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3.3能量轉(zhuǎn)化的量度學(xué)習(xí)目錄學(xué)習(xí)目錄目錄模塊一知己知彼 1模塊二知識(shí)掌握 1知識(shí)點(diǎn)一、功 1知識(shí)點(diǎn)二、功率 5模塊三鞏固提高 8知識(shí)重點(diǎn)知識(shí)重點(diǎn)模塊一知己知彼學(xué)習(xí)目標(biāo)目標(biāo)解讀1.結(jié)合實(shí)例識(shí)別做功與不做功的情形,歸納出做功的兩要素,知道功的單位。2.能運(yùn)用功的公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。3.理解功率的概念及功率表示的物理意義。4.概述功率的單位及計(jì)算公式P=W/t,并能利用公式進(jìn)行計(jì)算。解讀1:理解功的概念,知道功的單位,能運(yùn)用功的公式進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算,常見題型為選擇題、填空題和計(jì)算題,難度適中。解讀2:理解功率的概念,知道功率的物理意義,能運(yùn)用功率的公式以及推導(dǎo)公式進(jìn)行計(jì)算,或結(jié)合二力平衡、速度等綜合考查,常見題型為選擇題填空題和計(jì)算題,難度適中。模塊二知識(shí)掌握知識(shí)點(diǎn)一、功(一)功的含義物體受到力的作用,并且在這個(gè)力的方向上通過一段距離,我們就說這個(gè)力對(duì)物體做了功。力做功也常說成物體做功,如人的推力對(duì)小車做功,也可以說成人對(duì)小車做功。(二)做功的兩個(gè)必要因素做功包括兩個(gè)必要因素:一是;二是。兩者缺一不可,否則就沒有做功,例如:運(yùn)動(dòng)員把杠鈴舉過頭頂不動(dòng)時(shí),雖然有力但杠鈴并沒有在力的方向上移動(dòng)一段距離,所以不做功。(1)力對(duì)物體不做功的三種情況①有距離無力:物體沒有受到力的作用,但由于慣性通過一段距離;②有力無距離:有力作用在物體上,但物體沒動(dòng),即物體沒有通過一段距離;③力與距離垂直:物體受到了力的作用,也通過了一段距離,但通過的距離與力的方向垂直。(2)物體在力的方向上通過一段距離是指力與距離具有同向性、同體性和同時(shí)性。
(三)功的計(jì)算功有大小,科學(xué)上規(guī)定:功等于。即功=力x距離。如果用F表示力,s表示物體在力的方向上通過的距離,W表示功,則功的計(jì)算公式為W=。應(yīng)用功的計(jì)算公式時(shí),必須注意以下三點(diǎn):(1)要明確是哪個(gè)力對(duì)物體做功,或是哪個(gè)施力物體對(duì)哪個(gè)受力物體做功。(2)公式W=Fs中的F是作用在物體上的力,s是物體在力F方向上通過的距離。例如:某運(yùn)動(dòng)員用500牛的力將足球踢出20米遠(yuǎn),若用公式W=Fs=500牛x20米=10000焦計(jì)算就是錯(cuò)誤的,因?yàn)樘咔虻牧Φ淖饔镁嚯x并不是20米。(3)F是使物體沿力F方向通過距離s的過程中,始終作用在物體上的力,它的大小和方向都是不變的。(四)功的單位在國際單位制中,力的單位是牛(N),距離的單位是米(m),功的單位是牛.米(N.m),在國際單位制中,用專門的名稱“焦耳”來表示,簡(jiǎn)稱為焦,符號(hào)是J。1焦=。(五)做功的實(shí)質(zhì)做功的過程實(shí)質(zhì)上就是能量轉(zhuǎn)化的過程,力對(duì)物體做了多少功,就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化。因此,可以用功來量度能量轉(zhuǎn)化的多少。