专题12功和机械能（4考点 11考向）（讲义）（原卷版）.docx

1、专题12 功和机械能（讲义）（原卷版）目录考情分析2知识建构2考点一 功3夯基必备基础知识梳理3提升必考题型归纳4考向01 功与判断力对物体是否做功4考向02 功的计算5考点二 功率6夯基必备基础知识梳理6提升必考题型归纳7考向01 功率7考向02 功率的计算8考向03 功率的测量9考点三 动能和势能10夯基必备基础知识梳理10提升必考题型归纳12考向01 功和能的关系12考向02 动能和势能的大小13考向03 探究动能大小的影响因素14考向04 探究重力势能大小的影响因素15考点四 机械能及其转化17夯基必备基础知识梳理17提升必考题型归纳19考向01 动能和势能之间的转化19考向02 机械

2、能转化与守恒20一、课标考点分析考点内容课标要求命题预测功的概念及判断力对物体是否做功结合实例，认识功的概念。用生活中的实例说明机械功和功率的含义。功和机械能是力学的重点内容，同时也是学习学习过程中对概念理解较难的内容。本单元涉及到的概念和知识点较多，尤其是在理解功与能的关系上，通过社会生活的实例来加以说明。本单元常考题型有：选择题、填空题、实验探究题、计算题和综合题等。主要命题点有：功的概念、功的简单计算、功率及其计算、动能和势能、动能和势能之间的转化、机械能守恒等。功的计算功率的概念知道机械功和功率。用生活中的实例说明机械功和功率的含义。计算功率能量与物体做功的联系知道做功的过程就是能量转

3、化或转移的过程。知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。动能和势能机械能及其转化二、考情分析功和机械能是力学的重点内容，也是必考内容。本单元考题在中考试卷中所占分值一般在2-6分之间。对本单元的考查，从出现概率看，主要有：判断力对物体是否做功、功与功率的简单计算、动能和势能的概念、探究动能大小的影响因素、机械能及其转化等。考点一 功一、功的概念概念释义功如果有力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功做功的两个必要因素一个是作用在物体上的力，另一个是物体在这个力的方向上移动的距离。这两者缺一不可。三种不

4、做功的情况足球由于惯性移动一段距离，球滚动时踢足球的力不再对足球做功有力作用在物体上，但物体没有移动，即物体没有在力的方向上移动距离，力对物体没有做功学生在平直路上行进，人对书包的力与书包移动的方向垂直，即物体在力的方向上没有移动距离，则这个力对物体没有做功有距离无力（不劳无功）有力无距离（劳而无功）力与移动方向垂直（垂直无功）对“物体在力的方向上移动距离”的理解力对物体做功时，物体的移动方向并非一定要与力的方向完全一致，移动的方向和力的方向有夹角（夹角不等于90）时力也对物体做功。如图中，拉力F对物体做功。二、功的计算1.功功的公式W=Fs。W表示功，F表示力，s表示物体在力的方向上移动的距

5、离功的单位在国际单位制中，力的单位是牛顿（N），距离单位是米（m），则功的单位是牛米（Nm），它用专门的名称“焦耳”来表示，简称为焦，符号是J，1J=1Nm。1J的物理意义1N的力的作用在物体上使其沿力的方向移动1m距离所做的功2.对公式W=Fs的理解同向性公式中的s是物体在力F的方向上移动的距离。例如，某人用50N的水平推力，推动重100N的箱子，箱子在水平地面上前进10m，求重力对箱子做的功。如果按W=Gs=100N10m=1000J计算，则计算结果是错误的，因为这个10m不是在重力方向上移动的距离，实际是重力没有做功。同体性F、s必须对应同一物体同时性W=Fs中的力在使物体沿着力的方向移

