得新的進展，根據目前的科研水平，你認為下列關于原子彈和核電站的說法正確的是 ( )
A．原子彈利用核裂變，核電站利用核聚變
B．原子彈利用核聚變，核電站利用核裂變
C．原子彈對裂變的鏈式反應加以控制
D．核電站控制裂變的鏈式反應速度
2．太陽表面溫度高達6000℃，內部不斷進行核聚變反應，并且以輻射方式向宇宙空間發射出巨大的能量。據估計，每三天太陽向地球輻射的能量，就相當于地球所有礦物燃料能量的總和。你認為以下能源中不是由太陽能轉化的是 ( )
A．煤 B．石油 C．天然氣 D．核能
3．下圖為大亞灣核電站發電流程圖。在核電站的發電過程中，核能的獲取途徑及能量轉化順序正確的是 ( )
核反應堆→ 汽輪機→ 發電機→ 電
A．聚變；核能→內能→化學能→電能
B．聚變；核能→內能→機械能→電能
C．裂變；核能→內能→機械能→電能
D．裂變；核能→內能→化學能→電能
4．為緩解電力緊張的狀況，開發利用新能源，我國陸續建成了一些核電站。關于核電站，下列說法正確的是 ( )
A．核電站使用的核燃料是石油或天然氣21世紀教育網
B．核反應堆中發生的是不可控制的核裂變21世紀教育網
C．核電站發電的能量轉化過程是：核能→內能→機械能→電能
D．核電站產生的核廢料可以像生活垃圾那樣被處理或進行二次加工利用
5．在核電站的能量轉化的詳細過程是 ( )
A．核能先轉化為水的內能、再轉化為電能
B．核能先轉化為水的內能，再轉化為機械能，最后轉化為電能
C．核能直接轉化為電能21世紀教育網21世紀教育網
D．核能先轉化為水的動能，再轉化為電能
6．下列關于核電站的說法中不正確的是 ( )
A．利用核能發電的電站叫核電站
B．核電站的核心是發電機21世紀教育網
C．核電站利用核能轉化為蒸汽的內能，再通過汽輪發電機轉化為電能
D．核電站消耗燃料少，可獲得較多的能量
7．關于我國已建成的秦山和大亞灣兩座核電站，下列說法正確的是 ( )
A．它們都是利用核裂變釋放的原子能
B．它們都是利用核聚變釋放的原子能
C．一座是利用核裂變釋放原子核能，一座是利用核聚變釋放原子核能
D．以上說法均不對
8．原子核內部蘊藏的能量，叫原子能，簡稱叫核能。獲取核能的方法有核裂變和核聚變。分別如下圖中的__________和__________。
“鏈式反應”發生在 ( )
A．核裂變時 B．氫彈爆炸時 C．核聚變時 D．鈾自發放出射線時21世紀教育網
9．核電站是和平利用原子能主要方式，下圖核電站原理示意圖。在反應堆中，核燃料發生裂變放出大量的核能，并利用循環水流生成高溫高壓水蒸氣，帶動輪機運動，使發電機發電。請描述核電站工作過程中能量的轉化情況。
你認為核電站的核心裝置是 ( )
A．反應堆 B．熱交換器 C．核燃料 D．汽輪發電機
你認為目前大多數核電站發電原理是 ( )
A．不受控制的鈾核裂變時產生能量轉化為電能
B．人工控制的鏈式反應使能量緩慢釋放發電
C．輕核結合合成較重核時產生能量發電
D．氘和氚聚變時產生能量發電
10．1kg鈾全部裂變釋放出的能量約為8.5×1013J，相當于完全燃燒多少無煙煤放出的能最 (無煙煤的熱值為3.4×107焦／千克)
參考答案
1．D 2．D 3．C 4．C 5．B 6．B 7．A 8．乙 甲 A 9．A B 10．2.5×106kg
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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第9節 能量的轉化與守恒
聯想情景導入
能量守恒定律：在能量的形式發生相互轉化的過程中，某種形式的能量減少了多少，另一種形式的能量一定會相應地增加多少。同樣，某種形式的能量增加了多少，另一種形式的能量一定會相應地減少多少，而能的總量保持不變。也就是說：能量既不會消滅，也不會創生，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體。而在轉化和轉移的過程中，能的總量保持不變。
重點知識詳解
一、能量轉化和守恒定律：能量既不會消滅，也不會創生，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體。而在轉化和轉移的過程中，能的總量保持不變。這個規律叫做能量轉化和守恒定律。
二、能量的轉移和轉化的方向性：自然界中大量的現象表明，能量的轉移和轉化過程有一定的方向性。
1．在熱傳遞過程中，熱量只能從高溫物體向低溫物體傳遞，或者從物體溫度高的地方向物體溫度低的地方傳遞，最后達到相同的溫度。相反的事件不會發生。
2．當雜技演員沿竹竿下滑時，演員的重力勢能有一部分會轉化為手和竹竿的內能，使手和竹竿的溫度升高。但是，相反的現象也不會自然地發生，即手和竹竿不可能自發地降低溫度，而使人的位置升高。
經典例題解析
[例1] 下列過程中，屬于內能轉化為機械能的是 ( )
A．寒冷天氣快速搓手，手會感到暖和
B．水輪機帶動發電機發電21世紀教育網
C．燒紅的鐵塊放入水中，冷水變熱
D．壺中的水沸騰時，壺蓋不斷地在跳動
[解析] 寒冷天氣快速搓手，手感到暖和是摩擦生熱現象，機械能轉化為內能。水輪機帶動發電機發電，是機械能轉移的過程。燒紅的鐵塊放入水中，使冷水變熱，是內能轉移的過程，鐵放熱，內能減小，水吸熱，內能增加。壺中的水沸騰時，壺蓋不斷地在跳動，是水蒸氣膨脹對外做功，頂起壺蓋后，它自身的內能要減小，從而獲得機械能。21世紀教育網
[答案] D
[例2] 在某密閉隔熱的房間內有一電冰箱，現接通電源使電冰箱開始工作，并打開電冰箱的門，則過段時間后室內的溫度將 ( )
A．降低 B．不變 C．升高 D．無法判斷21世紀教育網
[解析] 電冰箱制冷過程中，使冰箱內的溫度降低的同時，又使其外部溫度升高(將冰箱內部的內能轉移到外部)，此過程不可能自發發生，必需消耗電能，此部分電能最終也轉變為內能，因此從總能量的角度看，室內的內能將增加，室內溫度上升。
[答案] C
[例3] 下列現象與對應的能的轉化不正確的是 ( )
A．火車過后，鐵軌發熱是機械能轉化為內能
B．太陽灶使物體發熱是光能轉化為內能21世紀教育網
C．電熨斗通電發熱是電能轉化為內能21世紀教育網
D．生石灰加水發熱是化學能轉化為內能21世紀教育網
[解析] 火車過后，鐵軌發熱是摩擦生熱，機械能轉化為內能，故A對。太陽灶使物體發熱，是熱輻射的過程，不是能的轉化，故B錯。電熨斗通電發熱是電能轉化為內能，生石灰加水發生化學反應產生熱量是化學能轉化為內能，故C、D對。21世紀教育網
[答案] B
[例4] 小華在做滾擺實驗中，發現滾擺每次上升的高度逐漸減小，小華想：“這是否說明在動能、勢能的相互轉化的過程中，整個裝置的能量不守恒 這不是與能量守恒定律相矛盾嗎 ”請你幫小華解決他的困惑。21世紀教育網
[解析] 在能量的轉化過程中，某種能量可以增加或減小(即可以不守恒)，但總的能量一定是守恒的。
[答案] 在滾擺運動的過程中，由于摩擦不可避免，總有一部分機械能轉化為內能，故整個裝置的機械能不守恒，但總的能量(即機械能和內能的總和)保持不變。
[例5] 2001年3月20日，俄羅斯“和平號”空間站終于走完了它回歸地球的全部旅程，墜人太平洋。這個凝聚著人類智慧結晶的龐然大物在高速墜落的過程中分解成許多碎片．這些碎片在天窄中燃燒發光，形成一道道明亮的弧線，請回答：①“和平號”空間站進入大氣層后向地球墜落的原岡是什么 ②“和平號”空間站在下落過程中分解成許多碎片，這些碎片在空氣中燃燒發光的原因是什么 這里有什么形式的能量轉化
[解析] “和平號”空間站進人大氣層后．由于受到地球的引力，所以會向地球墜落。空間站在進入大氣層后，具有很大的動能和勢能。在墜落的過程中要克服與空氣摩擦做功，將機械能轉化為內能，空間站的溫度過高就會燃燒發光。
[答案] ①受地球的引力。②與空氣摩擦生熱，機械能轉化為內能和光能。
[例6] 如圖所示是一種環保型手電筒。這種手電筒不用化學電池作為電源。使用時只要將它來回搖晃，就能發光，并且來回搖晃得越 快，手電筒發光越亮。這種手電筒所產生的電能是根據__________原理獲得的，其能量轉化是__________能轉化成電能。
[解析] 電筒內裝有磁鐵和線圈，當搖晃電筒時。磁鐵和線圈之間就會做相對運動，這樣線圈就會切割磁感線，從而產生感應電流，所以這種電筒所產生的電能是根據電磁感應原理獲得的。在這一過程中，手的搖晃消耗了機械能，使電筒獲得了電能。所以機械能轉化為電能。
[答案] 電磁感應機械
[例7] 指出下列現象中能量的轉化或轉移情況。
(1)摩擦生熱__________。21世紀教育網
(2)氣體膨脹做功__________。
(3)植物進行光合作用__________。
(4)燃料燃燒__________。21世紀教育網
(5)風吹動帆船前進__________。
[解析] 本題通過實例考查能量守恒的知識點，理論聯系實際。
(1)摩擦生熱是機械能轉化為內能。
(2)氣體膨脹做功是內能轉化為機械能。
(3)植物進行光合作用是光能轉化為化學能。
(4)化學能轉化為內能。
(5)風能轉化為動能。
[答案] 見解析
考點應試必備
1．能量轉化與守恒是自然界的基本規律之一，下列過程中機械能轉化為電能的是 ( )
A．干電池放電 B．給蓄電池充電
C．風力發電 D．電動機帶動水泵抽水
2．下列說法中錯誤的是 ( )
A．能的轉化和守恒定律只適用于物體內能的變化
B．只要有能的轉化和轉移，就一定遵從能量守恒定律
C．能的轉化和守恒定律是人們認識自然和利用自然的有力武器
D．任何一種形式的能在轉化為其他形式的能的過程中，消耗多少某種形式的
能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的總量是保持不變
3．《深圳商報》報道：近日一種新型太陽能公共衛生間落戶北京東郊民巷，該衛生間的能源全部由位于頂部的太陽能電池板提供，它還能將多余的能量儲存在蓄電池里。這種能量轉化和儲存的方式是
( )
A．太陽能轉化為內能，再轉化為電能
B．太陽能轉化為電能，再轉化為化學能
C．太陽能轉化為內能，再轉化為化學能
D．太陽能轉化為電能，再轉化為光能
4．“十一”黃金周，吳吳同學和爸爸媽媽一起游覽花果山，在他們乘坐旅游車沿盤山公路下山的過程中，發現司機師傅要不時地踩剎車踏板，當車行駛至中途還要停下來，讓工作人員用水龍頭向車輪閘片部位噴水。吳吳同學提出了以下幾種看法：
①噴水的主要目的是為了．降低車閘的溫度，以防車閘因溫度過高而損壞；
②下山過程中，機械能不變；21世紀教育網
③下山過程中，重力對汽車不做功；21世紀教育網
④剎車過程中有部分機械能轉化為內能。
你認為這些看法中符合實際的是 ( )
A．①②④ B．①④ C．①③④ D．①②③④
5．下圖所示四種情景中，能說明電能轉化為機械能的是 ( )
6．跳高比賽時，運動員從起跳到落地過程中，下列說法正確的是(不計空氣阻力) ( )
A．上升過程中，動能減小，機械能減小
B．上升過程中，重力勢能增大，機械能增大
C．下落過程中，重力勢能減小，機械能不變
D．下落過程中，重力勢能減小，機械能減小
7．下列設施或過程不屬于利用太陽能的是 ( )
A．太陽能電池 B．太陽能熱水器
C．核電站 D．植物的光合作用
8．如圖所示，小明在玩蹦蹦桿。在小明將蹦蹦桿中的彈簧向下壓縮的過程中。小明的重力勢能、彈簧的彈性勢能的變化是 ( )
A．重力勢能減小，彈性勢能增大
B．重力勢能增大，彈性勢能增大
C．重力勢能減小，彈性勢能減小
D．重力勢能增大，彈性勢能減小
9．下列四種現象中，只發生能的轉移而不發生能的轉化的過程是 ( )
A．冬天，用手摸戶外的金屬桿時手感覺到冷
B．閉合開關后，燈泡發光
C．燒水時，水蒸氣頂起壺蓋
D．給電動自行車的蓄電池充電
10．綠色植物的光合作用就是將 ( )
A．太陽能轉化為內能 B．太陽能轉化為化學能
C．化學能轉化為內能 D．機械能轉化為化學能
11．古人的鉆木取火的過程，是將機械能轉化為__________能；水力發電是將水的機械能轉化為__________能；自然界中能量在轉化和轉移的過程，能的總量保持__________。
12．如圖所示，單擺在豎直平面內左右擺動，滾擺在豎直平面內上下往復運動。請回答：
(1)這兩個實驗可以說明的同一個物理問題是______________________________。
(2)在單擺左右擺動和滾擺上下往復運動的過程中，你將會看到它們上升的高度逐漸降低，產生此現象的原因是__________________________________________________。
13．潮汐是月球、太陽對地球的引力作用而產生的。每天的漲潮與落潮蘊含著巨大的能量。這種能量可以用來發電，如圖所示，在利用潮汐發電的過程中，能量的轉化情況是海水的動能傳遞給發電機，通過發電機轉化為__________能；圖中甲、乙兩幅圖代表漲潮發電的是__________；與火力發電相比，潮汐發電的優點是________________________________________。21世紀教育網
14．太陽是一個巨大的能源，直接利用太陽能不會污染環境。圍繞地球運轉的通信衛星，其兩翼安裝的太陽電池板，能把__________能直接轉化成__________能，供通信衛星使用，太陽能還可以直接轉化成內能，現有一太陽能熱水器，在晴天，每天可將50kg水從20℃加熱到50℃，若燃燒煤氣來加熱這些水，則至少需要消耗掉__________m3的煤氣。[已知完全燃燒1米3煤氣可放出3.9×107 J的熱量，水的比熱為4.2×103J/(kg·℃)]
15．請閱讀下面的介紹，回答相關問題
焦耳是一位偉大的物理學家，他成功地發現了焦耳定律，測出了熱功當量。但他在探索科學真理的道路上，也走過彎路。年輕的時候，焦耳也和許多人一樣想制作一種“永動機”——不需要給它提供任何動力(即不消耗任何能量)就能自動工作起來的機械裝置。
他曾通宵達旦地冥思苦想，不斷地設計、翻作，但沒有一次是成功的。接連的失敗引起了焦耳的深思，他沒有像有些人那樣“執迷不悟”。而是反思原來的設想，重新確定新的探究課題。經過不懈的努力，他終于在新的研究領域中取得了成功，發現了科學真理。下圖是13世紀一個名叫亨內考的法國人設計的永動機。21世紀教育網
(1)“永動機”的制造一直失敗的原因是：它違背了_______________________。
(2)你從焦耳科學探究的歷程中得到的啟示是_______________________。
參考答案
1．C 2．A 3．B 4．B 5．D 6．C 7．C 8．A 9．A 10．B 11．內 電 不變 12．(1)動能和重力勢能可以相互轉化 (2)由于存在著摩擦阻力和空氣阻力的作用，使機械能逐漸減少 13．電 乙 無污染等 14．太陽 電0.16 15．(1)能量守恒定律(2)略
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第2節 能量轉化的量度
聯想情景導入
我們已經知道，能量轉化是一個普遍的現象，自然界中物質運動形式的變化總伴隨著能量的相互轉化。例如：舉重運動員用力將杠鈴舉起時，運動員將體內的化學能轉化為杠鈴的勢能。馬拉車在路上跑時，會將體內儲存的化學能轉化為馬和車的動能和由于摩擦所產生的熱能。
在以上這些能量轉化的事例中，有多少能量發生了轉化呢 我們用怎樣的方法來衡量能量轉化的多少呢
重點知識詳解
一、功21世紀教育網
1．功：如果物體受到力的作用，并且在這個力的方向上通過了一段距離，我們就說這個力對物體做了功。
2．功的計算。
功=力×距離
如果用F表示力，s表示物體在力的方向上通過的距離，W表示功，則功的計算公式表示為：
W=Fs
3．功的單位：在國際單位制中，功的單位是焦耳，簡稱焦，單位符號為J。
1焦=1牛·米
二、功率
1．功率：單位時間里完成的功叫做功率。功率反映了物體做功的快慢。功率=功/時間。用P表示功率，W表示功，t表示時間，則功率的公式可表示為：P=W/t。21世紀教育網
2．功率的單位：功率的單位是瓦特，簡稱瓦，單位符號是W。
1瓦=1焦／秒21世紀教育網
經典例題解析
[例1] 下面情況中，人對物體做功的是 ( )
A．舉重運動員舉著杠鈴不動
B．人用力卻沒有把重物提起
C．某同學提著水桶在水平路面勻速行走
D．旅客提著行李走上樓梯21世紀教育網
[解析] A、B均屬于“不動無功”型，有力作用但沒通過距離；C屬于“勞而無功”型，桶運動方向與施力方向垂直；D具備做功的兩個必要因素，人對行李施力，行李沿拉力方向有移動距離，D為正確選項。
