中考专题复习——功和机械能教学设计

中考专题复习——功和机械能教学设计

‎《中考专题复习——功和机械能》教学设计 ‎ 【中考透视】[来源:zzstep.com]‎ ‎ 实施新课程以来，中考中有关功和机械能的考点较多，特别是考查与机械效率、动能、势能、机械能及其转化的有关知识，对本章的单独考查：一是考查应用技能，如功、功率、机械效率的计算；二是对探究实验的考查，如：探究机械效率。题型主要以填空题、选择题、计算题和实验题为主，试题难度以中等为主，在每年的中考试题中本章内容约占总分的3%～5%．‎ ‎ 【知识网络图示】‎ ‎ 定义：力与在力的方向上移动的距离的乘积叫做功 做功的两个必要因素 ‎ 一是作用在物体上的力[来源:中.教.网z.z.s.tep]‎ 功 ‎ 二是物体在力的方向上通过的距离 ‎ 公式：W＝Fs ‎ 单位：焦耳(J)，1 J＝1 N·m[来源:中教网]‎ ‎ 功的原理：使用任何机械都不省功 机械效率 ‎ 总功＝有用功十额外功 ‎ 定义：有用功跟总功的比值[来源:中|国教|育出|版网]‎ ‎ 公式：η＝×100%，机械效率总小于1(η越高，说明有用功 功和机械能 在总功中所占的比例越大)‎ ‎ 物理意义：表示做功的快慢[来源:中国教育出版网zzstep.com]‎ ‎ 定义：单位时间内所做的功 功率 ‎ 公式：P＝‎ ‎ 导出式：P＝Fv[来源:中教网]‎ ‎ 单位：瓦特，符号W(1 kW＝103 W)‎ 动能 ‎ 定义：物体由于运动而具有的能 ‎ 决定大小的因素：速度(v)、质量(m)[来源:z&zs&tep.com]‎ 重力势能 ‎ 定义：物体由于被举高而具有的能 机械能 ‎ 决定大小的因素：质量(m)、高度(h)‎ 弹性势能 ‎ 定义：物体发生弹性形变而具有的能[来源:中*国教*育出*版网]‎ ‎ 决定大小的因素：物体的材料、弹性形变的大小 ‎ 动能和势能的相互转化 ‎ 如果只有动能和势能相互转化，机械能总和不变，即机械能是守恒的【考点解读】教,育出,版网]‎ ‎ 考点1 判断力是否做功 ‎ 例1 如图15－104所示，妇女推着童车走了几步，男子用很大的力推汽车，但汽车没有被推动．比一比，谁做的功多？为什么呢？[来源:zzstep.com]‎ ‎ 分析 ‎ ‎ 男子用了较大的力，但车没有运动，该男子没有做功．妇女用了较小的力，童车运动了，该妇女做了功．‎ ‎ 答案：妇女做的功多，这是因为男子虽然用很大的力，但车未动，该男子劳而无功，[来源:中。教。网z。z。s。tep]即做功为零．‎ ‎ 例2 下列关于物体是否做功的说法中正确的是 ( )‎ ‎ A．起重机用吊绳吊着钢筋水平匀速移动了一段距离，起重机吊绳对钢筋做了功[来源:zzstep.com]‎ ‎ B．被脚踢出的足球在草地上滚动的过程中，脚对球做了功 ‎ C．小刚从地上捡起足球的过程中，小刚对球做了功 ‎ D．小丽背着书包站在路边等车，小丽对书包做了功[来源:z,zs,tep.com]‎ ‎ 分析 判断物体是否做了功，依据做功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上移动了距离，二者缺一不可．A选项中起重机吊绳对钢筋的拉力竖直向上，但钢筋是沿水平方向移动的距离，故错误．B选项中足球离开脚后，靠惯性向前移动，[来源:zzstep.com]因此脚对足球没有做功，故错误．C选项中小刚从地上捡起篮球的过程中，小刚对球施加了力，球在小刚施加力的方向上移动了距离，因此小刚对篮球做了功，故正确．