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(共51张PPT)
功和机械能
第十三章
知识精讲
2
考点清单
图说物理
实验突破—科学探究素养提升
3
实验 探究物体的动能跟哪些因素有关
贵州近年真题精选
1
重难点突破
命题点
1
功、功率的相关计算(黔西南州2考，黔东南州4考)　
1. [2023三州联考12(2)题1分]某大桥设计车速为60 km/h，若某汽车质量为5×103 kg，在大桥上按设计车速水平匀速直线行驶时受到的阻力为汽车重力的0.06倍，则汽车通过该大桥时汽车发动机的功率为________W.
(g取10 N/kg)
5×104
贵州近年真题精选
2. (2023黔东南州23题7分)为减少新型冠状病毒的滋生蔓延，武汉市城管部门在夜间对城区道路集中开展了雾炮车喷洒消毒作业(如图所示)．某型号雾炮车空载时的质量为10 t，它配备了一个体积为10 m3的水箱．为了方便清洗，水箱底部有一个排水孔，排水孔盖子面积约为100 cm2.
(1)雾炮车匀速前进喷洒过程中，在2.4 km的路段上
用时20 min，则雾炮车的速度是多少？
(2)消毒液喷洒完后空载匀速返回时，若雾炮车在水
平地面上匀速行驶时受到的阻力为车重的0.05倍，
则行驶2.4 km的水平路面上，牵引力所做的功为多大？(g取10 N/kg)
(3)当水箱中消毒液的深度为1 m时，排水孔盖子受到消毒液的压力约为多大？(消毒液的密度为0.8×103 kg/m3)
解：(1)2.4 km路段上雾炮车用时t＝20 min＝ h
雾炮车速度v＝ ＝ ＝7.2 km/h
(2)空载时雾炮车的质量m车＝10 t＝1×104 kg
雾炮车空载时所受的重力G车＝m车g＝1×104 kg×10 N/kg＝1×105 N
空载时雾炮车受到的阻力f＝0.05G车＝0.05×1×105 N＝5×103 N
雾炮车在水平地面上匀速行驶的牵引力F牵＝f＝5×103 N
又s＝2.4 km＝2 400 m
牵引力做功W＝F牵 s＝5×103 N×2 400 m＝1.2×107 J
(3)水箱底部盖子受到水的压强
p＝ρ液gh＝0.8×103 kg/m3×10 N/kg×1 m＝8 000 Pa
盖子的受力面积S盖＝100 cm2＝0.01 m2
盖子受到的压力F＝pS盖＝8 000 Pa×0.01 m2＝80 N
3. (2021黔西南州21题6分)我国生产的无人
机世界领先，应用领域广泛．如图甲所示
为深受广大航拍爱好者喜爱的“YU－2”型
无人机，下表是有关它的一些飞行参数．
根据表中资料信息，(g取10 N/kg)求：
型号 YU－2
动力系统 电动
质量 1 100 g
最大上升速度 4 m/s
最大下降速度 3 m/s
最大水平飞行速度 20 m/s
最大飞行海拔高度 6 000 m
最长悬停时间 29 min
卫星定位 GPS
图甲
(1)无人机在空中悬停时受到的升力F.
(2)无人机以最大速度匀速上升100 m．空气阻力忽略不计，升力对无人机做功的功率P.
(3)无人机在空中A点接收到自动返航指令后，将从A点沿ABCD航线自动返回至起飞点D，如图乙所示．假设无人机在各段航线上均以相应的最大速度匀速航行，它从A点返回至D点所需的时间t.
图乙
解：(1)无人机在空中悬停时处于静止状态，无人机受到的升力F与无人机受到的重力为一对平衡力，大小相等，故无人机在空中悬停时受到的升力
F＝G＝mg＝1.1 kg×10 N/kg＝11 N
(2)无人机最大上升速度为4 m/s，无人机以最大速度匀速上升100 m，空气阻力忽略不计，受到的升力与重力为一对平衡力，大小相等，升力对无人机做功的功率P＝ ＝ ＝Fv1＝11 N×4 m/s＝44 W
(3)由图乙可知，从A到B，离起点的距离不变，高度增大，即无人机竖直上升，上升的高度s1＝300 m－200 m＝100 m
已知最大上升速度v1＝4 m/s，从A到B所用时间t1＝ ＝ ＝25 s
由图乙可知，从B到C，无人机高度保持不变，离起点的距离从900 m减小到100 m，即飞机水平飞行，
飞机水平通过的距离s2＝900 m－100 m＝800 m
已知最大水平飞行速度v2＝20 m/s，
从B到C所用时间t2＝ ＝ ＝40 s
图乙
由图乙可知，从C到D，离起点的距离保持不变，高度300 m减小到0，竖直通过的距离s3＝300 m
即飞机竖直下降，已知最大下降速度v3＝3 m/s，
从C到D所用时间t3＝ ＝ ＝100 s
故假设无人机在各段航线上均以相应的最大速度匀速航行，它从A点返回至D点所需的时间t＝t1＋t2＋t3＝25 s＋40 s＋100 s＝165 s
图乙
4. (2022铜仁34题3分)如图甲所示，放在水平地面上的物体，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系如图乙所示，物体运动速度v与时间t的关系如图丙所示．由图像可知当t＝1 s时，物体所受的摩擦力为_____N，t＝3 s时，摩擦力____(选填“＜”“＝”或“＞”)推力，当t＝5 s时，推力做功的功率为____W.