例如:舉起重物時(shí)做功100焦,人體就有100焦的能量轉(zhuǎn)化成了物體的勢(shì)能;拖動(dòng)物體做功500焦,人體就有500焦的能量轉(zhuǎn)化成了物體的動(dòng)能和由于各種摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能。能量的單位與功的單位一樣,也是焦耳?!灸芰ν卣埂?.做功跟我們?nèi)粘Kf的“做工”或“工作”不一樣?!白龉ぁ备嘀笍氖麦w力勞動(dòng),在體力勞動(dòng)中,人可能做功,也可能沒有做功。如建筑工人搬運(yùn)重物在水平路面上行走,是在“做工”,但沒有做功?!肮ぷ鳌笨梢灾阁w力勞動(dòng),也可以指腦力勞動(dòng),腦力勞動(dòng)沒有做功。2.判斷物體做功的多少,要看力和在力的方向上通過的距離,不要受接觸面粗糙程度和斜面的影響。3.功和能的區(qū)別與聯(lián)系:功和能是兩個(gè)不同性質(zhì)的量,功是過程量,它對(duì)應(yīng)的是一段時(shí)間和一段過程;能是狀態(tài)量,它對(duì)應(yīng)的是一個(gè)時(shí)刻和一個(gè)狀態(tài)。但功和能這兩個(gè)量又是密切相關(guān)的,首先,能是物體做功的本領(lǐng),如果一個(gè)物體具有做功的本領(lǐng),我們就說它具有能;其次,功是能量轉(zhuǎn)化的量度,即在一個(gè)過程中,能量究竟轉(zhuǎn)化了多少,可以用相應(yīng)的功量度出來。(2022?杭州模擬)運(yùn)動(dòng)會(huì)上,小明為班級(jí)買來了一箱礦泉水,則下列過程中,小明對(duì)箱子有做功的是()A.小明推放在地面上的箱子,沒推動(dòng) B.小明提著箱子站在操場(chǎng)上 C.小明提著箱子在操場(chǎng)上水平勻速走動(dòng) D.小明提著箱子上樓梯(2022秋?義烏市期中)如圖所示,塔式起重機(jī)下掛著重物,在下列三種情形中:①重物靜止不動(dòng);②重物勻速向上運(yùn)動(dòng);③重物沿水平方向勻速移動(dòng)。下列關(guān)于鋼索拉力對(duì)重物做功的判斷及其原因的分析,正確的是()A.只有情形①③做了功,因?yàn)橹匚锏臋C(jī)械能發(fā)生了變化 B.只有情形②做了功,因?yàn)橹匚锏臋C(jī)械能發(fā)生了變化 C.只有情形①③做了功,因?yàn)槠鹬貦C(jī)消耗了能量 D.只有情形②做了功,因?yàn)槠鹬貦C(jī)消耗了能量(2023?溫州模擬)如圖甲所示,重力為G的小球制成的擺錘由a處靜止釋放后擺動(dòng),記錄不同時(shí)間小球的軌跡。小球在不同位置離天花板的高度分別為H1、H2、H3,不計(jì)空氣阻力。(1)小球從b到c位置過程中,重力做的功是。(用字母表示)(2)若小球運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)時(shí)失去所有外力作用(繩子也斷開),圖乙中能正確描述其后續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡的是。A.勻速直線B.靜止C.加速下落D.勻速上升(2023?柯橋區(qū)模擬)把2個(gè)雞蛋從地面豎直勻速拿到桌面上所做的功約為()A.0.1焦 B.1焦 C.10焦 D.100焦(2023?鹿城區(qū)三模)將制作好的水火箭豎直立于地面如圖甲所示。用打氣筒向瓶?jī)?nèi)打氣,瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)足夠大時(shí),瓶?jī)?nèi)的水向下噴出,水火箭豎直向上飛起。(1)瓶?jī)?nèi)的水向下噴出而水火箭向上運(yùn)動(dòng),這是因?yàn)?。?)水火箭瓶體質(zhì)量為0.5千克。當(dāng)水火箭豎直上升至15米高時(shí),瓶體克服自身重力做功。(3)圖乙是水火箭發(fā)射后的速度隨時(shí)間變化的圖像,請(qǐng)選出水火箭發(fā)射后受到平衡力的時(shí)刻。(選填“t1”、“t2”或“t3”)(2023?