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2024浙江省中考科学
复习课件
第19讲　机械能　功和功率
动能(九上教材P76)
1．动能是物体由于_______而具有的能量。
2．动能的大小与物体________及物体运动的_________有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越_______；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越_______。
运动
质量
速度
大
大
势能(九上教材P77)
1．重力势能：物体由于________而具有的能量叫做重力势能。
弹性势能：物体由于________________而具有的能量叫做弹性势能。
2．重力势能的大小与物体的______及物体所处的______有关。
3．弹性势能的大小跟物体的材料以及_______________的程度有关，物体发生的弹性形变越大，物体具有的弹性势能就越______。
被举高
发生弹性形变
质量
高度
发生弹性形变
大
机械能的相互转化(九上教材P79)
1．大量事实表明，动能和势能可以相互_______。
如：单摆，将摆锤拉到一定的高度后放手，摆锤在向下摆动的过程中___________转化为_________，在摆锤摆过中点后向上摆动的过程中_________转化为_____________。(如图所示，不计能量损失)
转化
重力势能
动能
动能
重力势能
2．物体的动能、势能转化如下：(机械能守恒，不计能量损失)
3．机械能守恒
动能和势能统称为____________。如果没有摩擦等阻力，那么在势能和动能的相互转化中，机械能的总量保持_________，即机械能守恒。
机械能
不变
4．如果存在摩擦阻力，动能和势能在相互转化的过程中，机械能的总量会减少。减少的机械能转化为摩擦产生的______能。
内
机械功(九上教材P82)
1．定义：如果物体受到____的作用，并且在这个____________通过了一段距离，我们就说这个力对物体做了功。
2．做功的两个必要因素：___________________和___________
________________________。
力没有做功的三种情况：a.物体受到力的作用，但没有移动距离；b.物体不受外力，由于惯性做匀速直线运动；c.物体通过的距离与受到的力的方向垂直。
3．功的单位：_______，简称焦，符号是J。1焦＝1N·m。
力
力的方向上
作用在物体上的力
物体在力的方向上通过一段距离
焦耳
4．功的计算
公式：功＝力×距离，即W＝_______。(F表示力，单位是____，s表示物体在力的方向上移动的距离，单位是____)。
Fs
N
m
功率(九上教材P85)
1．定义：单位时间内做的功叫功率。
2．意义：功率是用来描述物体_____________的物理量。功是能量转化的_______，所以做功快慢也就是能量转化的快慢。因此，功率是表示能量转化快慢的物理量。
3．功率的单位：________，简称瓦，符号是W。
做功快慢
量度
瓦特
注意：
1．功率表示物体做功的快慢，而不是做功的多少，做功多功率不一定大。
2．汽车行驶在平坦的柏油路面时，需要的牵引力F较小，时速就可大些；在不平坦的路面行驶或上坡时，需要的牵引力较大，就必须改用低速行驶。
1．机械能的相互转化
能根据动能、重力势能、弹性势能定义予以识别，知道动能大小跟质量、速度的定性关系；重力势能大小与质量、举高高度的定性关系；弹性势能与弹性形变的定性关系。由于机械能为动能与势能之和，所以机械能的变化有时可通过比较物体变化前后两种状态的动能与势能之和来判断，有时可直接判断过程中是否受到摩擦阻力等。
例1　图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E点。图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，则过山车的动能在______点最大，B点重力势能的大小__________(选填“大于”“小于”或“等于”)E点动能的大小。在这个过程中，过山车的机械能是_________(选填“变化”或“不变”)的。
C
等于
变化
变式1－1　(2023，温州)如图是滚摆完成一次下降和上升的示意图。该过程中，滚摆处于甲、乙位置时( )
A．重力势能不同，动能相同
B．重力势能不同，动能不同
C．重力势能相同，动能相同
D．重力势能相同，动能不同
D
变式1－2　如图，弹簧下端悬挂一个实心小球，用手托住小球，小球静止在A点，此时弹簧处于自然长度。释放小球，小球向下运动到最低点B(不超过弹簧弹性限度)，小球从A点运动到B点的过程中，下列说法正确的是( )
A．小球的重力势能一直在减少，动能一直在增加
B．小球减少的重力势能全部转化为动能
C．弹簧的弹性势能不断增大
D．小球运动到B点时，重力势能最小，动能最大
C
2．功是能量转化的量度
做功的实质就是能量转化的过程。物体做了多少功，就有多少能量转化为其他形式的能。因此当我们不便或不能直接求解能量时，可将所求能量转换为通过判断功的大小来实现。
例2　(2023，丽水改编)2023年，广交会上展出的可骑行电动行李箱，受到许多客商的欢迎。某品牌电动行李箱的部分参数如下表。质量为50千克的测试者坐在空行李箱上(如图)，以最大速度在展厅匀速直线骑行20秒，骑行时所受阻力是总重的0.04倍。(g取10牛/千克)
(1)测试者在20秒内骑行的路程为_______米。
部分参数
最大速度 3米/秒
空箱质量 10千克
轮子与地面的总接触面积 0.003米2