2
<
16
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5. [2023黔南州20(1)题3分]小聪的体重是500 N，家住19楼(楼的层高为
3 m)．如果他从1楼步行上楼到家里(走了18层楼)，用时3 min，他上楼
克服重力做的功是多少？做功的功率是多少？
解：上楼的高度为h＝18×3 m＝54 m
克服重力做的功W＝Gh＝500 N×54 m＝2.7×104 J
做功的功率P＝ ＝ ＝150 W
6. (2022黔东南州9题3分)中华传统文化博大精深，有的与物理知识密
切联系，如“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”，指出水从高处下落时，_________转化为______．“墙内开花墙外香”，说明分子在不停地做_______运动．
重力势能
命题点
2
机械能及其转化(黔西南州2考，黔东南州2考，贵阳2021.19)
动能
无规则
7. (2021黔西南州13题4分)阅读下面的短文：
满载游客的过山车，在机械的带动下向着轨道的最高端攀行……忽然，它像一匹脱缰的野马，从轨道的最高端飞驰而下！
它又如一条蛟龙，时而上下翻腾，时而左摇右摆，时而
驰上高高耸立着的大回环顶端……
仿照示例，指出短文中包含的任意两种物理过程(示例除外)，并说明能的转化情况．
【示例】机械将过山车拉向最高端　对过山车做功使它的重力势能增加 .
(1)____________________________________________________；
(2)________________________________________________________．
过山车从轨道的最高端飞驰而下　将重力势能转化为动能
过山车驰上高高耸立着的大回环顶端 将动能转化为重力势能
答：W1＞W2；不计空气阻力，物块在下滑的过程中，重力所做的功W1等于减小的重力势能；物块在下滑的过程中，会克服斜面的摩擦做功，同时弹簧发生了弹性形变，具有弹性势能；此过程中物体的重力势能最终转化为克服摩擦力做功(W2)产生的内能和克服弹簧弹力做功产生的弹性势能，所以W1＞W2.
8. (2021贵阳19题3分)如图所示，斜面底端的挡板上固定一轻质弹簧，物块从A点由静止开始沿斜面自由下滑，最终在斜面上的B点保持静止，请比较这一过程物块重力做功W1和克服摩擦力
做功W2的大小关系，并从能量转化的角度说
明理由．(不计空气阻力)
9. (2022安顺4题3分)如图所示，光滑轨道MNP固定在竖直平面内，NP段水平．一小球从M点由静止释放运动到P点的过程中，动能、势能的变化情况是(忽略空气阻力)(　　)
A. M到N的过程，势能不变
B. M到N的过程，动能减小
C. N到P的过程，势能增大
D. N到P的过程，动能不变
D
其他地市真题展示
10. (2023黔南州10题2分)2023年5月5日18时00分，长征五号B运载火箭，搭载新一代载人飞船试验船，在我国文昌航天发射场点火升空，然后进入预定轨道.5月8日13时49分，载人飞船试验船的返回舱成功着陆在东风着陆场预定区域．新飞船试验船飞行试验任务取得圆满成功．在火箭加速升空过程中，对于火箭搭载的载人飞船试验船的动能________(选填“不变”“增大”“减少”)．在返回舱返回地面的过程中会与大气摩擦，返回舱的部分机械能转化为_____能．
增大
内
命题点
3
探究物体的动能跟哪些因素有关(黔西南州2考)
11. (2023黔西南州14题4分)用如图所示的装置来探究物体动能跟哪些因素有关．实验时，让钢球A从斜面某一高度滚下，在水平面上运动，将木块B撞出一段距离．
(1)此实验是通过比较什么物理量来判断钢
球在水平面上撞击木块时动能的大小的？