[答案] D
[例2] 物體重100N，在水平推力作用下，在水平面勻速前進了50m；撤去推力F后，物體又前進了25m。若水平推力F=10N，那么這個水平推力所做的功和物體克服阻力所做的功分別為 ( )
A．5000J、750J B．500J、750J
C．500J、250J D．5500J、500J
[解析] 解決這個題目首先要分清力F只在開始的50m距離上存在，而水平面對物體的摩擦阻力在整個距離(50m加25m)上都起作用。因為物體在水平面上勻速運動，則F= (阻力)。撤去F后，物體做減速運動時，只受阻力 的作用(水平方向上)。由功的定義式W=F·s可得：W1=F·s1=10N×50m=500J；W= ·(s1+sS2)=10N×(50m+25m)=750J。21世紀教育網
[答案] B
[例3] 關于功、功率，下列說法正確的是 ( )
A．機械的效率越高，做功越多
B．機械的效率越高，做功越快
C．機械的功率越大，做功越多
D．機械的功率越大，做功越快
[解析] 功率是表示做功的快慢，而不是做功多少的物理量；機械效率是表示有用功在總功中的比值，與做功的多少及功率的大小無關。
[答案] D
[例4] 下列運動中的物體，沒有力對其做功的是 ( )
A．在河水中沿直線勻速行駛的輪船
B．從高處自由下落的雨滴21世紀教育網
C．在光滑的水平面上做勻速直線運動的物體
D．李明從一樓走到五樓的教室
[解析] 行駛的輪船是在發動機牽引下向前行駛的，所以說發動機對船做了功；下落的雨滴重力對雨滴做了功；李明上樓他克服自身重力要做功；在光滑的水面上勻速直線運動的物體由于慣性向前行駛，沒有力對物體做功。
[答案] C
[例5] 兩個體重不同的人，都從一樓走到三樓，甲是走上去的，乙是慢跑上去的，那么下列說法中正確的是 ( )
A．體重大的人做的功多，功率也大21世紀教育網
B．慢跑上去的人做的功多，功率也大
C．走上去的人做的功多，但功率較小
D．條件不足，無法比較功率的大小21世紀教育網
[解析] 人上樓都要克服自身重力而做功，兩人上升的高度盡管一樣。但沒有明確兩人體重的大小，不能確定那人做的功多，同樣也確定不了兩人功率大小，所以A、B、C選項都沒有道理。
[答案] D21世紀教育網
[例6] 某同學用如圖所示的牽引裝置來鍛煉關節的功能。重物質量為3kg，小腿拉繩使重物在4s內勻速上升0.5m，若不計繩重及摩擦，求：
(1) 小腿拉重物所做的功。(2)小腿拉重物的功率。(g=10N/kg)
[解析] 牽引裝置中的重物是通過繩子繞過一個定滑輪與小腿相連接的，所以小腿的拉力等于重物的重力，則小腿拉重物做的功由w=Fs=Gh可算出。以上所計算出來的功是該同學的小腿在4s內完成的，所以功率由P=可算出。21世紀教育網
[答案] (1)小腿拉重物所做的功為W=Gh=mgh=3kg×10N/kg×0.5m=15J
(2)小腿拉重物的功率為P===3.75w
考點應試必備
1．下列所示的四種情景中，福娃對物體做功的是 ( )
2．如圖所示，質量為m的跳高運動員先后用背越 式和跨越式兩種跳高方式跳過某一高度，該高度比他起跳時的重心高出h，則他從起跳后至躍過橫桿的過程中克服重力所做的功
( )
A．都必須大于mgh
B．都不一定大于mgh
C．用背越式不一定大于mgh，用跨越式必須大于mgh
D．用背越式必須大于mgh，用跨越式不一定大于mgh
3．樹葉從空中飄下，在樹葉下降過程中 ( )
A．沒有力對它做功 B．重力對它做了功21世紀教育網
C．下落的樹葉自己對自己做了功 D．不能確定是否做功21世紀教育網
4．某市某商場舉行首屆跑樓梯比賽，共有500多名選手參加，若要比較參賽者的功率大小，需測出的物理量是 ( )
A．登樓所用的時間
B．參賽者的體重，所登樓層的高度
C．參賽者的體重，所登樓層的高度以及登樓所用的時間
D．參賽者的體重，所登樓層的高度，登樓所用的時間及參賽者通過的路程
5．下列對功的理解的說法中正確的是 ( )
A．作用在物體上的力越大，做的功越多
B．物體通過的距離越大，做的功越多
C．有力作用在運動物體上，此力對物體一定做功
D．有力作用在物體上，物體在這個力的方向上通過距離，這個力對物體做了功
6．以下實例，力對物體做功的是 ( )
A．舉重運動員舉著杠鈴不動21世紀教育網
B．小明將水桶從地面上提起21世紀教育網
C．吊車吊著貨物在空中水平勻速移動
D．用力搬桌子而未搬起
7．一木塊重30N，在大小為10N的水平拉力作用下，10s內沿水平地面勻速前進5m，則重力對木塊做的功是 ( )
A．0 B. 150J C．50J D．200J
8．在四川抗震救災現場，一塊水泥板質量為0.5t，起重機在5s內把它勻速提高2m，此過程中 ( )
A．起重機對水泥板所做的功為1×103J
B．起重機對水泥板所做的功為1×104J
C．起重機提升水泥板的功率為2×102W
D．起重機的柴油機耗功的功率為2×103W
9．如圖所示的四種情景中，人對物體做功的是 ( )
10．如圖所示，要粗測小明同學做“引體向上”時的功率。下面所列的物理量中，不需要測量的是 ( )
A．他的質量
B．單杠的高度
C．每次身體上升的高度
D．做“引體向上”的時間
11．在“5·12汶川地震”搶險救災前線，一輛柳州市生產的裝載機5s內將一塊重20000N的巨石勻速舉高3m，裝載機的舉力對巨石做功為_________J，舉力做功的功率為 _________W。
12．攀巖運動是從登山運動中派生來的新項目，它集健身、娛樂、競技于一體，以其獨有的登臨高處的征服感吸引了眾多愛好者。要測量某運動員在一次攀巖比賽中克服重力做功的功率，需要測量的物理量有該運動員的重力、_________和_________。
13．下圖是2008年北京奧運會射擊運動員射擊比賽的圖標，該圖標 生動地說明運動員要想擊中靶心，都要閉了一只眼，然后讓另一只眼和槍上的準星、靶心在同一直線上，這是利用了_________的原理；如果槍膛長30cm，火藥在槍膛內對子彈的推力是100N，子彈離開槍膛后前進了50m，則火藥對子彈所做的功是_________J。
14．慶“六一”趣味運動會中，小敏和小王分別把圖甲中三個質量均為1千克、邊長為30厘米的均質正方體泡沫塑料塊按圖乙堆疊起來。小敏和小王疊起這堆正方體泡沫塑料塊，每人至少要做功_________焦。比賽中小敏快于小王完成堆疊，則堆疊過程中小敏做功的功率_________ (填“大于”“等于”或“小于”)小王。
15．如圖所示，2008年北京奧運會火炬的質量為9859，火炬手持火炬沿水平路面勻速前進20m，火炬手對火炬做的功為_________J．若使火炬勻速升高1m，火炬手對火炬做的功為_________J。(不計空氣阻力及燃料質量的變化，g取10N／kg)
16．杭州灣跨海大橋在建造過程中多項成果具有世界一流水平，其中一項是自行設計制造了2400噸液壓箱梁縱移臺車。若該臺車將2000噸整體預制好的箱梁豎直上移10米，在此過程中該臺車對箱梁做的功為_________焦。(g取10牛／千克) 21世紀教育網
17．在四川抗震救災中，一架號稱“空中巨無霸”的米-26重型運輸直升機通過銅纜和機身相連，一次將一臺l3.2噸的挖掘機，空運到唐家山堰塞湖壩頂參加搶險。當直升機吊著挖掘機(如圖所示)，水平勻速飛行50米，鋼索對挖掘機的拉力是_________N，對挖掘機做的功為_________J。(g=10N/kg，不計空氣阻力)
18．2008年5月1日，杭州市率先在西湖景區推行公共自行車交通服務。許多市民也開始不使用汽車而騎自行車上班。騎車上班還有利于身體健康。體重80千克的金老師每天騎車(車的質量約20千克)上班“減肥”。若他以5米/秒的速度勻速前行，受到的阻力約為人與車總重的0.04倍，則他消耗的功率約為_________瓦。(g=10牛/千克)
19．杭州灣跨海大橋是目前世界上最長的跨海大橋，全長約36km。在建橋過程中，我國自主研制的巨型“天一號”起吊運架船要把2180t的箱梁提升30m，至少需做_________的功。21世紀教育網
20．如圖所示，小明在跑步機上鍛煉身體。設他在跑步機上以5m/s的速度勻速跑動30min，跑動的總動力為40N。
求：(1)他在這段時間內相當于跑了多少路程
(2)他在這段時間內做了多少功
(3)他做功的功率是多少 21世紀教育網
參考答案
1．B 2．C 3．B 4．C 5．D 6．B 7．A 8．B 9．B 10．B 11．6×104 1.2×104 12．攀登高度所用時間 13．光的直線傳播30 14．9大于15．0 9．85 16．2X 108 17．132000 0 18．200 19．6．54×108J 20．(1)9km(2)360000J (3)200W
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第4節 動能和勢能
聯想情景導入
長江三峽水利樞紐工程，是當今世界上最大的水利樞紐工程。大壩壩頂總長3035米，壩高l85米，設計正常蓄水水位枯水期為175米，豐水期為145米，總庫容393億立方米。 水電站左岸設14臺，右岸12臺，共26臺水輪發電機組。單機容量均為70萬千瓦，總裝機容量為1820萬千瓦，年平均發電量847億千瓦時。后又在右岸大壩“白石尖”山體內建設地下電站，設6臺70萬千瓦的水輪發電機。2009年三峽工程完工后，屆時的年發電量可達1000億千瓦時。
你知道三峽工程是怎樣利用水力發電的嗎 原來，被大壩攔住的上游水積蓄了大量的勢能。當這些水通過壩內的導管向低處流動時，勢能轉化為動能。而流動的水沖擊水輪機的葉輪，又將動能轉化傳遞給水輪機，進而帶動發電機發電，再轉化為電能。21世紀教育網
重點知識詳解
1、 動能：物體由于運動而具有的能叫做動能。質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能就越大。運動速度相同的物體，質量越大，它的動能就越大。
物體質量相同，速度不同
二、勢能：勢能可分為重力勢能和彈性勢能。
1．重力勢能：物體由于被舉高而具有的勢能，叫做重力勢能。物體的質量越大，位置越高，具有的重力勢能就越大。如：被舉高的杠鈴、棚架上的瓜都具有重力勢能。
2．彈性勢能：物體由于發生形變而具有的勢能叫做彈性勢能。彈性勢能的大小跟物體形變的大小有關，物體的形變越大，彈性勢能就越大。21世紀教育網
三、動能和勢能的轉化：動能和勢能可以相互轉化。如果只有動能和勢能的相互轉化，機械能保持不變。21世紀教育網
經典例題解析
[例1] 體積相同的實心銅球和木球放在水平桌面上，銅球靜止，木球在桌面上做勻速直線運動，則
( )
A．銅球的動能小于木球的動能
B．銅球的勢能小于木球的勢能
C．銅球的機械能一定小于木球的機械能
D．銅球的機械能一定等于木球的機械能
[解析] 銅球靜止，沒有動能，木球運動著，具有動能。銅球和木球都在水平桌面上，離地面的高度相同，但銅球的質量大于木球的質量，因此銅球的重力勢能大于木球的重力勢能。機械能等于物體的勢能與動能之和。銅球的動能為零，但勢能大；木球的動能大，但勢能小。由于不知它們的具體大小，所以無法比較銅球和木球的機械能的大小。21世紀教育網
[答案] A21世紀教育網
[例2] 一只乒乓球由高處靜止下落撞擊地板后又上升，在整個過程中，乒乓球機械能轉化的情況是 ( )
A．勢能→動能→勢能
B．動能→勢能→勢能
C．動能→勢能→動能→勢能→動能
D．勢能→動能→勢能→動能→勢能
[解析] 乒乓球在高處，由于被舉高具有勢能。在下落過程中，高度降低，速度增大，在撞擊地面前，球的全部勢能轉化為動能。在撞擊地板的一瞬間，由于球發生形變，球的動能轉化為球的彈性勢能。球在恢復形變的過程中，彈性勢能又轉化成動能，使球產生一個反方向的速度(如不考慮能的損失，則此速度與球撞擊地板前的速度大小相同)，向上跳起。在上升的過程中，動能又逐漸轉化成勢能，直至動能為零。從下落到反跳的全過程中，經歷的能量變化過程是：重力勢能→動能→彈性勢能→動能→重力勢能。
[答案] D
[例3] 物體沿斜面勻速滑下時，它的 ( )
A．動能增加，重力勢能減少，機械能不變21世紀教育網
B．動能不變，重力勢能不變，機械能不變21世紀教育網
C．動能不變，重力勢能減少，機械能減少21世紀教育網
D，動能增加，重力勢能減少，機械能減少21世紀教育網
[解析] 注意物體是“勻速滑下”，說明物體運動的速度不變，所以動能不變。但隨高度的降低，勢能減少。因為機械能是動能與勢能的總和，所以機械能由于動能不變而勢能減少，因而也減少了。
[答案] C
[例4] 跳傘運動員在勻速下落過程中，它的 ( )
A．勢能增大，動能減小，機械能不變
B．勢能減小，動能不變，機械能減小
C．勢能減小，動能增加，機械能不變
D．勢能增大，動能不變，機械能增大
[解析] 運動員質量一定，勻速下落，速度不變，所以其動能不變；又因下落過程中高度不斷減小，所以其重力勢能在減小。機械能等于物體動能和勢能的總和，因此運動員的機械能減小。
[答案] B
[例5] 下列現象中，屬于動能轉化為勢能的過程是_________；屬于勢能轉化為動能的過程是 _________。21世紀教育網
(1)石子在上拋過程中；
(2)從拉滿弓到箭離弦的過程中；
(3)風吹帆船向前行駛的過程；
(4)瀑布在下落的過程中；21世紀教育網
(5)發條玩具汽車在平地上運動；
(6)公共汽車沿斜坡勻速向上行駛。
[解析] 解題關鍵在于理解各種形式能量的轉化都是靠做功這個手段完成的，動能轉化為勢能應表現為物體本身速度減慢，而高度增加或彈性形變增大；勢能轉化為動能表現為物體高度變小或彈性形變變小，而物體速度增加。本題的易錯點是由于對動能和勢能的轉化不理解，不能正確分析出各物理過程中動能和勢能的變化情況，造成錯選。
[答案] (1) (2)、(4)、(5)
[例6] 運動員在撐桿跳高時，經歷了助跑—一起跳一一越桿——落下等過程。右圖是起跳的情景，此時運動員的________能轉化為________能。
[解析] 撐桿跳高運動員在起跳前進行一段助跑，獲得了大量的動能。起跳后，他的身體不斷上升，撐桿劇烈彎曲，動能轉化為運動員的重力勢能和撐桿的彈性勢能。當上升到約一半高度時，動能變得很小。此后，撐桿的彈性勢能將逐漸轉化為運動員的重力勢能，從而使運動員繼續上升。
[答案] 動 勢
[例7]如圖所示，跳傘運動員在“中華第一高樓”——上海金茂大廈進行跳傘。運動員從345m的高度跳下，在下落過程中運動員的重力勢能_________ (填“增大”“不變”或“減小”)。
[解析] 物體由于被舉高而具有的能叫做重力勢能。物體的重力勢能跟物體的質量和高度有關。物體的質量越大，位置越高，物體具有的重力勢能就越大。當物體的質量不變時，物體的高度越大，物體所具有的重力勢能就越大。運動員從345m的高度跳下，高度不斷減小，所以運動員所具有的重力勢能也在不斷減小。
[答案] 減小
[例8] 陳鋒同學的家到學校本是一條在同一水平面上的直路，愛動腦的陳鋒做了這樣的設想：要是將從家到學校的路挖成一個“u”字形(如圖所示)，只要從家騎上自行車后，不用剎車也不用踩車，等車停下來就可以到達學校了。請你簡要說明：
(1)陳鋒同學設想的機械能的轉化過程。
(2)陳鋒同學的設想在現實中可以實現嗎 為什么 (請根據有關物理知識說明)
[解析] 題目生動、有趣，主要培養學生運用科學知識進行有根據地猜想的意識和能力。解答時要聯系機械能守恒的條件——-是否受到(摩擦)阻力的作用。21世紀教育網
[答案] (1)自行車的重力勢能轉化為動能，動能又轉化為重力勢能。
(2)不能實現，因為自行車運動過程中要受到(摩擦)阻力的作用，使部分機械能轉化為內能，機械能減少，所以不能到達學校。
考點應試必備
1．小紅在學習中收集了一些與機械能有關的實例，如圖所示，其中機械能增大的是 ( )
2．中國跳水隊被人們稱為“夢之隊”，下圖是跳水運動員跳水時的情景，運動員在離開跳板到落入水的過程中 ( )
A．她的動能一直增大，機械能不變21世紀教育網
B．她的重力勢能一直減小，機械能減小
C．她的動能先減小后增大，機械能不變
D．她的重力勢能先減小后增大，機械能增大
3．如圖所示，軌道ABC光滑，彈簧固定在水平軌道末端，小球從A處由靜止滾下，撞擊彈簧后又將沿水平軌道返回，接著滾上斜面。在這整個過程中，機械能轉化的情況是 ( )
A．重力勢能→動能→重力勢能21世紀教育網
B．動能→彈性勢能→動能21世紀教育網
C．動能→勢能→動能→勢能→動能
D．重力勢能→動能→彈性勢能→動能→重力勢能
