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中考复习“力学”(命题动态预测)——功和机械能

2014-05-06  紫曦唯幂1

中考复习“力学”(命题动态预测)——功和机械能


   2014年安徽省中考物理考试大纲对“功和机械能”的知识要求是:

1、知道动能、重力势能(包括了解弹性势能)与哪些因素有关,知道机械能的概念。(考试要求:A)

2、知道机械功的概念、定义式W=Fs和单位:焦耳(简称焦,符号为J);能根据具体情况判断力是否做功;能运用该定义式进行简单的计算。(考试要求:B)

3、知道功率的意义、定义式P=W/t和单位:瓦特(简称瓦,符号为W);能结合生产、生活实际说明机械(包括用电器等)功率的意义;能运用功率的定义式进行简单的计算。(考试要求:B)

4、理解机械效率的普遍意义,并能根据公式η=W/W ×100%进行一般的计算。(考试要求:B)

5、能举例说明物体的动能和势能之间是可以相互转化的。(考试要求:A)

一、功

1、机械功:如果一个力作用在物体上,物体在这个力的方向移动了一段距离,这个力的作用就显示出成效,力学里就说这个力做了功。

2、功的两个因素:(1)是作用在物体上的力,(2)是物体在这个力的方向上通过的距离。两因素缺一不可。

注意:不做功的三种情况:①物体受到了力,但保持静止。②物体由于惯性运动通过了距离,但不受力。③物体受力的方向与运动的方向相互垂直,这个力也不做功。

3、功的计算

(1)计算公式:物理学中,功等于力与力的方向上移动的距离的乘积。即:W=Fs

(2)符号的意义及单位:W表示功,单位是焦耳(J)1J=1N·mF表示力,单位是牛顿(N)s表示距离,单位是米(m)

(3)计算时应注意的事项:①分清是哪个力对物体做功,即明确公式中的F。②公式中的“s”是在力F的方向上通过的距离,必须与“F”对应。③F、s的单位分别是Nm,得出的功的单位才是J

4、功的原理——使用任何机械都不能省功。

二、机械效率

1、有用功——W有用:使用机械时,对人们有用的功叫有用功。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功。一般在提升物体时,W有用=Gh

2、额外功——W额外

(1)使用机械时,对人们没有用但又不得不做的功叫额外功。

(2)额外功的主要来源:①提升物体时,克服机械自重、容器重、绳重等所做的功。②克服机械的摩擦所做的功。

3、总功——W

(1)人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功,它等于有用功和额外功的总和。即:W= W有用+ W额外

(2)若人对机械的动力为F,则:W=F·s

4、机械效率——η

(1)定义:有用功与总功的比值叫机械效率

(2)公式:η= W有用/ W100%

(3)机械效率总是小于1          

(4)提高机械效率的方法①减小摩擦,②改进机械,减小自重。

三、功率

1、功率的概念:功率是表示物体做功快慢的物理量。

2、功率

(1)定义:单位时间内所做的功叫做功率,用符号“P”表示。单位是瓦特(W)常用单位还有kW

(2)公式:P=W/t。式中P表示功率,单位是瓦特(W)W表示功,单位是焦耳(J)t表示时间,单位是秒(s)

(4)功率与机械效率的区别:

①二者是两个不同的概念:功率表示物体做功的快慢;机械效率表示机械做功的效率。

②它们之间的物理意义不同,也没有直接的联系,功率大的机械效率不一定大,机械效率高的机械,功率也不一定大。

四、动能和势能

1、能量

1)物体能够对外做功,表示这个物体具有能量,简称能。    

2)单位:焦耳(J

2、动能

(1)定义:物体由于运动而具有的能,叫做功能。

(2)影响动能大小的因素:①物体的质量;②物体运动的速度。物体的质量越大,运动速度越大,物体具有的动能就越大。

(3)单位:焦耳(J)

3、重力势能

(1)定义:物体由于被举高而具有的能,叫做重力势能。

(2)影响重力势能大小的因素:①物体的质量;②物体被举高的高度。物体的质量越大,被举得越高,具有的重力势能就越大。

(3)单位:焦耳(J)

4、弹性势能

(1)定义:物体由于发生弹性形变而具有的能,叫做弹性势能。

(2)单位:焦耳(J)

(3)影响弹性势能大小的因素:①物体发生弹性形变的程度。物体的弹性形变程度越大,具有的弹性势能就越大。

五、机械能及其转化

1、机械能

(1)定义:动能和势能统称为机械能。机械能是最常见的一种形式的能量。     

(2)单位:J

(3)影响机械能大小的因素:①动能的大小;②重力势能的大小;③弹性势能的大小。

2、动能和势能的转化

(1)在一定的条件下,动能和势能可以互相转化。

(2)在分析动能和势能转化的实例时,首先要明确研究对象是在哪一个过程中,再分析物体质量、运动速度、高度、弹性形变程度的变化情况,从而确定能的变化和转化情况。

                         命题动态预测

    2014年安徽省中考可能会重点考察一下内容:(1)判断力做功的条件和机械功的计算;(2)利用公式P=W/tW=Pt进行相关的力学和电学计算还是今年的考查重点;(3)知道影响杠杆、滑轮组和斜面等机械的效率高低的因素;(4)利用公式η=W/W ×100%进行一般的相关计算;(5)决定动能、重力势能大小的因素及探究的过程;(6)根据实例判断机械能的变化。

