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(共35张PPT)
第九章　功和机械能
课标链接 1.结合实例,认识功的概念。(物理观念)
2.知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。(物理观念)
3.知道动能、势能和机械能。(物理观念)
4.通过实验,了解动能和势能的相互转化。(物理观念)
5.举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。(物理观念)
6.知道功和功率,用生活中的实例说明功和功率的含义。(科学思维)
必备知识夯基础
考点 1
功
考点清单
1.功的定义和功的计算
做功的两 个必要因素 一是力作用在物体上,二是物体在力的方向上移动距离
定义 功等于力和物体在力的方向上移动的距离的乘积
单位 焦耳,符号J
公式 W=Fs
2.常见不做功的三种情况
示意图 没有力,有距离 有力,没有距离
有力,也有距离
特点 物体在运动方向上不受力,因惯性而动 物体受力,但静止 有力有距离,力的方向与距离的方向垂直
举例 踢出去的足球,脚对球不做功 推而未动,搬而未起 人提水桶水平前进,提水桶的力和水桶受到的重力不做功
考点 2
功率
物理 含义 功率用来表示做功的快慢。功率越大,表示做功越快 ①功率的大小由做功多少和做功时间的长短共同决定,在分析问题时,不能认为做功多的物体功率就大,因为做功时间不确定;也不能认为做功时间短的物体功率就一定大,因为做功的多少不确定。功率大,表示该物体做功快,并不表示它做功一定多,做功的多少还跟做功的时间有关
②定义式P=适用于各种情况下功率的计算,它算出的是平均功率,有时也用其变形式W=Pt来计算功的大小
③推导式P=Fv算出的是瞬时功率
定义 功与做功所用时间之比叫作功率 公式 定义式 P= 推导式 P=Fv(用此公式计算,必须采用国际单位制) 数值 与 单位 功率在数值上等于单位时间内物体所做的功。国际单位制中,功率的单位是瓦特(W),1 W=1 J/s, 1 kW=103 W
特别提示　(1)推导:将W=Fs和v=代入P=得到,P==Fv。
(2)P=中,W表示功,单位是J;t表示时间,单位是s,所以1 W=1 J/s。P=Fv中,F表示力,单位是N;v表示速度,单位是m/s。
(3)由P=Fv可知:功率一定时,力F与速度v成反比,例如汽车上坡时减小速度可以获得较大的牵引力。
考点 3
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,单位为
焦耳,符号为J。
2.动能与势能
类型 动能 势能 重力势能 弹性势能
产生原因 运动 受到重力、处在一定高度 发生弹性形变
影响因素 物体的质量、运动的速度 物体的质量、所处的高度 物体发生弹性形变的程度
3.机械能
(1)定义:动能和势能统称为机械能。
(2)转化:动能和势能可以相互转化。
(3)机械能守恒:如果只有动能和势能的相互转化,尽管动能和势能的大小会变化,但机械能的总和不变,或者说,机械能是守恒的。
教材素材再利用
1.某位选手射箭比赛时的照片如图所示,她拉弯的弓具有弹性势能,弓拉得越弯,离弦后箭的动能就越大。
2.如图所示,蹦床运动中运动员从高处下落过程中重力势能转化为动能;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弹性势能。
考向突破增知能
考向 1
功和功率的理解及相关计算
命题角度
例1某老旧小区改造工地,工人用起重机将重1.2×104 N的施工材料匀速吊上6 m高的工作台,用了10 s。施工材料上升的速度是　　　 m/s;起重机对施工材料做功　　　 J,做功的功率是　　　 W。
答案:0.6　7.2×104　7.2×103
解析:施工材料上升的速度是v==0.6 m/s;起重机对施工材料做功为W=Gh=1.2×104 N×6 m=7.2×104 J;做功的功率是
P==7.2×103 W。
对应练1某同学把装有20个鸡蛋的塑料袋从1楼提到3楼,他提鸡蛋的力做的功最接近于(　　)