4．2008年4月19日，俄“聯盟”號飛船返回艙著陸時出現嚴重錯誤，返回艙進入地球大氣層后，朝地面飛行的前端不是隔熱罩，而是艙門和天線，導致艙門被燒焦，天線遭焚毀，宇航員的生命受到嚴重威脅。在這一過程中，返回艙能量轉化的方式是 ( )
A．重力勢能→動能→內能21世紀教育網
B．動能→重力勢能→內能
C．內能→重力勢能→動能21世紀教育網
D．內能→動能→重力勢能21世紀教育網
5．下面的四幅圖中屬于動能轉化為重力勢能的是 ( )
6．下圖所示的事例中，物體機械能增加的是 ( )
7．如圖，先用繩子把一個鐵鎖懸掛起來，然后把鐵鎖拿近到自己的鼻子處，松手后，鐵鎖向前擺動又擺回來。有關鐵鎖在擺動過程中的能量轉化，下列說法正確的是 ( )
A．鐵鎖回擺后能碰到鼻子，因為鐵鎖的機械能始終不變
B．鐵鎖下降過程中，重力勢能轉化為動能
C．鐵鎖上升到最高點，重力勢能最小
D．鐵鎖下降到最低點，動能最小21世紀教育網
8．汶川地震發生后，解放軍飛機向災區空投了大批救災物資。系著降落傘的食品箱在加速下落一段距離后變為勻速下落，食品箱和降落傘在勻速直線下落的過程中 ( )
A．動能越來越大 B．機械能保持不變
C．機械能逐漸減小 D．重力勢能逐漸轉化為動能
9．小星乘超市的自動扶梯勻速上升的過程中，小星的 ( )
A．動能轉化為勢能，機械能不變21世紀教育網
B．動能轉化為勢能，機械能增大21世紀教育網
C．動能不變，勢能增大，機械能增大
D．動能不變，勢能不變，機械能不變
10．如圖所示是滑雪運動員從最高處的A點由靜止開始下滑到最低處B點的過程，下列說法中正確的是 ( )
A．滑雪運動員在A點時只有重力勢能，沒有動能
B．滑雪運動員在A點時只有動能，沒有重力勢能
C．滑雪運動員從A點到B點的過程中，機械能不斷增加
D．滑雪運動員從A點到B點的過程中，動能轉化為重力勢能
11．現在許多商店和賓館都安裝了彈簧門，彈簧門在被推開后能自動關閉。以下有關于彈簧門被推開后自行關閉的過程中能量轉化的說法，正確的是 ( )
A．彈簧的彈性勢能轉化為門的動能
B．門的動能轉化為彈簧的彈性勢能
C．門的勢能轉化為彈簧的動能21世紀教育網
D．彈簧的動能轉化為門的勢能21世紀教育網
12．我們小時候都玩過秋千吧，閉上眼睛，那種時高時低的感覺如同在飛……，你知道其中能量的轉化嗎 對于圖中蕩秋千的小孩，下列分析錯誤的是 ( )
A．小孩在A點具有最大動能
B．小孩在B點勢能最小
C．小孩從B蕩到C的過程中，動能轉化為勢能
D．如果沒有能量損失，他將一直蕩下去
13．汶川地震后的5月14日，我空降兵15位勇士不畏犧牲，勇敢地從4999m的高空跳傘執行偵查營救任務，為上級決策提供了第一手資料，為組織大規模救援贏得了寶貴時間，受到了中央軍委的通令嘉獎。跳傘勇士在空中勻速下落的過程中，他們的 ( )
A．重力勢能增大，機械能增大21世紀教育網
B．重力勢能減小，機械能增大21世紀教育網
C．重力勢能減小，機械能不變21世紀教育網
D．重力勢能減小，機械能減小21世紀教育網
14．2007年12月4日，跳傘愛好者彭剛納爾從亞洲第一高樓——“臺北101大樓”樓頂跳下，從A處到8處的過程中下落速度越來越快，從B處到C處由于打開降落傘而勻速下降，則 ( )
A．AB過程動能變小，BC過程動能不變
B．AB過程動能變小，BC過程動能變小
C．AB過程動能變大，BC過程動能變小
D．AB過程動能變大，BC過程動能不變
15．跳水運動是奧運會的正式比賽項目，我國運動員在該項目上一直處于國際領先地位。比賽中，跳水運動員從騰空跳起向上運動后再向下落入水中，若不計空氣阻力，在整個空中運動過程中，運動員的 ( )
A．動能先減小后增大，重力勢能先增大后減小，機械能不變
B．動能先增大后減小，重力勢能減小先后增大，機械能不變
C．動能先減小后增大，重力勢能先增大后減小，機械能增大
D．動能先增大后減小，重力勢能先減小后增大，機械能減小
16．探月衛星“嫦娥一號”于2007年10月發射成功，目前正在繞月運動，衛星在太空勻速飛向月球的過程中，其動能__________(填“減小”“不變”或“增加”)。
17．四川汶川地震造成的唐家山堰塞湖水位不斷上升，水的__________能增大，若一旦潰堤，奔流而下的水所具有的__________能會給下游造成巨大的損失。21世紀教育網
18．2007年4月，我國進行了第6次火車大提速，提速后的火車每節車廂中都有電子屏幕顯示時速變化，當屏幕上示數增大時，火車的動能將__________ (填“變大”“變小”或“不變”)。
19．騎電動自行車下坡時，關閉電源開關，不蹬腳踏板速度也會越來越大，在此過程中，自行車的動能逐漸__________，重力勢能逐漸__________。
20．右圖是玩彈弓的情景。經驗表明，橡皮筋拉得越長，同樣的“子彈”射得越遠，這說明橡皮筋的彈性勢能與__________有關；若橡皮筋被拉的長度相同，而所用“子彈”的質量不同，則質量大的“子彈”射出的距離較小，原因是質量大的“子彈”射出時的__________小。21世紀教育網
21．小明騎自行車上學途中，要經過一段上坡路。他思考：物體沖上斜坡的最大距離可能與哪些因素有關呢
(1)他發現車子的初始速度越大，沖上斜坡的最大距離就越長。這是因為車子的初始速度越大，它的初始動能也越大，上坡過程中增加的__________就越大。
(2)他進而又提出兩個猜想：
猜想一：物體沖上斜坡的最大距離可能與物體的質量大小有關。
猜想二：物體沖上斜坡的最大距離可能與斜坡的傾角大小有關。
為了驗證猜想一，他將與水平面平滑連接的長木板以一定的傾角θ固定，如圖甲所示。實驗時為了讓不同質量的小木塊以相同的初始速度滑上長木板，請你在甲圖中的虛線框內為小明設計一實驗裝置，并說明使用該裝置進行實驗時的操作要點：________________________________________。
21世紀教育網
小明發現當不同質量的木塊以相同初始速度滑上長木板時，向上滑行的最大距離均相同。這說明猜想一是 (填“正確”或“錯誤”)的。
在驗證猜想二的實驗中，小明讓一木塊以相同的初始速度分別滑上不同傾角的長木板，測得的數據記錄如下表：
次數 1 2 3 4 5
木板傾角口 10° 30° 53° 75° 85°
向上滑行的最大距離s/m 0.50 0.40 0.36 0.39 0.43
根據表中數據，請在圖乙中描點作出s一目圖像。由圖像可知木塊向上滑行的最大距離s與傾角θ的定性關系是_____________________________________________。
22．閱讀短文，回答問題：
過山車
當你在游樂場乘過山車奔馳之際，你是否會想到：過山車為什么不需要引擎來推動就能“翻山越嶺”呢
過山車在開始旅行時，是靠一個機械裝置推上最高點的，但在第一次下行后，就再沒有任何裝置為它提供動力了，從這時起帶動它沿軌道行駛的唯一“發動機”就是重力勢能。過山車的重力勢能在處于最高點時達到最大值，當它開始下行時，它的勢能不斷減小，動能不斷增大；由于摩擦，損耗了少量的機械能，所以隨后的“小山丘”設計的比開始時的“小山丘”俯(如圖所示)。21世紀教育網
像所有列車一樣，過山車也安裝了機械制動裝置，使它在結束行程或在緊急情況下能夠準確地停下來。
(1)過山車通過A點向上運動過程中，動能_________ (填“變大”“變小”或“不變”)。
(2)后面的“小山丘”設計的比開始時的“小山丘”低，是由于過山車運動過程中，將部分機械能轉化為_________。
(3)過山車旅行過程中，遇到緊急情況能夠準確停下來，是由于__________________。
(4)過山車第一次下行后，是利用__________________作為“發動機”的；在生產21世紀教育網
與生活中，與過山車利用了相同“發動機”的有 _________________ (舉一例即可)。
23．2007年10月24日18時05分，中國第一顆繞月探測衛星“嫦娥一號”在西昌衛星發射中心成功發射升空，“嫦娥一號”的成功發射標志著中國航天技術從低空探測邁向深空探測新階段。10月26日，北京航天飛行控制中心舉行隆重儀式，發布中國首次月球探測工程第一幅月面圖像。中共中央政治局常委、國務院總理溫家寶為中國第一幅月面圖像揭幕。小軍同學當看到中國的“嫦娥一號”探月衛星拍射的第一張照片后，發現月面是凹凸不平的，如下左圖所示。這是由于流星在太空中運行到靠近月球時，在月球的引力作用下墜落到月面，與月面發生碰撞而形成的坑洞，叫做“月坑”。小軍同學猜想月坑的深度可能與流星的質量、體積及下落的高度有關。于是，他設計了一個用一只鋪滿厚厚的細沙的盤子和幾個不同的小球及刻度尺進行探究月坑深度的模擬實驗，如下右圖所示。經過實驗，數據記錄如下表：
實驗序號 質量m/g 體積V/cm3 下落高度h/cm 坑的深度d/mm
1 20 7.5 50 2.6
2 20 7.5 60 3.5
3 20 7.5 70 5.O
4 20 2.5 70 11.3
5 20 1.8 70 12.4
6 60 7.5 70 14.6
7 85 7.5 70 15.9
請你分析實驗數據，并回答下列問題：21世紀教育網
(1)由l、2、3三組數據可得：“月坑”的深度與流星的 _________有關。
(2)由_________、_________、_________三組數據可得：“月坑”的深度與流星的質量有關。
(3)“月坑”的深度還與流星的體積有關：體積越大，“月坑”的深度_________。
24．體育課上老師安排男女同學分組打籃球，小華發現男女同學組的籃球落地后都會反彈，但反彈的高度卻不同。籃球由靜止開始下落，反彈的高度與哪些因素有關呢 小華與大家一起對這個問題進行了討論，提出了不同的猜想。
猜想l：籃球反彈的高度可能與球的型號有關。
猜想2：籃球反彈的高度可能與下落的高度有關。
猜想3：籃球反彈的高度可能與地面材料有關。
于是，小華用兩只充足氣的#7(標準男子)、#6(標準女子)籃球及刻度尺，在水泥地面和木制地板上進行了實驗。通過實驗，得到的實驗數據如下表：
實驗序號 球的型號 下落高度/cm 地面材料 反彈高度/cm
1 #7 120 木質 80
2 #7 120 水泥 90
3 #7 150 水泥 110
4 #6 120 木質 80
(1)驗證猜想2，需要選用實驗序號為______________、______________的兩組數據進行分析。
(2)通過他的實驗數據，可得到的結論是：籃球反彈的高度與___________有關，與___________無關。
參考答案
1．A 2．C 3．D 4．A 5．C 6．A 7．B 8．C 9．C 10．A 11．A12．A 13．D 14．D 15．A 16．不變 17．勢 動 18．變大 l9．增大減小20．橡皮筋被拉的長度 速度 21．略22．(1)變小 (2)內能 (3)安裝了機械制動裝置 (4)重力勢能如：秋千 23．(1)下落高度 (2)3 6 7 (3)越小24．(1)2 3 (2)下落高度和地面材料球的型號
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第3章 知識歸納總結
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動能
機械能
勢能
存在形式
仁光能」
電能
內能
能量
化學能
能量轉化和轉移
獲取能量
物質運動
消耗能量
利用能量
做功意義量度能量轉化多少
做功兩個
有力作用在物體上
功
必要因素
物體在力的方向上通過的距離
計算公式W=F·s
描述能量轉
化快慢的量
功率
P=W/
杠桿
五要素
平衡條件F1L1=F2l2
動滑輪
簡單機械
杠桿
定滑輪
滑輪組
斜面
F= Gh
測定斜面機機械效率
能量利用率}總功=有用功+額外功機械效率
動能
質量和速度決定
機械能
重力勢能質量和高度決定
機械能守恒
勢能
彈性勢能
彈性形變程度和
材料決定
溫度升高熱運動加快內能增
熱運動
溫度降低}熱運動減慢內能減小
做功
對外做功」[內能減少
改變內能的方法
對物體做功上內能增加
吸熱
內能
內能增加
熱傳遞
放熱
內能減少
概念
熱量計算
量度內能的變化
熱量
單位:焦耳
化學能轉化為內能
燃料的燃燒
熱值
意義
電能轉化為其他形式的能
公式
W= Ult
單位
1焦耳=1瓦特·秒=1伏特·安培·秒
匚測量[電能表}[讀數方法
公式十P=W/=U
做功快慢}「電功率
電功
單位:1瓦特=1焦耳/秒=1伏·安
額定功率實際功率
測量
伏安法
用電器銘牌說明
用電器使用
制作原理利用電流的熱效應現象
電阻率大、
材料特點熔點高
發熱體
作用
主要組成部分
電能轉化為內能
絕緣體安全保護
電熱器
公式HQ=73R
焦耳
電能轉化為內能規律定律
單位1焦=1安2·歐·秒
非純電阻電器Q=2R電熱與電功1
純電阻電器Q=R=Um
使用方法安全用電
質子
帶正電
原子核改變時釋
原子核
放出巨大的能量
中子
不帶電
重核裂變日鈾核裂變曰鏈式反應
獲得途徑
輕核聚變卜氫核聚變}熱核反應
核能
巨作原理}能量轉化
和平利用核能核電站
工作過程
a射線上帶正電
放射線
大劑量污染環境
B射線帶負電
少劑量治病育種
y射線
不帶電
做功
能量發生轉化
能量變化途徑
熱傳遞H能量發生轉移
不能創生
內容
不能消滅
總量保
持不變
能量
轉化與轉移
能量守恒定律
認識自然
意義
重要依據
改造自然
宏觀分析否定永動機
能量轉化和轉移的方向性閂實例過程分析登陸21世紀教育 助您教考全無憂
第3章 能量的轉化與守恒
第1節 能量的相互轉化
聯想情景導入
雪崩是一種自然現象，它是指大量積雪從高處突然崩塌下落。
雪崩發生的原因很多，通常積雪堆積過厚，超過了山坡面的摩擦阻力時，基底為春雨所松動，下面緩慢地形成了深部“白霜”，下部積雪與上層積雪之間形成一個軟弱帶，溫暖干燥的風，聲音的震響等都能使積雪開始運動，崩塌就開始了。
雪崩一旦發生，其勢不可阻擋。成千上萬噸的積雪夾雜著巖石碎塊，以極快的速度從高處呼嘯而下，所過之處將一切掃蕩凈盡。在有人居住或滑雪場等地是一種嚴重的災害，常會造成房倒屋塌和人員傷亡。21世紀教育網
那么，雪崩開始后能量如何轉化呢
重點知識詳解
1．自然界中各種形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量會發生相互轉化，能量也會在不同的物體之間相互轉移。
2．所謂“消耗能量”“利用能量”或者“獲得能量”，實質上就是能量相互轉化或轉移的過程。
3．能量轉化是一個普遍的現象，自然界中物質運動形式的變化總伴隨著能量的相互轉化。
4．氫氧化鈉在水中溶解，溫度要升高；硝酸銨在水中溶解，溫度要降低。這兩種物質在溶解過程中，能量由化學能轉化熱能。
經典例題解析
[例1] 環保太陽能公廁已在上海市投入使用，其頂部是大面積太陽能電池板，它所轉移及儲存的能量可滿足廁所內所需的電力供應，經連續三天充分日照后，它可供無日照情況下使用一周，這種能量轉換和儲存的形式是 ( )
A．太陽能 內能 電能
B．太陽能化學能電能21世紀教育網
C．太陽能 電能化學能 電能
D．太陽能化學能光能
[解析] 環保太陽能公廁頂部大面積太陽能電池板在接受日照后，可將太陽能轉化為化學能儲存起來，在無光照的情況下，儲存的化學能轉化為電能。21世紀教育網
[答案] B
[例2] 2008年11月19日，在冰島首都雷克雅未克北部著名的間歇泉附近，村鎮籠罩在白霧之中。間歇泉隔幾分鐘便噴射一次，最高高度可達60米，是冰島主要的地熱奇觀之一。21世紀教育網
間歇泉在噴發的過程中，能量是怎樣轉化的
[解析] 間歇泉多發生在火山活躍的地帶，間歇泉噴發所需要的能量主要來自地熱，在噴發的過程中，地熱能轉化為泉水的熱能和機械能。21世紀教育網
[答案] 地熱能轉化為水的機械能和熱能
考點應試必備
1．2008年9月25日21時l0分“神舟七號”飛船成功發射，共飛行2天20小時27分鐘，繞地球飛行45圈后，于9月28日1 7時37分安全著陸，火箭發射時的能量轉化主要是 ( )
A．太陽能轉化為機械能
B．化學能轉化為機械能
C．電能轉化為機械能
D．機械能轉化為化學能
2．下列實例中，屬于機械能轉化為熱能的是 ( )
A．放爆竹，爆竹騰空而起
B．冬天，人站在陽光下感到暖和
C．用錘子敲打鐵板，錘子和鐵板都會發熱
D．水壺燒水時，壺中的水應由涼變熱21世紀教育網
3．地球像一個龐大的“熱鍋爐”，不斷地向外散發熱量。地球內部具有的熱能稱為 ( )
A．核能 B．地球和其他天體相互作用的能量
C．地熱能 D．來自地球以外天體的能量