西湖區(qū)模擬)在水平地面上有一長(zhǎng)方體木箱。小林用水平推力F把木箱向前推,如圖甲所示。此過程中,推力F隨時(shí)間t的變化情況如圖乙所示,木塊前進(jìn)的速度v的大小隨時(shí)間t的變化情況如圖丙所示。(1)0~1秒內(nèi),推力F對(duì)木箱是否做功(選填“是”或“否”);(2)3~5秒內(nèi),推力F對(duì)木箱做功焦。知識(shí)點(diǎn)二、功率(一)比較做功的快慢比較做功的快慢有三種方法:(1)若做功相同,比較做功的時(shí)間,所用時(shí)間越短做功越快,所用時(shí)間越長(zhǎng)做功越慢;(2)若做功時(shí)間相同,比較所做功的多少,做功越多做功越快,做功越少做功越慢;(3)若做功的多少和所用時(shí)間都不相同,則通過計(jì)算(做功的多少與做功所用時(shí)間的比值)進(jìn)行比較。通過以上三種方法的比較,說明做功的快慢與做功的多少和做功所用時(shí)間這兩個(gè)因素都有關(guān)系。
(二)功率(1)定義:?jiǎn)挝粫r(shí)間里完成的功叫做功率。(2)意義:反映做功的量(即表示能量轉(zhuǎn)化快慢的量)。(3)符號(hào):P(4)功率的公式:由功率的定義知,功率=功/時(shí)間,如果用P表示功率,W表示功,t表示時(shí)間,則功率的公式可表示為P=(5)功率的單位在國際單位制中,功率的單位是瓦特,簡(jiǎn)稱瓦,符號(hào)為W。1瓦=1焦/秒。在實(shí)際應(yīng)用中還常用千瓦(kW)、兆瓦(MW)作為功率的單位。1千瓦=1000瓦,1兆瓦=106瓦?!灸芰ν卣埂竣佼?dāng)物體在力F的作用下,以速度v做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)(力F與速度v同方向),由W=Fs、v=s/t,得出P=Fv,即功率等于力與力的方向上運(yùn)動(dòng)速度的乘積。利用P=Fv可以知道:拖拉機(jī)在上坡時(shí),當(dāng)功率一定時(shí),通過換擋減小速度是為了增大牽引力,這樣有利于上坡。②應(yīng)用公式P=W/t時(shí)一定要注意三個(gè)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系,功W一定是在對(duì)應(yīng)的時(shí)間t內(nèi)完成的功,這樣算出的功率才是時(shí)間t內(nèi)的功率,不同的時(shí)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的功率一般來說是不同的,功率越大,反映了完成功的“速度”越大,但并不代表做功一定多。功率的公式P=W/t是指平均功率,即在t時(shí)間內(nèi)的平均功率,而不是某一時(shí)刻的瞬間功率。(2022秋?秀洲區(qū)期末)人們買汽車時(shí)會(huì)關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)(汽油機(jī))的性能,下列標(biāo)注的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)中,直接反映做功快慢的是()A.功率 B.效率 C.排量 D.轉(zhuǎn)速(2022?樂清市一模)科學(xué)中常用數(shù)學(xué)方法來表示某些量的關(guān)系。下列物理量中能用陰影面積表示相應(yīng)的量是()A.功率 B.壓力 C.速度 D.密度(2023?淳安縣一模)如圖所示,小桂和小林一起坐在秋千凳上蕩秋千,他們的重力分別是G1、G2,且G1<G2,某次從最高點(diǎn)下擺到最低點(diǎn)的過程中,他們重力做功的大小分別為W1、W2,重力做功的快慢分別為P1、P2。則()A.W1>W(wǎng)2 B.W1=W2 C.P1<P2 D.P1=P2(2023?西湖區(qū)模擬)甲、乙兩臺(tái)塔吊機(jī)器的功率分別為P甲=25kW和P乙=40kW。