2023年初中物理机械功与机械能全章复习与巩固 -好学教育

　　 1.做功的两个必要因素，功的计算;

　　 2.知道功率的概念、计算公式和单位;

　　 3.知道有用功、额外功、总功;

　　 4.理解机械效率的计算及公式;

　　 5.理解动能、重力势能的初步概念，知道什么是弹性势能;

　　 6.知道动能，势能的大小与什么有关;

　　 7.能解释一些动能和势能相互转化的简单现象。

　　【知识网络】

　　【要点梳理】

　　要点一、功

　　 1.做功的两个必要因素：

　　 (1)作用在物体上的力;

　　 (2)物体在力的方向上通过的距离。

　　 2.不做功的三种情况

　　 (1)物体受力,但物体没有在力的方向上通过距离。此情况叫“劳而无功”。

　　 (2)物体移动了一段距离,但在此运动方向上没有受到力的作用(如物体因惯性而运动)。此情况叫“不劳无功”。

　　 1. (3)物体既受到力,又通过一段距离,但两者方向互相垂直(如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动)。此情况叫“垂直无功”。

　　 3.功的计算：

　　 (1)公式：一般式 W=Fs ;常用式 W=Gh(克服重力做功)或W=f阻s(克服摩擦阻力做功)。

　　 (2)单位：焦耳(J)

　　 4.注意事项：

　　 (1)F与s的方向应在同一直线上(初中要求)(比如一个人提着一重物G,从山脚顺着“之”字形的山路爬到山顶,此时人克服重力做功所移动的距离并不是山路的长,而是从山脚到山顶的高)

　　 (2)做功的多少,由W=Fs决定,而与物体的运动形式无关.

　　要点诠释：

　　 1.判断物体做功的依据:做功的两个必要因素。

　　 2.在分析做功情况时还应注意以下几点：

　　 (1)当物体的受力方向与运动方向不垂直时,这个力就要做功。

　　 (2)一个物体同时受几个力的作用时,有一些力做了功,有些力没有做功。因此,讲做功必须指出是哪一个力对哪一个物体做功。

　　 (3)什么叫物体克服阻力做功:若物体在运动方向上受到一个与此方向相反的力F的作用,我们通常说物体克服阻力F做了功。

　　比如:物体在竖直向上运动h的过程中,物体克服重力做功,功的大小为W=Gh;

　　再如：物体在水平方向上向前运动s,物体克服摩擦力做功,功的大小为W=fs。

　　要点二、功率

　　 1.物理意义：表示物体做功的快慢。

　　 2.定义：把做功的多少与所用时间的比叫做功率。

　　 3.计算式：P=W/t， P 表示功率，W 表示功，t 表示时间，使用公式计算功率时，必须注意W 和t的对应关系。W 为在t时间内所做的功，而t为做W 这么多的功所用的时间。

　　 4.推导式：P=W/t=Fs/t=Fv，式中F为做功的力而v为速度。

　　 5.单位：瓦(W)

　　 1.注意区别功与功率。功率与功是两个不同的物理量,“功”表示做功的“多少”,而“功率”则表示做功的“快慢”,“多少”与“快慢”的意义不一样。只有在做功时间相同时,做功多的就做功快。否则,做功多,不一定做功就快,即“功率”不一定就大。也就是说:功率与功和时间两个因素有关。

　　 2.由P=W/t变形为P=Fv可知:功率一定时,力F与速度v成反比。

　　要点三、有用功、额外功、总功

　　 1、总功：使用机械时，拉力(或动力)所做的的功;例如：用桶从井中打水，人在整个提水过程中拉力做的功是总功。

　　 2、额外功：对我们是无用的，但又不得不做的功;如提沙子上楼时对桶、滑轮等做的功就是额外功。

　　 3、有用功：从总功中减去额外功，才是对我们有用的功;如提沙子上楼时对沙子做的功就是有用功。

　　要点诠释：

　　 1、总功是有用功与额外功之和，即W有+W额外=W总。

　　 2、额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或重力做功。

　　要点四、机械效率

　　我们把有用功和总功的比值叫做做机械效率，符号为η。

　　 1、公式为η=W有/W总，式中η表示机械效率，它是一个百分数。η的值越大，表明有用功在总功中所占的比例越大，做功的效率越高。

　　 2、η的值总小于100%，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零，所以额外功总是存在的，即有用功总是小于总功。

