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(共25张PPT)
第21讲　机械能　功和功率
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，它的动能越_______。
3．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。
4．重力势能的大小与物体的_________及物体所处的_________有关。
5．弹性势能的大小跟物体的材料以及______________________的大小有关。在弹性限度内，弹性形变越大，物体的弹性势能就越________。
运动
质量
速度
大
大
被举高
发生弹性形变
质量
高度
物体发生弹性形变
大
动能和势能
1．(2025，绍兴模拟)如图所示为我国长征八号运载火箭升空时的画面。在火箭加速升空的过程中，下列说法正确的是( )
A．动能增大，重力势能增大
B．动能增大，重力势能减小
C．动能减小，重力势能增大
D．动能不变，重力势能增大
A
1．大量事实表明，动能和势能可以相互________。
如：单摆(如图所示)，将摆锤拉至一定的高度后放
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_______________。
2．机械能守恒
动能和势能统称为___________。如果没有摩擦阻力，那么在势能和动能的相互转化中，机械能的总量保持不变，即机械能守恒。
3．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。
转化
重力势能
动能
动能
重力势能
机械能
动能和势能的相互转化
内
2．(2025，衢州一模)小科在操场上将一篮球抛出，篮球被抛出后的运动轨迹如图所示，a、c两点处于同一高度。则下列判断中正确的是( )
A．篮球由a到b时，动能增大
B．篮球在b点时的机械能最大
C．篮球在a、c两点时动能相等
D．篮球由c到d时，机械能减小
D
1．定义：如果物体受到_______的作用，并且在___________________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＝1 牛·米。
4．功的计算
公式：功＝力×距离，即W＝_______(定义式)。
W＝Gh(克服重力做功) W＝fs(克服摩擦力做功)
W＝Pt(已知功率和做功时间求功)
力
这个力的方向上
作用在物体上的力
物体在力的方向上通过的距离
焦耳
Fs
功
3．(2025，诸暨模拟)如图所示，某同学用大小相等的拉力F，将木块从水平面拉上斜面，拉力方向和运动方向始终一致，若AB＝CD，则下列说法正确的是( )
A．AB段拉力做功较多
B．CD段拉力做功较多
C．AB段与CD段拉力做的功一样多
D．水平面和斜面的粗糙程度未知，无法判断
C
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，功率也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。
4．功率的计算
公式：_________。推导式：由W＝Fs可得，
做功快慢
量度
瓦特
功率
【备考补充】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。
4．如图所示，质量为50 kg的小宁同学在做仰卧起坐运动。若他上半身的质量为全身质量的五分之三，他在1 min中内做了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1 min内克服重力做的总功W和相应的功率P约为(g取10 N/kg)( )
A．W＝6000 J，P＝100 W
B．W＝600 J，P＝10 W
C．W＝3600 J，P＝60 W
D．W＝360 J，P＝6 W
C
探究物体的动能与哪些因素有关
一、实验器材：质量不同的小钢球、斜面、木块
二、实验方法
1．控制变量法
(1)探究动能与质量的关系时，需保持小钢球撞击木块的速度相同(或“达到水平面的速度相同”)。
探究动能与________的关系
探究动能与________的关系
速度
质量
控制小钢球到达水平面的速度相同的方法是：让质量不同的小钢球从同一斜面的______________________。
(2)探究动能与速度的关系时，要控制小钢球的质量相同。
改变小钢球到达水平面的速度的方法是：让质量相同的小钢球从同一斜面的______________________。
2．转换法：动能大小是通过___________________________来判断的。
三、实验结论
1．结论一：质量相同的物体，物体运动的速度越大，它的动能_________。
2．结论二：运动速度相同的物体，物体的质量越大，它的动能_________。
四、实验交流
1．本实验的研究对象：____________。
同一高度静止下落
不同高度静止下落
木块被撞击后移动的距离
越大
越大
小钢球
2．实验中斜面的作用：使小钢球获得在水平面上的速度。
3．在研究动能大小和质量大小的关系时，让两个质量不同的小钢球压缩弹簧到同样的形变程度后自然释放来进行实验(如图)，是否可行？为什么？
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
4．水平面完全光滑能否完成实验？_________。
不可行；两钢球压缩弹簧到同样的形变程度后，弹簧具有的弹性势能相同，则
