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第13章 功和能
【考情聚焦】
考试 命题 年份 重要考点 分值 题型 热度
2013~2024 机械能的转化和守恒 2~6 选择题、填空题、实验探究题、计算应用题
探究影响动能大小的因素
功和功率的计算
课标 要求 1.知道动能、势能和机械能。 2.通过实验,了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化 (2022版课标与2011版课标要求相同)
【回归教材】
教材链接 人教:八下第十一章P62~P74　教科:八下第十一章P82~P83、第十二章P98~P106 北师大:八下第九章P105~P108、九年级第十章P2~P7
知识清单
考点1 功
1.力学中的功
(1)定义:通常而言,如果一个力作用在物体上,物体在这个力的方向上 ,就说这个力对物体做了功。
(2)做功的两个必要条件:一是作用在物体上的力,二是物体在这个力的方向上 。
(3)不做功的三种情况
情况 有力无距离(劳而无功) 有距离无力(不劳无功) 力与距离垂直(垂直无功)
示意图
说明 物体受到力的作用,但保持静止状态 物体没有受到力的作用,但因为惯性通过一段距离 物体受到力的作用,但运动方向始终与该力的方向垂直
举例 运动员举着杠铃在空中不动、搬而未起 踢出后在水平地面滚动的足球 提着滑板在水平路面前行
2.功的计算
(1)定义:力学中,功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。
(2)公式:W=Fs
(3)常见的功的估测:一个人爬一层楼所做的功约为1800 J;将地面上的物理课本捡起来放到桌子上,人对课本做功约为2 J。
3.机械功原理:任何机械都不能省功。
【答案】考点1:1.(1)移动了一段距离　(2)移动了一段距离
考点2 功率
1.物理意义:表示 的物理量。
2.定义: 与 之比叫作功率,它在数值上等于力在单位时间内所做的功。
3.单位:国际单位: ,简称 ,符号 。常用单位:千瓦(kW)、兆瓦(MW)。1 kW=103 W、1 MW=106 W。
4.公式:P=,推导公式:P=Fv。
5.常见功率估测:中学生跳绳的功率约为60 W,人爬楼的功率约为180 W。
【答案】考点2:1.物体做功快慢
2.功　做功所用时间
3.瓦特　瓦　W
考点3 动能和势能
1.能量:物体能够 ,我们就说这个物体具有能量,简称能,单位焦耳(J)。
2.动能:物体 而具有的能。
(1)影响动能大小的因素:物体的 和 。质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能越大。运动速度相同的物体,质量越大,它的动能越大。
(2)举例:飞行的子弹、开动的汽车、流动的水等。
3.重力势能:在地球表面附近与高度相关的能,叫作重力势能。
(1)影响重力势能大小的因素:物体的 和 。物体的质量越大,高度越高,它具有的重力势能就越大。
(2)举例:举高的重锤、高空落下的石头等。
4.弹性势能:物体由于发生 而具有的能。
(1)影响弹性势能大小的因素:物体发生弹性形变的大小。物体的弹性形变越大,它具有的弹性势能就越大。
(2)举例:被拉弯的弓、被压缩变形的蹦床、发生形变的网球拍等。
【答案】考点3:1.对外做功
2.由于运动　(1)质量　速度
3.(1)质量　高度
4.弹性形变
考点4 机械能及其转化
1. 、 和 统称为机械能。
2.机械能守恒:如果只有 相互转化,尽管动能、势能的大小会变化,但机械能的总和不变,或者说,机械能是守恒的。
3.质量不变时,物体的动能、势能转化如下图所示:
【答案】考点4:1.动能　重力势能　弹性势能
2.动能和势能
教材深挖
图说物理
教材图片 考查内容 教材图片 考查内容
