初中物理功和机械能讲义全.docx

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初中物理功和机械能讲义全

考点及命题趋势

1、本章是初中力学板快中重要部分，历年中考重点分布在：

①理解动能、势能、机械能的概念及能量大小的决定因素，能解释一些能量转化现象，②理解功的概念，会利用公式计算，③理解功率的概念，会利用公式计算，④理解机械效率的概念，结合简单机械进行有关机械效率的概念。

2、概括起来讲主要考查两大类：

（一）功、功率、机械效率综合应用

（二）动能和势能的相互转化。

3、考试题型以填空题、选择题和实验题（常考斜面机械效率）居多，计算题等。

4、本章对机械效率的考查每年必考，2004—2008年都有所设计。

预计2009年中考仍对以上考点进行考查。

知识点概要

15.1功

一、功

1．力学里所说的功包括两个必要因素：

一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。

 　2．不做功的三种情况：

有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。

 　巩固：

☆某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人不做功。

（原因是足球靠惯性飞出）。

 　3．力学里规定：

功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。

公式：

W=FS。

 　4．功的单位：

焦耳，1J=1N·m。

把一个鸡蛋举高1m，做的功大约是0．5J。

 5．应用功的公式注意：

①分清哪个力对物体做功，计算时F就是这个力；②公式中S一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。

③功的单位“焦”（牛·米=焦），不要和力和力臂的乘积（牛·米，不能写成“焦”）单位搞混。

二、功的原理

 1．内容：

使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：

使用任何机械都不省功。

 2．说明：

（请注意理想情况功的原理可以如何表述？

）

 　　①功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。

 　　②功的原理告诉我们：

使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是没有的。

 　　③使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。

 　　④我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）理想机械：

使用机械时，人们所做的功（FS）=直接用手对重物所做的功（Gh）。

 　　3．应用：

斜面

 　　①理想斜面：

斜面光滑； 　　②理想斜面遵从功的原理；

 　　③理想斜面公式：

FL=Gh，其中：

F：

沿斜面方向的推力；L：

斜面长；G：

物重；h：

斜面高度。

 　　如果斜面与物体间的摩擦为f，则：

FL=fL+Gh；这样F做功就大于直接对物体做功Gh。

15.2机械效率

 　　1．有用功：

定义：

对人们有用的功。

 　　公式：

W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总

 　　斜面：

W有用=Gh

 　　2．额外功：

定义：

并非我们需要但又不得不做的功。

 　　公式：

W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）

 　　斜面：

W额=fL

 　　3．总功：

定义：

有用功加额外功或动力所做的功

 　　公式：

W总=W有用＋W额=FS=W有用／η

 　　斜面：

W总=fL+Gh=FL

 　　4．机械效率：

①定义：

有用功跟总功的比值。

 　②公式：

 　　斜面：

 　　定滑轮：

 　　动滑轮：

 　　滑轮组：

 　　③有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。

通常用百分数表示。

某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。

 　　④提高机械效率的方法：

减小机械自重、减小机件间的摩擦。

 　　5．机械效率的测量：

 　　①原理：

 　　②应测物理量：

钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S。

 　　③器材：

除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。

 　　④步骤：

必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：

保证测力计示数大小不变。

 　　⑤结论：

影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：

 　　A、动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。

 　　B、提升重物越重，做的有用功相对就多。

 　　C、摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。

 　　绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

15.3功率

 　　1．定义：

单位时间里完成的功。

 　　2．物理意义：

表示做功快慢的物理量。

 　　3．公式：

 　　4．单位：

主单位W；常用单位kWmW马力。

 　　换算：

1kW=103W 1mW=106W 1马力=735W。

 　　某小轿车功率66kW，它表示：

小轿车1s内做功66000J。

 　　5．机械效率和功率的区别：

 　　功率和机械效率是两个不同的概念。

功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。

15.4机械能

（书：

15.4动能和势能15.5机械能及其转化）

 　一、动能和势能

 　　1．能量：

一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。

 　　理解：

①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。

 　　②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”。

如：

山上静止的石头具有能量，但它没有做功。

也不一定要做功。

2．知识结构：

3．探究决定动能大小的因素：

 　　①猜想：

动能大小与物体质量和速度有关。

 　　实验研究：

研究对象：

小钢球 方法：

控制变量。

 　　·如何判断动能大小：

看小钢球能推动木块做功的多少。

 　　·如何控制速度不变：

使钢球从同一高度滚下，则到达斜面底端时速度大小相同。

 　　·如何改变钢球速度：

使钢球从不同高度滚下。

 　　③分析归纳：

保持钢球质量不变时结论：

运动物体质量相同时；速度越大动能越大。

 　　保持钢球速度不变时结论：

运动物体速度相同时；质量越大动能越大；

 　　④得出结论：

物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。

 物体

质量m/kg

速度v/（m．s-1）

动能E/J

牛

约600

约0．5

约75

中学生

约50

约6

约900

练习：

☆上表中给出了一头牛漫步行走和一名中学生百米赛跑时的一些数据：

分析数据，可以看出对物体动能大小影响较大的是速度。

你判断的依据：

人的质量约为牛的1/12，而速度约为牛的12倍，此时动能为牛的12倍，说明速度对动能影响大。

 　　4．机械能：

动能和势能统称为机械能。

 　　理解：

①有动能的物体具有机械能；②有势能的物体具有机械能；③同时具有动能和势能的物体具有机械能。

 　二、动能和势能的转化

 　1．知识结构：

 　2．动能和重力势能间的转化规律：

 　　①质量一定的物体，如果加速下降，则动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能。

 　　②质量一定的物体，如果减速上升，则动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。

 　　3．动能与弹性势能间的转化规律：

 　　①如果一个物体的动能减小，而另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能。

 　　②如果一个物体的动能增大，而另一个物体的弹性势能减小，则弹性势能转化为动能。

　　4．动能与势能转化问题的分析：

 　　⑴首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素──看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。