60
(2)求测试者坐在电动行李箱上时，行李箱对水平地面的压强。
(3)求测试过程中电动行李箱克服阻力做的功。
变式2－1　如图甲所示，物体在水平拉力F的作用下由静止沿粗糙水平面向右运动，0～6 s拉力随时间变化的规律如图乙，速度随时间变化的规律如图丙，则在2～4 s，物体克服摩擦力所做的功为( )
A．10 J　　　 B．30 J　　　 C．50 J　　　 D．80 J
B
变式2－2　(2020，咸宁)如图所示，质量为50 kg的同学在做仰卧起坐运动。若该同学上半身的质量约为全身质量的，则他上半身的重力约为_____N，他在一段时间内做了40个仰卧起坐，每次上半身重心上升的距离均为0.3 m，则他在这段时间克服重力做的功约为______J。
300
3600
3．应用功率公式进行计算
例3　小华和妈妈去超市购物，他们将17 kg物品放在小推车中推行，小推车在某段时间内速度v随时间t变化的关系图像如图所示。已知小推车重130 N，所受阻力是总重的0.15倍。(g取10 N/kg)
(1) 0～10 s，水平推力_________(选填“大于”“小于”或“等于”)阻力，阻力大小为________N。
(2)10～20 s，水平推力做了多少功？
(3)10～20 s，水平推力的功率多大？
大于
45
变式3　学完《功率》一节后，老师布置了一项实践性作业：利用生活中的测量工具，设计一种测量自己上楼功率的方案。请补充未完成的步骤(需要测量的物理量用相应的字母表示)：
(1) _____________________________。
(2)用皮尺测出所上楼梯的总高度h。
(3)______________________________。
(4)上楼功率的表达式P＝__________(g值用该字母表示即可)。
用台秤测出自身的质量为m
用秒表测量出上楼所用的时间t
机械能转化及守恒
1．如图是雨滴在空中下落过程中速度与时间的关系图。雨滴在t1～t3三个时刻中具有的动能分别是E1、E2、E3，不考虑下落过程中雨滴的质量变化，则动能的大小关系是( )
A．E1＜E2＜E3　　　　
B．E1＞E2＞E3
C．E1＜E2＝E3
D．E1＝E2＜E3
C
2．(2021，绍兴)滑板是深受青少年喜欢的一项体育运动。如图是U形滑台和运动员姿势的简化示意图。运动员在滑台A处由静止自由下滑，不计滑台摩擦和空气阻力，仅依靠滑行过程中运动员姿势的自然(不用力)变化，最有可能滑到滑台C处的是( )
B
3．如图，弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上，a是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b是弹簧原长时小球的位置，c是小球到达最右端的位置。(整个过程中忽略空气阻力)
(1)从a运动到b的过程中小球的机械能________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)从b到c的过程中，小球的动能转化为弹簧的____________。
(3)小球从a运动到c的过程中，在______(选填“a”“b”或“c”)位置速度最大。
弹性势能
变大
b
4．(2022，杭州)如图所示为蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端系在运动员双脚上，另一端固定在跳台O点。运动员由静止开始自由下落，A点处弹性绳正好处于原长；B点处运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等；C点处是蹦极运动员到达的最低点。(整个过程忽略空气阻力，弹性绳的自重不计)
(1)从O点到A点的过程中，运动员的机械能________(选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”)。
(2)从A点到C点的过程中，弹性绳的弹性势能__________(选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”，下同)；运动员的动能__________________。
先增大后减小
增大
不变
判断力是否做功
5．以下四幅图中，克服物体重力做功的是( )
C
6．在台球比赛中，选手推动球杆撞击白球，白球发生运动后碰撞其他球。以下说法正确的是( )
A．在水平桌面滚动的球受到了重力，重力对它做了功
B．手推动球杆前进时，手对球杆做了功
C．桌面对球的支持力做了功
D．白球撞击黑球后没有静止，是因为人的手还在对白球做功
B
功、功率相关判断
7．(2022，杭州)现有甲、乙、丙三个质量不同的物体(m甲>m乙>m丙)，在相等的恒力F作用下，分别在水平方向、沿斜面向上、竖直方向通过了相等的距离s，如图所示。F在三种情况下做的功分别为W甲、W乙、W丙，三者大小判断正确的是( )
A．W甲>W乙>W丙　　 B．W甲C．W甲＝W乙＝W丙 D．W甲＝W乙C
8．(2020，温州)科学中常用数学方法来表示某些量的关系。下列图像中能用阴影面积表示相应量的是( )
B
　 功、功率相关计算
9．(2022，湖州)甲物体放在粗糙程度不变的水平地面上，在大小为6牛的水平推力F作用下，向右做速度为5米/秒的匀速直线运动，如图所示(忽略空气阻力)。下列叙述中，错误的是( )
A．甲物体在竖直方向上受到重力和支持力的作用
B．甲物体受到水平向左的摩擦力大小为6牛
C．当F的大小为6牛时，做功的功率为30瓦
D．当F的大小为10牛时，甲物体将做速度大于5米/秒的匀速直线运动
D