如图所示的交通标志牌,在同样的道路上对不同的车型设定不一样的最高行驶速度是因为如果车的① 相同,② 大的动能大,行驶时危险性就大,所以质量大的车限制速度③ 如图所示,滚摆沿着悬线向下运动的过程中,④ 能转化为⑤ ;滚摆每次上升的最大高度逐渐减小,是因为滚摆克服摩擦力做功,消耗机械能,所以滚摆的机械能逐渐⑥
如图所示,游乐场的过山车在从高处无动力向下运行的过程中,⑦ 能转化为⑧ 能;过山车运动到最高点时的⑨ 能达到最小值,过山车在加速下降过程中的动能⑩ ,重力势能 ,机械能 。(后三空选填“变大”、“变小”或“不变”) 如图,当卫星从远地点向近地点运动时, 能减小, 能增大;当卫星从近地点向远地点运动时, 能转化为 能
如图所示,这是蹦床运动,运动员从高处下落的过程中, 能转化为动能;与蹦床接触后,床面发生弹性形变,运动员的动能转化为蹦床的 势能 如图,把一个铁锁用绳子悬挂起来,将铁锁拉到自己鼻子附近,稳定后松手,铁锁来回摆动,但不会碰到鼻子,在此过程中机械能 (选填“守恒”或“不守恒”),你判断的理由是
【答案】①速度　②质量　③小　④重力势　⑤动能　⑥减小
⑦重力势　⑧动　⑨动　⑩变大　变小　变小　重力势　动　动　重力势　重力势　弹性　不守恒　存在空气阻力,机械能在不断减少
核心突破
一、机械能及其转化
方法归纳
关键词法判断能量变化
①动能和势能的总和就是机械能的大小。
②先判断物体具有的能量的类型,再分析决定其大小的因素如何变化。
③注意题中的隐含条件,如“加速”“匀速”隐含着物体速度的变化情况,“上升”“下降”“水平面上”隐含着物体高度的变化情况,“喷洒农药”“洒水”等意味着物体质量的变化,进而判断出动能和势能的大小变化情况。
例题1 为了创建宜居城市,石家庄市环卫工人清晨开着洒水车给街道洒水。如图所示,环卫工人开着洒水车匀速行驶在水平街道路面上洒水作业。关于该洒水车,下列说法正确的是 ( )
A.重力势能不变,机械能不变
B.重力势能和动能都变小,机械能变小
C.动能变小,机械能不变
D.动能不变,机械能变小
变式训练
变情境 过山车向下“俯冲”,对过山车加速下降过程中的机械能,下列分析正确的是 ( )
A.动能增大,重力势能增大
B.动能减小,重力势能增大
C.动能减小,重力势能减小
D.动能增大,重力势能减小
【答案】例1　B
变情境　D
二、功和功率的计算
例题2 如图,这是四旋翼无人机,质量为1.2 kg,下方悬挂着一个质量为0.1 kg的摄像机。在10 s内无人机从地面竖直上升了20 m,然后边摄像边斜向上飞行了30 s,仪表盘上显示离地高度为36 m。忽略空气阻力,无人机前10 s对摄像机做功 J,整个过程中,无人机对摄像机做功的功率为 W。(g取10 N/kg)
思维破冰　利用公式W=Fs计算功时,首先要明确做功的两个必要条件:一是哪个力做功;二是物体在这个力的方向上通过的距离。功率一定要和做功时间相对应。
变式训练
变情境 (多选)如图所示,重为2 N的物体A放在水平桌面上,重为5 N的物体B挂在动滑轮下,每个滑轮重为1 N(不计绳重和摩擦),B恰好可以匀速下降。现对A施加水平向左的拉力使B上升,当B以0.3 m/s的速度匀速上升时,拉力大小为F。下列说法正确的是 ( )
A.B匀速下降时,物体A受到3 N的摩擦力
B.拉力F的大小为4 N
C.拉力F的功率为3.6 W
D.在B匀速上升0.6 m的过程中,拉力F做功2.4 J
【答案】例2　20　0.9
变情境　BC
【实验探究】
实验导航
实验　探究动能大小的影响因素
【实验装置】
【实验方法】
(1)转换法的应用:通过木块① 来反映钢球动能的大小。
(2)控制变量法的应用:
a.探究动能的大小与速度的关系(让同一钢球从斜面的② 由静止释放,观察木块被推动的距离);
b.探究动能的大小与质量的关系(让质量不同的钢球从斜面的③ 由静止释放,观察木块被推动的距离)。
【实验结论】