6、动距离s的过程中，应始终作用在物体上，该力撤销后物体移动的距离不能计算在内。3.应用公式W=Fs计算功时的注意事项分过程计算应用公式W=Fs计算时，力的大小和方向应是不变的，若力的大小和方向是变化的，应分过程计算单位统一利用公式进行计算时，必须同时使用国际单位制中的单位，F的单位用N，s使用m，W使用J相关因素力对物体做功的多少，只与作用在物体上的力F，以及物体在力的方向上移动的距离s有关，与物体的质量m、速度v、运动状态（加速、减速或匀速）无关4.功的公式的变形公式及其应用已知力做的功和物体在力的方向上移动的距离，可求出力已知力所做的功和施加在物体上的力，可求出物体在该力的方向上移动的距离5

7、.对做功的两种表述（1）力的方向与物体移动方向一致，称为力对物体做功。（2）力的方向与物体运动方向相反，可以称为克服某个力做功。如克服重力做功：向上抛出某个物体时，重力方向向下，物体运动方向向上，对于该物体，我们一般说物体克服重力做功。考向01 功与判断力对物体是否做功（1）判断了是否做功的两个必要因素（作用在物体上的力和物体在力的方向上移动的距离）是否同时存在；（2）看是否符合三种不做功的情况，即有距离无力、有力无距离、有力有距离但力的方向与物体移动的方向垂直。【例1】下列四幅图中，力有对物体做功的是（ ）。A. 推车未推动 B. 提着滑板水平前行C. 搬石未搬起 D. 用绳子提升物体【变式

8、1-1】如图所示，举重比赛时，运动员第一阶段把杠铃很快举过头顶，第二阶段使杠铃在空中静止3s。下列关于运动员对杠铃做功的说法中正确的是（ ）。A他在第一阶段内没做功B他在第二阶段内没做功C他在两个阶段内都没做功D他在两个阶段内都做了功【变式1-2】关于功的概念，下列说法正确的是（ ）。A. 只要有力作用在物体上，力就对物体做功；B. 物体只要移动了距离，就有力对它做了功；C. 只要有力作用在物体上，物体在力的方向上又移动了距离，则这个力就对物体做了功；D. 有力作用在物体上，物体又移动了距离，这个力就一定对物体做了功考向02 功的计算【例2】小明同学用15N的水平推力推动重为100N的超市购物

9、车。购物车自静止开始在10s内沿水平方向前进了10m。在整个过程中推力做功为_J，重力做功为_J。【变式2-1】如图所示，用10N的水平推力推重为20N的物体沿水平方向做匀速直线运动。若5s内推力对物体做了80J的功，则在这一过程中，物体沿水平方向运动了_m。【变式2-2】用大小不同的力F甲、F乙且F甲F乙，分别拉同一个物体，两个力所做的功W与物体在力的方向上移动的距离的关系图象描述正确的是（ ）。ABCD【变式2-3】如图甲所示，物体在水平拉力F的作用下由静止沿粗糙水平面向右运动，06s内拉力随时间变化的规律如图乙，速度随时间变化的规律如图丙，则在24s内，拉力所做的功为（ ）。A10JB3

10、0JC50JD80J考点二 功率一、功率1.功率的概念比较物体做功的快慢时间相同，比较做功的多少；做功多少相同，比较所用时间；做功多少、所用时间都不相同时，用做功多少除以做功时间功率功与做功时间之比叫功率。它在数值上等于单位时间内所做的功功率的物理意义（1）功率是物体做功快慢的物理量。功率越大，物体做功越快；功率越小，物体做功越慢；（2）功率的大小表示物体单位时间内做功的多少功率的定义式功率的单位在国际单位制中，功的单位是焦耳（J）,时间单位是秒（s），则功率的单位是焦耳/秒（J/s）。为了纪念英国著名发明家瓦特，给功率单位一个专门的名称，叫做瓦特，简称瓦，符号为W，即1W=1J/s。瓦特是焦