4．一種新型綠色電池燃料電池，是把H2、CO、CH4等燃料和空氣不斷輸入，直接氧化，使化學能轉變為電能，被稱為21世紀的“綠色”發電站。這三種氣體可以作為燃料的原因是 ( )
A．都是無毒、無害氣體 B．都可燃燒并放出大量的熱
C．燃料產物均勻為二氧化碳 D．均在自然界中大量存在21世紀教育網
5．自然界中存在著各種形式的能，如_______、_______、_______都可以方便地轉化為電能。電池和發電機就是實現這種轉化的裝置，發電機是把_______能轉化為_______能的機器，給蓄電池充電時，將電能轉化為_______。這說明能量是可以相互轉化的。
6．自然界中各種形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量會發生相互_______ ，能量在不同物體間會發生相互_______，所謂_______能量、_______能量或者_______能量，實質上就是能量的相互_______和_______的過程。
7．雨滴從高空下落，它的勢能變_______，動能逐漸變_______。由于雨滴的速度增大，受到的空氣阻力也增大，最后勻速下落，這時雨滴的_______能不斷地轉化為_______能。
8．草木燃料是人類最早使用的能源，它的大量使用是植被破壞的重要原因之一。草木燃料的能量來源于太陽能，是綠色植物通過_______獲得的。燃燒時植物體內的_______轉變為熱能。
9．地震后，往往有大雨和泥石流，圖中的汽車被砸壞，汽車被砸壞所需要的能量來自_______。
10．2008年5月12日14時28分，四川汶川發生里氏8.0級地震。地震時造成建筑物倒塌，人員傷亡。地震的能量來自______________。21世紀教育網
11．2008年3月24日，北京奧運會圣火在奧林匹亞被成功采集，并開始在希臘境內傳遞。圖為中國火炬手游泳名將羅雪娟手持火炬進行傳遞。火炬使用的是丙烷作燃料，則燃料在燃燒的過程中_______能轉化為_______能和_______能。21世紀教育網
12．“堰塞湖”，可能造成危害的原因是：隨著湖內水位上升，“堰塞湖”內水的_______能增大，堤壩同一深度處受到湖水的壓強增大，可能導致堤壩崩塌而發生重大洪災。21世紀教育網
參考答案
1．B 2．C 3．C 4．B 5．機械能化學能太陽能機械能 電化學6．轉化轉移 消耗利用獲得轉化轉移7．小大 機械熱 8．光合作用 化學能9．石頭的勢能 10．地熱能 11．化學 光熱 12．勢
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第3章自主檢測卷
一、選擇題(30分)
1．在如圖所示推、拉重物的實例中，沒有做功的是 ( )
A．①叉車舉起貨物 B．②直升機吊起架電線的鐵塔
C．③馬拉動木頭 D．④小科用力但沒有推動大石頭
2．2008年3月24日下午北京奧運會圣火采集儀式在希臘的赫拉伸廟前舉行。圣火點燃后，以“點燃激情、傳遞夢想”為口號的“祥云”火炬傳遞在全球進行。圣火的點燃利用了太陽能，下列屬于能量單位的是 ( )
A．牛頓 B．帕斯卡 C．瓦特 D．焦耳
3．北京奧運會“綠色、科技、人文”的理念已落實到相關工作中，前不久完成的奧運圣火在珠穆朗瑪峰的傳遞，創造了諸多奧運圣火傳遞的奇跡。設在海拔5200米處的大本營把太陽能作為工作和生活的能源。建起如圖所示的由太陽能光伏板(太陽電池)組成功率達到10kw的光伏小電站。關于太陽能光伏發電站，下列說法正確的是 ( )
A．這個發電站工作時將太陽能轉化為內能
B．這個發電站工作時將電能轉化為光能21世紀教育網
C．這個發電站工作時不會對周圍環境產生污染
D．這個發電站在任何肘候都能正常工作21世紀教育網
4．下圖中的鍘刀、瓶蓋起子、手推車、鐵鍬都屬于杠桿，其中費力杠桿是 ( )
5．如圖所示，利用動滑輪提升貨物，動滑輪重為20N，繩與動滑輪間的摩擦及繩子重不計。第一次把重為l00N的貨物勻速提升，這個過程動滑輪的機械效率為η1；第二次把重為200N的貨物勻速提升，這個過程動滑輪的機械效率為η2則 ( )
A．η1<η2
B．η1>η2
C．η1=η2
D．η1和η2的關系無法確定
6．如圖所示，為運動員投擲鉛球的過程示意圖，下列有關說法錯誤的是 ( )
A．在口到b的過程中，運動員對鉛球做了功
B．在b到c的過程中，運動員對鉛球沒有做功
C．在c到d的過程中，沒有力對鉛球做功21世紀教育網
D．在a到d的過程中，鉛球的運動狀態在不斷的變化
7．斜面是一種簡單機械，生活中經常用到它，工人師傅小波和小新分別用如圖所示的甲、乙兩種方法，將同樣的物體搬上車，下列說法正確的是 ( )
A．甲方法不可以省力，但能省功
B．甲方法可以省力，也能省功
C．乙方法可以省力，但不能省功
D．乙方法可以省力，也能省功
8．甲比乙高，如果舉起相同質量的杠鈴所用時間相等，如圖所示，則 ( )
A．甲做功較多，功率較大21世紀教育網
B．甲做功較多，功率較小21世紀教育網
C．甲做功較多，甲、乙功率相等
D．甲、乙做功相等，乙的功率較大
9．如圖所示，是工人師傅往高處運送貨物的兩種方法。物重 均為500N，滑輪重均為l0N，不計摩擦和繩重，下列說法正確的是 ( )
A．甲圖中的拉力等于乙圖中的拉力
B．甲圖中的拉力小于乙圖中的拉力
C．甲圖中的機械效率小于乙圖中的機械效率
D．甲圖中的機械效率大于乙圖中的機械效率
10．小明家最近開通了天然氣，細心的小明發現，現在燒開一鍋水比過去他們家用液化氣所用的時間少了，你覺得這是由于這兩種燃料具有不同的 ( )
A．質量 B．比熱容 C．密度 D．熱值
11．在下圖的四種情景中，屬于內能轉化為機械能的是 ( )
12．如圖所示，用熱傳遞改變物體內能的是 ( )
13．有兩盞正在使用的白熾燈泡甲和乙。若乙燈比甲燈亮，則 ( )
A．乙燈的燈絲電阻一定比甲燈的大21世紀教育網
B．乙燈兩端的電壓一定比甲燈兩端的大21世紀教育網
C．電流通過乙燈做的功一定比甲燈的多21世紀教育網
D．相同時間內乙燈消耗的電能一定比通過甲燈的多
14．如圖是伏安法測小燈泡電阻、功率的實驗電路圖。小燈泡正常工作時，兩電表的示數如圖所示，則下列說法中不正確的是 ( )
A．在連接電路時，應將開關斷開，并將變阻器阻值調至最大值
B．小燈泡的額定功率為0.72W，此時的電阻為8Ω
C．如果將滑片P向n端滑動，則電壓表的示數將變大21世紀教育網
D．如果將滑片P向b端滑動，則小燈泡的實際功率將大于額定功率
15．如圖，對于電能表面板上的一些參數的理解，下列說法錯誤的是
( )
A．此時電能表的讀數為120.7度
B．“220V”是指這個電能表應該在220伏的電路中使用
C．“10(20)A”是指這個電能表使用時正常工作電流為10安或20安
D．“600revs/kW·h”是指用電器每消耗1千瓦時電能，電能表的轉盤轉過600轉
16．有兩個燈泡L1和L2，分別標有“PZ110V-40W”和“PZ110V-60W”字樣，若不考慮溫度對燈絲電阻的影響，下列說法不正確的是 ( )
A．都正常發光時，通過L2的電流大
B．并聯后，接在110V的電源上，L2消耗的功率大21世紀教育網
C．串聯后，接在220V的電源上，它們都能正常工作
D．串聯后，接在110V的電源上，L1消耗的功率大21世紀教育網
17．某同學想用一只“1.5V 5Ω”的小燈泡制作一個簡易手電筒，采用電壓為6V的蓄電池作電源。了保證小燈泡在使用時不至于因為電壓太大而燒毀，該同學又從實驗室里找到了一捆標有“1Ω/cm”的電阻線。該同學應如何利用這捆電阻線才能保證小燈泡正常發光 ( )
A．應并聯一段20cm長的電阻線21世紀教育網
B．應串聯一段20cm長的電阻線21世紀教育網
C．應并聯一段15cm長的電阻線21世紀教育網
D．應串聯一段15cm長的電阻線21世紀教育網
18．如圖所示，人騎自行車從坡上下來時，速度會越來越大，在這運動過程中 ( )
A．人和車的動能增大
B．人和車的動能減小
C．人和車的重力勢能增大
D．人和車的動能保持不變
19．2008年6月5日19時30分，中央氣象臺發布了西安和香港兩城市在未來24小時內的天氣預報：西安，晴，氣溫21℃～34℃；香港，晴，氣溫24℃～28℃。造成兩地在同一天內氣溫變化差別較大的原因之一是 ( )
A．水的內能比泥土、砂石的內能大21世紀教育網
B．水的比熱容比泥土、砂石的比熱容大
C．水的內能比泥土、砂石的內能小21世紀教育網
D．水的比熱容比泥土、砂石的比熱容小
20．下圖所示的鏈球、鉛球、鐵餅和標槍都是奧運會田徑項目，當把這些物體斜向上拋出后，不計空氣阻力，則這些物體從被拋出到落地的過程中 ( )
A．物體的動能一定增大，重力勢能一定減小21世紀教育網
B．物體的動能一直減小，重力勢能一直增大21世紀教育網
C．物體的動能先減小后增大，重力勢能先增大后減小
D．物體的動能先增大后減小，重力勢能先減小后增大
二、填空題(24分)
1．下圖是人們用木棒撬石塊的示意圖。撬石塊有兩種方法：第一種是以B點為支點，在C點用與棒垂直的力F1向下撬；第二種是以A點為支點，在C點用與棒垂直的力F2向上撬。(木棒自重不計)
(1)在圖中畫出力F1的力臂。21世紀教育網
(2)若石塊壓在棒上的D點正好是AB的中點，你認為第_________種方法更省力一些，理由是____________________________________。21世紀教育網
2．右圖為某建筑工地搬運建筑材料的裝置。圖中滑輪D與滑廂相連，滑輪A固定在地面上，鋼絲繩的拉力由電動機提供。在此裝置中，滑輪A的作用是_________。已知滑廂和滑輪D的總質量為m，，廂內建筑材料的質量為m。，滑廂與地面的接觸面積為s。當拉力大小為F時，滑廂仍靜止在地面上，此時滑廂對地面的壓強P=_________ (用文中字母表示)。當拉力增大為F’時，滑廂勻速直線上升，在此過程中，滑輪組的機械效率將_________ (填“變大”“變小”或“不變”)。(不計繩重和摩擦) 21世紀教育網
3．攀巖運動是從登山運動中派生出來的新項目，它集健身、娛樂、競技于一體，以其獨有的登臨高處的征服感吸引了眾多愛好者。要測量某運動員在一次攀巖比賽中克服重力做功的功率，需要測量的物理量有該運動員的重力、_________和_________。21世紀教育網
4．“嫦娥一號”進入月球工作軌道后，衛星將獲取月球表面三維立體影像。支持探測器正常運轉的能量主要來自電磁帆板接收的_________能，而一旦到了月球背面，衛星就要依靠本身攜帶的來提供能量。
5．小明家中有40W日光燈5盞，25W白熾燈4盞，100W彩電、1200W空調、700W電飯鍋、1000W電水壺各一只，他應選擇額定電流等于或稍大于_________A的熔絲接在進戶線上。目前我市已實行新的分時電價政策，8：00到21：00電價為0.55元/度，其余時間電價為0.30元/度，若他家平均每天用電水壺燒水1h，小明將燒水時間由中午改在21：00以后。這樣，一個月(30天)他家能節約電費_________元。
三、實驗探究題(24分)
1．晚上，婷婷自己在家，她把空調、電視機都開著，廚房里的微波爐正在加熱中午剩下的“比薩”餅，“對了!再用電熱水壺燒點水喝吧。”婷婷剛一插上電水壺，家里的保險絲就斷了，請回答以下問題：
(1)電熱水壺是利用電流的_________效應工作的，它工作時將電能轉化成能，婷婷家里保險絲斷熔斷的原因是_________。
(2)在黑暗中，婷婷想：為什么電熱水壺可以將水燒開，而與它相連的導線卻一點也不熱
答：因為電熱水壺和導線_________聯(填“串”或“并”)，通過它們的電流_________ (填“相等”或“不相等”)，電熱水壺的電阻比導線_________ (填“大”或“小”)，根據公式_________可知，當_________一定時，電流產生的熱量與導體的電阻成正比例，因此電熱水壺可以將水燒開，而與它相連的導線卻一點也不熱。
(3)婷婷修好了保險絲，婷婷想知道電熱水壺的有關問題，她找出了說明書，數據如下：
型 號 額定電壓 額定功率 加熱方式 壺體容積 外形
LCJ—27 220V 600W 電發熱 800mL 170×170×195cm3
請幫婷婷計算一下如果燒開一壺水大概要15min，那么燒開一壺水需要消耗_________J電能。
2．小文同學在“測定滑輪組機械效率”的實驗中，用如圖所示的裝置勻速吊起鉤碼，并記錄了如下實驗數據：21世紀教育網
鉤碼重G1/N 動滑輪重G2/N 測力計拉力F/N 鉤碼提升高度h/m 測力計移動距離s/m
4 0.4 1.6 0.1 0.3
根據實驗數據，小文同學計算機械效率的過程如下：
有用功：W有用=(G1+G2)h=(4N+0.4N)×0.1m=0.44J
總功：W總=Fs=1.6N×0.3m=0.48J
機械效率
答：當勻速吊起4N重的鉤碼時，該滑輪組的機械效率約為91.7％。
小文同學的計算過程是否正確 如有錯誤，請在下方空白處寫出錯誤之處并對滑輪組的機械效率作出正確解答。
四、分析計算題(22分)
1．在2008年北京奧運會舉辦前，我國體育健兒均在緊張地備戰。一舉重運動員在某次訓練中，用3s的時間將質量為150kg的杠鈴舉高1.8m。問：21世紀教育網
(1)杠鈴在空中靜止時(如圖)對該運動員的壓力是多大
(2)本次舉起杠鈴的過程中，該運動員對杠鈴做了多少焦耳的功 功率為多少？
2．如圖是王宇家新買的一臺快速電水壺，這臺電水壺的銘牌如下表。為了測量該電水壺燒水時的實際功率，王宇用所學知識和爸爸合作進行了如下實驗：關掉家里所有用電器，將該電水壺裝滿水，接人家庭電路中，測得壺中水從25℃上升到35℃所用的時間是50s，同時觀察到家中“220V 10A(40A)3200imp/(kw·h)”的電子式電能表耗電指示燈閃爍了80imp。請根據相關信息解答下列問題。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
(1)電水壺中水的質量。
(2)電水壺燒水時的實際功率。
(3)電水壺加熱的效率。
(4)通過比較實際功率與額定功率大小關系，簡要回答造成這種關系的一種可能原因。
參考答案
一、l．D 2．D 3．C 4．D 5．A 6．C 7．C 8．A 9．D 10．D 11．C 12．B 13．D 14．D 15．C 16．C 17．D 18．A 19．B 20．C 二、1．(1)圖略 (2)二根據杠桿的平衡條件，兩種方法中的阻力與阻力臂的乘積不變，第二種方法動力臂較長，所以更省力 2．改變力的方向 不變3．攀登高度所用時間4．太陽 蓄電池 5．15 7．5 三、1．(1)熱 內 電路中總功率過大 (2)串 相等 大 Q=I2Rt 電流、通電時間(3)5.4×105 2．有用功計算錯誤83.3％ 四、1．(1)1500N (2)2700J 900w 2．(1)1.8kg (2)1800W (3)84％ (4)實際功率小于額定功率，可能的原因是實際電壓小于額定電壓。
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第7節電熱器
聯想情景導入
2008年11月14日上午6點10分左右，上海商學院發生火災，四名女生從6層樓高的宿舍跳下，不幸全部身亡。經調查，火災原因與使用熱得快不當有關。那么，熱得快是一種什么樣的用電器呢 它又是怎樣引起火災的呢
重點知識詳解
一、常用電熱器
1．電流的熱效應：電流通過各種導體時，會使導體的溫度升高，這種現象叫做電流的熱效應。
2．電熱器的工作原理：從能量的轉化看，電流通過導體發熱的過程實質上是電能轉化為內能的過程，各種各樣的電熱器都是利用電流的熱效應工作的。
二、電熱的計算：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。這個規律叫做焦耳定律。焦耳定律的公式可表示為：Q=I2Rt。
經典例題解析
[例1] 在電源電壓不變的前提下，電爐在相等的時間內增加電熱絲的發熱量，可采取的措施是 ( )
A．增大電熱絲的電阻 B．減小電熱絲的電阻21世紀教育網
C．在電熱絲上并聯電阻 D．在電熱絲上串聯電阻21世紀教育網