A.6 J B.30 J
C.60 J D.90 J
答案:C
考向 2
机械能及其转化
例22023年5月10日,天舟六号货运飞船成功发射,如图所示。天舟六号加速升空过程中,关于能量变化,下列说法正确的是(　　)
A.重力势能增大,动能增大
B.重力势能减小,动能减小
C.重力势能增大,机械能减小
D.重力势能减小,机械能不变
答案:A
方法归纳　判断动能、势能及机械能大小的方法

对应练2某同学掷出的实心球的运动轨迹如图所示,O点是实心球刚离开手时的位置,A点是实心球运动到最高点时的位置,B点是实心球落地前瞬间的位置,不计空气阻力,下列说法正确的是(　　)
A.实心球在最高点A时,动能为零
B.实心球从O点运动到A点的过程中,动能转化为重力势能
C.实心球从O点运动到B点的过程中,动能先增大后减小
D.实心球在O点的机械能大于在B点的机械能
答案:B
实验突破
探究物体的动能跟哪些因素有关
试验点
【设计与进行实验】
1.钢球与木块中,选择钢球从斜面滑下的原因:减小摩擦阻力对实验的影响
2.实验中使钢球从同一位置释放的目的:使钢球到达斜面底端的速度相等
3.转换法的应用:通过木块被推动距离的远近反映动能的大小
4.控制变量法的应用
(1)探究动能大小与质量的关系:质量不同的两钢球,从斜面同一位置由静止释放,使钢球在撞击水平面上的木块时速度相同,观察木块被推动的距离
(2)探究动能大小与速度的关系:同一钢球,从斜面不同高度由静止释放,使钢球在撞击水平面上的木块时速度不同,观察木块被推动的距离
【分析现象与数据,总结结论】
5.根据实验现象,总结实验结论
6.表格数据的计算与分析,总结实验结论
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,它的动能也越大
【交流与反思】
7.实验操作的易错之处:没有控制变量
8.钢球从斜面释放运动到水平面的过程中机械能的转化:重力势能转化为动能
9.钢球与木块碰撞后在水平面上运动一段距离停下来,此过程中能量的转化:动能转化为内能
10.木块在水平面上最终会停下来的原因:受到摩擦力的作用
11.实验推理与假设:当水平面绝对光滑,钢球将一直做匀速直线运动
12.实验的评估与改进
13.实验结论在生活中的应用
例题学完动能知识后,小亦同学用如图所示装置模拟汽车超速带来的安全隐患,甲、乙两图中的小车、斜面、木板、木块均完全相同。
(1)实验中,通过比较小车推动木块距离的远近,来判断小车动能的大小,这种研究方法叫　　　　　法。
(2)由图中实验现象得到的结论是 　 。
答案:(1)转换
(2)质量相同的物体,速度越大,动能越大
多维训练培素养
1.小明在坐校车上学时想到一些问题,正确的是(　　)
A.座椅上安全带做得较宽,是为了减小对人的压力
B.以行驶的校车为参照物,路旁的树木是静止的
C.校车在平直的路面上行驶,重力对校车没有做功
D.小明对座椅的压力与座椅对小明的支持力是一对平衡力
答案:C
2.关于排球运动中涉及的物理知识,下列说法正确的是(　　)
A.运动员发球时,手对球的力大于球对手的力
B.将球发出后,球在空中运动过程中手对球做功
C.排球被垫起后,向上运动过程中,速度减小,惯性不变
D.运动员大力扣球,排球落地后弹起的高度一定低于扣球点
答案:C
3.【跨学科试题】小刚在中考体育测试中投掷铅球的过程示意图如图所示,铅球在b点离手,c点是铅球运动的最高点,d点是铅球运动的最低点,整个过程中,若不计空气阻力,下列说法错误的是(　　)
A.在a到d的过程中,铅球相对于地面是运动的
B.在b到d的过程中,铅球的机械能先增加后减少
C.在c到d的过程中,铅球的重力势能转化为动能
D.在a到b的过程中,小刚对铅球做了功
答案:B
4.2024年国际乒联釜山世界乒乓球锦标赛女子团体决赛中,中国队3比2战胜对手,夺得冠军。在比赛中,关于乒乓球的下列分析正确的是(　　)
A.球拍给球的力大于球给球拍的力
B.由于惯性,球在空中向前飞行
C.以飞旋乒乓球为参照物桌面是静止的
D.下落时球的动能转化为重力势能
答案:B
5.某次蹦极运动的精彩瞬间如图所示,若一游客绑上安全绳之后从平台上由静止开始下落,则从开始下落至第一次到达最低点的过程中,游客的(　)