转化成的动能也相同，所以两个质量不同的小钢球动能相同，撞击木块速度会不
同，因此该方案不合理
不能
【例1】　右图所示为蹦极运动的简化示意图。弹力绳一端系在运动员脚上，另一端固定在跳台O点。蹦极运动员由静止开始自由下落，A点处弹力绳正好处于原长；B点处蹦极运动员受到的重力与弹力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，弹力绳的自重不计)
(1)从O点到A点的过程中，蹦极运动员的机械能_________
(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，弹力绳的弹性势能_________
(填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”，下
同)；蹦极运动员的动能__________________。
不变
增大
先增大后减小
机械能的转化与守恒
1．(2025，浙江模拟)如图所示，单摆小球从A点由静止释放经过最低点B然后到达C点(忽略空气阻力)。则小球摆动到_______(填“A”“B”或“C”)点时动能是最大的；若小球到达C点时，所受的外力突然全部消失，则小球____________(填“保持静止”“继续做曲线运动”或“做匀速直线运动”)。若A点与C点等高，则小球从A点运动到C点过程中，机械能_________(填“守恒”或“不守恒”)(忽略绳子形变)。
B
保持静止
守恒
【例2】　(2025，衢州柯城区一模)为了探究物体动能的大小可能与哪些因素有关，小科做了如图甲所示的实验，让钢球从同一光滑斜面上由静止滚下，撞击水平板上的木块。
(1)图甲实验中通过观察___________________来判断物体动能的大小。
(2)小衢认为小科的实验装置有许多不足，他用带凹槽轨道对装置进行了改进，如图乙所示。使用凹槽轨道的优点是_______________________________。
木块移动的距离
能使小球准确地撞击到木块
探究影响动能大小的因素
(3)小衢在实验中尝试用多个挡板(上端用热熔胶固定在支架上)替代图甲实验中的木块，以便更好地比较动能大小。你认为下列物品中适合制作挡板的是_______。
A．弹性铁片 B．橡皮泥
C．硬木板 D．弹性塑料片
(4)本实验运用了转换法，请你在所学的实验中写出一种运用转换法的实验名称：_____________________________________。
AD
探究电磁铁磁性强弱的影响因素等
2．如图所示，小金利用窗帘轨道、铁球、电池、木条等材料探究“动能大小与哪些因素有关”。实验中，将电池放在标有刻度的窗帘轨道上，分别用不同方法将木条推至位置P，使铁球以一定速度离开木条向前运动并撞击电池。斜推法中木条绕固定点O转动。
(1)利用这套实验装置进行实验时，可以通过比较_______________________来比较铁球动能的大小。
(2)为探究动能大小与速度的关系，应选择哪一种方法？请写出实验步骤。
_______________________________________________________________。
电池移动距离的远近
选择斜推法；让木条绕固定点O将质量相同的铁球推至位置P
【例3】　悬崖跳伞是一项极具挑战的运动，一个质量为50 kg的运动员背着降落伞从悬崖上由静止开始竖直跳下，经15 s下落120 m，在第30 s时落地。如图所示是其速度与时间的关系图像，g取10 N/kg。
(1)运动员从悬崖上由静止跳下到落地之前的整个过程中，其动能的变化情况是_______________________。
(2)运动员在前15 s下落的平均速度为多少？
(3)运动员在前15 s的时间内，自身重力做功为多少？
(4)运动员在整个跳伞过程中自身重力做功的平均功率为多少？
先增大后减小再不变
功和功率的相关计算
(3)运动员的重力G＝mg＝50 kg×10 N/kg＝500 N，前15 s的时间内，运动员克服自身重力做的功W＝Gh＝500 N×120 m＝6×104 J。
3．如图甲所示是《天工开物》中记载的一种农业生产机械——“龙骨水车”，其结构模型如图乙。使用时，操作者踩踏踏板，驱动大轮与小轮转动，刮水板就能将水槽中的水由低处运输至高处，实现灌溉或排水。(g取10 N/kg)
(1)操作者使用某龙骨水车时，每分钟能将60 kg水提升至2 m高的农田，则水车每分钟需克服水的重力所做的功为__________J。
(2)上述灌溉过程中，龙骨水车的机械效率若为50%，则操作者的功率应为多少瓦？
1200
【例】　(2025，舟山二模)“高空抛物”会造成严重危害，高空物体的重力势能与哪些因素有关？小科利用如图所示的实验装置，将铁球从斜面静止释放后，滚动到水平面压缩弹簧，记录当铁球速度为零时弹簧的长度。
①如图甲，将两个不同的铁球A、B(mA＜mB)先后从同一斜面的相同位置处静止释放，弹簧被压缩后的长度分别为l1、l2。
②如图乙，将两个相同的铁球先后从装置的不同高度h1、h2(h1＜h2)处静止释放，弹簧被压缩后的长度分别为l3、l4。
③重复以上操作。
(1)小科通过观察铁球速度为零时弹簧的长度，来判断铁球重力势能的大小。这种研究方法是___________(填“控制变量法”或“转换法”)。
(2)实验过程中，不计能量损耗，物体的重力势能全部转化为弹簧的___________。
(3)图甲实验是为了探究_______________________________。
(4)实验过程中，发现弹簧长度不便于测量，其原因是_________________________