(2)当要研究钢球动能的大小与速度关系时，应该怎么操作？为什么？
(3)猜想一下：如果斜面和水平面都是光滑的，把木块B固定在水平面上，钢球A与木块碰撞时无能量损失，那么钢球被木块反弹后可能会运动到斜面什么位置？
答：(1)此实验是通过比较木块被撞击后移动的距离来判断钢球在水平面上撞击木块时动能大小的．
(2)让同一个钢球在不同的高度释放；因为要探究钢球动能大小与速度的关系，根据控制变量法的要求，控制钢球质量不变，改变钢球的速度，即让同一个钢球在不同的高度释放．
(3)如果斜面和水平面都是光滑的，而且钢
球A与木块碰撞时无能量损失，那么钢球A
的机械能是守恒的，钢球A反弹后，将上升
到斜面原来释放位置，即高度h处．
12. (2022黔西南州21题6分)如图所示，将一细线上端固定，下端系上一小铁球，该装置便是“单摆”．
(1)如图甲、乙所示，将质量为m1、m2的小球分别移动到与竖直方向成θ1角时放手，m2＞m1，两个小球运动到B点时速度相同，此时撞击放在水平面上的同一木块，木块被撞后在水平方向移动的距离如图所示．则单摆的运动速度与小球的______无关，由甲、乙两图可知，物体的质量越大，______越大．
质量
动能
(2)如图丙所示，将质量为m2的小球移动到与竖直方向成θ2角时放手，∠θ2＞∠θ1，小球运动到B点时撞击同一木块，比较________两图可知，物体的速度越快，动能越大．
乙、丙
功和机
械能
功率
功
机械能
及其转化
定义
做功的两要素
不做功的三种情况
功的计算、公式
物理意义
公式、推导式
功的估测
单位换算
动能
势能
重力势能
弹性势能
定义
功率的估测
定义
影响因素
定义
影响因素
定义
影响因素
机械能
分类
能量
机械能
机械能守恒
动能和势能相互转化
知识精讲
考点清单
一、功
1、定义：一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功．
2、做功的两个必要因素：一是__________________；二是____________
____________________．
作用在物体上的力
物体在力的方向上移动了距离
3、不做功的三种情况
示意图 缺力无功 缺距离无功
力与距离垂直无功
特点 物体在水平方向不受力，因惯性而运动 物体受力，但静止 有力有距离，但力的方向与物体移动的方向垂直
举例 踢出去的足球，人没有对足球做功 举着杠铃原地不动，人对杠铃没有做功 提着水桶水平前进，提水桶的力没有对水桶做功
4、功的计算
(1)定义：功等于力与物体在力的方向上移动的距离的________．
(2)公式：W＝______
F表示力，单位N；
s表示沿力的方向上移动的距离，单位m；
W表示功，单位J(焦耳)．
(3)拓展：重力做功W＝Gh，摩擦力做功W＝fs.
(4)功的估测：
a. 将地面上的物理课本捡起放到桌子上，人对课本做的功约为2 J.
b. 从地上拿起一个鸡蛋，缓缓举过头顶，大约做功1 J.
乘积
Fs
二、功率
1、定义：____与_____________之比．它在数值上等于力在单位时间内所做的功．
2、物理意义：功率是表示做功_____的物理量，功率越大表示做功越___.
3、公式：P＝____
W表示功，单位J；
t表示时间，单位s；
P表示功率，单位W.
4、单位换算：1 kW＝1 000 W
功
做功所用时间
快慢
快
5、推导公式：P＝ ＝ ＝Fv(适用于做匀速直线运动的物体)；
6、功率的估测：a.一名普通中学生正常步行上楼的功率约为150 W；b.中学生跳绳的功率约为60 W.
三、机械能及其转化
1、能量：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能，能量的单位是焦耳．
2、机械能：一个物体既可以有动能，也可以有势能，这两种能统称机械能 .