則下列判斷正確的是()A.乙一定比甲做功快 B.乙一定比甲做功多 C.相同時(shí)間內(nèi)兩機(jī)器做功一樣多 D.做同樣多的功,甲所用時(shí)間更少(2023?寧波模擬)一定質(zhì)量的貨物在吊車鋼索拉力的作用下,豎直向上運(yùn)動(dòng),如圖是貨物上升的路程s隨時(shí)間t變化的圖象。不考慮空氣的阻力和鋼索重力,則下列判斷正確的是()A.2s時(shí)與8s時(shí)的拉力大小相等 B.0﹣6s內(nèi)和6﹣12s內(nèi)通過的距離相等 C.整個(gè)上升過程速度一直不變 D.0至12s內(nèi)拉力做功的功率保持不變(2023?婺城區(qū)模擬)金義東(金華一義烏一東陽)線是金華輕軌的首條線路,全長(zhǎng)約108km,該線路的建成有助于打造金義都市區(qū)“一小時(shí)通勤圈”。金義東線所用列車空載時(shí)的質(zhì)量約為200t,??繒r(shí)車輪跟鐵軌接觸總面積為0.8m2,最高設(shè)計(jì)速度為120km/h。分析計(jì)算:(1)若列車全程以最高設(shè)計(jì)速度行駛,途中不??浚瑒t從金華到東陽共需要小時(shí)。(2)??繒r(shí),空載列車對(duì)鐵軌的壓強(qiáng)為多少?(3)若空載列車以108km/h的速度勻速直線行駛時(shí),所受阻力為車重的0.04倍,此時(shí)該列車的功率為多少?(2023?婺城區(qū)模擬)金華軌道交通是服務(wù)于金華市的城市軌道交通系統(tǒng),2023年4月7日全線貫通,全長(zhǎng)108千米,最高運(yùn)行速度為120公里/小時(shí),列車由6節(jié)車廂組成,每節(jié)車廂質(zhì)量約為33.6噸,列車的車輪跟鐵軌接觸總面積約為0.8m2。計(jì)算:(1)列車空載停在軌道上時(shí),整個(gè)列車對(duì)鐵軌的壓強(qiáng)為多大?(2)列車正常運(yùn)行的功率為2400kW,則該車以最高速度勻速運(yùn)行時(shí)受到的牽引力為多大?(3)該車正常運(yùn)行時(shí),勻速行駛20分鐘牽引力所做的功為焦。模塊三鞏固提高(2022秋?舟山期末)非洲旱季,常用Hipporoller(中間有轉(zhuǎn)軸的塑料桶)運(yùn)水。下列選項(xiàng)中,小華分別用背背、手抱、平拉、滾拉的方式運(yùn)滿桶水,在粗糙程度相同的水平地面上勻速行走相同路程,她對(duì)滿桶水做功最多的是()A. B. C. D.(2023?杭州模擬)如圖甲所示,同一木塊放在同一水平面上,先后兩次沿水平方向拉動(dòng)木塊使其做勻速直線運(yùn)動(dòng)。兩次拉動(dòng)木塊的s﹣t圖像分別是圖乙中的圖線①②。則下列物理量相等的是()A.木塊前后兩次所受的摩擦力 B.木塊前后兩次運(yùn)動(dòng)的速度 C.前后兩次在相同時(shí)間內(nèi)拉力所做的功 D.前后兩次拉力的功率(2022秋?鎮(zhèn)海區(qū)期末)如圖所示小科用5N的水平拉力F拉動(dòng)裝置,使重為80N的物體A在5s內(nèi)沿水平地面運(yùn)動(dòng)了1m,物體B重50N(物體B與A始終接觸),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)恒為2N。下列說法錯(cuò)誤的是()A.物體A與物體B之間的摩擦力大小為2N B.拉力F做的功為5J C.拉力F做功的功率為1W D.物體A受到地面的摩擦力為3N,方向?yàn)樗较蜃螅?022秋?西湖區(qū)期末)如圖所示,質(zhì)量為m的物體,在粗糙程度相同的斜面上,用大小相等的拉力F,運(yùn)動(dòng)相同的路程s,若甲中F做的功為W1,乙中F做的功為W2,則()A.W1>W(wǎng)2 B.W1<W2 C.W1=W2 D.條件不足,無法確定(2022秋?慈溪市期末)將一本科學(xué)課本從地上撿起放到課桌上,所做的功大約是()A.0.3J B.3J C.30J D.300J(2022秋?