A.动能一直增大
B.重力势能一直减小
C.机械能保持不变
D.机械能一直增大
答案:B
6.某架无人机重330 N,在一次试飞中从高空竖直下降1 000 m,无人机所受重力做的功为　　　　 J,在此过程中无人机的重力势能将　　　　。
答案:3.3×105　减小
7.(2025·贵州安顺模拟)如图所示,某人用力将一重为20 N的小木块沿着长为5 m、高为2 m的斜面从底端匀速拉到顶端。若木块与斜面间的摩擦力为10 N,则人施加的力所做的功为　　　　 J。
答案:90
8.塔吊吊起重物,在竖直方向匀速上升时,若以地面为参照物,则此重物是
　　　　(选填“运动”或“静止”)的。若钢丝绳对重物的拉力为1×104 N,重物运动的距离为40 m,重物上升的这段时间共花费50 s,则拉力做的功为　　 　　,功率为　　　　　　。
答案:运动　4×105 J　8 000 W
9.渣土车因“多拉快跑”而引发的交通事故时有发生,引起了交通管理部门的高度重视。小彤设计了如图所示的实验来模拟汽车超速、超载带来的危害,通过电磁铁的控制,让质量分别为m1和m2(m1(1)分析甲、乙两图可知,图　　　　(选填“甲”或“乙”)中的小钢球在刚到达水平面时的速度更大。
(2)比较甲、乙两图可知,在　　　一定时,小钢球的　　越大,动能越大。
(3)比较　　　　两图可以模拟汽车超载带来的危害。
(4)假如你是一名汽车驾驶员,请你从物理学的角度谈谈在安全行车方面需要注意哪些事项:　 。
答案:(1)乙　(2)质量　速度　(3)乙、丙
(4)不超载行驶,不超速行驶
10.(2025·贵州中考)如图所示,一木块在水平桌面上沿直线从A点滑行至B点刚好停止,已知木块在A点时的动能为60 J。小明设想:若不计空气阻力,我提供60 J的能量全部用来推动木块做功,就可以用下列两种方式将木块沿原路推回A点。
方式一:用水平推力从B点推动木块,使其达到某一速度后,保持这一速度推动至A点;
方式二:用水平推力从B点推动木块,使其运动一段距离后,撤去推力,木块能滑行至A点。
请分别判断小明设想的这两种方式是否可行,说明理由。
答案:方式一不可行,方式二可行。理由:木块在水平桌面上沿直线从A点滑行至B点刚好停止,已知木块在A点时的动能为60 J,则木块在A、B两点间运动需要克服阻力做功60 J。
方式一中,用水平推力从B点推动木块,使其达到某一速度后,保持这一速度推动至A点,则到达A点时木块速度不为零,动能不为零,则推动木块做功需要大于60 J,所以方式一不可行;方式二中,用水平推力从B点推动木块,使其运动一段距离后,撤去推力,木块能滑行至A点,克服阻力做功不变,仍为60 J,所以推动木块做功为60 J,所以方式二可行。
11.我国自行研制的两栖坦克具有陆地和水下行驶两种功能,该坦克质量约为25 t,体积约为20 m3。某次测试中坦克以400 kW的恒定功率在水下
5 min行驶了600 m。ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。
(1)求测试过程中,坦克在水下行驶的平均速度。
(2)求测试过程中,坦克行驶5 min所做的功。
(3)若坦克与水底水平面的接触面积约为4 m2,则坦克对水底的压强约为多少
答案:(1)2 m/s　(2)1.2×108 J　(3)1.25×104 Pa
解析:(1)坦克在水下行驶的平均速度为v==2 m/s。
(2)坦克行驶5 min所做的功为W=Pt=400×1 000 W×5×60 s=1.2×108 J。
(3)坦克受到的浮力为
F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×20 m3=2×105 N
坦克所受的重力为G=mg=2.5×104 kg×10 N/kg=2.5×105 N
坦克对水底的压力为F=G-F浮=2.5×105 N-2×105 N=5×104 N
坦克对水底的压强为p==1.25×104 Pa。

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