                       跟踪训练

1、小明将掉在地面上的物理书捡起来放在课桌上,他对课本所做功最接近于( )

 A0.02J       B0.2J       C2J      D20J

分析:关键一是会估计物理书的质量和课桌的高度;关键二是知道机械功的公式W=Gh。估计物理书的质量约为0.25kg,课桌的高度约为0.8m,所以他从地上捡起物理书所做的功:W=Gh=mgh=0.25kg×10N/kg×0.8m=2J,所以选C

2、小亮踢足球,球离开脚后向上运动到一定高度又落回地面,不计空气阻力,关于足球离开脚后的运动过程,下列说法中正确的是(  )

A.上升过程中,足球受力方向是竖直向下的

B.上升过程中,小亮对足球做功

C.下落过程中,足球机械能总量增大

D.下落过程中,足球重力势能增大

分析:

A、不计空气阻力,球离开脚之后,球只受到重力作用,重力方向竖直向下.选项正确,符合题意。

B、球在上升过程中,球离开脚之后,球不再受脚的作用力,脚对篮球不做功,球上升是依靠惯性完成的。选项错误,不符合题意。

C、下落过程中,重力势能转化为动能,不计空气阻力,足球机械能总量不变,选项不正确,不符合题意。

D、球在下落过程中,球的质量不变,高度减小,重力势能减小。选项不正确,不符合题意。

3、下列数据中最接近实际情况的是(  )

A.一个中学生站立时对水平地面的压强约为100Pa

B.一本九年级物理课本的质量约为1kg

C.一个中学生从一楼走到三楼所做的功约为3000J

D.考场内一盏日光灯正常发光时的电流约为2A

分析解答:

A:中学生的体重在500N左右,站立时双脚与地面的接触面积在500cm2=0.05m2左右,对水平地面的压强大约为p=F/S=G/S=500N/0.05m2=104Pa。故A不对;

B:一本物理课本的质量不可能是1kg,因为1kg=2斤,太大太重了,故B不对;

C:中学生的体重约500N左右,一楼走到三楼时上升的高度大约6m,所以从一楼走到三楼所做的功约为W=Fs=500N×6m=3000J,C是正确的;

D:教室内日光灯的额定功率在40W左右,正常发光时的电流为I=P/U=40W/220V≈0.18A,故D也是不对的。
4、一辆车开进了泥潭中,司机取来一个动滑轮欲将汽车从泥潭中拉出,如图所示,若司机勇750N的拉力在5s内将汽车水平匀速拉动1m,那么司机所做的功是     J,司机做功的功率是     W,若滑轮的机械效率为60%,汽车所受地面的摩擦力是    N。

中考复习“力学”(命题动态预测)——功和机械能分析:(1)如图所示,拉动车使用的是动滑轮,故车被拉动了1m,则拉力F移动的距离为2m,利用功的公式W=Fs求出司机所做的功,再利用P=求出司机做功的功率。
车被拉动了1m,则拉力F移动的距离为s=2m
∴司机所做的功:W=Fs=750N×2m=1500J
∴司机做功的功率:P=W/t=1500J/5s=300W
2)知道滑轮组的机械效率,利用效率公式求摩擦力做功(有用功),再利用 W有用=fs求摩擦力大小。

∵η=  W有用/W×100%
∴ W有用
=ηW=60%×1500J=900J
∵ W有用
=fs
∴f= W有用
/s=900J/1m=900N
5、 一块水田面积为1800m2要灌平均0.1m深的水。不计水渗透的损失,求:
(1)所灌水的质量为多少kg?(ρ=1.0×103 kg/m3
(2)若这些水是用水泵(抽水机)从距水田2m深的水渠中抽上来的(提示:抽水实际上就是利用水泵将水提升一定高度),水泵对水做了多少J的功?
(3)若水泵的功率为 2kW,抽这些水要用多长时间?

分析解答:水泵抽水是克服水的重力做功,水的质量利用m=ρV计算。
(1)水的质量:m=ρV=1.0×103kg/m3×1800m2×0.1m=1.8×105kg
(2)功:W=Fs=Gh=mgh=1.8×105kg×10N/kg×2m=3.6×106J
(3)由P=W/t可得,t=W/P=3.6××106J/2000W=1800s

6、公交公司最近更换了一批新型混合动力公交车,在进行新车测试时获得一些数据:新型公交车总质量为4×103kg,轮胎与地面总接触面积为0.4m2,车匀速行驶时所受阻力是车总重的0.5倍,公交车在牵引力作用下在平直公路上匀速行驶,2min内行驶了1200m(取g=10N/kg,忽略司机的质量)。求:
1)新型公交车静止时对水平地面的压强是多少?
22min内牵引力所做功及功率各是多少?