在物体的运动速度相同时,物体的质量越大,动能④ ;在物体的质量相同时,物体的速度越大,动能⑤ 。
【答案】实验导航　(1)①被推动的距离远近　(2)②不同高度
③同一高度　④越大　⑤越大
实验母题串考点
小明在探究“物体的动能跟哪些因素有关”的实验中,如图甲、乙、丙所示,将A、B、C三个钢球先后从同一装置高度分别为h1、h2、h3的位置由静止开始滚下(mA=mBh2),水平面上同一位置的木块被撞出一段距离后停下。请回答以下问题:
☆制订计划与设计实验
(1)该实验探究的是 (选填“木块”或“钢球”)的动能。
(2)实验中通过控制 来控制钢球到达斜面底部的速度大小。
(3)实验通过观察木块 来判断钢球动能的大小,这种研究问题的方法叫 。
☆分析论证
(4)比较 两图进行的实验,可以探究钢球动能大小与速度的关系。
(5)分析比较甲和丙两组实验可得出结论: 。此探究过程中两球刚好运动到水平面时的速度 (选填“相等”或“不相等”)。
☆评估
(6)若水平面绝对光滑,本实验 (选填“能”或“不能”)达到探究目的。
(7)在上述甲、乙实验中,木块被撞击后最终在木板表面静止,木块两次克服摩擦力做的功分别W甲和W乙,则两者的大小关系为W甲 W乙。
拓展设问
(8)为进一步探究哪个因素对物体动能的影响更大,小明进行了相关的实验,实验数据如下表所示。分析数据可知,物体的 对物体动能的影响较大,依据是 。
次数 钢球 质量/g 钢球撞击速度 v/(cm·s-1) 木块移动的 距离/cm
1 100 8 20
2 100 16 80
3 200 8 40
【答案】实验母题串考点
(1)钢球　(2)钢球在斜面的高度　(3)被钢球撞出距离的长短　转换法　(4)甲、乙　(5)速度相同时,质量越大,动能越大　相等　(6)不能　(7)>　(8)速度　质量不变时,速度变为原来的2倍,动能变为原来的4倍;速度不变时,质量变为原来的2倍,动能也变为原来的2倍
【真题精粹】
命题点1 机械能及其转化(10年8考)
1.(2023·河北节选)如图所示,在硬币上方沿着与桌面平行的方向用力吹一口气,硬币跳过木块。跳起的硬币在上升过程中重力势能越来越 ,下降过程中动能越来越 。
2.(2022·河北)2022年5月14日,一架国产C919大飞机(如图所示)从浦东机场起飞,经过三个多小时的飞行后安全降落,这标志着即将交付的首架C919大飞机首飞试验成功。下列说法正确的是 ( )
A.飞机在升空过程中,飞行员的重力势能逐渐增大
B.飞机从起飞到安全降落的整个过程中,飞行员的动能一直保持不变
C.飞机从起飞到安全降落的整个过程中,飞机的机械能一直保持不变
D.飞机降落后,在水平跑道上滑行过程中,飞机的动能转化为重力势能
3.(2021·河北节选)如图所示,这是一幅撑竿跳高的图片。关于撑竿跳高运动涉及的物理知识,请从机械能角度提出一个问题并回答。
问题:
回答: 。
若对“机械能及其转化”有疑问,详见“核心突破”。
真题变式 被斜向上投出的篮球在空中飞行过程中经过不同位置时的能量情况如图所示,下列判断中不正确的是( )
A.经过B、D两位置时篮球的高度相同
B.经过B、E两位置时篮球的速度大小相同
C.C位置可能为最高点
D.从A到E位置的过程中,篮球的机械能一直保持不变
命题点2 功和功率的计算(10年7考)
4.(2018·河北)一台起重机在10 s内将重为3600 N的货物匀速提高了4 m,起重机做的有用功是 J。若起重机做的额外功是9600 J,则机械效率是 ,起重机的功率是 W。
【答案】1.大　大
2.A　
3.当运动员越过横杆从最高点下落的过程中,运动员的重力势能怎样变化　当运动员越过横杆从最高点下落的过程中,重力势能不断减小
真题变式　D
4.1.44×104　60%　2400
2

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