鄞州區(qū)期末)爺爺與小麗進(jìn)行爬樓比賽,他們都從1樓上到6樓,爺爺?shù)捏w重是小麗體重的2倍,爺爺所用的時(shí)間是小麗所用時(shí)間的3倍,若爺爺做功為W1,功率為P1,小麗做功為W2,功率為P2,則下列判斷正確的是()A.W1:W2=1:1 B.W2:W1=6:1 C.P1:P2=2:3 D.P1:P2=3:2(2022秋?鄞州區(qū)期末)某九年級(jí)同學(xué)家住5樓。一天,他提著裝有30個(gè)雞蛋的塑料袋從1樓走到家里。在此過程中,下列估算不合理的是()A.他提雞蛋的力做的功約為200J B.他提雞蛋的力做功的功率約為3W C.他爬樓做的功約為6×102J D.他爬樓做功的功率約為102W(2022秋?瑞安市校級(jí)期末)電梯的簡(jiǎn)化模型如圖甲所示,考慮安全、舒適、省時(shí)等因素,電梯速度要經(jīng)過加速、勻速和減速的過程,這一過程是通過改變拉力大小來實(shí)現(xiàn)的。某次電梯上升過程中所受拉力F隨上升高度h變化的圖象如圖乙所示。下列所示的圖象中,能正確反應(yīng)電梯在上升過程中拉力所做的功W與高度h關(guān)系的是()A. B. C. D.(2023?桐廬縣一模)科學(xué)課上,喜歡動(dòng)手的小桐幫助老師搬運(yùn)實(shí)驗(yàn)器材,器材所受的重力為150N,底面積為150cm2,距離講臺(tái)的水平距離OM=1.2m,距離講臺(tái)面的豎直高度ON=0.8m,如圖所示。小桐先用30N的水平推力將器材勻速推到O點(diǎn),再將器材勻速搬到桌面。(1)在M點(diǎn)時(shí),器材對(duì)地面的壓強(qiáng)為帕;(2)在MO段,器材受到的摩擦力為牛;(3)整個(gè)過程,小桐對(duì)器材做的功為焦。(2023?溫州模擬)近年來,中國神舟系列、嫦娥系列等航天工程技術(shù)不斷發(fā)展。結(jié)合下列信息回答問題:(1)如圖甲所示為神舟十四號(hào)返回艙著陸前下落速度與時(shí)間的關(guān)系??傎|(zhì)量為3噸(忽略返回艙因摩擦造成質(zhì)量的變化)的返回艙在CD段總重力做功的功率是瓦。(2)若中國航天員登上月球時(shí),看地球的形狀與滿月類似,則此時(shí)月球處在圖乙中的位置(填序號(hào))。?(2023?龍港市模擬)如圖所示是公園的一個(gè)健身器材,桿和繩距離地面均為4米,小龍的體重為600牛。小龍第一次順著桿從桿頂勻速下滑到地面,速度為2米/秒,第二次沿著比桿粗糙、豎直的繩從頂部勻速下滑到地面,所用時(shí)間為3秒。?(1)當(dāng)小龍順著桿頂勻速下滑到地面時(shí),需要的時(shí)間為秒。(2)小龍兩次重力做的功率分別為P1、P2,則P1P2(選填“大于”“小于”“等于”)。(3)運(yùn)動(dòng)時(shí),人體產(chǎn)熱增加,散熱也加快,使體溫維持穩(wěn)定。寫出此時(shí)散熱的一種方式:。(2022秋?新昌縣期末)某學(xué)校購買了30套總質(zhì)量為150千克的顯微鏡,每套一箱。實(shí)驗(yàn)員需要把這批顯微鏡搬運(yùn)到12米高的生物實(shí)驗(yàn)室。(1)該實(shí)驗(yàn)員在搬運(yùn)中。對(duì)顯微鏡總共做功為焦。(2)假設(shè)他身體可以向外提供的功率P與所搬運(yùn)物體的質(zhì)量m的關(guān)系如圖甲所示:每次他搬起箱子、放下箱子和下樓的時(shí)間t與所搬運(yùn)物體的質(zhì)量m關(guān)系如圖乙所示。那么他最快搬完全部箱子,且回到開始搬運(yùn)處時(shí),所用的最短時(shí)間為秒。(結(jié)果保留整數(shù))。(2023?衢州模擬)如圖所示甲為某品牌的電動(dòng)平衡車,它在行駛過程中僅僅通過人體重心的改變便可實(shí)現(xiàn)車輛的啟動(dòng)
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