分析:(1)新型公交车对地面的压力等于新型公交车的总重力;受力面积是四个车轮与地面接触面积;根据压强公式p=F/S可求出新型公交车对地面的压强;
2)因为新型公交车沿平直公路匀速行驶,所以新型公交车受到的阻力和牵引力是一对平衡力,根据二力平衡的原理可知阻力的大小。
根据功的定义可知:牵引力做的功就等于牵引力与车在牵引力作用下通过的距离的乘积;功率就是在所用的单位时间内所完成的功。
解答:(1G=mg=4×103kg×10N/kg=4×104N
车静止时对水平地面的压力F=G=4×104N
对水平地面的压强p=F/S=4×104N/0.4m2 =1000Pa
2)f=0.5G=0.5×4×104N=2×104N
车匀速行驶,牵引力F=f=2×104N
牵引力做功:W=Fs=2×104N×1200m=2.4×107J
∵t=2min=120s
∴功率:P=W/t=2.4×107J/120s =2×105W
7、用如图所示滑轮组提升重物.人用500N的拉力F15s内使重为900N的物体匀速上升了3m。不计绳重和摩擦,求:(1)动滑轮的重。(2)人拉绳子做功的功率。(3)滑轮组的机械效率。

中考复习“力学”(命题动态预测)——功和机械能分析:由滑轮组的结构知道n=2s=2h
1)不计绳重和摩擦,知道拉力和物重的大小,利用F=G+G)/2求动滑轮的重;
2)利用s=2h求出拉力移动的距离,知道拉力大小和运动时间,利用功率公式求解;
3)利用W=Gh求有用功,利用W=Fs求总功,利用机械效率的公式求滑轮组的机械效率.
分析解答:

1)由题知,不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重,
F=G+G)/2    即:500N=G+900N)/2,  动滑轮的重:G=100N
2)拉力移动的距离:s=2h=6m
拉力做功:W=Fs=500N×6m=3000J
拉力做功功率:P=W/t=3000J/15s=200W
3)使用滑轮组做的有用功:W=Gh=900N×3m=2700J
滑轮组的机械效率:η=W有用/W×100%=2700J/3000J×100%=90%

 8、阅读短文,回答问题
Quaranta是当前问世的外表最圆润同时也最富动感的太阳能汽车之一(如图甲所示)。其前风窗玻璃和顶盖玻璃皆采用防太阳辐射的层压玻璃制作而成,车身轻便灵活。电池完全由太阳能供能——通过安装在车顶和前端的电池板收集太阳能。某辆太阳能汽车接收太阳光能的面板面积S=8m2,太阳照射时产生U=120V的电压,并对整车提供最大为10A的电流,机车最大可获得800W的机械功率。设太阳光照射到地面上1平方米面积上的辐射功率P0=1.0×103W。该车加速性能优越,从静止开始加速100m的路程最短仅需5s。
中考复习“力学”(命题动态预测)——功和机械能
(1)车载导航系统是利用          来传递信息的;车窗玻璃能有效防止来自太阳的辐射,主要是能阻挡太阳光中的              
(2)若设计Quaranta车身的材料应具有强度高且轻便的特点,则下表所列的材料中,最为理想的                     

材料 技术指标

  锰钢

 铝合金

 钛合金

 碳纤维

 性能(强度)

   强

  较弱

  较强

  强

密度/kg·m-3

7.9×103

3.0×103

4.5×103

1.6×103

(3)Quaranta从静止加速100m路程的过程中可以达到的最大平均速度为        m/s。
(4)太阳能属于(选填“一次”或“二次”)能源;太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为            。
(5)若该汽车在水平路面上以最大机械功率P运动,一段时间后再将功率减小到P1,并保持此功率运动,其运动的速度时间图线如图乙所示,设运动过程中小车所受阻力恒定不变。则阻力为    N,P1=           W。

分析解答:

1)车载导航系统是利用电磁波来传递信息的;车窗玻璃能有效防止来自太阳的辐射,主要是能阻挡太阳光中的紫外线。
2)由表中数据可知,碳纤维的密度小而强度大,是理想的材料。
3)车的最大平均速度v=S/t=100m/5s=20m/s。
4)太阳能属于一次能源。
   太阳能电池的效率:
   η= W
有用/W×100%=UIt/PSt=120V×10A/1×103W×8m2=15%

5)由图乙所示可知,车以最大机械功率P运动时的速度为10m/s
    P=Fv则车的牵引力F=P/v=800W/10m/s=80N
    车做匀速运动,所受阻力f=F=80N
   车的功率P1=F1v=fv=80N×6m/s=480W

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