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1、功和机械能湖北襄樊四中初中部 项兴乐 （441021）知识点一：功1、概念：一个力作用在物体上，并且物体在这个力的方向上移动一段距离，这个力就显示出成效，说这个力做了功。2、做功的两个必要因素：（1）作用在物体上的力（2）物体在力的方向移动的距离。3、公式：W=Fs【例题1】如图1所示的四种情景中，人们对物体做了功的是( )图1【解析】物理学中做功的两个必要因素是：一是有力作用在物体上；二是物体在力的方向上通过一段距离。本题A选项中有力作用在物体上，但物体没有在力的方向(竖直向上)上通过距离，注意：物体通过的距离不一定就是物体在力的方向上通过的距离；B选项中虽然有力作用在物体上，但物体在力的方
2、向上没有通过距离，属于劳而无功，D选项中虽然通过的距离，但没有力的作用，当然没有做功了。【答案】C【点评】做功有两个必要因素，首先是有力的作用（没有力的作用肯定没有做功）；再是在力的方向上通过了距离，二者缺一都没有做功，其次是通过的距离与力的方向相同。知识点二：功的原理1、内容：使用任何机械都不省功。2、演示：先测不用机械，直接用手所做的功W1，再测使用机械达到相同目所的功W2，比较W1、W2的大小，最后得出结论W1W2【例题2】如图2所示的光滑斜面，用F1=200N的力将一重300N物体在1min内沿斜面匀速推到高1m，或者直接用F2=300N的力把该物体提高1m。图2求：(1) 用甲图的方
3、法，推力对物体做的功为_J。 (2) 用乙图的方法F2对所做的功为_J。(3)通过上述计算，你发现使用斜面这类简单机械做功时，遵循的规律是_。【解析】（1）甲图利用斜面把物体推上去所做的功W甲=F1S=200N1.5m=300J（2）乙图直接把物体提高所做的功W乙=F2h=300N1m=300J（3）由此看出，利用斜面可以省力，但不省功。【答案】（1）300J （2）300J （3）利用斜面可以省力，但不省功，使用简单机械不省功功的原理【点评】使用任何简单机械都不省功，但可以省力或者省距离或者改变力的方向。 知识点三：有用功、额外功、总功及机械效率1、有用功：人们为了达到某一目的必须做的功。2
4、额外功：人们为了达到某一目的时，不需要但又不得不做额外的功。3、总功：有用功和额外功之和。4、机械效率：有用功和总功的比值。【例题3】如图3所示，在不考虑绳与滑轮的摩擦时，用三种方法把沙子运上三楼，根据图中给出的数据，有用功均为_J，其中三种方法中所做的额外功最大的是_J，所做总功最小的是_J，机械效率最大是_。图3【解析】人们的目的是向楼上提沙子，则对沙子做的功是有用功：W有用=G沙子h=100N23m=600J第一种方法中提桶和克服自身重力做的额外功为额外功：W额1=（G桶+G人）h=(20N+400N) 23m=2520JW总1= W有用+ W额1=600J+2520J=3120J机械效
5、率第二种方法中提桶和提动滑轮做的功为额外功W额2=（G桶+G动滑轮）h=(20N+10N) 23m=180JW总2= W有用+ W额2=600J+180J =780J机械效率第三种方法中提口袋和提动滑轮做的功为额外功W额3=（G口袋+G动滑轮）h=(5N+10N) 23m=90JW总3= W有用+ W额3=600J+90J =690J机械效率【答案】600J 2520J 690J 86.9%【点评】对人们有用的功为有用功，额外功是人们不需要的但又不得不做的功，运上到三楼时，实际上只上了二层楼的高度。知识点四：提高机械效率的方法1、特点：机械效率总是小于1。2、提高机械效率的方法：（1）改进结构
6、，使机械更合理，更轻便减小机械自重。（2）使用时要保养，加润滑油减小机械间的摩擦。也就是当有用功一定时，减小额外功；当额外功一定时，增大有用功。【例题4】用如图4所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。图4（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为_N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为_%请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：_。（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据：