[解析] 根據焦耳定律Q=I2Rt導體上放出的熱量與電阻成正比，所以要增加熱量，可增大電阻。這是由于對焦耳定律理解不全面的緣故。焦耳定律所闡述的導體上放出的熱量和某一個量的比例關系是在其他一些量不變的條件下才成立的，如在電流強度和通電時間都不變的條件下放出的熱量和電阻成正比。按題意，通電時間是相同的，但由于電源電壓不變，通過的電熱絲的電流強度將隨著電阻的增大而減小，若根據Q=I2Rt去判斷，將不易得出正確的結論。事實上，在電壓一定的條件下，根據P= 可知，減小電熱絲的電阻才可增大電功率，即在相同時間內發熱多些。在電熱絲上并聯電阻，對電熱絲而言。由于它的電阻和電壓都不變，在同樣時間內的發熱量與原來的相同，不會增加，C錯。
[答案] B
[例2] 電熨斗通電后很燙，而連接電熨斗的導線卻并不熱，這是因為 ( )
A．導線有絕緣層保護，能隔熱
B．導線散熱快，所以溫度低
C．通過導線的電流小于通過電熨斗的電流
D．導線電阻小，產生熱量少21世紀教育網
[解析] 電熨斗是利用電流的熱效應制成和工作的，電熨斗的發熱體和連接導體串聯接在電路中，通過的電流相等，發熱體的電阻遠大于連接導線的電阻，根據電流的熱效應跟電阻大小的關系知，在電流相同的條件下，電阻較大的導體在一定時間內產生的熱較多，使得電熨斗很燙，連接導線卻不熱。
[答案] D
[例3] 有2安培的電流通過一電阻器，在一定時間內產生一定的熱量，如果電流增加到4安培，在相同的時間內產生的熱量是前者的 ( )
A．t/2 B．1/4 C．4倍 D．2倍21世紀教育網
[解析] 根據焦耳定律可知，時間、電阻一定，電流通過用電器產生的熱量與電流的平方成正比，電流為原來的2倍，產生的熱量為原來的4倍。
[答案] C
[例4] 用如圖甲實驗裝置測定液體的比熱容。已知容器內待測液體質量為300g，電熱絲電阻是5Ω。閉合開關s，調節滑動變阻器至電流表示數如圖乙所示，12min后，發現溫度計示數升高5℃。則電熱絲放出熱量________J，該待測液體比熱容是________J／(kg·℃)。(假設電熱絲放出的熱量全部被待測液體吸收)
[解析]熱學與電學相結合是當前的命題熱點之一。電流的熱效應所放出的熱量被液體吸收，從而使得液體溫度升高。21世紀教育網
Q=I2Rt=(1A) 2×5Ω×12×60s=3600J
c=Q/m△t=3600J/(0.3kg×5℃)=2.4×103J/(kg·℃)
[答案] 3600 2.4×103
[例5] 為了研究某種植物在恒溫下生長的規律，某中學自然科學興趣小組的同學，設計了一臺如圖所示的恒溫箱，箱內安裝一根電熱絲。使用恒溫箱時，要求電源電壓為220V，每秒鐘電熱絲應向箱內提供400J的熱量(設電能全部轉化為熱能)。
(1)現有四種直徑為0.5mm的金屬絲材料，有關數據和情況如下表所示：
(1)現有四種直徑為0.5mm的金屬絲材料，有關數據和情況如下表所示：
編號 材料 熔點 熔斷電流 發熱時氧化情況比較 價格比較
A 銅絲 1083℃ >20A 容易 較低
B 鎢絲 3410℃ >20 A 容易 較高
C 鎳鉻合金絲 1100℃左右 >20A 不易 一般
D 鉛銻合金絲 200℃左右 >5A 一般 一般
你認為興趣小組的同學應選擇哪一種材料繞制箱內的電熱絲較合適：___________(填編號)。
(2)選用合適的材料制成后，利用220V的恒壓電源供電，測得該電熱絲實際電功率為484W。為了使電熱絲供熱達到要求，在不改變電熱絲阻值及電源電壓的條件下，興趣小組同學在箱外串聯了一個電阻，這個電阻阻值多大 21世紀教育網
(3)簡述：如果說電源電壓不變，為達到供熱要求你認為還可以怎樣改裝 對比(2)中興趣小組同學的改裝，你的改裝有什么主要優點
[解析] (1)電熱絲作為發熱材料，一般要求電阻率大，熔點高，不易被氧化，否則變成氧化物后不能導電，易斷。價格要一般。所以選擇C。(2)制成后，實際功率為484W，偏大，說明電熱絲兩端電壓過大，所以可以串聯一個電阻來分壓。
改裝前的電阻R=U2/P=(220V) 2/484W=100Ω 21世紀教育網
按要求電熱絲的功率P’=W/t=400J/1s=400W
改裝后電熱絲兩端的電壓UR===200V
改裝后通過電熱絲的電流I=UR/R=200V/100Ω=2A
連接的電阻R’=U’/I=(220V-200V)/2A=10Ω
(3)當然也可以把串聯電阻裝在箱內，這時，應把串聯電阻所放出的熱量也計算在400J之內。此時串聯電阻的阻值和裝在箱外時是不同的，同學們可以自己計算一下。
[答案] (1)C (2)10Ω (3)可把電阻改裝在恒溫箱內。優點：使用同樣的時間，改裝箱內比改裝箱外消耗的電能少。
[例6]微波爐是一種效率很高的家用電器。可是有一天，小宇在商場中聽到顧客和售貨員的一段對話：售貨員說，微波爐很省電，加熱食品又快；顧客說，微波爐很費電，他家的微波爐一開保險絲就熔斷。小宇聽了很迷惑到底誰說得對呢 他用家里的微波爐進行了實驗(銘牌見下表)。將一瓶550mL的礦泉水倒入杯子中，用溫度計測得初溫為20℃，放入微波爐中以最大功率加熱2min，取出后測得水溫為62℃。請你幫小宇計算出以兩個量：
防觸電保護類別I類 額定容積20L
規格型號 NN-S313WF
額定電壓220V 電源頻率50Hz
最大功率1000W 質量12kg
(1)微波爐以最大功率加熱時電路中的電流。(結果保留兩位小數)
(2)微波爐以最大功率加熱2min消耗的電能。
小宇又用“220V 800W”的電熱水壺使等量的水升高同樣的溫度用了4min。可見，售貨員說“省電”的意思是_______________________；而微波爐一開保險絲就熔斷的原因是______________________________________________。21世紀教育網
[解析] (1)根據P=UI可知，I=P/U=1000W/220V≈4.55A。
(2)w=Pt=1000W×2×60s=1.2×105J。將微波爐和電熱水壺相比可知，使等量的水升高同樣的溫度，電熱水壺所用的時間長，則電熱水壺所消耗的電能就多，微波爐消耗的電能少。而微波爐一開保險絲就熔斷，主要是微波爐在工作時的電流較大所造成的，不是消耗的電能多就會造成保險絲熔斷。
[答案] (1)4.55A (2)1.2×10 5J消耗的電能少(微波爐加熱效率高等也可)工作時通過的電流大
考點應試必備
1．在下圖所示的電器中，利用電流的熱效應來工作的是 ( )
2．某同學利用如圖所示的裝置探究“電流產生的熱量與哪些因素有關”。在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各放置一段電阻絲，且R甲>R乙，通電一段時間后，發現甲瓶玻璃管中煤油的溫度上升得比乙的高。該現象能夠說明電流產生的熱量與下列因素有關的是 ( )
A．電荷量 B．電流 C．電阻 D．通電時間21世紀教育網
3．小華家需要安裝一個電熱淋浴器。一般淋浴用水的流量約為8L／min(約1.33×104m3／s)，淋浴時間可按5min計算，合適的水溫約為45℃。電熱淋浴器有甲、乙兩種類型。甲類型沒有水箱，電熱淋浴器與水管相連，直接對流動的水加熱；乙類型有水箱，待水箱中的水加熱至45℃后再淋浴。小華家供電電路的額定電壓為220V，允許通過的最大電流為20A。假設電流所產生的熱量全部用來使水升溫，加熱前的水溫為20℃，請你根據以上條件判斷，下列幾種說法正確的是 ( )
A．只有甲類型的電熱淋浴器適合小華家的供電電路
B．甲、乙類型的電熱淋浴器都適合小華家的供電電路
C．甲類型的電熱淋浴器所需要的最小電流為10A
D．在小華家的供電電路允許的前提下，乙類型的電熱淋浴器使40k9水溫度升高25℃，至少需要約16min
4．家用電吹風機由電動機和電熱絲等組成。為了保證電吹風機的安全使用，要求：電動機不工作時，電熱絲不能發熱；電熱絲不發熱時，電動機仍能工作。下列電路中符合要求的是 ( )
5．有些家用電器在使用過程中，溫度過高會損壞電器。下列家用電器中要防止電熱產生危害的是
( )
A．電飯煲 B．電熱水器 C．電熨斗 D．電視機
6．小明仔細觀察家中的電視機、電風扇、白熾燈和節能燈四種電器，發現它們上面都標有“220V 40W”的字樣，若它們都在額定電壓下工作相同的時間，則產生的熱量最多的是 ( )
A．電視機 B．電風扇 C．白熾燈 D．節能燈
7．兩條電熱絲串聯在電路中，在相同的時間內產生熱量較多的是 ( )
A．通過電流較大的電熱絲 B．電阻值較大的電熱絲21世紀教育網
C．電壓較小的電熱絲 D．電阻值較小的電熱絲21世紀教育網
8．下列家用電器中，利用電流熱效應工作的是 ( )
A．電熨斗 B．電風扇 C．電冰箱 D．電視機
9．小星家新買了一規格為“800W”的電熱水壺，他經過幾次使用后發現，晚飯后燒一壺水總比早晨燒開一壺水所用的時間長，你認為主要原因是 ( )
A．晚間大氣壓升高，水的沸點升高，需要的熱最比早晨多
B．晚間電熱水壺兩端的電壓低于早晨電熱水壺兩端的電壓
C．晚間水蒸發更快，帶走更多的熱量
D．晚間環境溫度比早晨的溫度低
10．某校師生為了開展科學實驗，自制了一臺電烘箱。電烘箱的電阻絲通過的電流是5A的時候，每分鐘可產生6.6×104J的熱量。下列說法中錯誤的是 ( )
A．通過電阻絲的電荷量是300C B．電阻絲工作時的電阻是44Ω
C．電阻絲消耗的電功率是11kW D．加在電阻絲兩端的電壓是220V
11．寒假里，小軍為爺爺買了一條電熱毯。電熱毯的銘牌上標有“220V 50W”。小軍設計了一個實驗，用電流表和電壓表測量電熱毯的電阻值，他設計的實驗電路圖如圖所示。其中R為電熱毯的電阻，R’為標有“10Ω 2A”的滑動變阻器，電源兩端的電壓為l2V。小軍閉合開關s后發現：無論怎樣移動滑動變阻器的滑片，電表的示數變化都很小。經過檢查，電表及各元件完好，電路連接無誤。則電表示數變化很小的原因是__________________________________________________________。
12．如圖是“探究電流通過導體產生的熱量與導體電阻間關系”的實驗裝置，兩阻值分別為R和2R的電阻絲浸在相同質量和初溫的煤油中，每一燒瓶里各插入一溫度計。請回答下列問題：
(1)合上開關，經過一段時間，兩電阻絲產生熱量的多少是通過_________反映出來的。
(2)采用這種連接方式的目的是_________。
13．某研究性學習小組對能量轉化現象進行了研究，他們利用鐵絲、鎳鉻絲、靈敏電流計等器材組成一個閉合電路，如圖所示，A點為鐵絲和鉻絲結合在一起組成的加熱點。用打火機給A點加熱時，觀察到靈敏電流計的指針發生了明顯偏轉，這一實驗現象說明了_________能可以轉化成_________能。21世紀教育網
14．為研究通電導體產生熱量的多少與電阻的關系，小明找來了如圖所示的實驗器材，其中A、B兩個相同的瓶內分別裝有質量和初溫都相同的煤油，將選擇好的銅絲和鎳鉻合金絲浸沒在煤油中，兩根溫度計分別測量兩瓶中煤油的溫度。21世紀教育網
(1)實驗時，將銅絲和鎳鉻合金絲串聯接入電路中，這是為了控制_________相同。
(2)給圖中的裝置通電一段時間后，切斷電源。根據銅絲和鎳鉻合金絲的_________大小以及觀察到的_________，可得通電導體產生熱量的多少與電阻的關系。
15．小吳同學自制了一個簡易的“電熱驅蚊器”，它是利用了電流的_________效應工作的，發熱元件是一個阻值為1.0×104Ω的電阻。當發熱元件兩端的電壓為220V時，流過該元件的電流為_________mA；通電100s產生的熱量為_________J。21世紀教育網
16．已知金屬導體的電阻會隨著溫度的降低而減小，當溫度降低到一定程度時，電阻會減小到零，這就是超導現象。現在有一個燈泡，在剛點亮的一段時間內，它的電阻會_________ (選“變大”“變小”或“不變”，下同)；它消耗的功率將_________。21世紀教育網
17．如圖所示電路中，電源電壓保持不變，電阻R1的阻值為200,，閉合開關s。電流表A1的示數為0.3A，電流表A2的示數為0.1A，則電阻R2=_________Ω；通電10s，電阻R1產生的熱量為_________J。
18．下圖所示的實物圖，可以“探究電流做功快慢與哪些因素有關”的實驗電路。實驗中，要測出：電流表示數I，電壓表示數U，煤油的溫度變化值△t，_________，通電時間t。查表可知煤油的比熱容為c。則煤油吸收的熱量的計算式為Q=_________。由能量關系可知電功W=Q，由電功率的定義式P=可以計算出電功率，再與U、I比較即可得出實驗結論。21世紀教育網
19．一天，小明媽媽要用電吹風機時。發現家里的電吹風機只能吹冷風不能吹熱風。經檢查，原來是機內的電熱絲已經燒壞了。小明想用一根阻值相同的電熱絲來替換，為此：
(1)他從銘牌上查到電吹風機的額定功率為600W，又認真研究了電吹風機的電路(如圖)，弄清了當選擇開關放在“冷”時，就把_________連入了電路，當選擇開關放到“熱”時，就把_________連入了電路。
(2)小明關掉家中的所有用電器，只打開電吹風機，觀測出家中的電能表2min內轉了20r。結合電能表銘牌上的“3000 r/kW·h”字樣，他求出了吹風機吹冷風時的功率為_________w。
(3)在上述基礎上，小明算出了應選配的電熱絲的阻值，修好了電吹風機。他為自己能運用所學知識解決實際問題而感到高興。你能計算出電熱絲阻值是多少嗎 21世紀教育網
20．隨著生活水平的不斷提高，家用電器的逐漸普及，電熱壺(如圖)已進入千家萬戶。為什么當今家庭使用電熱壺的數量會越來越多呢 帶著這個問題，某課外興趣小組利用節假日進行了家庭調查。以下是兩位同學的調查結果。21世紀教育網
表1小明同學家庭開水需求情況調查表
調查日期：2009年3月10日
家庭人口情況 3人 家庭中每天所需的開水數量(以熱水瓶為單位) 5瓶(2L／瓶)
獲得開水的渠道 1．電熱壺燒開水 2．燃氣 3．其他
當地能源價格 電價：0.50元／kW·h 燃氣：4.50元／m3
使用電熱壺燒開水的調查情況
電熱壺的規格 額定電壓220V額定功率l000W 燒一壺開水所用的時間為17.5min
容量3L
表2小紅同學家庭開水需求情況調查表
調查日期：2009年3月11日
家庭人口情況 4人 家庭中每天所需的開水數量(以熱水瓶為單位) 5瓶(2L／瓶)
獲得開水的渠道 1．電熱壺 2．燃氣燒開水 3．其他
當地能源價格 電價：0.50元／kW·h 燃氣：4.50元／m3
使用燃氣燒開水的調查情況
水壺的容量為3L 燒一壺開水所用的燃氣量為0.04m3
(1)從理論上計算，小明家用電熱壺燒開一壺水需要多長時間(設水的初溫為20℃) 與實際有無差別，簡要說明原因。21世紀教育網
(2)分析調查結果，并結合實際說明使用哪種方法燒水更好一些。
參考答案
1．D 2．C 3．D 4．D 5．D 6．C 7．B 8．A 9．B 10．C 11．滑動變阻器的阻值與電熱毯相比太小了 12．(1)溫度計的示數變化 (2)控制電流相同(其他合理均可) 13．內 電 14．(1)電流 (2)電阻 溫度計的示數高低 15．熱22 484 16．變大 變小 17．60 18 18．煤油的質量m cm△t 19．(1)電動機 電動機和電熱絲 (2)200 (3)121Ω 20．(1)17．5min 電能不可能全部轉化為內能，電熱壺本身吸收一部分熱量，有一部分熱散失到空氣中等。 (2)用電熱壺燒開一壺水所用資金為0.15元，用燃氣燒開一壺水所用資金為0.18元。利用電熱壺燒水比用燃氣更經濟些。同時使用電熱壺更環保、更清潔。
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第6節 電能的利用
聯想情景導入
電能是現代生活中最常用的一種能量，人類廣泛利用電能。家庭生活中所使用的各種用電器都是利用電能來工作的。不同的用電器工作原理也不同，但當電流通過用電器時，電流就對用電器做功，并將電能轉化為很多其他形式的能。
重點知識詳解
一、電器的電功率
1．電功率：電流單位時間內做的功，叫做電功率。電功率的單位是瓦特或千瓦。
2．額定電壓和額定功率：用電器正常工作時的電壓叫做額定電壓；用電器在額定電壓下消耗的功率叫做額定功率。
一些電器設備的功率
電器 功率／瓦 電器 功率／瓦 電 器 功率／瓦
電子表 0.001 普通照明燈泡 15～100 電熨斗 100～1500
半導體收音機 0.06～0.4 家用電冰箱 100～200 電飯煲 300～1500
21寸彩色電視 90 臺式電腦 100～300 家用空調 950～2300
日光燈 3～40 吸塵器 800 家用電烤爐 450～1500
3．燈泡的亮度與燈泡的功率有關。在電壓相同的情況下，燈泡的電功率越大，燈泡越亮。
二、電功率和電功的計算