　　⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大──如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即：

没有其他形式能量补充或没有能量损失），则动能势能转化过程中机械能不变。

 　　⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失──机械能守恒；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失──机械能不守恒。

　三、水能和风能的利用

1．知识结构：

 　2．水电站的工作原理：

利用高处的水落下时把重力势能转化为动能，水的一部分动能转移到水轮机，利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。

 　　练习：

☆水电站修筑拦河大坝的目的是什么？

大坝为什么要设计成上窄下宽？

 　　答：

水电站修筑拦河大坝是为了提高水位，增大水的重力势能，水下落时能转化为更多的动能，通过发电机就能转化为更多的电能。

　　本章经典例题

例1、下列现象中，力没有对物体做功的是（）

A、用力将铅球掷出B、将书包背上楼

C、骑自行车匀速前进D、人提着水桶在水平地面上行走

考点：

对做功两个必要因素的判定及计算

1、两个必要因素缺一不可。

例2、下列说法正确的是（）

A、有用功越大，机械效率越高B、总功一定，额外功越大，机械效率越高

C、有用功一定，额外功越小，机械效率越高D、有用功与总功的比值越大，机械效率越高

E、功率大的机械，其机械效率越大F、机械效率的大小与功率大小无关

G、机械效率低的机械，做功就少H、机械效率总小于1

拓展：

考点：

对机械效率和功率的理解

1、机械效率由有用功与总功的比值决定，即由

这个整体决定。

这个式子很重要，也是解决某些计算题的方法和思路。

2、功率和机械效率是两个概念，二者没有任何关系。

例3、

（一）如图一所示滑轮组、将480N的物体以0.8m/s的速度匀速提起，绳子自由端的拉力为200N（不计摩擦和绳重）求：

（1）滑轮组的机械效率

（2）拉力F的功率

（3）若用该滑轮组将重600N的物体匀速提升2m时，拉力做多少功？

（二）如图二所示，物体A以2m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动，此时弹簧测力计的示数为3N，水平拉力F=_____N,物体A受到的摩擦力f=______N,2s内拉力F所做的功W=______J,拉力F的功率P=______W。

（滑轮、测力计、绳重不计，绳子与滑轮间摩擦力不计）

拓展：

考点：

功、功率、机械效率与简单机械的综合应用

1、对物体进行正确的受力分析，选择相应的公式。

例4、

（一）下列物体中：

A．挂在屋顶上的电灯；B．被拉开的弹簧门；C．空中飞行的小鸟；D．在冰场上滑行的运动员；E．从斜坡上滚下的石头；F．在平直公路上行驶的汽车；只具有动能的是       、只具有势能的是        、既具有动能，又具有势能的是         。

（二）下列说法正确的是（）

A、质量大的物体一定比质量小的物体所具有的重力势能大。

B、速度大的物体一定比速度小的物体所具有的动能大。

C、一个物体没有做功，它也可能具有重力势能。

D、一个物体具有能量，则它一定具有动能或势能。

例5、

（一）（07维坊）如图三所示，小明乘电梯匀速上升的过程中（）

A、动能转化为势能，机械能不变。

B、动能转化为势能，机械能增大。

C、动能不变，势能增大，机械能增大。

D、动能不变，势能不变，机械能不变。

（二）有一辆洒水车自东向西匀速洒水，则在此过程中（）

A、动能不变势能不变，机械能不变。

B、动能不变，势能减小，机械能减小。

C、动能减小，势能减小，机械能减小。

D、动能减小，势能减小，机械能减小。

例6、如图四所示，同一物体分别从三个不同斜面PA、PB、PC、的顶端由静止滑下，已知物体在三个斜面上下滑动的摩擦力均为f（f>0）。

当物体从斜面顶端P分别滑到底端A、B、C处时，速度分别为V1、V2、V3，则（）

A、V1＞V2＞V3B、V1＜V2＜V3C、V1=V2=V3D、V1＞V3＞V2

练习：

1．图9-1中，重为500N的物体与地面间的摩擦力是150N，为使物体匀速移动，必须在绳端加以60N的水平拉力，则滑轮组的机械效率约为__________。

若物体移动速度为0．2m/s，则1min内拉力做的功是__________J。

　2．用如图9-2所示的滑轮组提升重物，已知物重为120N，加在绳子端的拉力F=50N。

若被提升物体匀速上升速度v=0．1m/s，则拉力F做功的功率P=_______W，滑轮组的机械效率η=_________。

3．如图9-5所示，在50N的水平拉力F作用下，重800Ｎ的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间滑动摩擦力为120N。

则滑轮组的机械效率为       ；若物体的速度为0．2m/s，则1min内拉力做的功为       J。

4．下面说法中正确的是（   ）

 　　A．从P=W/t可知，功率跟功成正比，所以只要做功多，功率就大

 　　B．功率跟时间成反比，所以只要时间短，功率就大

 　　C．功率大的机器比功率小的机器做功多

 　　D．甲每小时做的功比乙每小时做的功多，甲的功率比乙的功率大