　　 3、知道增大机械效率的方法：

　　根据公式η=W有/W总=W有/(W有+W额外)可知：如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率，(例如我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理);如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率;(例如，在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理);当然了，如果能在增大有用功的同时，减小额外功更好。

　　要点五、动能和势能

　　 1、什么是能

　　物体能够对别的物体做功，我们就说这个物体具有能量或能。

　　 2、动能

　　动能：物体由于运动而具有的能。

　　 3、势能

　　 (1) 重力势能：把被举高的物体具有的能叫做重力势能。

　　 (2) 弹性势能：物体发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。

　　 (3)重力势能和弹性势能统称为势能。

　　动能和势能统称为机械能的理解：(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。

　　【典型例题】

　　类型一、判断力对物体是否做功

　　 1.(2020大冶市模拟)关于力对物体做功的叙述，下列说法中正确的是(　　)

　　 A.举重运动员举着杠铃不动，运动员竖直向上托举的力对杠铃做了功

　　 B.人推汽车但没有推动，人的推力对汽车做了功

　　 C.起重机吊着重物上升，钢绳竖直向上的拉力对重物做了功

　　 D.足球在水平地面上滚动，足球受到的重力对足球做了功

　　【思路点拨】力对物体做功的两个条件：1、力;2、物体沿力的方向通过的距离;两个条件缺一不可。

　　【答案】C

　　【解析】A、运动员举着杠铃不动，有力但是没有在力的方向上移动距离，所以没有做功;B、人推车，车没动，有力的作用，但是没有在力的方向上移动距离，所以没有做功;C、起重机吊着重物上升，钢丝对重物有向上的拉力，同时重物在力的作用下沿力的方向移动了距离，所以做功了;D、足球在水平地面上滚动，足球受重力的作用，但是并没有在重力的方向上移动距离，所以重力没有对足球做功;故选C。

　　【总结升华】此题考查的是力对物体做功的条件的判断，特别要好好理解物体沿力的方向通过的距离，例如D答案，有力也有距离，但是因为物体的运动方向不是沿着力的方向，而是与力的方向垂直，这样力就没有做功。

　　举一反三：

　　【变式】水平桌面上的文具盒在水平方向的拉力作用下，沿拉力的方向移动一段距离。则下列判断正确的是(　　)

　　 A.文具盒所受重力做了功 B.文具盒所受支持力做了功

　　 C.文具盒所受拉力做了功 D.没有力对文具盒做功

　　类型二、功及功率的计算

　　 2.用弹簧测力计水平拉着重为8N的木块，在水平长木板沿直线匀速移动0.5m，如图所示，木块受到的摩擦力是_____N，木块所受的重力做功_____J。

　　【思路点拨】(1)弹簧测力计的分度值为0.2N，由指针所在的位置得出拉力大小，由于木块做匀速直线运动，拉力等于摩擦力;

　　 (2)木块水平移动，在重力的方向上没有移动距离，重力不做功。

　　【答案】2.4;0

　　【解析】(1)由图可知，拉力F=2.4N，

　　 ∵木块做匀速直线运动，

　　 ∴f=F=2.4N;

　　 (2)由于木块水平移动，在重力的方向上没有移动距离，所以重力做功为0。

　　【总结升华】本题考查二力平衡条件的应用和功的计算，关键是知道平衡力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，作用在同一物体上;做功的条件是有力作用在物体上、并且在力的方向上移动距离。

　　【变式】(2015铜仁市中考)小龙背着质量为25kg的实验器材从实验楼的一楼上到三楼，又沿着走廊水平走了5m到达实验室。每层楼高3m，小龙对实验器材做功_____J。若在搬运实验器材的整个过程中小龙总共做功4500J，则小龙自身体重_____kg。(g=10N/kg)

　　【答案】1500;50

　　【解析】(1)由题意可知G=mg=25kg×10N/kg=250N，一层楼高3m，一楼到三楼是两层楼高，s=3m×2=6m;

　　因为小龙背着实验器材的力竖直向上，所以水平方向上没有对实验器材做功，

　　对实验器材做功：W=Gh=250N×6m=1500J。

　　 (2)小龙克服自身重力做的功：W′=W总-W=4500J-1500J=3000J，由W=Gh得，小龙的重力：G小龙=W′/h=3000J/6m =500N，则m=G小龙/g=500N/10N/kg=50kg。

　　 3. 一列质量为1×103t的火车，以180km/h的速度在平直轨道上匀速行驶，整列火车受到的阻力是9×103N。

　　 (1)火车的牵引力多大?