D选项中小丽虽然对书包施加了力的作用，但书包在力的方向上没有移动距离，故错误．故正确答案为C．[来源:中教网]‎ ‎ 考点2 功、功率、机械效率的综合计算 例3 某同学用所学滑轮知识在家里阳台上安装了如图 15－105所示的升降装置．[来源:中国教育出版网zzstep.com]他用此装置将重500 N的物体匀速提高10 m，所用拉力为 300 N，则拉力做的功是 J．该装置的机械效率是 ．‎ ‎[来源:中国教育出版网zzstep.com]‎ ‎ 分析 图示中有两段绳吊着动滑轮，根据滑轮组的特点，重物上升h＝10 m，则拉力F作用的绳子自由端移动的距离应为s＝2h＝20 m，由功的计算式可得拉力的功，即总功W总＝Fs＝300 N×20 m＝6000 J，对重物做的功，即有用功W有＝Gh＝500 N×10 m＝5000 J[来源:中|教|网z|z|s|tep]，所以机械效率η＝W有／W总＝5000 J／6000 J≈83．3%．‎ ‎ 答案：6000 83．3%‎ ‎ 【解题策略】 在有关滑轮组机械效率的计算中，关键是搞清重物上升的距离与拉力[来源:中国教育出版网zzstep.com]作用的绳子自由端移动距离的关系．‎ ‎ 例4 如图15－106所示，建筑工人用一个滑轮组将重为600 N的物体匀速提升2 m所用的时间为40 s，人所用的拉力是 400 N，则 ( )[来源:中。国教。育出。版网]‎ ‎ A．此滑轮组的机械效率为75%‎ ‎ B．物体上升的过程中机械能总量不变 ‎ C．拉力所做的总功为2800 J[来源:中教网]‎ ‎ D．此人的功率为40 W ‎ 分析 A中η＝＝＝＝＝75%；B中物体匀速上升的过程中势能增加，所以机械能总量增加；C中拉力所做的总功W总＝Fs＝F·2h＝400 N ‎×2×2 m[来源:中国教育出版网zzstep.com]＝1600J；D中P＝＝＝40W．故正确答案为AD．‎ ‎ 例5 工人师傅用起重机在20 s内把质量为103 kg的货物匀速竖直提高6m．g取10 N／kg．求：[来源:中教网]‎ ‎ (1)货物的重力．‎ ‎ (2)货物上升的速度．‎ ‎ (3)起重机的功率．[来源:z*zs*tep.com]‎ ‎ 分析 根据重力与质量的关系G＝mg可求货物的重力；已知高度和上升时间利用公式v＝s／t可求得速度；起重机做的功W＝Gh，功率的计算式为P＝W／t＝ Gh／t，可求功率．‎ ‎ 解：(1)货物重力G＝mg＝103 kg×10 N／kg＝104 N．[来源:中§国教§育出§版网]‎ ‎ (2)货物上升的速度v＝＝＝＝0．3m／s．‎ ‎ (3)起重机的功率P＝＝＝＝＝3×103 W．‎ ‎ 考点3 动能、势能、机械能及其转化[来源:中国教育出版网zzstep.com]‎ 例6 如图15－107所示的四幅图片是生活和生产中的场景，对其能量变化的描述中，错误的是 ( )‎ ‎[来源:中.国教.育出.版网]‎ ‎ A．甲图中，货物被举高后内能增加了 ‎ B．乙图中，列车速度增大后动能增加了 ‎ C．丙图中，握力计发生形变后弹性势能增加了[来源:zzstep.com]‎ ‎ D．丁图中，飞机升空后重力势能增加了 ‎ 分析 货物被举高后势能增加．故正确答案为A．‎ ‎ 例7 下列情况中，物体的机械能保持不变的是 ( )[来源:中教网]‎ ‎ A．在没有空气阻力的情况下物体自由下落 ‎ B．汽车从斜坡上匀速滑下 ‎ C．物体在光滑的水平面上受拉力的作用，速度增大[来源:中国教育出版网zzstep.com]‎ ‎ D．