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功和机械能复习课件

发布时间:2013-11-08 12:35:10  

机 械 功









复习提纲

? 考点聚焦 ? 呈现形式
? 知识结构 ? 方法提示

? 对应训练

?考点聚焦
1 、理解做功的两个必要因素。 2、理解机械功的计算公式:W=FS 3、理解功率的概念。 4、知道功的原理。 5、知道有用功和总功,知道机械效率。 6、理解动能、势能的初步概念,知道弹性势 能,知道动能、势能可以相互转化。

?呈现形式

上述考点常以填空、选择、作图、 实验和计算题型出现。

?知识结构
一、功: 1、力学里所说的功包括两个必要因素:一是作用在物体上的力; 二是物体在力的方向上通过的距离。 2、不做功的三种情况:有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。 3、力学里规定:功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。 公式:W=FS 4、功的单位:焦耳,1J= 1N·m 。 把一个鸡蛋举高1m ,做的功大约是0.5 J 。 5、应用功的公式注意:①分清哪个力对物体做功,计算时F就是 这个力;②公式中S 一定是在力的方向上通过的距离,强调 对应。③ 功的单位“焦”(牛·米 = 焦),不要和力和力 臂的乘积(牛·米,不能写成“焦”)单位搞混。

?知识结构
二、功的原理:
1、内容:使用机械时,人们所做的功,都不会少于直接用手所做的功;即:使用 任何机械都不省功。 2、说明: (请注意理想情况功的原理可以如何表述?) ①功的原理是一个普遍的结论,对于任何机械都适用。 ②功的原理告诉我们:使用机械要省力必须费距离,要省距离必须费力,既省力又 省距离的机械是没有的。 ③使用机械虽然不能省功,但人类仍然使用,是因为使用机械或者可以省力、或者 可以省距离、也可以改变力的方向,给人类工作带来很多方便。 ④我们做题遇到的多是理想机械(忽略摩擦和机械本身的重力)理想机械:使用机 械时,人们所做的功(FS)= 直接用手对重物所做的功(Gh) 3、应用:斜面 ①理想斜面:斜面光滑 ②理想斜面遵从功的原理; ③理想斜面公式:FL=Gh 其 中:F:沿斜面方向的推力;L:斜面长;G:物重;h:斜面高度。 如果斜 面与物体间的摩擦为f ,则:FL=fL+Gh;这样F做功就大于直接对物体做功 Gh 。

?知识结构
三、机械效率:
1、有用功:定义:对人们有用的功。公式:W有用=Gh(提升重物)= W总-W额=η W总 斜面:W有用= Gh 2、额外功:定义:并非我们需要但又不得不做的功。公式:W额= W总-W有用=G动h (忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)。斜面:W额=f L 3、总功: 定义:有用功加额外功或动力所做的功 公式:W总=W有用+W额=FS= W有用/η 斜面:W总= fL+Gh=FL 4、机械效率:① 定义:有用功

跟总功的比值。② 公式: ③ 有用功总小于总功,所以机械效率总小于1 。通常用 百分数 表示。某滑轮机 械效率为60%表示有用功占总功的60% 。④提高机械效率的方法:减小机械自 重、减小机件间的摩擦。η =W有用/W总=Gh/FS 5、机械效率的测量: A原 理: B应测物理量:钩码重力G、钩码提升的高度h、 拉力F、绳的自由端移动的距离S C器 材:除钩码、铁架台、滑轮、细线 外还需 刻度尺、弹簧测力计。 D步骤:必须匀速拉动弹簧测力计使钩码 升高,目的:保证测力计示数大小不变。 E结论:影响滑轮组机械效率高 低的主要因素有:①动滑轮越重,个数越多则额外功相对就多。②提升重物 越重,做的有用功相对就多。 ③ 摩擦,若各种摩擦越大做的额外功就多。绕线方法和重物提升高度不影响滑轮 机械效率。

?知识结构
四、功率:
1、定义:单位时间里完成的功P=W/t 2、物理意义:表示做功快慢的物理量。 3、公式: P =W/t = Fv 4、单位:主单位 W 常用单位 kW mW 马力 换算:1kW=103W 1mW=106 W 1马力=735W 某小轿车功率66kW,它表示:小轿车1s 内做功66000J 5、机械效率和功率的区别: 功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢,即单 位时间内完成的功;机械效率表示机械做功的效率,即所做的 总功中有多大比例的有用功。

?知识结构
五、动能和势能: 1、能量:一个物体能够做功,我们就说这个物体具有能。 定义:物体由于运动而具有的能量

动能
2 机 械 能 势能 弹性 势能 决定其大小的因素: 重力 势能

物体速度越大、质量越 大,动能就越大

定义:物体由于被举高而具有的能量。 决定其大小的因素: 物体质量越大、举得越 高,势能就越大 物体弹性形变越大、弹 性势能就越大

定义:发生形变的物体具有的能量。 决定其大小的因素:

?知识结构
3、机械能:动能和势能统称为机械能。 理解:①有动能的物体具有机械能;②有势能的物体具有机械能;③同时具有动能 和势能的物体具有机械能。

六、动能和势能的转化:
1、动能和重力势能间的转化规律:①质量一定的物体,如果加速下降,则动能增 大,重力势能减小,重力势能转化为动能;②质量一定的物体,如果减速上 升,则动能减小,重力势能增大,动能转化为重力势能; 2、动能与弹性势能间的转化规律:①如果一个物体的动能减小,而另一个物体的 弹性势能增大,则动能转化为弹性势能;②如果一个物体的动能增大,而另 一个物体的弹性势能减小,则弹性势能转化为动能。 3、动能与势能转化问题的分析:⑴首先分析决定动能大小的因素,决定重力势能 (或弹

性势能)大小的因素——看动能和重力势能(或弹性势能)如何变化。 ⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大——如果除重力和 弹力外没有其他外力做功(即:没有其他形式能量补充或没有能量损失), 则动能势能转化过程中机械能不变。 ⑶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;“斜面上匀速下滑”表示有能 量损失——机械能不守恒。

?知识结构
七、水能和风能的利用: 1、 结构: 机械能的天然资源
水能

拦河筑坝 发电 海水潮汐

直接做功
风能

2、水电站的工作原理:利用高处的水落下时把重力势能转化为动 能,水的一部分动能转移到水轮机,利用水轮机带动发电机 把机械能转化为电能。

?方法提示
例1 某同学用100牛的力把质量为4千克的铅球推到5米远处, 他推铅球做的功是( ) A.500焦 B.196焦 C.696焦 D.缺少条件,无法计算 分析:人推铅球时,只在将铅球推出手的极短的时间内对铅 球施加作用力,铅球离开人手以后只受到重力和空气阻 力作用,不再受到推力作用,题中所述的5米并不是在100 牛的推力作用下通过的距离.因此,人虽对铅球做了功, 却无法计算所做功的大小.解答,应选D.

A

O

B

?方法提示

?

例2 如图3所示,均匀木棒AB长2米,重力为20牛,支点O,且OB为 0.8米,杠杆A端置于桌面上.现有一个重力为10牛的球在水平 力F的作用下从A点向右匀速运动,如果F大小为3牛且保持不变, 求当小球运动到刚好使杠杆失去平衡时,力F所做的功. 分析:如图4所示,当球在推力F作用下运动到支点右侧;距支点l1 长时杠杆AB刚好失去平衡,则l1即为该球对杠杆作用力的力臂. 而杠杆AB的重心应在AB的正中间,则杠杆的重GAB的力臂l2=AO - AB/2=1.2米-1米=0.2米.

l2

l1

?方法提示

A

?
O

B

解 由杠杆平衡条件可得: G球 GAB·l2=G球·l1 GAB ∴ l1=GABl2/ G球=?=0.4米. 球在F作用下运动使杠杆刚好失去平衡时通过的距离: S=AO+l1=1.2米+0.4米=1.6米 作用力F所做的功: W=FS=3牛×1.6米=4.8焦 答 : 杠杆刚好失去平衡时力F所做的功为4.8焦.

?方法提示
例3:一学生用100牛的力将重为50牛的足球沿水平方向踢出20米远, 则该学生对球做的功是( ) A.3000焦 B.1000焦 C.2000焦 D.无法确定 分析与解:在物理学中,做功是指两个因素同时存在的物理过程。 这两个因素是,物体受到力的作用和物体沿力的方向通过了一段距 离。我们把它们叫做做功的两个必要因素。本题最容易出的错误是 选择C,认为W = FS = 100牛×20米 = 2000焦。错误原因在于没有 从根本上理解做功两必要因素同时存在。足球从被踢到落地停止, 经历了两个

过程。第一个过程从学生的脚与球接触开始到脚离开球 为止。在这一过程中,球受到学生的踢力,足球并在此力方向上移 动,但移动的距离是不知道的,不是20米,因此这一过程中,学生 对球做了功,W = FS = 100牛×S,此功大小不能确定。第二个过 程是球由于惯性而运动,在这一过程中,球虽然移动一段距离,但 球不受学生踢力,因此,在此过程中,学生不对球做功。所以,学 生将球踢出20米远,而对球做功是不能确定的。因此选项D是正确 的。

