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[组图]功率 机械能

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学习目标
　　1. 理解功率，知道什么是功率，知道功率的物理定义，知道计算功率的公式及功率的单位。
　　2. 会用功率的公式进行简单的计算。
　　3. 了解能量的初步概念。
　　4. 知道什么是动能及影响动能大小的因素。
　　5. 知道什么是重力势能及影响重力势能大小的因素。
　　6. 了解弹性势能及影响弹性势能大小的因素。
　　7. 知道什么是机械能及机械能的单位。
　　8. 知道动能和重力势能、弹性势能可以相互转化，并能举例说明。
　　9. 能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能相互转化的简单物理现象。
　　10. 理解机械能守恒的条件。

学习重点
　　1. 会用功率的公式进行简单的计算；
　　2. 理解影响动能大小的因素。

学习难点
　　理解机械能守恒的条件。

内容解析
1、功率
　　● 物理意义：表示做功快慢。
　　● 定义：单位时间所做的功。
　　● 公式：　
　　功率推论式　
　　由此公式可见，当功率一定时，要使牵引力大，就要减速。这就是汽车在上坡时为什么要减速以获得较大的牵引力。
　　● 单位：瓦特 W
　　1W＝1J/s 1kW＝1000W

2、能量:
　　一个物体能够对外做功，我们就说它具有能量。
　　可见物理学中，能量和功有着密切的联系，能量反映了物体做功的本领。不同的物体做功的本领也不同。一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。

3、动能：
　　定义：物体由于运动而具有的能量叫做动能。
　　运动的空气、水和各种物体都能够做功，而具有动能。一切运动的物体都具有动能。
　　影响动能大小的因素:质量、速度
　　不同质量的钢球，从同一高度让其滚下，观察钢球推动木块的距离。结论：速度相同的物体,质量越大，动能就越大。
　　将同一个钢球，从斜面不同高度滚下从而使钢球进入水平面时速度不同，让学生观察钢球将木块推动的距离。木块被推动的距离不同，说明钢球对木块做的功不同。木块被推动得越远，表明钢球的动能越大。实验结论:同一钢球,速度越大,动能越大。

4、重力势能:
　　定义：物体由于被举高而具有的能量。
　　例如：举高的铅球，落地时能将地面砸个坑；举高的夯落下时能把木桩打入地里。
　　影响重力势能的因素：质量、高度
　　质量一定，高度越大，重力势能越大；
　　高度一定，质量越大，重力势能越大。
　　如：举起同样高度的铅球和乒乓球，铅球落下时做的功多，具有的重力势能大。铅球举得越高，具有的重力势能就越大。

5、弹性势能：
　　物体由于发生弹性形变而具有的能。同一弹簧，弹性形变越大，弹性势能越大。

6、机械能：
　　动能和势能（重力势能和弹性势能）统称为机械能。
　　一个物体既有动能，又有势能，那么动能和势能的和就是它的总机械能。
　　机械能之间可以相互转化
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　如滚摆：开始释放摆轮时，摆轮在最高点静止，此时摆轮只有重力势能，没有动能。摆轮下降时其高度降低，重力势能减少；摆轮旋转着下降；而且越转越快，其动能越来越大。摆轮到最低点时，转动最快，动能最大；其高度最低，重力势能最小。在摆轮下降的过程中，其重力势能逐渐转化为动能。
　　仿照摆轮下降过程的分析，得出摆轮上升过程中，摆轮的动能逐渐转化为重力势能。
　　自然界中动能和势能相互转化的事例很多。其中有一些比较直观，例如：物体从高处落下、瀑布流水等。有些事例比较复杂，例如：踢出去的足球在空中沿一条曲线（抛物线）运动过程中，动能和势能是如何相互转化的呢？很明显，在上升过程中足球的重力势能增加；在下降过程中重力势能减少。接着再分析足球的速度。足球在最高点时不再上升，说明它向上不能再运动。所以，足球在上升过程中，速度逐渐变小；在下降过程中速度又逐渐变大。通过以上分析，可以看到足球在上升阶段动能转化为重力势能；在下降阶段重力势能转化为动能。
　　人造地球卫星在运行过程中，也发生动能和重力势能的相互转化。
　　人造卫星绕地球沿椭圆轨道运行，它的位置离地球有时近、有时远。它在近地点时，速度最大，动能最大；此时离地面最近，重力势能最小。卫星由近地点向远地点运行时动能减小，重力势能增大，动能向重力势能转化。直到远地点时，动能最小，重力势能最大。卫星由远地点向近地点运行时，重力势能向动能转化。在卫星运行过程中，不断地有动能和势能的相互转化。
　　机械能守恒:如果只有动能和势能相互转化，机械能总和不变---机械能守恒 。
　　条件：只有重力或弹力对物体做功。（没有其他力对物体做功）
　　如自由下落的过程，只有重力做功，重力势能转化为动能，机械能总和不变。
　　能量的单位：能量是跟做功有密切联系的概念，能量反映了物体具有做功的本领，能量的大小可以用能够做功的多少来衡量。因此，动能、势能和机械能的单位跟功的单位相同，也是焦耳。

