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第十一讲　功和机械能
功
1.功
（1）定义：如果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：一个是作用在物体上的　力　；另一个是物体　在这个力的方向　上移动了距离。（必须同时满足，缺一不可）
（3）人对物体不做功的三种情况
情况 缺力无功 不动无功 垂直无功
特点 物体在水平方向上不受力，因为惯性而动 物体受力，但未动 有力且运动，但力的方向与物体运动的方向垂直
举例 射出去的箭 推物体，但物体未动 提水桶水平前进
2.功的计算
（1）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　。W表示功，单位是焦耳（J）；F表示力，单位是牛（N）；s表示物体在力的方向上移动的距离，单位是米（m）。
功率
1.定义：功与做功所用　时间　之比叫作功率。它在数值上等于　单位时间内　所做的功。
2.物理意义：在物理学中，用功率表示做功的快慢。功率越大，表示做功越快。
3.公式：P＝　　。P表示做功的功率，单位是瓦特（W）；W表示做的功，单位是焦耳（J）；t表示做功所用的时间，单位是秒（s）。推导式：物体在力F的作用下，以速度v做匀速直线运动时，由W＝Fs得，P＝＝＝Fv。
4.单位换算：1kW＝　103　W。
动能和势能
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：　焦耳　，符号：　J　。
【知识拓展】　功与能量的关系：一个物体能够做的功越多，表示这个物体具有的能量越大。
2.动能和势能
动能 势能
重力势能 弹性势能
定义 物体由于　运动　而具有的能 物体由于受到重力并处在一定　高度　时所具有的能 物体由于发生　弹性形变　而具有的能
影响 因素 物体的　质量　和　速度　 物体的　质量　和　高度　 物体的　弹性形变程度　
联系 动能和势能在一定条件下可以相互　转化　
机械能及其转化
1.动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
2.机械能之间的相互转化
重力势能动能弹性势能
3.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，但动能和势能的总和　不变　，或者说，机械能是守恒的。
【温馨提示】　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；“在斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。
4.水能和风能：水电站是利用水的重力势能来发电的；风力发电机是利用风的动能来发电的。
功、功率
1.如图所示，下列情境中力对物体做功的是（　A　）
　
A.叉车将货物举高　　B.提着滑板在水平路面上前行
　
C.石头搬而未起 　　D.运动员举着杠铃不动
2.如图所示，一辆卡车在平直公路上匀速行驶，速度为72km/h，发动机的实际功率为180kW，行驶的时间为2h。这个过程中，下列说法正确的是（　B　）
A.发动机做的功为360J
B.卡车的牵引力为9×103N
C.卡车行驶的路程为144m
D.卡车受到的阻力为9×104N
3.在水平地面上，用50N的力沿水平方向拉着重为100N的小车前进5m，拉力做的功等于　250　J，重力做的功为　0　J。
机械能及其转化
4.如图所示，用细线将小钢球悬挂起来，让其在竖直平面内左右摆动。忽略空气阻力，下列关于小钢球运动过程中说法正确的是（　D　）
A.小钢球从A运动到O的过程中，动能转化为势能
B.小钢球从A运动到B的过程中，机械能先增大后减小
C.小钢球摆动过程中，随着位置的改变所受重力的大小和方向也随之改变
D.小钢球摆动到B点时受到的力是非平衡力
5.在一个罐子的底和盖各开两个小洞，将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定，如图所示。做好后将它从不太陡的长斜面上由静止滚下，在罐子向下滚动的过程中，小铁块会将橡皮筋卷紧，罐子的滚动先变快后变慢，直至速度为零；接着罐子又会自动滚上斜面。下列说法正确的是（　C　）
A.罐子滚下斜面的过程中，罐子和铁块的动能转化为重力势能
B.罐子滚到最低处时，罐子和铁块的重力势能全部转化为动能
C.罐子自动滚上斜面时，不可能到达比初始位置更高的位置