1．電功率的計算：電器消耗的電功率，等于通過這個電器的電流與這個電器兩端的電壓的乘積。用P表示電功率，U表示電壓，f表示電流，則電功率的計算公式為P=UI。電功率的單位瓦特可表示為：1瓦=1伏·安。21世紀教育網
2．電功的計算：電流所做的功叫做電功。根據功率和功的關系P—W／t，可以得到電功的計算公式，即：W=UIt。也就是說：電流在某段電路上做的功，等于這段電路兩端的電壓與通過這段電流，以及通電時間的乘積。電功的單位可表示為：1焦=1伏·安·秒。
三、測定小燈泡的功率21世紀教育網
1．實驗原理：電功率的定義：P=UI。
2．實驗原理電路圖。
3．實驗器材：學生電源一臺、電壓表、電流表、滑動變阻器、小燈泡、形狀及若干根導線。
4．實驗步驟：
(1)按照電路圖連接電路，斷開開關，滑動變阻器阻值調到最大。
(2)檢查無誤后進行試觸，選擇合適的電表量程。
(3)改變滑動變阻器的阻值，使電壓值分別等于、小于和大于小燈泡的額定
電壓，測出三組對應的U，、I值并記錄于表中。
(4)計算出P1、P2、P3。
5．實驗中注意的事項：
(1)在實驗開始之前，開關應斷開。
(2)滑動變阻器應調到阻值為最大的地方。
(3)電源電壓要稍大于小燈泡的額定電壓。
四、電能表
1．電能表：電能表也叫電度表，利用它可以計量用電器在一段時間里消耗的電能。
2．電能表上的符號：
(1)“kW·h”表示電能表上的數字是以千瓦時為單位來顯示已經用去的電能。千瓦時是電能的單位，平時常稱為度。21世紀教育網
1千瓦時=1000瓦×3600秒=3.6×106焦耳21世紀教育網
(2)“220V 10(20)A”、“600r／kW·h”：“220V”表示這個電能表的額定電壓是220伏。“10(20)A”表示這個電能表的額定電流為10安，在短時間內使用電流允許大一些，但最大不能超過20安。“600r／kW·h”表示接在這個電能表上的用電器，每消耗1千瓦時的電能，電能表上的轉盤轉過600轉。
經典例題解析
[例1] 甲燈標有“36V 40W”，乙燈標有“110V 40W”，丙燈標有“220V 40W”，當它們均正常工作時( )
A．甲燈中的電流最大，所以甲燈最亮
B．丙燈兩端的電壓最高，丙燈最亮
C．三盞燈的燈絲電阻相同，亮度相同
D．甲、乙、丙三盞功率相同，亮度相同
[解析] 燈泡明亮程度是由燈泡的實際功率決定的，由于P=UI，當電功率一定時，電壓越高，電流也就越小。故A選項中甲燈中的電流最大，但正常工作時消耗的電功率為40W，與乙、丙燈電功率相同，亮度應該是一樣的。B選項中的丙燈兩端的電壓雖然最高，但正常工作時消耗的電功率仍為 40W，亮度也應是一樣的。C選項中由R=知三盞燈的電阻并不相同，同時電阻的大小也不能決定燈泡的明亮程度。21世紀教育網
[答案] D
[例2] 將標有“6V 3W”的燈泡L。和標有“4V 4W”的燈泡L2串聯起來接入電路，欲使其中一盞燈能夠正常發光，電源電壓應是 ( )
A．12V B．8V C．10V D．16V
[解析] 求出兩盞燈的電阻，分析加在燈上的實際電壓是“大于”“等于”還是“小于”U額(U額為額定電壓)。
畫出電路示意圖，并標出燈的電阻。
解：燈L1 和L2電阻 ：
R1=
R2=
R1, R2串聯
若L1正常發光，則有U’1=U1=6V
則U’ 2= U’1=2V，L2比正常發光暗
U=U’1+ U’ 2=6V+2V=8V。B詵項符合顥意
若L2正常發光，則有U’ 2= U2=4V
則L1上電壓U’1=3 U’2=12V，所以U’1> U1 燈L1會燒毀，因此電源電壓不能取l2V+4V=16V
[答案] B
[例3] 有兩個燈泡，L1標有“6V 3W”字樣，L2沒有標記，測得L2的電阻為6，把它們串聯起來接入某一電路，兩個燈泡均能正常發光，那么該電路兩端的電壓和L2的電功率分別是 ( )
A．12V 3W B．12V 1．5W C．9V 3W D．9V 1．5W
[解析] 畫出L1和L2串聯的電路草圖，標明已知量和未知量。21世紀教育網
解：L1正常發光時，U1=6V,P1=3W
電路中電流：I=
此時L2也正常發光，L2兩端電壓：U2=IR20.5A×6=3V
P2=IU2=0.5A×3V=1.5W
U=U2+U2=6V+3V=9V
[答案] D
[例4] 將分別標有“6V 9W”和“6V 3W”的兩個燈泡L1、L2串聯接在12V電源上，則 ( )
A．兩燈都能正常發光 B．燈L2可能被燒毀
C．兩燈都比正常發光時暗 D．燈L1比燈L2亮
[解析] 考查學生能否根據實際電壓和額定電壓的關系，判斷燈的發光情況。
解：先求出兩盞燈的電阻
燈L1的電阻：R1=
燈L2的電阻：R2=
求出燈兩端的實際電壓U’1
因為R1、R2串聯
==
U’1 =
L2兩端電壓：U’2=U—U’1=12V=3V=9V
比較實際電壓和額定電壓
U’1U2
兩燈都不能正常發光；燈L2可能會被燒毀
[答案] B
[例5] 如圖，電源電壓不變，開關S由斷開到閉合，電流表兩次示數之比為2：7，則電阻R1：R2___________，電功率P1：P2___________，電功率P1：P’2___________，電功率P1：P___________。
[解析] 分析S閉合前后，了解電路中電阻的連接關系，寫出P、I、U、R之間的關系，利用公式求解。21世紀教育網
解：S斷開，只有R1，④示數為I1，R1兩端電壓為U，流過R1的電流為I1。
S閉合，R1、R2并聯，④示數為I1+I2，R1兩端電壓不變為U，流過R1的電流不變為I1，R1功率為P’1。21世紀教育網
因為 所以
并聯：，所以
[答案] R1：R2=5：2，P1：P2=2：5，P1：P’2=1：1，P1：P=2：7
[例6] 電能表是測量____________的儀表。lkW·h的電能可供標有“220V 40W”的燈泡正常工作h。
[解析] 電能表是日常生活中常用的儀表。考查能否靈活利用W=Pt進行計算。
正確選擇合適的單位，可以簡化計算。
解：電能表是測量電功的儀表。題目給出：W=1kWh
P=40W=0.04kW
時間：
如果選用國際單位，則計算要麻煩得多。
[答案] 電功 25
[例7] 如圖所示為接在家庭電路里的單相電度表，其額定電壓為____________伏，若安裝時此表示數為零，則從安裝電表后到現在為止，用電器已消耗了____________焦電能，電度表轉盤已轉了____________圈。若測得轉盤在12分鐘內轉動60圈，則所接用電器總功率為____________瓦。
[解析]題目中有諸多問題，但已知條件只有一個單相電度表的實物圖，需要從這個圖人手進行深入分析。將圖所提供的信息轉化為對求解各問題有用的已知條件，這是解決問題的關鍵。圖中自上至下逐行所給出的信息分別是：“kw·h”——示數的單位，即千瓦時；“00200”——目前已做的電功數值；“單相電度表”一一儀表名稱，“220V 2.5A”——此表額定工作參數；“3000r／kW·h”——每消耗1kW·h的電功轉盤轉動的圈數；至此，本題已轉化為一道已知上述有關條件的一般性物理題了，再根據有關規律進行求解也就不難了。21世紀教育網
由表的額定工作參數可知，該表的額定電壓為220伏。
由表的單位和示數窗口的示數可知，自安裝新表后到現在為止用電器所消耗的電能為：
W=20.0千瓦時=20.0×1000瓦×3600秒=7.2×10 7焦
又因每消耗lkW·h電功，轉盤轉動3000圈，所以電度表轉盤已轉過n=20.0千瓦時×3000圈/千瓦時=6×104圈。若在t=12分鐘=12× 60秒=720秒內，轉盤轉動60圈，則據P=得用電器總功率為：P=
[答案] 220 7.2×10 7 6×104 100
[例8] 甲燈標有9V，乙燈標有3W，已知電阻R甲>R乙，若把a兩燈以某種方式連接到某電源上，兩燈均正常發光，若把兩燈以另一種方式連接到另一電源上，乙燈仍能正常發光，甲燈的實際功率與它的額定功率比P’甲：P甲=4：9。21世紀教育網
求：(1)甲燈的額定功率P甲。
(2)乙燈的額定電壓U乙。
(3)兩燈電阻R甲和R乙。
[解析] 注意兩次電路總電壓不同，所以不能像例4那樣判斷電路連接方式。
已知：U甲=9V，P乙=3W，R甲>R乙，P’甲：P甲=4：9
求：P甲、u乙、R甲、R乙
設第一次R甲、R乙并聯，此時兩燈均能正常發光，說明：U乙=U甲=9V
R乙=
第二次R甲、R乙串聯，乙燈仍正常發光，說明U’乙=U乙=9V
而R甲不變時，
所以U’甲=了
R甲R乙串聯
得R甲由上判定：電路第一次串聯，第二次并聯，畫出分析示意圖(a)和(b)。
解：由圖(a)和(b)得：
R甲不變
U’===6V U’乙=U乙=6V由圖(b)乙燈正常發光
R乙=
由圖(a)R甲、R乙串聯
I甲=I乙=
R甲=
P甲=I甲U甲=0.5A×9V=4.5W
[答案] (1)甲燈額定功率4.5W (2)乙燈額定電壓6V (3)甲燈電阻18Ω 乙燈電阻12Ω
考點應試必備
1．表示電流做功快慢的物理量是 ( )
A．電壓 B．電功 C．電功率 D．電阻
2．有兩只外形相同、燈絲長度相等的燈泡L1和L2在它們的銘牌上只能看清“200V”字樣，而看不清它們額定功率的大小。甲、乙、丙三位同學對它們進行了探究：甲同學發現L1的燈絲粗一些，認為L1電阻小，接入電路產生的熱量少，所以額定功率比L2小；乙同學把兩燈串聯在同一電路中，發現L2比L1亮，認定L2的額定功率大；丙同學把兩燈并聯在同一電路中，發現L1比L2亮，認定L1的額定功率大，你認為哪位同學的探究是正確的 ( )
A．甲同學 B．乙同學 C．丙同學 D．都不正確
3．小明利用電能表測量某一家用電器的電功率。當電路中只有這一個用電器連續工作時，測得在1h內，消耗的電能為1.2kW·h，那么這一個用電器是 ( )
A．電冰箱 B．普通白熾燈 C.彩色電視機 D．掛壁式空調機
4．甲、乙兩只普通照明燈泡的銘牌如圖所示，下列說法中正確的是 ( )
A．甲燈的實際功率一定是40W
B．將乙燈接入110 V電路中，它的額定功率變為15w
C．兩燈均正常發光時，甲燈燈絲電阻較小
D．兩燈均正常發光時，甲燈消耗的電能較少
5．決定白熾燈明亮程度的因素是 ( )
A．燈泡的電阻 B．燈泡的額定功率
C．燈泡消耗的實際功率 D．燈泡消耗的電能
6．根據A、B、C、D四種家用電器銘牌上所提供的信息，可知額定電流為6A的用電器是 ( )
7．如圖所示，是鄭龍同學記錄家里一周內的用電情況，下列說法中正確的是 ( )
A．周一白天用電比傍晚多
B．周四夜晚用電比周五夜晚多
C．每天的用電高峰在傍晚21世紀教育網
D．周三傍晚用電2kW·h
8．將一只標有“12V 6W”的燈泡與一電阻串聯后接到電壓為l2V的電源上，電阻消耗的功率為1W(燈絲電阻視作不變)，則此時 ( )
A．燈泡與電阻消耗的總功率為7w
B．燈泡與電阻消耗的總功率為6W
C．燈泡消耗的功率大于5W
D．燈泡消耗的功率小于5W
9．如右圖所示。電源電壓不變，R0是一個8Ω的定值電阻。如果分別將下列的四個不同規格的燈泡接入電路的A、B兩點之間，且不會燒壞。則最亮的那個燈一定是 ( )
A．“6V 3W” B．“4V 2W”
C．“3V 3W” D．“2V 2W”
10．在自然科學中，許多規律可借助于圖像形象、直觀地展示出來。例如，某電路中，已知滑動變阻器兩端的電壓恒定不變，下列圖像中能正確表示滑動變阻器消耗的電功率P與它的電阻值R之間關系的是 ( )
11．晶晶的爸爸從國外帶回來一個電飯鍋。電飯鍋上標著“110V 1000W”。則該電飯鍋正常工作1min，消耗的電能是 ( )
A．6×104J B．1.1×105J C．6.6×106J D．545.4J21世紀教育網
12．小明的家中有150W的電視機一臺，300W的洗衣機一臺，100W的電冰箱一臺，800W的電飯煲一只，40W的照明燈8盞，則安裝電能表時，選用以下哪一種電能表最合適 ( )
A．220V 5A B．220V 10A C．220V 15A D．220V 20A
13．下列四只燈泡，各自在額定電壓下正常發光，其中最亮的是 ( )
A．“220V 25W” B．“220V 40W”
C．“24V 100W” D．“36V 60W”
14．如圖所示電路，電源電壓恒定，R0為定值電阻，R為滑動變阻器。閉合開關s后，在滑動變阻器滑片P向左滑動的過程中 ( )
A．電流表A1的示數變小
B．電流表A2的示數變大
C．電壓表V的示數變小
D．電燈的亮度變暗21世紀教育網
15．如圖所示，電路中的電源電壓相同且保持不變，所有的燈泡規格相同，且不考慮溫度對電阻的影響，閉合開關s，以下比較a、b、d三燈實際功率的大小關系式中正確的是 ( )
A．Pa=Pd=Pb B．Pa>Pd>Pb C．Pa=Pd>Pb D．Pa16．某車間裝有“220V 40W”的白熾燈100盞，該車間安裝的電能表的額定電流至少為_________A(填“10”“20”或“30”)；若一天每盞燈平均工作4h，則該車間每天耗電約_________kw·h。21世紀教育網
17．每個家庭都需要照明燈泡，目前市場上既有白熾燈，又有電子節能燈，究竟選擇哪一種好呢 某中學“STS”研究小組的同學進行了調查，了解到在正常工作時，25W的白熾燈與5W的電子節能燈、45W的白熾燈與9W的電子節能燈、60W的白熾燈與11W的電子節能燈的發光效果相當，他們選擇其中的一組進行研究。收集了有關數據如下表：
額定電壓(V) 額定功率(W) 壽命(h) 每只售價(元) 每度電費(元)
白熾燈 220 60 1000 1.5 0.4
電子節能燈 220 11 5000 30 0.4
根據上表數據，在照明效果相當時，若以節能燈使用到壽終正寢時間計算。60W白熾燈和11W節能燈的成本加電費分別為_________元和_________元，由此可見應該選擇_________燈。
18．如圖是“生命力”型號手機的電池銘牌。該型號的電池用于手機，待機時間約為3天，圖中750mA·h表示750毫安小時。請根據所給信息計算該手機待機時間內消耗的平均功率為_________w。
19．家用電滅蚊器的發熱部分使用了PTC發熱材料，它的電阻隨溫度變化規律如圖所示。使用時發熱體直接連人家庭電路+當發熱體的溫度為60℃時，則此時電功率為_________w。如果這只電滅蚊器的平均電功率為5W，按一天工作10h計算，這只家用電滅蚊器一個月(按30天計算)消耗電能_________ kW·h；當發熱體溫度繼續上升時，電滅蚊器發熱體的電阻會_________；它的功率會_________ (最后兩空填“增大”“不變”或“減小”)。21世紀教育網
20．小雨在拆裝手電筒時，發現手電筒的小燈泡上標有“3.8V”的字樣，但上面的電流值已經模糊不清，他想通過實驗測量該燈泡的額定功率，圖甲為他所連的實驗電路。
(1)電池盒中至少有_________節干電池。21世紀教育網
(2)經檢查發現電路接線有錯誤，小雨只做了一處改動就閉合開關進行實驗。請在他接錯的導線上打上“×”，并改正。21世紀教育網
(3)實驗時，小雨移動滑動變阻器的滑片，當電壓表的示數為3.8V時，電流表的示數如圖乙所示。則該小燈泡的額定電流為_________A，額定功率為_________W。
21．小明在做“測量小燈泡電功率”的實驗中，所用器材有額定電壓為2.5V的小燈泡，以及符合實驗要求的電源、滑動變阻器、電表、開關和導線。實驗前電壓表和電流表已調零，實驗時用導線a、b、c、d、e、f、g按圖示方式連接電路。
(1)閉合開關前應把滑動變阻器滑片P調到_________ (填“A”或“B”)端。
(2)閉合開關，調節滑動變阻器，結果出現了下列現象，請分析其原因：
①小燈泡不亮，電壓表的示數始終為3V，電流表的示數始終為零，則可能是導線_________出現斷路。
②小燈泡能發光，電流表有示數，電壓表的示數始終為零，則可能是導線_________出現斷路。
實驗次數 1 2 3
電壓U/V 2.5 2.8 2.0
電流I/A 0.30 0.32 0.26
(3)小明排除故障后，調節滑動變阻器，測得上表中的三組數據。則小燈泡的額定功率為_________W。21世紀教育網
22．“5·12”汶川大地震發生后，常州常發集團向災區人民捐贈一批柴油發電機。這種柴油發電機的工作原理為：以風冷四沖程直噴式柴油機為動力系統，帶動發電機發電，該柴油發電機說明書的部分內容如表所示。現在用一臺該型號的柴油發電機給災民臨時安置區供電，如圖所示。發電機到安置區的距離是400m，輸電線路中的火線和零線均為GBCZ60型單股銅導線，該型導線單位長度的電阻為2.5×10-4Ω/m。安置區家用電器的總功率為44kw，當這些家用電器都正常工作時，求：