利用滑轮组将物体匀速提高 ‎ 分析 A项中在没有空气阻力的情况下，物体自由下落，重力势能转化为动能，没有能量损失，机械能保持不变；B项中汽车从斜坡上匀速滑下，动能不变，但重力势能减小，[来源:z_zs_tep.com]总的机械能减小；C项中物体的重力势能为零，且始终保持不变，速度增大，动能增大，总的机械能增大；D项中物体在匀速上升的过程中，动能不变，重力势能增大，总的机械能增大．故正确答案为A．[来源:z+zs+tep.com]‎ ‎ 【解题策略】 要判断机械能是否守恒有两种办法：‎ ‎ (1)看整个过程，是否只有动能和势能的相互转化，若有其他形式的能参与了转化，例如内能，则机械能不守恒．[来源:中&国教&育出&版网]‎ ‎ (2)根据机械能的大小等于动能的大小和势能的大小之和，分别判断动能和势能的大小变化，再综合判断机械能是否守恒．‎ ‎ 例8 在北京奥运会上，我国蹦床运动实现了零的突破，如图 15－108所示为蹦床[来源:zzstep.com]‎ 运动员何雯娜从蹦床弹向空中表演技巧动作的过程，则此过程中运动员具有的 ( )‎ ‎ A．动能增加，势能减少 ‎ B．动能增加，势能增加[来源:中教网]‎ ‎ C．动能减少，势能减少 ‎ D．动能减少，势能增加 ‎ 分析 在向上弹的过程中，床的弹性势能转化为运动员的动能；腾空过程中，动能又[来源:中国教育出版网zzstep.com]转化为重力势能．故正确答案为D．‎ ‎ 考点4 斜面、滑轮组、杠杆的机械效率 ‎ 例9 芳芳和兰兰运用如图15－109所示的实验装置测定了滑轮组的机械效率，在[来源:中#国教#育出#版网]全班交流实验结果时，老师提出：如果各组所用滑轮和绕绳子的方式不变，改变其他因素，是否会影响它的机械效率呢？大家积极思想，提出了各种猜想，概括起来有如下几种：‎ ‎ 猜想1：可能与匀速提升的速度大小有关．[来源:中,国教,育出,版网]‎ ‎ 猜想2：可能与被提升的钩码重有关．‎ ‎ 猜想3：可能与匀速提升的速度大小和被提升的钩码重都有关．‎ ‎ 猜想4：可能与钩码被提升的高度有关．[来源:zzstep.com]‎ ‎ 芳芳和兰兰分别根据某个猜想进行了探究，实验记录如下表．‎ ‎ (1)请帮助兰兰完成表中的一项计算．‎ ‎ (2)请根据她俩的实验记录，分别在表中写出探究结果．[来源:中|国教|育出|版网]‎ ‎ (3)归纳她俩的实验探究，你所得到的结论是 ．‎ 表一：芳芳的实验记录 ‎ 物理量 控制因素 ‎ 钩码重（N）‎ 绳端拉力（N）‎ 机械效率 较小提升速度 ‎10‎ ‎4.2‎ ‎79.4%‎ 较大提升速度 ‎10‎ ‎4.2‎ ‎79.4%‎ 探究结果 表二：兰兰的实验记录 ‎ 物理量 控制因素 ‎ 钩码重（N）‎ 绳端拉力（N）‎ 机械效率 大致相同的 提升[来源:中*国教*育出*版网]速度 ‎10‎ ‎4.2‎ ‎79.4%‎ ‎15‎ ‎6.0‎ 探究结果 ‎ 分析 根据公式η＝＝＝可计算出兰兰的机械效率η＝≈ 83%．[来源:z&zs&tep.com]对芳芳记录的实验数据进行横向或纵向的对比分析可以看出，钩码的重力不变，且上升速度改变，机械效率不变．由兰兰记录的实验数据可以看出，上升速度不变，钩码的重力改变，机械效率改变．[来源:中,国教,育出,版网]‎ ‎ 答案：(1)83% (2)芳芳：(机械效率)与匀速提升速度的大小无关．