10．跳绳是大家喜爱的体育运动之一，小金的质量为50千克，每次跳起高度约为6厘米(人整体上升，如图所示)，一分钟跳100次，下列说法正确的是( )
A．向上起跳过程中小金的动能持续增大
B．在整个跳绳过程中小金的机械能守恒
C．小金跳一次克服重力做功约3焦
D．小金一分钟跳绳的功率约为50瓦
D
11．(2021，杭州)如图所示，为两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为m的物体从左侧圆弧槽A点由静止释放，最高到达右侧圆弧槽B点处，然后再次滑下，最高到达左侧圆弧槽C点处，其中A、B两点距离水平面的高度分别为H、h。(忽略空气阻力)
(1)物体从A点滑到水平面时，重力所做的功为_______。
(2)物体从A点滑到B点的过程中，损失的机械能转化为物体内能的效率为η，则物体到达B点时温度升高了________________。
(物体比热容用c表示)
(3)C点距离水平面的高度为_________。
mgH
2h－H
12．如图甲所示，有一半径为R的光滑的1/4圆弧槽与一粗糙的水平面相连接，将质量为m的物体从斜槽顶端由静止释放，停下后测出物块在水平面上滑行距离为s1。图乙中有一个半径为R的粗糙的1/4圆弧槽与和图甲中同样粗糙的水平面相连接，将图甲中质量为m的物体也从图乙中斜槽顶端由静止释放，停下后测出物块在水平面上滑行距离为s2。求：
(1)图甲中重力对物体做的功W＝__________。
(2)图乙中物体在水平面上的摩擦力f＝__________。
mgR
mgR/s1
(3)乙中物体在粗糙的1/4弧槽上运动这段时间，若克服摩擦力做的功全部转化为内能并被该物体吸收，则物体上升的温度为___________________。(物体比热为c)
gR(s1－s2)/cs1
13．随着科技的发展，智能机器人逐渐应用于宾馆、医院、车站等公共场所。某品牌消毒机器人部分参数如下表：(g取10牛/千克)
请分析计算下列问题。
(1)该机器人以运行速度匀速行驶5分钟，行驶的路程有多少米？
××牌消毒机器人
项目 参数
机身自重/千克 80
运行速度/(米/秒) 1
(2)若该机器人装载8千克消毒液并静止在水平地面上，与地面接触的总面积为0.008米2，此时机器人对地面的压强有多大？
(3)该机器人在粗糙程度相同的水平地面上，以运行速度做匀速直线运动，若电池的输出功率为140瓦，克服摩擦力做功的功率占电池输出功率的35%，则该机器人受到的摩擦力多大？
探究物体动能大小与哪些因素有关
一、提出问题
物体动能大小与哪些因素有关？
二、建立猜想
物体动能的大小可能与物体的质量、物体的运动速度有关。
三、实验设计与实施
实验1：探究动能的大小与物体运动速度的关系
改变：物体运动的速度
控制：______________相同
操作：
让______物体分别从斜面上不同高度处，由静止开始沿斜面滚下，比较木块被物体推出的距离s。
物体的质量
同一
实验2：探究动能的大小与物体质量的关系
改变：物体的质量
控制：________________相同
操作：
让___________________________________________________
________________，比较木块被物体推出的距离s。
物体运动的速度
不同质量的物体分别从斜面上相同的高度处由静止开始沿斜面滚下
物体动能大小与物体质量有关
物体动能大小与物体运动速度有关
四、分析数据和现象
实验1：若高度越高，s越大，则表明________________________________________。
实验2：若质量越大，s越大，则表明__________________________________________________。
五、得出结论
物体动能的大小与物体的质量和运动速度有关。
实验1：质量相同的物体，运动速度________，它的动能越大。
实验2：运动速度相同的物体，质量越大，它的动能________。
越大
越大
六、交流与反思
1．若水平面绝对光滑，能否达到实验探究的目的________(选填“能”或“不能”)，理由：___________________________________________________________。
2．实验改进
(1)木块被撞后滑出木板的改进措施：
A．换用更长的水平木板进行实验；
B．减小物体的质量；
C．增加水平木板的粗糙程度；
D．减小物体下滑的高度。
不能
木块被推出的距离无法确定，物体动能的大小无法比较
(2)木块质量较大，确保实验仍有较明显的现象的方法：
___________________________。
增大物体下滑的高度
【例】　科学小组的同学认为车祸的危害程度与汽车的动能大小有关，于是他们进行了如下探究：
【提出问题】汽车的动能大小跟什么因素有关？
【猜想假设】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。
速度
质量
【进行实验】他们做了如图所示的三次实验：用金属球模拟汽车，让金属球从斜槽的某一高度由静止开始滚下，碰到水平面上的物块，将物块撞出一段距离。物块被撞击得越远，说明金属球到达水平面时的动能就越_______。
【分析论证】分析甲、丙两图的实验现象，可以初步得到的结论是_________________________________________________。
【实践应用】用甲、乙两图的实验现象所得到的结论，可以解释汽车___________(选填“超载”或“超速”)行驶时危险性大的原因。
大
质量一定时，物体的速度越大，动能越大
超载

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