7、实验次数钩码悬挂点钩码总重G/N钩码移动距离h/m拉力F/N测力计移动距离s/m机械效率/%1A点1.50.100.70.3071.42B点2.00.151.20.3083.3根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：_ ；请简要说明两条理由： _ ； _【解析】（1）测力计的示数为0.5N，杠杆对钩码做的功为有用功。W有用=Gh=1.0N0.1m=0.1J，拉测力计做的为总功，W总=Fs=0.5N0.3m=0.15J,杠杆的机械效率为%，使用杠杆时做的额外功是克服杠杆自重及摩擦所做的功。（2）不能；要得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码
8、越重其效率越高”的结论，必须保证悬挂点一样，并且改变钩码的重。表格中数据一是钩码悬挂点不一样，二同一悬挂点钩码的重没有改变。【答案】（1）0.5N 66.7% （2）不能 表格中数据一是钩码悬挂点不一样，二是同一悬挂点钩码的重没有改变。【点评】提高机械效率的方法，由公式可知：（1）当有用功一定时，额外功越小，则机械效率越大。（2）当额外功一定时，有用功越大，则机械效率越大；研究杠杆的机械效率与所挂钩码的重是否有关，要控制其它条件一样（控制变量法）。知识点五：功率1、概念：物体在单位时间里做的功。2、意义：表示物体做功快慢的物理量。3、公式：P=W/t。【例题5】图5使用汽车打捞水下重物的示意图
9、，在重物从水底拉到井口的过程中，汽车以恒定速度向右运动，忽略水的阻力和滑轮的摩擦， 四位同学画出了汽车功率P随时间t变化的图象(如图6所示)，其中正确的（ ） 图6图5【解析】在重物上升的过程中，没露出水面时，物体受到的浮力大小是不变的，汽车拉力F小于物体的重力且不变，从开始露出水面到完全露出的过程中，物体受到的浮力逐渐变小，所以汽车的拉力F逐渐增大，等完全露出水面后，汽车的拉力F等于物体的重力且不变.根据功率的推导式P=F的变化以及V的不变，可得出功率变化如图C。【答案】 C【点评】此题综合了浮力应用、功率计算和速度之间的关系，在解题过程中需要灵活运用各知识点，并找出它们内在的联系，能灵活运
10、用功率的推导公式进行分析。知识点六：动能1、物体由于运动而具有的能叫动能。2、影响因素：物体的质量和运动速度【例题6】下列物体不具有动能的是( )A.空中飞行的铅球B.草地上滚动的足球C.阳台上的花盆D.下落的瀑布【解析】一切运动的物体都有动能。题中铅球、足球、瀑布都在运动，都具有动能，而阳台上的花盆是静止的，不具有动能。【答案】C【点评】判断物体是否具有动能，就看该物体是否运动，只要物体运动，就具有动能。知识点七：势能1、物体由于被举高或者发生弹性形变而具有的能叫势能（重力势能和弹性势能）。2、影响因素：物体的质量、举高高度和弹性形变大小。【例题7】为了探究重力势能与哪些因素有关，现有大小不
11、同的实心铁球各一个、大小相同的实心铁球和实心玻璃球各一个、橡皮泥等。在探究重力势能与高度的关系时，应选用_，分别从不同的高度自由落下；在探究重力势能与质量的关系时，应选用_分别从相同的高度自由落下。【解析】本题是一道体现科学探究方法控制变量法的实验探究题。为了比较两个不同物体的重力势能的大小，必须采用控制变量法：(1)为了探究重力势能与高度的关系，应控制球的质量相同，在不同高度上自由下落，观察球下落后对橡皮泥做功的大小，质量越大，橡皮泥凹痕深度越大，故应选择同一个铁球或同一个玻璃球；(2)为了探究重力势能与质量的关系，应控制球下落的高度相同，选用质量不同的两个球，观察两个球下落后对外做功的多少
12、气能量越大，橡皮泥凹痕深度越大。故应选择大小相同的实心铁球和实心玻璃球进行实验。【答案】 同一个铁球或同一个玻璃球 大小相同的实心铁球和实心玻璃球【点评】判断物体重力势能的大小，是观察球下落后对橡皮泥做功的多少，对橡皮泥做功的多少是以橡皮泥凹痕深度来衡量的。知识点八：机械能及其转化图71、能量：物体能够做功，表示这个物体具有能量。2、机械能守恒：在只有动能和势能相互转化过程中，机械能的总量保持不变。【例题8】在北京奥运会上，我国蹦床运动实现零的突破，图7为蹦床运动员何雯娜从蹦床弹向空中表演技巧动作的过程中，则运动员具有的（ ）A.动能增加，势能减少B.动能增加，势能增加C.动能减少，势能减少D.动能减少，势能增加【解析】运动员何雯娜从高处A跳下到O的过程中，质量不变，高度减小，速度不断增大，重力势能转化为动能，从O点到B点的过程，运动员对蹦床做功，弹性势能增大，动能转化为蹦床的弹性势能。在B点，弹性势能最大，则从AB，能量转化为：重力势能动能弹性势能，从BA，弹性势能动能重力势能。【答案】D【点评】在运动员自由上下运动的过程中，由于克服摩擦阻力做功，机械能逐渐转化为其他形式的能，即机械能并不守恒，故运动员最终会停下。