___________。
转换法
弹性势能
重力势能大小与质量的关系
难以记录小球速度为0时
的位置
1.蹦极模型中的易错点
(1)不计空气阻力的情况，人＋绳的整体机械能守恒；人的机械能不守恒。
(2)人下落的速度：先增大后减小，在B点速度最大，动能最大。
2.抛球模型中的易错点
(1)竖抛模型中最高点速度为0，动能为0。
(2)斜抛模型中最高点速度不为0，具有水平方向速度，所以动能不为0。
说明：
A点：弹性绳自由伸直
B点：重力等于拉力处
C点：下落最低处(共14张PPT)
第21讲　机械能　功和功率
1．如图所示，一个小球从光滑曲面的顶端自由滑下，当滑到曲面上的P点时，具有的重力势能为100 J。若不计空气阻力，则小球滑到底端时的机械能( )
A．小于100 J
B．等于100 J
C．大于100 J
D．无法确定
C
2．(2025，浙江模拟)如图所示为正在运输货物的无人机，下列说法正确的是( )
A．无人机上升过程中，货物的机械能一定增大
B．无人机水平匀速飞行时，货物的动能保持不变
C．无人机在某一高度悬停时，货物的机械能一定为零
D．无人机下降过程中，货物的势能可能不变
B
3．如图所示，将一个小球用细线悬挂起来，让小球从A点静止释放，小球会在A、C两点之间来回摆动，最终静止下来。下列说法正确的是( )
A ．小球从A点摆动到B点，动能转化为重力势能
B．小球能从B点摆动到C点是由于受到惯性
C．小球每次经过B点，其动能都比上一次小
D．小球最终静止在A点
C
4．如图所示，一个人先后两次用同样的时间、同样大小的力，将不同质量的物体在不同的平面上分别移动相同的距离。该力在此过程中所做功的大小分别为W1、W2，功率的大小分别为P1、P2，关于它们之间的大小关系说法正确的是( )
A．W1＜W2 　P1 ＜ P2
B．W1＞W2 　P1 ＞ P2
C．W1＝W2 　P1 ＝ P2
D．W1＜W2 　P1 ＞ P2
C
5．如图所示是物体在运动过程中动能Ek随时间t变化的曲线图，运动的物体可能是( )
A ．由静止下落的乒乓球
B．竖直向上垫起的排球
C．离开脚后在地上滚动的足球
D．从肩上斜向上投掷出去的铅球
D
6．如图为羽毛球运动常见的基本球路，线段表示羽毛球的运动轨迹，箭头表示运动的方向。请分析杀球、挑球、高远球和放小球的四种球路，羽毛球重力势能变化和其他三种球路不同的是( )
A．杀球
B．挑球
C．高远球
D．放小球
A
7．(2025，义乌一模)取一个很轻的圆柱形盒盖，在内侧粘上一个较重的铁球，如右图放置在不太陡的斜面上，松开手会发现盒盖向上滚动，关于滚动过程下列说法正确的是( )
A．由于整体上移，滚动过程中整体的重力势能增加
B．虽然整体上移，但滚动过程中整体的重力势能不增加
C．向上滚动时动能转化为重力势能
D．向上滚动过程可以滚过完整的一圈
B
8．(2025，杭州钱塘区三模)在某次短跑训练中，小塘起跑如图所示，小塘的质量为50 kg。
(1)小塘沿直线起跑后，速度越来越快，则他的后脚受到地面的摩擦力f方向为_____________(填“向前”或“向后”)，此时他水平方向受到的合力是否为0？_____________(填“是”或“否”)。
(2)小塘受到摩擦力为体重的0.2倍，要起到一定的锻炼效果，平均功率需要达到400 W，跑完5 km路程，小塘需要用时__________s。
向前
否
1250
9．如图所示为蹦床运动简化示意图，其中运动员在O点时速度为零，A点是蹦床不发生形变时的原位置。B点是运动员受到的重力与蹦床对运动员的弹力相等处，C点是运动员到达的最低点。若整个过程忽略空气阻力，则：
(1)从O点下落到A点的过程中，运动员的机械能________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)从B点运动到C点的过程中，运动员的重力势能__________，蹦床的弹性势能__________。(填“增大”“减小”或“不变”)
(3)从O点到C点的过程中，在______(填“A”“B”或“C”)点处运动员的动能最大。
不变
减小
增大
B
10．学习能量守恒转化后，项目化学习小组利用钢球、棉线、塑料支架、定滑轮等器材制作了一辆重力小车，如图所示。使用时转动车轮，不断将棉线绕在长轴的绕线轮上，直至钢球上升到支架的最高点。然后松手，让钢球下落带动长轴转动从而驱动重力小车行驶。
【分析原理】
(1)支架上最高处的定滑轮作用为________________。
(2)从能量转化的角度分析，钢球能驱动小车行驶的原因是_____________________
____________________________________。
改变力的方向
钢球的重力势能转化
为小车的动能
【装置调试】
①调节2个前轮，重力小车能沿直线运动。
②将钢球上升到支架的最高点，松手后小车能向前运动，但小车运动距离较短。
【项目改进】
(3)小组为了让重力小车行驶的路程更远，改进小车的方法有___________________
__________________。(写出两种)
增加钢球重力、增
加支架高度
11．如图所示是质量为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35%，她在一分钟内做了40个仰卧起坐，每次上半身重心上升的距离均为0.3 m。求：(g取10 N/kg)
(1)每做一个仰卧起坐，克服重力做的功。
(2)她在这段时间内做功的功率。

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