D.罐子自动滚上斜面的过程中，速度变化是先变慢后变快
6.某同学组装了如图所示的滚摆，将滚摆从最高处由静止释放，观察到滚摆上下往复运动几次后，最终静止下来。下列说法正确的是（　D　）
A.滚摆下降时，它的动能逐渐变小
B.滚摆上升时，它的动能越来越大，重力势能越来越小
C.滚摆下降时，它的重力势能全部转化为动能
D.滚摆上下往复运动的过程中，它的机械能逐渐减小
　　　
探究物体的动能与哪些因素有关
　如图为某学习小组“探究动能大小与哪些因素有关”的实验操作（步骤甲、乙、丙中小球质量分别为m、2m、3m）。
（1）让小球从同一高度由静止开始滚下，目的是使小球到达水平面时具有相同的　速度　。
（2）实验中通过比较木块B被小球撞击后　移动的距离　来判断小球具有动能的大小，这种方法在物理学中属于　转换法　（选填“控制变量法”或“转换法”）。
（3）小华认为由实验步骤乙和实验步骤丙可以判断动能大小与速度的关系，你认为该观点是　错误　（选填“正确”或“错误”）的，理由是　没有控制小球质量相同　。
（4）通过比较实验步骤　甲　和　乙　可以判断动能大小与物体质量的关系：当物体的速度相同时，物体的质量越大，动能　越大　。
（5）近年来，为减少因车辆刹车失灵造成的危害，许多高速公路设置了紧急避险车道，如图所示，该车道是在公路右侧设一个冲向高处的大斜坡，路面铺上砂砾，车辆遇上紧急刹车失灵可以冲上去，避免惨剧的发生。请从能量转化的角度解释汽车驶入避险车道后迅速减速的原因：汽车冲上斜坡时，　动能　转化成　重力势能　，汽车的速度　减小　。
【拓展设问】
（6）实验中的能量转化：小球从斜面上滚下，从能量角度来看，是　重力势　能转化为动能；木块最终会停下来是因为受到了　阻（或摩擦）　力的作用。在此过程中，木块通过　做功　的方式把动能转化为　内　能。
（7）若实验时木块被撞后滑出木板，为了避免发生这种情况，可进行的操作有：a.换质量较大的木块；b.　换质量较小的小球　；c.换较长的木板等。
（8）若水平面绝对光滑，　不能　（选填“能”或“不能”）达到实验探究的目的，试说明理由：木块将一直做　匀速直线　运动，无法比较运动的距离，不能得出实验结论。
（9）去掉木块并添加毛巾、棉布等器材后，该装置还可以用来探究　阻力对物体运动的影响　。
（10）实验结论的应用：如图所示的交通标志牌是交通管理部门针对不同车型设定的不同的最高速度，原因是运动速度相同的物体，　质量越大　，它的动能越大。第十一讲　功和机械能
功
1.功
（1）定义：如果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：一个是作用在物体上的 ；另一个是物体 上移动了距离。（必须同时满足，缺一不可）
（3）人对物体不做功的三种情况
情况 缺力无功 不动无功 垂直无功
特点 物体在水平方向上不受力，因为惯性而动 物体受力，但未动 有力且运动，但力的方向与物体运动的方向垂直
举例 射出去的箭 推物体，但物体未动 提水桶水平前进
2.功的计算
（1）力学中，功等于 与物体在力的方向上移动的 的乘积。
（2）公式：W＝ 。W表示功，单位是焦耳（J）；F表示力，单位是牛（N）；s表示物体在力的方向上移动的距离，单位是米（m）。
功率
1.定义：功与做功所用 之比叫作功率。它在数值上等于 所做的功。
2.物理意义：在物理学中，用功率表示做功的快慢。功率越大，表示做功越快。
3.公式：P＝ 。P表示做功的功率，单位是瓦特（W）；W表示做的功，单位是焦耳（J）；t表示做功所用的时间，单位是秒（s）。推导式：物体在力F的作用下，以速度v做匀速直线运动时，由W＝Fs得，P＝＝＝Fv。
4.单位换算：1kW＝ W。
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。能量的单位： ，符号： 。
【知识拓展】　功与能量的关系：一个物体能够做的功越多，表示这个物体具有的能量越大。
2.动能和势能
动能 势能
重力势能 弹性势能
定义 物体由于 而具有的能 物体由于受到重力并处在一定 时所具有的能 物体由于发生 而具有的能
影响 因素 物体的 和 物体的 和 物体的
联系 动能和势能在一定条件下可以相互
机械能及其转化
1.动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
2.机械能之间的相互转化
重力势能动能弹性势能