型號 AED6500S
最大輸出功率 60kW
輸出電壓范圍 220V～300V
(1)輸電線路中的電流多大
(2)輸電線路損失的電功率多大
(3)發電機實際輸出電壓多大
(4)該柴油發電機工作過程中，每小時消耗18kg柴油，柴油完全燃燒產生的內能轉化為發電機輸出電能的效率是多少 (柴油熱值是3/3×107J/kg)
21世紀教育網
參考答案
1．C 2．C 3．D 4．B 5．C 6．B 7．D 8．D 9．B 10．A 11．A 12．B 13．C 14．A 15．C 16．20 16 17．127.5 52 節能 18．0.0375 19．4.84 1.5增大減小 20．(1)3 (2)略 (3)0.3 1.14 21．(1)A (2)①a ②b (3)0.72 22．(1)200A (2)8×103W (3)260V (4)31.5％
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第5節 物體的內能
聯想情景導入
火的使用是人類邁出了文明的第一步。火給人類帶來了光與熱，幫助人類驅趕或捕獵野獸，還使人類吃到熟食。在遠古時代，“鉆木取火”是人類常用的一種取火方法。鉆木為什么能夠取火呢 這與物體的內能有關。
重點知識詳解
一、內能：物體內部大量做熱運動的粒子具有的能叫做內能。熱能是內能的俗稱。無論高溫物體還是低溫物體，都具有內能。21世紀教育網
二、做功可以改變物體內能：從能的轉化看，通過做功改變物體的內能，實質上是其他形式的能與物體的內能相互轉化的過程。外界對物體做了多少功，就有多少其他形式的能轉化為內能；物體對外界做了多少功，就有多少內能轉化為其他形式的能。
三、熱傳遞可以改變內能：從能的轉化看，熱傳遞實質上是內能從高溫物體傳遞到低溫物體，或者內能從同一物體的高溫部分傳遞到低溫部分的過程。熱傳遞過程中，傳遞能量的多少叫做熱量，用Q表示。物體從外界吸收多少熱量，內能就增加多少；物體向外界放出多少熱量，內能就減少多少。熱量的單位也是焦耳。21世紀教育網
四、熱量的計算：物體吸收熱量的多少等于物體的比熱容、質量和升高的溫度的乘積。如果以Q表示物體的吸收的熱量，C表示物質的比熱容，m表示物體的質量。t表示物體加熱前的溫度，t表示物體加熱后的溫度，則計算熱量的公式可表示為：Q=cm(t-t0)。21世紀教育網
五、燃料的熱值：1千克某種燃料完全燃燒時放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。熱值的單位為焦/千克。
常用燃料的熱值(焦／千克)
燃料 熱值 燃料 熱值
干木柴 1.2×107 煤油 4.6×10 7
煙煤 2.9×107 氫 1.4×108
無煙煤 3.4×10 7 煤氣(焦／米3) 3.9×10 7
焦 炭 3.0×107 天然氣(焦／米3) (7.1～8.8)×107
木炭 3.4×107 酒精 3.0×10 7
柴 油 3.3×10 7
經典例題解析
[例1] 1990年4月7日，我國“長征3號”火箭成功地把“亞洲一號”國際通信衛星發射到預定的軌道。火箭點火后，高溫高壓燃氣迅速膨脹向外噴出，燃氣的溫度下降，火箭則獲得推力高速上升，并達到一定速度。在這個過程中，下列說法正確的是 ( )
A．燃氣的大部分內能轉化為箭身的機械能
B．燃氣的全部內能轉化為箭身的機械能
C．燃氣的一部分機械能轉化為內能21世紀教育網
D．燃氣的全部機械能轉化為內能21世紀教育網
[解析] 燃料燃燒獲得內能有兩個重要應用，一是用它來直接加熱物體，一是用它來做功，用內能做功的過程就是內能的機械能轉化的過程，本事例中燃氣的大部分內能，通過做功轉化為火箭的機械能。
[答案] A
[例2] “神舟二號”無人飛船環繞地球l08圈，順利完成空間科學試驗任務后，于2001年1月16日在內蒙古中部準確返回，成功著陸，標志著我國載人航天工程第二次飛行實驗取得圓滿成功，若飛船穿越大氣層時，有一段勻速下降的過程，則在此過程中飛船的 ( )
A．機械能不變，內能不變 B．機械能變大，內能不變
C．機械能變小，內能變大 D．機械能變小，內能變小
[解析] 飛船在穿越大氣層時，會與空氣摩擦生熱，內能增大，溫度升高。因為飛船是勻速下降所以動能不變，而重力勢能減小，因此機械能減小。21世紀教育網
[答案] C
[例3] 質量相等的兩塊金屬在沸水中加熱足夠長的時間后，取出放在足夠大的冰塊上，可以判斷能使冰塊融化較多的那種金屬具有 ( )
A．較大的密度 B．較小的比熱容
C．較大的比熱容 D．較高的熔點
[解析] 質量相等的兩塊金屬在沸水中加熱足夠長的時間后，兩塊金屬的初溫相同，將金屬塊放在冰塊上，金屬塊要放出熱量，冰塊因吸收熱量而融化。能使冰塊融化較多的金屬一定是放出熱量較多。根據公式Q放=cm(t0一t)得c=Q放/m(t0-t)兩金屬塊的質量相等，溫度的變化量相等，則Q放大的金屬塊其比熱容一定大。21世紀教育網
[答案] C
[例4] 一個物體溫度升高了，則說明 ( )
A．它含有的熱量增加了 B．它吸收了熱量
C．一定對物體做了功 D．它的內能增加了
[解析] 熱量是表示在熱傳遞的過程中，傳遞能量的多少，因此不能說物體“含有熱量”，A錯；一個物體溫度升高，它的分子運動一定加快，內能增加，D正確；改變物體內能的方法有兩種：做功和熱傳遞，兩種方法對改變物體的內能是等效的，因此不能肯定是做功或熱傳遞，B、C也錯。
[答案] D
[例5] 關于物體的內能與溫度的關系，下列說法正確的是 ( )
A．物體的內能與溫度有關，物體的內能越大，溫度越高
B．物體的內能與溫度有關，物體的溫度升高，內能增大
C．物體的內能只與溫度有關，所以溫度高的物體，內能一定大
D．物體的內能與溫度有關，內能大的物體，溫度一定高
[解析] 物體的內能與溫度的關系是本節的難點，從宏觀看物體的內能與溫度有關，但不是唯一地只和溫度有關。物體的內能還與物體的質量、物態、體積等因素也有關，所以一個物體內能大小不能只看溫度，物體的溫度低，但質量大也可能內能大。當物體的溫度升高時，由于其他條件都沒變，而物體內部分子的無規則運動劇烈，分子動能增大，所以內能增大。21世紀教育網
[答案] B
[例6] 內能的重要應用，一是可用它直接來___________物體，另一個是用它來___________。對物體做功，可以使物體的內能___________，反過來，物體的內能也可以對外做功，這時內能___________。
[解析] 明確對物體做功，物體內能會增加；物體對外做功，將消耗內能，使物體的內能減少。
[答案] 加熱做功增加減少
[例7] 某同學在做“研究影響物體吸收熱量的因素”實驗時，得到下面的數據：
物 質 實驗次數 質量／kg 升高溫度／℃ 吸收的熱量／J
水 1 0.05 10 2100
2 0.10 10 4200
煤 油 3 0.05 10 1050
4 0.10 10 2100
(1)分析第1、3次或第2、4次實驗數據，可歸納得出的結論是______________________
(2)分析第1、2次或第3、4次實驗數據，可歸納得出的結論是______________________
(3)他研究這個問題時采用的實驗方法是_________________________________。21世紀教育網
[解析] 由實驗數據進行分析歸納時，要善于從實驗條件和數據中找兩次實驗的共同點、不同點。如果實驗的條件有不同，而實驗結果相同，說明結果與這個實驗條件無關。如果實驗中有一個條件不同，其結果也不同，說明結果與這個條件有關，前提是每次只有一個實驗條件是不同的。如果同時有兩個不同的實驗條件，則無法判斷實驗結果不同是受哪個條件的影響。所以設計實驗時也應注意每次對比實驗控制只有一個實驗條件不同，這就是控制變量法。第1、3次或第2、4次實驗數據中，質量相同、升高溫度相同，只有物質種類不同，所以吸收熱量不同就是由于是不同物質造成的。第1、2次或第3、4次實驗數據中是同種物質升高相同溫度，只有質量不同，所以吸收熱量不同就是由于質量不同引起。21世紀教育網
[答案] (1)質量相同的不同的物質，當升高溫度相同時，吸收的熱量一般不同
(2)質量不同的同種的物質，當升高溫度相同時，吸收的熱量不同，吸收的熱量與質量成正比
(3)控制變量法21世紀教育網
[例8] 質量為5千克的水，從20℃加熱到標準大氣壓下沸騰即止，需要吸收多少熱量 如果用煤來給這些水加熱，已知煤爐的效率為20％，需燃燒多少煤 (煤的燃燒值是3.4×107J／kg)
[解析] 水從20℃加熱到標準大氣壓下沸騰，就是使水從20℃達到l00℃，上升80℃。由水的比熱4.2×103焦耳／(千克·℃)可以知道：每一千克的水溫度升高(或降低)1℃(時)吸收(或放出)的熱量是4.2×103焦耳，則5千克水上升80℃吸收的熱量可求。用煤來給這些水加熱，煤爐的效率為20％，就是說煤完全燃燒放出的熱量有20％供水升溫，和水吸收的熱量相同。所以水吸收的熱量作為有效利用的能量用Q有用表示，占燃燒放熱的20％，可求完全燃燒放出的熱量Q放=Q有用/20％。由Q放再利用熱值公式求燃料質量m。21世紀教育網
[答案] 水吸收的熱量為：
Q有用=cm(t2一t1)一4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃-20℃)=1.68×106J
則煤若完全燃燒放出的總的熱量：
Q放==8.4×106J
需要燃燒煤的質量為：
m=
答：水需要吸收1．68×106J的熱量。用煤爐加熱需燃燒0.25千克煤。
考點應試必備
1．關于物質的比熱容，下列說法中正確的是 ( )
A．物體吸收熱量越多，比熱容越大
B．只要溫度升高相同，比熱容小的物體吸收熱量一定少
C．溫度高的物體比溫度低的物體比熱容大
D．比熱容是物質的特性之一，每種物質都有自己的比熱容
2．汽車發動機常用水作冷卻劑，主要是因為水具有 ( )
A．較高的沸點 B．較低的凝固點 C．較大的比熱容 D．較大的密度
3．下列事例中，屬于做功改變物體內能的是 ( )
A．冬天曬太陽感覺暖和
B．冬天兩手互相摩擦，手感覺暖和
C．冬天圍著火爐烤火感覺暖和
D．冬天在暖氣房里感覺暖和21世紀教育網
4．下圖所示的做法中，屬于用做功的方法改變物體內能的是 ( )
5．用兩個相同的加熱器，分別對質量相等的甲、乙兩種液體加熱，其溫度隨時間變化的圖線如圖所示，由圖線可以看出 ( )
A．甲的比熱容比乙大21世紀教育網
B．甲的比熱容比乙小21世紀教育網
C．甲和乙的比熱容相同21世紀教育網
D．開始加熱時，甲和乙的比熱容為零
6．煤油的燃燒值是4.6×10 7焦耳／千克，它的物理意義是 ( )
A．1千克的煤油完全燃燒時放出的熱量是4.6×10 7焦耳／千克
B．1千克的煤油完全燃燒時放出的熱量是4.6×107焦耳
C．1千克的煤油燃燒時放出的熱量是4.6×107焦耳
D．煤油完全燃燒時放出的熱量是4.6×107焦耳／千克
7．寒冷的冬季夜晚，許多人喜歡用熱水將腳泡一泡才入睡。在此過程中，腳的內能變化情況是 ( )
A．減小 B．不變 C．增大 D．無法確定
8．爆米花是將玉米放入鐵鍋內邊加熱邊翻動一段時間后，“砰”的一聲變成玉米花。下列說法正確的是 ( )
A．玉米粒主要通過翻動鐵鍋對其做功，使其內能增加
B．玉米粒主要通過與鐵鍋間的熱傳遞，使其內能增加
C．玉米粒內水分受熱膨脹對粒殼做功爆開，內能不變
D．玉米粒內水分受熱膨脹對粒殼做功爆開，內能增加
9．將裝有酒精的金屬管固定在桌子上，并用塞子塞緊。快速來回拉動繞在管上的繩子，過一會兒塞子跳起來，如圖所示。則 ( )
A．拉動繩子過程，金屬管溫度升高，內能不變
B．拉動繩子過程，管內酒精溫度升高，蒸發加快
C．塞子跳起時，管內氣體溫度升高，內能增加
D．塞子跳起時，管內氣體內能全部轉化為塞子的機械能
10．下列現象中，通過熱傳遞改變物體內能的是 ( )
A．雙手摩擦而發熱
B．放進冰箱冷凍室的水變成冰塊
C．在汽油機的壓縮沖程中，汽缸內的溫度升高
D．用手來回彎折鐵絲，彎折處鐵絲溫度升高
11．下列現象中，利用內能做功的是 ( )
A．冬天在戶外時兩手相互搓一會兒就暖和了
B．刀在砂輪的高速摩擦之下濺出火花
C．火箭在“熊熊烈火”的噴射中沖天而起
D．盛夏在烈日之下的柏油路面被曬熔化了
12．夏季的海邊，晝夜溫差小，氣候宜人，這是由于水的比熱容大。下列現象不能反映水的這一特性的是 ( )
A．汽車發動機的冷卻循環系統常用水做工作物質
B．炎熱的夏天經常在教室的地面上灑水21世紀教育網
C．北方冬天暖氣供熱設備用水做工作物質21世紀教育網
D．北方春天的晚上，農民往稻田里灌水以防止秧苗凍壞
13．廈門園博苑有“水上大觀園”之稱。水域遼闊，能有效調節氣溫。這是由于水的 ( )
A．密度小 B．熱值小 C．凝固點低 D．比熱容大
14．2008年6月5日19時30分，中央氣象臺發布了西安和香港兩城市在未來24小時內的天氣預報：西安，晴，氣溫21℃～34℃；香港，晴，氣溫24℃～28℃。造成兩地在同一天內氣溫變化差別較大的原因之一是 ( )
A．水的內能比泥土、砂石的內能大21世紀教育網
B．水的比熱容比泥土、砂石的比熱容大
C．水的內能比泥土、砂石的內能小21世紀教育網
D．水的比熱容比泥土、砂石的比熱容小
15．煤炭是一種重要能源。區別優劣煤質最科學的辦法是檢測下列哪個物理量 ( )
A．比熱容 B．密度 C．熱值 D．溫度
16．救災汽車正在公路上急馳，突然發現山體滑坡，緊急剎車。此時剎車片和輪胎都變熱，汽車的機械能轉化為__________能，這一過程是通過__________實現的，但能量的總量是__________。
17．夏天，放入水中的冰很快就融化了。這是通過__________的方式改變了冰的內能。放入冰塊將使水分子的運動變__________ (填“劇烈”或“緩慢”)。
18．如右圖所示，將鐵絲快速地彎折十余次，鐵絲彎折處的溫度會__________，這是通過__________的方式使其內能增加的。
19．“嫦娥一號”衛星在繞月飛行的1年時間里，可能會遭遇兩次月食，月食期間沒有太陽光照射，衛星表面的溫度會急劇下降，內能__________ (填“增大”“減小”或“不變”)，這是通過__________的方式改變物體的內能。
20．下圖是小明和小娟為“比較不同物質的吸熱能力”而設計的實驗裝置。左右兩裝置，除杯內分別裝的是質量相等的水和柴油外，其余都相同。完成該實驗還必需器材__________，使柴油和水升高相同的溫度，加熱的時間__________ (每“相同”或“不同”)。21世紀教育網
21．某同學在做“比較不同物質吸熱能力”的實驗時，使用相同的電加熱器給水和煤油加熱，用加熱時間的長短來表示物質吸收熱量的多少。他得到如下數據：21世紀教育網
物 質 次數 質量m/kg 升高的溫度t/℃ 加熱的時間t/min
水 1 0.1 10 2
2 0.2 10 4
煤油 3 0.1 10 1
4 0.2 10 2
(1)分析第1、2次或第3、4次實驗數據，可以得出的初步結論是：同種物質升高相同溫度時，吸收熱量的多少與物質的__________ 有關。
(2)分析第1、3次或第2、4次實驗數據，可以得出的初步結論是：__________________________________________________。
22．閱讀下面材料：21世紀教育網
不同物體的傳熱能力是否相同
小明是個既善于觀察又愛動腦筋的學生。他發現在寒冷的冬天，用手摸戶外的金屬制品和木頭制品時，感到金屬制品比木頭制品涼；吃飯時，放在熱湯中的金屬勺很快就會變得燙手，而陶瓷勺就不會燙手；把熱飯裝在陶瓷碗中，要比裝在金屬碗里涼得慢……小明對上述現象進行分析比較，得出了結論：金屬物質的導熱能力比非金屬的導熱能力好。
根據你剛才的閱讀，請回答下列問題：
(1)在寒冷的冬天，用手摸戶外的金屬制品和木頭制品時，感到金屬制品比木頭制品涼，這是為什么
答：因為金屬制品的導熱能力比木頭的__________。當手觸摸戶外的金屬制品時，手上的熱__________(填“很容易”或“不容易”)傳遞出去，使手的__________降低很快，所以感覺金屬制品比木頭制品涼。
(2)除文中的例子外，請你舉出生產生活中利用和防止物體傳熱的例子各一個。
例一：_______________________________________________________；