　　 (2)火车行驶1min时间内，重力做了多少功?机车牵引力做了多少功?牵引力的功率多大?

　　【思路点拨】(1)首先根据二力平衡的条件，搞清火车所受牵引力与阻力之间的关系。

　　 (2)根据功的计算公式：W=Fs。并且要搞清F与s的关系，s必须是在力的方向上移动的距离。通过分析重力没有在力的方向上移动距离，所以重力没有做功。根据功的计算公式计算出牵引力做的功，然后根据公式P=W/t计算出牵引力的功率。

　　【总结升华】此题考查了二力平衡条件及应用、功、功率的计算。特别是功的计算，一定要搞清F、s之间的关系，s是在力的方向上移动的距离。

　　【变式】小童同学用50N的水平推力，使放在水平桌面上重200N的物体做匀速直线运动，若该物体在10s内移动4m，则在此过程中，物体受到的摩擦力是N，小童做功的功率是W。

　　【答案】50;20

　　类型三、机械效率

　　 4、做值日时，小阳将一桶水从一楼提到二楼。此过程中，关于做功的说法正确的是(　　)

　　 A.对桶做的功是有用功

　　 B.对水做的功是有用功

　　 C.对水做的功是额外功

　　 D.克服自身重力做的功是总功

　　【答案】B

　　【解析】小阳目的是提水，对水做的功为有用功，故B正确、C错;对桶做的功为额外功，故A错;

　　小阳把水、桶、自身提升做的功为总功，故D错。

　　【总结升华】本题考查了学生对有用功、总功、额外功的了解与掌握，区分时要从我们的目的出发分析判断。

　　【变式】工人用滑轮组把一箱箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润滑油后，机械效率提高了，则加润滑油后工人提升同样的重物时，做功的(　　)

　　 A.有用功减小，总功不变 B.有用功增加，总功增加

　　 C.有用功减小，总功减小 D.有用功不变，总功减小

　　【答案】D

　　 5、关于机械效率，下列说法中正确的是(　　)

　　 A.机械做功越快，机械效率越高

　　 B.机械所做的总功越少，机械效率越高

　　 C.机械做的有用功在总功中占的百分比越大，机械效率越高

　　 D.使用机械时，所用动力跟物重的比值越小，机械效率越高

　　【解析】A、机械做功越快，表示功率越大，单位时间内做的功越多，但机械效率不一定就高，故此项不符合题意;

　　 B、从机械效率公式可知，总功多，机械效率的大小还要看有用功的大小，故此项不符合题意;

　　 C、总功包括有用功和额外功，有用功在总功中占比例越大，机械效率越高，故此项正确符合题意;

　　 D、使用机械时，所用动力跟物重的比值与有用功占总功的比例没有关系，故此项说法不对，不符合题意。

　　【总结升华】该题考查学生对机械效率的理解，特别要注意功率与机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有任何关系。

　　【变式】(2020和平区三模)关于机械效率，下面说法正确的是(　　)

　　 A.功率越大的机械效率越高

　　 B.由于有用功总小于总功，机械效率总小于1

　　 C.机械效率越低的机械，做的功就越小

　　 D.机械效率越高的机械越省力

　　 6、如图所示，用滑轮组提升重物时，重800N的物体在10s内匀速上升了1m。已知拉绳子的力F为500N，则提升重物的过程中(　　)

　　 A.做的有用功是800J

　　 B.拉力F的功率是80W

　　 C.绳子自由端被拉下3m

　　 D.D滑轮组的机械效率是60%

　　【答案】A

　　【总结升华】本题考查了学生对功率的公式、机械效率公式、滑轮组s=nh、有用功、总功的理解和运用，因条件已给出，难度不大。

　　【变式】用某一滑轮组提起某重物，滑轮组所做的额外功是总功的25%，则此滑轮组的机械效率是(　　)

　　 A.20% B.25% C.75% D.80%

　　【答案】C

　　类型四、机械能的转化

　　 7.如图所示，在用滚摆做探究“机械能的相互转化”的活动时，把滚摆悬挂在框架上，用手捻动滚摆使悬线缠在轴上，滚摆升到更高点后，放开手，可以看到滚摆下降，越转越_____，到更低点时滚摆转而_____，直到差不多回到_____的位置。滚摆在_____位置时重力势能更大，在_____时动能更大。可见，_____和____可以相互转化。