?方法提示

例4:下面哪种情况动能、重力势能都是增加的( ) A.跳伞员张开伞后,匀速下降 B.汽车沿斜坡匀速向下行驶 C.电梯从楼下加速上升 D.列车在平直轨道上匀速行驶 分析与解:动能和势能统称为机械能。动能的大小决定于它的质量和速度, 重力势能的大小决定于它的质量和高度。A选项中,跳伞员张开伞匀速下 降的过程中,它的质量不变,高度减小,所以他的重力势能减小。而下降 过程中速度没有变化,所以他的动能不变。B选项中,汽车匀速下坡,也 是势能减少,而动能不变。C选项中,电梯上升,质量不变,而高度变大。 电梯重力势能增加,加速上升时,质量不变,而速度变大,则动能增加, 动能、势能都变大。D选项中,列车在平直轨道上匀速行驶。列车的质量、 高度,速度都没有变化,既动能、重力势能都没有变化。本题的正确答案, 应选C 说明:(1)物体匀速下降时,它的势能减少,有的同学就认为势能转化为 动能,动能就一定增加。这种分析是错误的。当物体匀速下降时,它一定 受到了摩擦力, 这时一部分机械能转化为物体的内能,机械能减少。(2) 在研究动能或热能大小时,要注意它们各自是由两个因素决定的。

?

?方法提示

?

例6:用图8所示的滑轮组,将重为600牛的物体匀速 上拉2米,所用拉力为200牛。求滑轮组的机械效率。

分析与解:通过审题,应分析出物重G = 600牛,重物 被提高h = 2米,拉力F = 200牛。通过审图,应能分析出 有5段绳子承担动滑轮和物体的重力。所以绳子的自由端 移动的距离S = 5h = 5×2米 = 10米。滑轮组的目的是提 升重物,所以提升重物所做的功就是有用功,拉力对滑轮 组所做的功为总功,进而可以求出机械效率。计算过程如 下:

?方法提示
W有用= Gh = 600牛×2米 = 1200焦 W总=200牛×10米=2000焦 η = W有用/ W总= 60%
答:滑轮组的机械效率为60% 说明:在简单机械中,动力作用 点移动的距离S与物体移动距离h的关系 是由机械自身结构决定的,在滑轮组中, 有n段绳子承担午重物,则S = nh。它 跟物体受到的重力、动力的大小以及机

械效率的高低无关。

?对应训练

?

1.水平路面上有一个小车,车重200牛,人用50牛的水平力,在推小车 匀速前进5米的过程中,下列判断正确的是( ) A、B、D A.重力不做功 B.人做功250焦 C.车受到的阻力是250牛 D.车受到的阻力是50牛 2.用动滑轮提升一个重物,若用的力是100牛,重物在0.5秒内匀速上升 0.6米,不计滑轮重,则拉力做功的功率为: ( B ) A.300瓦 B.240 C.120瓦 D.100瓦 3.有甲、乙两台机器,甲机器的机械效率是80%,乙机器的机械效率是 60%,那么下列说法正确的是: ( D ) A.甲机器一定比乙机器省力B.甲机器的功率一定比乙机器的功率大 C.甲机器工作时的有用功一定比乙机器多D.以上说法均不正确 4.自行车沿斜坡匀速下滑的过程中,它具有的: ( B、D ) A.重力势能减少,动能增加B.动能不变,重力势能减少 C.动能不变,机械能减少D.重力热能减少,机械能减少

?对应训练
5.1米长的杠杆左端挂GA = 80牛的物体,右端挂GB = 20牛的物 体,要使杠杆平衡,支点应在距左端 厘米处, 20 如果两端重物各增重10牛,要使杠杆重新平衡,则支点应向 5 右 端移动 厘米。 6.功率相同的两辆汽车,在相等的时间内匀速通过的路程之比为 1∶ 2 ,则两辆汽车的牵引力之比为 ,两辆汽 2∶ 1 车做功之比为 1∶ 1 。 7.马用300牛的水平拉力,拉着重为5000牛的车,在2分钟内沿水 平路面前进了100米,则拉力做功3×104 焦耳,地面对车的支持 0 力做功 焦耳,马拉车的功率是 瓦。 0.2 8.某工人用一个动滑轮将重500牛的物体沿竖直方向匀速提升了3 米,拉力做功的功率为50瓦,若不计摩擦和动滑轮重,则绳子自 由端移动的速度是 0.2 米 / 秒。

?对应训练
9.在相同的时间内,用同一滑轮组可 以分别把质量不同的物件匀速地提升相 同的高度,若在提升过程中的额外相等, 则( A ) A.绳子自由端移动的距离相等 B.所用的总功相等 C.滑轮组的功率相等 D.滑轮组的机械效率相等

10.如图13所示OA∶OB = 1∶2,用细绳把金属块悬挂于A点, 用弹簧秤施加一个竖直向上的力,当OB杠杆水平静止时,弹簧 秤读数为1.8牛,当向容器中加水,金属块浸没于水中后,弹簧 秤读数为1.13牛,(g = 10牛 / 千克,保留1位小数) 求:(1)金属块的质量多大?(2)金属块的密度多大? (1)m = 0.54千克(2)2.7×103千克 / 米3


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