3.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，但动能和势能的总和 ，或者说，机械能是守恒的。
【温馨提示】　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；“在斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。
4.水能和风能：水电站是利用水的重力势能来发电的；风力发电机是利用风的动能来发电的。
功、功率
1.如图所示，下列情境中力对物体做功的是（　A　）
　
A.叉车将货物举高　　B.提着滑板在水平路面上前行
　
C.石头搬而未起 　　D.运动员举着杠铃不动
2.如图所示，一辆卡车在平直公路上匀速行驶，速度为72km/h，发动机的实际功率为180kW，行驶的时间为2h。这个过程中，下列说法正确的是（　B　）
A.发动机做的功为360J
B.卡车的牵引力为9×103N
C.卡车行驶的路程为144m
D.卡车受到的阻力为9×104N
3.在水平地面上，用50N的力沿水平方向拉着重为100N的小车前进5m，拉力做的功等于 J，重力做的功为 J。
机械能及其转化
4.如图所示，用细线将小钢球悬挂起来，让其在竖直平面内左右摆动。忽略空气阻力，下列关于小钢球运动过程中说法正确的是（　D　）
A.小钢球从A运动到O的过程中，动能转化为势能
B.小钢球从A运动到B的过程中，机械能先增大后减小
C.小钢球摆动过程中，随着位置的改变所受重力的大小和方向也随之改变
D.小钢球摆动到B点时受到的力是非平衡力
5.在一个罐子的底和盖各开两个小洞，将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定，如图所示。做好后将它从不太陡的长斜面上由静止滚下，在罐子向下滚动的过程中，小铁块会将橡皮筋卷紧，罐子的滚动先变快后变慢，直至速度为零；接着罐子又会自动滚上斜面。下列说法正确的是（　C　）
A.罐子滚下斜面的过程中，罐子和铁块的动能转化为重力势能
B.罐子滚到最低处时，罐子和铁块的重力势能全部转化为动能
C.罐子自动滚上斜面时，不可能到达比初始位置更高的位置
D.罐子自动滚上斜面的过程中，速度变化是先变慢后变快
6.某同学组装了如图所示的滚摆，将滚摆从最高处由静止释放，观察到滚摆上下往复运动几次后，最终静止下来。下列说法正确的是（　D　）
A.滚摆下降时，它的动能逐渐变小
B.滚摆上升时，它的动能越来越大，重力势能越来越小
C.滚摆下降时，它的重力势能全部转化为动能
D.滚摆上下往复运动的过程中，它的机械能逐渐减小
　　　
探究物体的动能与哪些因素有关
　如图为某学习小组“探究动能大小与哪些因素有关”的实验操作（步骤甲、乙、丙中小球质量分别为m、2m、3m）。
（1）让小球从同一高度由静止开始滚下，目的是使小球到达水平面时具有相同的 。
（2）实验中通过比较木块B被小球撞击后 来判断小球具有动能的大小，这种方法在物理学中属于 （选填“控制变量法”或“转换法”）。
（3）小华认为由实验步骤乙和实验步骤丙可以判断动能大小与速度的关系，你认为该观点是 （选填“正确”或“错误”）的，理由是 。
（4）通过比较实验步骤 和 可以判断动能大小与物体质量的关系：当物体的速度相同时，物体的质量越大，动能 。
（5）近年来，为减少因车辆刹车失灵造成的危害，许多高速公路设置了紧急避险车道，如图所示，该车道是在公路右侧设一个冲向高处的大斜坡，路面铺上砂砾，车辆遇上紧急刹车失灵可以冲上去，避免惨剧的发生。请从能量转化的角度解释汽车驶入避险车道后迅速减速的原因：汽车冲上斜坡时， 转化成 ，汽车的速度 。
【拓展设问】
（6）实验中的能量转化：小球从斜面上滚下，从能量角度来看，是 能转化为动能；木块最终会停下来是因为受到了 力的作用。在此过程中，木块通过 的方式把动能转化为 能。
（7）若实验时木块被撞后滑出木板，为了避免发生这种情况，可进行的操作有：a.换质量较大的木块；b. ；c.换较长的木板等。
（8）若水平面绝对光滑， （选填“能”或“不能”）达到实验探究的目的，试说明理由：木块将一直做 运动，无法比较运动的距离，不能得出实验结论。
（9）去掉木块并添加毛巾、棉布等器材后，该装置还可以用来探究 。
（10）实验结论的应用：如图所示的交通标志牌是交通管理部门针对不同车型设定的不同的最高速度，原因是运动速度相同的物体， ，它的动能越大。

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