兰兰：(机械效率)与被提升的钩码重力有关(钩码重力增大，机械效率提高或变大)． (3)实验装置不变，机械效率与匀速提升物体的速度大小无关，与被提升物体的重力有关(物体重力越大，机械效率[来源:中_国教_育出_版网]提高或变大)‎ ‎ 例10 随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们的住房条件也得到了很大的改善．小明家最近购置了一套新房，为了帮助爸爸将重 600‎ ‎ N的装修材料运送到6 m高的楼上，小明利用物理课上学过的滑轮组，设计了如图15－110甲所示的材料搬运方案(其中每个滑轮重30 N，绳子足够长，所能承受的最大拉力为250 N，不计绳重及摩擦)．‎ ‎ (1)计算说明绳子的拉力是否超过绳子的最大承受力．[来源:中教网]‎ ‎ (2)小明爸爸观察了该装置后，他想：如果将该装置的滑轮位置颠倒(如图 15－110乙所示)是否会更省力一些？请你按照小明爸爸的想法，用笔画线在乙图绕上绳子并说明小明爸爸的想法是否正确．[来源:z,zs,tep.com]‎ ‎ (3)求两种方案的机械效率之比．‎ ‎ (4)综合分析评估两个方案，你认为：哪个方案更好一些？说明理由．‎ ‎ 解：(1)F甲＝(C物＋G动)＝(600 N＋30 N)＝210 N，[来源:中教网]‎ ‎ 因为210 N＜250 N，所以没有超过绳子的最大拉力．‎ ‎ (2)如图15－110丙所示，‎ ‎ F乙＝(G物＋G动)＝(600 N＋60 N)＝165 N，[来源:zzstep.com]‎ ‎ 由此可知小明爸爸的想法是正确的．‎ ‎ (3)根据η＝＝＝可得：‎ ‎ ．[来源:中教网]‎ ‎ (4)由上述计算可知，小明的方案机械效率高，爸爸的方案较省力，但小明的方案比较安全，综合以上三个因素分析，小明的方案好．‎ ‎ 例11 利用图15－111所示的杠杆将重为3 N的物体缓慢匀速提高10 cm，手的拉力 [来源:中+国教+育出+版网]F为2 N，手移动的距离s为30 cm．则杠杆的机械效率为 ( )‎ ‎ A．22% B．33%‎ ‎ C．50% D．67%[来源:z|zs|tep.com]‎ ‎ 分析 扛杆提升重物时，对重物做的功为有用功，即W有用＝Gh＝3 N×0．1 m＝0．3 J，拉力做的功为总功，即W总＝Fs＝2 N×0．3 m＝0．6 J，因此杠杆的机械效率η＝W有用／W总＝0．3 J／0．6 J＝50%．故正确答案为C．[来源:z*zs*tep.com]‎ ‎ 例12 如图15－112所示，工人利用动滑轮在10 s内将重为100 N的重物(包括桶)沿竖直方向匀速向上提升了5 m．若该动滑轮重10 N，忽略绳与滑轮之间的摩擦，不计空气阻力，则下列说法正确的是 ( )[来源:中教网]‎ ‎ A．提升过程中，绳的拉力F做了500 J的功 ‎ B．提升过程中，绳的拉力F做了550 J的功 ‎ C．提升过程中，绳的拉力F做功的功率是50 W[来源:zzstep.com]‎ ‎ D．该滑轮装置的机械效率是100%‎ ‎ 分析 忽略绳与滑轮之间的摩擦，则拉力F＝(G物＋G动)＝×(100 N＋10 N)＝55‎ ‎ N；当重物上升5 m时，绳子自由端向上提升的高度s＝2h＝2×5 m＝10 m；在提升过程中，[来源:中国教育出版网zzstep.com]绳的拉力F所做的功W总＝Fs＝55 N×10 m＝550 J；拉力F做功的功率P＝＝＝55W；在提升重物的过程中，所做的有用功W有用＝G物h＝100 N×5 m＝500 J，则该滑轮装置的机械效率η＝＝≈90．9%．故正确答案为B．[来源:中.国教.育出.版网