3、机械能分类
机械能分类 定义 影响因素 动能 物体由于_____而具有的能 物体的质 量、_____ a. 质量相同的物体，_____越大，它的动能越大；
b. 运动速度相同的物体，_____越大，它的动能越大
运动
速度
速度
质量
机械能分类 定义 影响因素 势能 重力 势能 在地球表面附近，物体由于______所具有的能 物体的质量、______ a.质量相同的物体，______越高，它的重力势能越大；
b. 物体所处高度相同时，____越大，它的重力势能越大
弹性 势能 物体由于____ _________而具有的能 物体的材料、____________ 物体的__________越大，它具有的弹性势能就______
被举高
高度
高度
质量
发生
弹性形变
弹性形变程度
弹性形变
越大
动能和势能的相互转化：重力势能 动能 弹性势能
4、机械能守恒：如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和__________，即机械能守恒．
保持不变
图说物理
命题点：功、功率的相关计算
1. 如图所示，老人与小孩从一楼爬到五楼，如果
每层楼高3 m，小孩的体重为50 kg，若大人和小
孩体重之比为3∶2，上楼时间之比为4∶3.小孩需
要克服自身重力做功______J.则老人和小孩克服重
力做功的功率之比为_____．(2023郴州11题改编)
(RJ八下P65图11.2－1)
6 000
9∶8
命题点：机械能及其转化
2. 如图所示，观察滚摆的运动．在滚摆下降的过程中，________能转化为_____能，在上升过程中_____能转化为________能；滚摆上升的最大高度逐渐减小，说明滚摆具有的机械能在______.
(RJ八下P71图11．4－2甲)
重力势
动
动
重力势
减小
命题点：用机械能解释生活现象
3. 铁锁从鼻子附近处松手后，铁锁在从最高点向最低点运动的过程中能量是怎么转化的？若人不动，铁锁从最高点落下摆回时，能不能碰到鼻子？(不计空气阻力)(2021盘锦6题改编)
(RJ八下P72图11.4－3)
答：从最高点向最低点运动时，铁锁的重力势能转化为动能；不能碰到鼻子，因为不计空气阻力，能量是守恒的，铁锁摆回后，刚好回到摆前的位置．
重难点突破
方法指导
一、功、功率的相关计算(黔西南州2考，黔东南州4考)
类型 生活情境 物理模型 模型解读
水平方向 上牵引力 做功 行驶中的汽车、火车、轮船、电动自行车、智能送货机器人等 牵引力做功W＝Fs＝Fvt；牵引力做功的功率P＝ ＝ ＝ Fv
类型 生活情境 物理模型 模型解读
竖直方向 上克服重 力做功 直升机上升、举重运动员举起杠铃、中学生跳绳等 克服重力做功W＝Gh＝Gvt；克服重力做功的功率P＝ ＝ ＝Gv
例1　(水平方向)新能源汽车因节能、环保等优点深受广大家庭的喜爱．
小明爸爸驾驶新能源汽车在平直公路上匀速行驶12 km，用时10 min.已知该车的总质量为1.6×103 kg，行驶中阻力为车重的0.05倍，此过程中该车牵引力做功________J，功率为_____kW.(g取10 N/kg)
例2　(竖直方向)我国自主研制的新一代战斗机，其最大起飞质量37 t，最大飞行高度20 000 m，最大航速2.5马赫(3 060 km/h)，则战斗机以最大起飞质量从水平地面起飞到达最大高度时克服重力做的功是________J；若战斗机在竖直方向上以200 m/s的速度匀速上升时，战斗机克服重力做功的功率为________W．(g取10 N/kg)
9.6×106
16
7.4×109
7.4×107
二、机械能及其转化(黔西南州2考，黔东南州2考)
例3　请完成下列各小题．(均选填“增大”“减小”或“不变”)
(1)汽车启动的过程中动能_____，汽车刹车的过程中动能______．
(2)沿斜面匀速向上推动物体运动，物体的动能______，重力势能______，机械能______．
(3)空中加油机给战机加油的过程中，战机的动能_____，重力势能_____，机械能______．
(4)射箭运动员拉满弓释放瞬间，弓的弹性势能______，箭的动能_____．
增大
减小
不变
增大
增大
增大
增大
增大
减小
增大
例4　(2021泰安)在蹦床比赛中，运动员从高处落到蹦床上又被弹起，该过程中有关机械能及其转化的说法正确的是(　　)
A. 运动员上升到最高点时重力势能为零
B. 运动员下降过程中机械能增大
C. 运动员从高处下落到蹦床前，重力势能转化为动能
D. 运动员弹离蹦床后，上升的过程中，弹性势能转化为动能
C
例5　如图所示是荡秋千的简化模型．摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高．下列说法正确的是(　　)
A. 球在B、C两点的动能相等
B. 球在A、D两点的机械能相等
C. 球从B点到O点的过程中机械能减少
D. 球从O点到C点的过程中重力势能减少
C
实验突破—科学探究素养提升
实验
探究物体的动能跟哪些因素有关(黔西南州2考)
图示法过实验
探究问题 操作过程图示 控制变量 实验操作 实验结论
探究动能的大小与物体运动速度的关系 控制_________ ___不变，改变____________，比较木块移动的距离s1、s2 让质量相同的钢球从不同高度由静止释放，改变钢球到达水平面的_____ 质量相同的物体，运动的速度越____，动能越大
钢球的质量
钢球的速度
速度
大
探究问题 操作过程图示 控制变量 实验操作 实验结论
探究动能的大小与物体质量的关系 控制______ _____不变，改变______ ____，比较木块移动的距离s2、s3 让质量不同的钢球从同一高度由静止释放，控制钢球到达水平面的____相同 运动速度相同的物体，质量越_____，动能越大
钢球的
速度
钢球的质量
速度
大
例　小明所在的实验小组在“探究影响动能大小的因素”实验中，准备的器材有：质量分别为m、2m的两个钢球、木块和斜面等．实验过程如图甲、乙、丙所示.