典型题目解析
　　1、小钢在体能测试中选择了跳绳，他在1min内跳了120次，每次跳离地面的高度为5cm，设他每跳一次所用的时间相等，则他跳绳时的功率最接近
　　A.5000W　　　　　 B. 500W 　　　　　C. 50W　　　　　 D.5W

　　分析与解：
　　先计算出小钢跳绳一次克服重力做功多少，然后乘上120次，这是一分钟内做的总功。
　　根据功率定义P=W/t可得功率。人的质量通常取50kg，g取10N/kg。
　　答案：C

　　2、汽车在水平公路上匀速前进时，受到的阻力为9×103N，若汽车的功率为7.2×104W，则汽车的行驶速度为_____________m/s。

　　分析与解：
　　汽车匀速行驶时，牵引力大小等于摩擦力。根据功率的推导公式P=Fv，可得答案为8m/s。
　　答案：8

　　3、如图，用滑轮组拉物体A，在10s内沿水平地面匀速移动1m。作用在绳子自由端的拉力F的大小是6N。不计滑轮重，拉力F的功率是______________W。
　　　　　　　　　　　　　　　　

　　分析与解：
　　拉力的功率指的是绳自由端动力做的总功的功率。
　　如图所示，有三段绳子拉着动滑轮，因此绳自由端移动的距离是物体移动距离的三倍。
　　因此W=FS=6N×3m=18J,P=W/t=18J/10s=1.8W。
　　答案：1.8

　　4、甲、乙两同学进行爬竿比赛，他们爬上相同的高度，甲用9s，乙用10s。甲、乙两人体重之比是5:6，则他们爬竿的功率之比P甲:P乙等于
　　A．4:3 　　　　　B．3:4　　　　　 C．27:25 　　　　D．25:27

　　分析与解：
　　P=W/t=mgh/t
　　答案：D

　　5、中国跳水队被世人称为“跳水梦之队”。在运动员从跳板上高高跃起，直至落到水面的过程中，他们的
　　A．动能一直增大 　　　　　　　　　　　　B．动能先减小后增大
　　C．重力势能一直减小　　　　　　　　　　 D．重力势能先减小后增大

　　分析与解：
　　运动员从跳板上高高跃起，直至落到水面的过程中，高度先增大后减小，因此重力势能先增大后减小。运动速度先减小，在最高点变成0，下落过程中又越来越大。因此动能先减小后增大。
　　答案：B

　　6、（多选）如图所示的各种情景中，物体的机械能总量发生变化的是
　　

　　分析与解：
　　自由下落的物体，只由重力做功，因此机械能守恒。
　　汽车上坡牵引力，重力，阻力都做功，因此机械能功能不守恒。
　　途中飞机着陆和降落伞匀速下落时，空气阻力都不可以忽略。有阻力做功，因此机械能不守恒。
　　答案：BCD

　　7、钢球从斜面上由静止滑下，撞击到一个小木块上，能将木块撞出一段距离。木块被撞得越远，表示钢球的动能越大。现如图所示，用质量不同的钢球A、B，从同一斜面的同一高度由静止滑下，撞击同一块木块M。
　　⑴让钢球A、B从同一斜面的同一高度由静止滑下，是为了使钢球滑到斜面底端时具有相同的_______________；
　　⑵本实验研究的是钢球具有动能的多少跟__________________的关系；
　　⑶实验可得结论______________________________。
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　分析与解：
　　答案：（1）初速度；（2）质量；（3）速度相同，质量越大，动能越大。

　　8、用如图所示的滑轮组提升G1＝600N的重物，在重物匀速上升2m的过程中，拉力F1所做的功是1500J。忽略摩擦和绳重。求：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　⑴滑轮组做的有用功W有用；
　　⑵滑轮组的机械效率h；
　　⑶若用此滑轮组提升G2＝1200N的重物，使G2以0.5m/s的速度匀速升高时，所用拉力F2的功率。

　　分析与解:
　　（1）此滑轮组拉着动滑轮的绳有三段，因此n=3。
　　　 　有用功是克服重力所做的功。
　　　 　W有用＝G1h＝600N×2m＝1200J
　　（2）h＝＝＝80%
　　（3）忽略摩擦和绳重。额外功就是克服动滑轮重力所做的功，因此
　　　　 G轮＝＝＝150N
　　　　 根据功率的推论公式，拉力的功率就是拉力的大小乘以绳自由端移动的速度。
　　　 　相同时间内绳自由端移动的距离是物体移动距离的n倍，因此：
　　　　 绳自由端移动的速度是物体移动速度的n倍。
　　　　
　　　　 ＝(1200N＋150N)×0.5m/s＝675W

　　9、如图所示，工人利用滑轮组提升矿井中重420N的物体A，用F＝250N的水平力匀速拉动绳子，在10s内将重物提升5m。求滑轮组的机械效率。若用此滑轮组以相同的速度匀速提升重720N的物体B，则此时工人做功的功率多大？（不计绳重和摩擦）
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　分析与解：
　　==84%
　　对动滑轮受力分析，有两段绳拉着动滑轮，2F=GA+G轮
　　因此：G轮=2F－GA=2×250N－420N=80N
　　当提升重物B时所需要的拉力大小为：
　　FB===400N
　　此时工人做功的功率
　　PB=FBv＇=2FBv=2×400N×0.5m/s=400W

来源：中国哲士网

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