________________________________________________________________________________。
例二：_______________________________________________________；
________________________________________________________________________________。
23．“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”是2008年北京奧運的三大主題。其中國家體育館“鳥巢”工程采用太陽能電力這一綠色能源。令專業建筑專家驚嘆的是，“鳥巢”的設計，不僅是能夠獲得自然通風，而且4.2×10 5kg的鋼結構靠自身的24根鋼柱支撐。給“鳥巢”工程供電時，若功率為130kW的太陽能發電系統連續正常工作100min，可得到多少焦耳的電能 如果這些電能有42％轉化為水的內能，則可以使104kg水溫度升高多少攝氏度 [水的比熱容c=4.2×103J/(kg·℃)]
24．小星家的太陽能熱水器，水箱容積是200L。小星進行了一次觀察活動：某天早上，他用溫度計測得自來水的溫度為20℃，然后給熱水器水箱送滿水，中午時“溫度傳感器”顯示水箱中的水溫為45℃。求：21世紀教育網
(1)水箱中水的質量和水吸收的熱量。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
(2)如果水吸收的這些熱量，由燃燒煤氣來提供，而煤氣灶的效率為40％，求至少需要燃燒多少煤氣。(煤氣的熱值為q=4.2×l07J/kg)
參考答案
1．D 2．C 3．B 4．A 5．B 6．B 7．C 8．B 9．B 10．B 11．C 12．B 13．D 14．B 15．C 16．內 做功 守恒(或不變) 17．熱傳遞 緩慢18．升高做功 19．減小熱傳遞20．溫度計不同 21．(1)質量 (2)質量相同的不同物質(或水和煤油)升高相同的溫度，吸收的熱量不相同(或加熱的時間不相同) 22．(1)強 很容易 溫度 (2)略23．7．8×108J 7．8℃ 24．(1)200kg 2．1×10 7J(2)1．25kg
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第3節認識簡單機械
聯想情景導入
在工廠車間、建筑工地，或車站、碼頭、油田、礦山，你常常可以看到各種各樣的機械，它們極大地減輕了人們的勞動強度，提高了工作效率。任何復雜的機械都是由簡單的機械組合而成的，那么，就讓我們從簡單機械開始，去認識機械的工作原理。
重點知識詳解
一、杠桿
1．杠桿：一根硬棒如果在力的作用下，能繞固定點轉動，這根硬棒就叫做杠桿。使杠桿固定的點O叫做支點；使杠桿轉動的力F1叫做動力；阻礙杠桿轉動的力F2叫做阻力；從支點到動力作用線的距離l1叫做動力臂；從支點到阻力作用線的距離l2叫做阻力臂。杠桿可以是直的，也可以是彎的。
2．杠桿的平衡。
(1)杠桿的平衡：杠桿在動力和阻力的作用下，保持靜止狀態或勻速轉動狀態，我們就說杠桿處于平衡。21世紀教育網
(2)杠桿平衡的條件：動力乘以動力臂等于阻力乘以阻力臂。即F1l1=F2l2
3．杠桿的種類：根據動力臂和阻力臂的不同，我們可以把杠桿分成三類：省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿。21世紀教育網
(1)省力杠桿：若l1>l2，則F1(2)費力杠桿：若l1F2，這時使用杠桿要費力。此時的杠桿稱為費力杠桿。21世紀教育網
(3)等臂杠桿：若l1=l2，則F1=F2，這時使用杠桿既不省力，也不費力。
二、定滑輪和動滑輪
滑輪：滑輪是一種周邊有槽，可以繞著中心軸轉動的輪子。滑輪也是一種簡單的機械。
1．定滑輪：拉動繩子時，滑輪的位置固定不變，我們稱這種滑輪為定滑輪。使用定滑輪不能省力，但可以改變力的作用方向。(如圖1) 21世紀教育網
2．拉動繩子時，滑輪隨著鉤碼一起運動，我們稱這種滑輪為動滑輪。使用動滑輪可以省一半力，但不能改變力的作用方向，而且動力移動的距離大于鉤碼移動的距離。(如圖2)
三、滑輪組：定滑輪和動滑輪一起可以組成滑輪組。使用滑輪組既可以省力，也可以改變力的作用方向。使用滑輪組時，重物和動滑輪的總重由幾股繩子承擔，提起重物所用的力就是總重的幾分之一。
四、機械效率
1．有用功和無用功：我們把必須要做的這部分功叫做有用功，而把雖然不需要，但又不得不做的那部分功，叫做額外功或無用功。有用功與額外功的總和叫做總功。
2．機械效率：有用功跟總功的比值叫做機械效率。用W總表示總功，W有用表示有用功，日表示機械效率。21世紀教育網
η=×100％
3．斜面的機械效率：
W總=Fl W有用=Gh W額= l η=W有用/W總=Gh/Fl=Gh/(Gh+ l)
經典例題解析
[例1] 下圖中可視為費力杠桿的是 ( )
[解析] 起重機，l1< l2，F1>F2為費力杠桿。其他：手推車、開瓶器、撬杠均是l1> l2，為省力杠桿。
[答案] A21世紀教育網
[例2] 杠桿0A在力FA、FB的作用下保持水平靜止狀態，如圖(a)。杠桿的自重不計，O為杠桿的支點，FB的方向與OA垂直，則下列關系式中一定正確的是 ( )
A．FA·OA=FB·0B B．FA·OAC．= D．FA>
[解析] 此題是考查學生對杠桿平衡條件的理解和能否正確地找出力臂。如圖(b)，畫出力FA的力臂為lA，FA和OA的夾角為0。根據杠桿的平衡條件：FA·lA=FB·OB，FA·OAsinθ=FB·OB。21世紀教育網
從圖中看出：0°<θ<90°所以sinθ要保持杠桿平衡：FA·OA>FB·OB，推得FA>
[答案] D
[例3] 將體積相同的銅塊和鐵塊，分別掛在杠桿的兩端，如圖所示，調節杠桿使杠桿處于平衡狀態，若將兩金屬塊同時浸沒在水中時，則杠桿將 ( )
A．仍保持平衡21世紀教育網
B．失去平衡，A端下降
C．失去平衡，B端下降
D．無法判斷
[解析] 銅塊和鐵塊的體積相同，銅的密度大，銅塊的重力大于鐵塊的重力，由圖知FA>FB，由杠桿的平衡條件可知lA < lB，同時浸沒在水中時，由阿基米德原理可知，受到的浮力相等，(FA—F浮) lA將大于(FB一F浮) lB，杠桿的A端下沉。21世紀教育網
[答案] B
[例4] 如圖所示，物體M放在水平桌面上，現通過一動滑輪(質量和摩擦不計)拉著M向右勻速運動，此時彈簧測力計(質量可忽略)示數為10N。若在M上加放一物塊m可保持M向右勻速運動，需在繞過動滑輪的繩子的自由端施加一拉力，則F’ ( )
A．M運動時受到向左的摩擦力
B．加放m前，M受到10N的摩擦力
C．加放m前，M受到20N的摩擦力
D．加放m后，力F’，保持10N不變
[解析] 此題考查學生對平拉滑輪組的受力分析，并考查學生對滑動摩擦力隨壓力增大而增大的知識點。未加m之前，拉力F與彈簧測力計的示數相同，也為10N。用動滑輪勻速拉重物，F=， =2F=20N。f方向向左。C選項是正確的。加放m后，F’=，由于M對地面壓力增大，所以摩擦力增大，F’也增大，F’>10N。
[答案] c
[例5] 如圖(a)是一個均勻直杠桿，O為支點，在A點掛一重10N的物體。則在B點用20N的力，可以使杠桿處于水平平衡狀態。問：21世紀教育網
(1)若在C點仍用20N向下的力，杠桿能否平衡 (圖中每個格距離相等)
(2)若在C點用20N的力，方向不限，討論杠桿是否可能平衡。
[解析] F的力臂大小直接關系到杠桿能否平衡。
[解] (1)力F作用于B點時，杠桿平衡：G·AO=F·OB
當力F作用于C點時：G·AO=10N×AO=10N×2OB
F·OC=20N×20B F·OC>G·AO
所以杠桿不能平衡，C端下沉。
(2)根據上面的討論，若C點用力為20N，但方向不限的話，我們可以采取減小力臂的方法，使杠桿重新平衡。如圖(b)。21世紀教育網
當F斜著用力時，力臂減小為l2。
若此時F=20N，l2=OB，則杠桿可以再次平衡。
[答案] (1)不能平衡 (2)可能平衡
[例6] 如圖(a)所示的杠桿自重不計，O為支點，AO=0.2m，當在A點懸吊一重6N的物體，繩子的拉力F=3N時，杠桿在水平位置平衡，在圖中畫出力
臂l2，力臂l2為____________m。21世紀教育網
[解析] 如圖(b)，畫出杠桿OAB示意圖，找到支點0，BC為力的作用線，畫出力臂l2。
根據杠桿的平衡條件：G·OA=F l2
代人數值：6N×0.2m=3N×l2
l2=2×0.2 m=0.4m
[答案] 見解析21世紀教育網
[例7] 根據圖(a)所示的要求，畫出滑輪組的繞法(忽略動滑輪重和摩擦)。
[解析] 繞制滑輪組時，應確定承擔重物繩子的股數n的值，對于甲圖n=2、乙圖n=3、丙圖n=4、丁圖n=5，然后根據“奇動偶定”的原則確定繩頭的位置進行繞線。各滑輪組的繞法如圖(b)所示。
[答案] 見解析21世紀教育網
[例8] 利用圖中的滑輪組提升重物A(物體A重1600N)，滑輪組的機械效率為80％，當物體勻速提升時，作用在繩端的拉力F為N，如果增大物重，此滑輪組的機械效率________。(填“變大”“變小”或“不變”) 21世紀教育網
[解析] 本題主要考查力、功和機械效率之間的關系。
解：已知：G=1600N，機械效率η=80％
設提升時，物體上升h
根據圖，拉力上升高度為s=4h
η= F=
分析物重對機械效率的影響
若h、W額不變，G增大，η變大
[答案] 500變大
[例9] 如圖，把重250N的物體沿著長5m，高1m的斜面勻速拉到斜面頂端，(1)若不計摩擦，求拉力；(2)若所用拉力為100N，求斜面的機械效率。21世紀教育網
[解析] 根據功的原理，動力做的功為W1=Fl，克服重力做的功為W2=Gh。
解：(1)不計摩擦時：
W1=W2 Fl=Gh
F=
(2)若所用拉力為F’=100N時，克服重力做的功為：
W2=Gh=250N×1m=250J
動力做的功為：W1=Fl=100N×5m=500J
斜面的機械效率：η=
[答案] (1)50N (2)50％
考點應試必備21世紀教育網
1．如圖所示，以下簡單機械中屬于費力杠桿的是 ( )
2．如圖所示是一些日常生活中所使用的機械或工具，其中屬于省力杠桿的是 ( )
3．在我國古代，簡單機械就有了許多巧妙的應用，護城河上安裝的吊橋裝置就是一個例子，如圖所示。在拉起吊橋過程中 ( )
A．吊橋是省力杠桿21世紀教育網
B．A點是吊橋的支點21世紀教育網
C．AB是吊橋的阻力臂21世紀教育網
D．滑輪起到省力的作用21世紀教育網
4．根據你的生活經驗，在下圖的幾幅圖中省力的是 ( )
5．升國旗的旗桿頂上有個重要的裝置是 ( )
A．定滑輪 B．動滑輪 C．滑輪組 D．省力杠桿
6．如圖所示，是各式各樣剪刀的示意圖，它們都是一對對的杠桿。現要用它們來剪開較硬的物體，其中，選用最合適的剪刀是 ( )
7．園藝師使用如圖所示的剪刀修剪樹枝時，為了更省力，應盡量 ( )
A．讓樹枝遠離刀軸0，手握在刀柄的中間21世紀教育網
B．讓樹枝遠離刀軸0，手握在刀柄的末端21世紀教育網
C．讓樹枝靠近刀軸0，手握在刀柄的末端21世紀教育網
D．讓樹枝靠近刀軸0，手握在刀柄的中間21世紀教育網
8．地震搶險救援工作中，重型機械未到達時，已脫險的人和專業救援人員可利用簡易工具對壓埋在廢墟中的人進行救援。圖中的工具與原理不相符的是 ( )
9．小明同學利用圓珠筆桿、鋼絲、細繩制成了如圖所示的滑輪組用其勻速提升重物，下列說法正確的是 ( )
A．拉細繩的力F等于鉤碼重力G的1/3
B．拉細繩的力F等于鉤碼重力G的1/7
C．用該滑輪組提起不同的鉤碼，機械效率相同
D．用該滑輪組提起不同的鉤碼，機械效率不同
10．工廠為了搬運一個笨重的機器進入車間，某工人設計了下圖所示的四種方案(機器下方的小圓表示并排放置的圓型鋼管的根截面)，其中最省力的方案是 ( )
11．如圖所示，工人用動滑輪把重物勻速提升到一定高度，重物的重力為G物，動滑輪的重力為G動，此裝置的機械效率為q，不計繩重和摩擦。則工人所用的拉力的表示不正確的是 ( )
A． B． C． D．
12．皮劃艇是我國的奧運優勢項目之一，比賽中，運動員一手支撐住漿柄的末端(視為支點)，另一手用力劃槳，此時的船槳是 ( )
A．等臂杠桿 B．費力杠桿 C．省力杠桿D．省功杠桿
13．如圖所示，用滑輪組把重為200N的貨物提到9m高的樓上，所用拉力為80N則總功和滑輪組的機械效率分別是 ( )
A．1800J，83.3％ B．2160J，83.3％ C．1400J，80％ D．1800J，80％
14．如圖所示，物體在水平面上做勻速直線運動，拉力F=60N，該裝置的機械效率為0.7，則物體受到的摩擦力大小是 ( )
A．60N B. 126N C．180N D．257.1N
15．小文同學采用如圖所示的兩種不同的方式將同一貨物搬運到同一輛汽車上，下列說法正確的是( )
A．甲種方法克服重力做功多
B．乙種方法更省力21世紀教育網
C．兩種方法機械效率相等21世紀教育網
D．兩種情況下，人對物體所做的功相同
16．如圖所示，OA為一可繞O點轉動的輕質杠桿，桿長2m，當作用于A點一個F=30N的豎直向上的力，為使杠桿水平不動，應將重為G=150N的重物懸吊于距A端_________處。
17．在建筑工地上常用獨輪車搬運泥土。一輛獨輪車各部分的尺寸如圖所示，設車廂和泥土的總重力G=1200N，那么運泥土時抬起獨輪車至少需用力F為___________N。
18．小明學過機械效率后，提出了一個問題：“斜面的傾斜程度與斜面的機械效率有沒有關系 ”，針對這個問題他做了在斜面上勻速拉動物塊的探究實驗(如圖)，并記錄實驗數據如下：
實驗次數 斜面的傾斜程度 物體重G/N 物體上升高度h/m 沿斜面拉力F/N 物體移動距離s/m 有用功W有/J 總功W總/J 機械效率"
1 較緩 5.0 0.1 1.6 0.5 0.5 0.8 63％
2 較陡 5.0 0.15 2.2 0.5 0.75 1.1 68％
3 最陡 5.0 0.25 3.1 0.5 21世紀教育網 21世紀教育網 21世紀教育網
(1)第三次實驗填入表格的數據：有用功為__________J，總功為__________J，機械效率是__________。
(2)通過對上述實驗數據的分析，你認為斜面省力情況與斜面傾斜程度的關系是：斜面越陡，越____________________。
(3)通過對上述實驗數據的分析，你對斜面機械效率的問題可獲得的初步結論是：__________。
(4)如果小明還想要探究斜面機械效率與物重的關系，實驗時應控制哪些條件不變 ________________________________________。
19．如圖所示是小明測量杠桿機械效率的實驗情景(杠桿的重力忽略不計)。21世紀教育網
(1)請在下表中把相關的數據填寫完整。
物體重G/N 物體上升的高度h/cm 彈簧測力計的示數F/N 彈簧測力計移動的豎直距離s/cm 有用功W有/J 總功W總/J 機械效η/％
4 30
(2)為提高本實驗中杠桿的機械效率，請提一條合理的建議：______________________________。
20．中國移動重慶公司的搶險隊作為第一支到達災區的移動通信搶險隊，隊員們用鮮血和生命架起了一條條抗震救災無形的生命線，為抗震救災提供了強有力的通信保障。如下圖所示，在通訊線路的搶修現場，起重機正將一箱箱設備吊裝到3m高的施工臺上。其中起重臂下的鋼繩是繞在一個動滑輪上的。若每箱設備均重4000N，施工臺距離地面的高度為3m。如果起重機沿豎直方向勻速提升一箱設備時，動滑輪上每段鋼繩的拉力為2500N，在忽略鋼繩熏和摩擦的情況下。21世紀教育網
(1)起重機提升一箱設備時，對箱子做的有用功是多少
(2)動滑輪在提升這箱設備時的機械效率是多大
參考答案
1．B 2．B 3．A 4．D 5．A 6．B 7．C 8．D 9．D 10．C 11．C 12．B 13．B 14．B 15．D 16．1．6m 17．300 18．(1)1.25 1.55 81％(2)費力 (3)在其他條件不變的情況下，斜面越陡，機械效率越高 (4)斜面的傾斜程度、斜面物質接觸面的粗糙程度 19．(1) 15 2.4 0.6 0.72 83.3(2)只要答案合理即可20．(1)1.2×104 J (2)80％
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