(1)(提出猜想)(2021天津)由“十次车祸九次快”可猜想：汽车的动能可能跟_____有关；由“安全驾驶莫超载”可猜想：汽车的动能可能跟_____有关.
一题多设问
速度
质量
设计与进行实验
(2)实验中通过观察木块被钢球推动______的大小来判断钢球动能的大小，这种研究问题的方法叫________.
(3)探究动能与质量的关系时，让质量不同的两个钢球从斜面同一高度滚下的目的是保证两球到达水平面时具有相同的______.
距离
转换法
速度
(4)下表是小明设计的探究动能与速度关系的数据记录表格，请将表中所空缺的内容补充完整.
实验序号 钢球的质量m/g __________________________ _______________________________
1
2
3
钢球由静止释放的高度h/cm
木块滑行的距离s/cm
分析数据和现象，总结结论
(5)利用甲、乙两图探究的是物体的动能与______的关系，根据实验现象初步得出的结论是：当质量一定时，物体的__________，动能越大．
(6)比较图________，得出的结论是：当速度一定时，物体的质量越大，动能越大．
速度
速度越大
甲、丙
分析与评估
(7)(2022攀枝花改编)同组的小丽根据乙、丙两图得出结论，物体的动能大小与质量有关，她的结论是否正确？______(选填“正确”或“错误”)，理由是_________________________________.
(8)(2022 苏州改编)小明在探究动能与速度的关系时，木块被撞击后移动的距离差异较小， 实验现象不明显，为确保实验有较明显的现象， 可行的一种方案是___________________．
错误
没有控制钢球撞击木块前的速度相同
增大钢球下滑的高度
(9)实验结束后，同组的小金在探究动能大小与速度的关系时，拿走了木块，在水平木板上铺上毛巾，通过比较钢球在毛巾面上滚动的距离，也得出了正确的结论，你认为他的方案是否合理：_____，理由是________
__________________________________________________________________________________.
合理
接触面的粗糙程度相同，钢球克服摩擦力做功，可以用钢球在毛巾表面滚动的距离来体现动能的大小
创新设问
(10)(装置改进)(2023雅安改编)另一同学用图丁所示的方法探究动能的大小与速度的关系，他将相同质量的小球从不同高度(h2>h1)由静止开始释放，通过观察木块在铁板和毛巾上滑行的距离来判断小球动能的大小，这种方法是_____(选填“正确”或“错误”)的，你判断的依据是___________
_________________________．
错误
实验中没有控制水平面的粗糙程度相同
图丁
实验装置变式
变式1　(2023镇江改编)利用图丁装置可探究阻力对物体运动的影响，请你利用图中装置设计一个实验方案：_______________________________
_________________________________________．
将相同质量的小球从相同高度由静止释放，观察木块在铁板和毛巾上滑行的距离
图丁
变式2　(装置拓展)(2022本溪)同组的小强设计了如图所示的方案：用同一个钢球两次将同一弹簧压缩到不同程度，两次实验弹簧具有的弹性势能______(选填“相同”或“不同”)．放手后将钢球弹出去撞击放在同一位置的木块时的速度也不同，从而验证了动能与速度的关系．接着让质量不同的两个钢球两次将同一弹簧压缩到相同程度，放手后将钢球弹出去撞击放在同一位置的木块，这样做______(选填“能”或“不能”)验证动能与质量的关系，你判断的依据是_____
_____________________________________.
不同
不能
弹簧
的弹性势能相同，转化为钢球的动能相同

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