11、耳每秒的专用名称功率的常用单位还有千瓦（kW）、兆瓦（MW）。1kW=103W，1MW=106W功率推导式当物体在力F作用下，以速度v沿力的方向做匀速直线运动时，力F做功的功率可以表示为，即功率的大小等于作用在物体上的力与物体速度的乘积P=Fv在生活中的应用：某些阻力较大的情况下，当发动机输出功率不能改变时，人们常常通过降低速度来获得较大的牵引力。所以，当汽车要爬又长又陡的坡时，司机常换低挡位，以获得更大的牵引力从而顺利上坡。做功“多少”与“快慢”的意义不同，做功多的不一定做功快，做功少的不一定做功慢。只有做功时间相同时，做功多的做功才快，即功率才大。所以，描述功率时不能说物体做功越多，功率越

12、大，也要注意时间的多少，一般描述为单位时间内（或相同时间内），物体做功越多，功率越大。2.功和功率的比较功功率概念力与物体在力的方向上移动的距离乘积功与做功所用时间之比物理意义表示物体做功的多少表示物体做功的快慢符号WP计算公式W=Fs决定因素力F、物体在力F方向上移动的距离s功W、做功所用时间t单位焦耳（J）瓦特（W）联系W=Pt二、功率的测量1.功率的测量【实验原理】由可知，要测量功率，必须测物体（或机械）所做的功W和完成这些功所用的时间t。如果我们要测自己上楼的功率，需测出自己的重力G（或质量m）、楼层的高度h和上楼所用时间t。【实验器材】体重计（或磅秤），皮尺（或米尺），计时器（停表、

13、手表等）。【实验步骤】（1）体重计（或磅秤）测出自己的质量（m），求出自己的重力G。（2）用皮尺（或米尺）测出所登楼层的高度h（或测出一个台阶的高度h0，然后数出楼梯的台阶数n，则所登楼层高度为h=nh0）。（3）用停表（或手表）测出自己上楼所用时间t。功率的计算式为：或。2.实验注意事项（1）测量人上楼的功率时，登楼梯是克服人自身重力做功。（2）测量过程中，应测量楼层的高度，而不测量楼梯的长度。（3）做功的时间越短，测量误差越大，因此在测量时要适当增加做功所用时间，以减小测量误差。考向01 功率【例1】甲、乙两人爬楼比赛，同时从一楼出发跑上五楼，结果甲先到而获胜，则下列说法正确的是（ ）。A

14、甲做功多， 甲的功率大；B乙做功多，乙的功率大；C若两人的体重相同，则甲做的功多，甲的功率大；D若两人做的功相同，则甲用时少，甲的功率大【变式1-1】一个物体由A点自由下落时，相继经过B、C两点，如图所示，已知AB=BC，物体在AB段重力做功W1，功率P1；在BC段重力做功W2，功率P2，则下列关系正确的是（ ）。AW1= W 2，P1P2 BW1= W 2，P1=P2 CW 1=W2，P1P2 DW1W 2，P1P2【变式1-2】甲、乙两个集装箱质量相同。先用起重机将甲集装箱以1m/s的速度提升10m，再将乙集装箱以2m/s的速度提升10m，那么起重机（ ）。A第一次做功多，功率大 B第二次

15、做功多，功率大C两次做功一样多，功率一样大 D两次做功一样多，第二次功率大【变式1-3】甲、乙两台机器，甲的功率比乙的大，则（ ）。A.甲做的功比乙做的功多 B.甲做功比乙做功快；C.甲做功所用的时间比乙的少 D.以上说法都不对考向02 功率的计算【例2】某九年级同学家住5楼，一天，他提着装有10个鸡蛋的塑料袋从1楼走到家里过程中，下列估算不合理的是（ ）。A他提鸡蛋的力做的功约为60JB他提鸡蛋的力做功的功率约为10WC他爬楼做的功约为6103JD他爬楼做功的功率约为1102 W【变式2-1】如图所示，ACBC，在相同时间内把同一物体分别沿斜面AC、BC匀速推上顶端，推力分别为F1、F2，功

16、率分别为P1、P2，推力做功为W1、W2，在不考虑摩擦的情况下：F1_F2，P1_P2，W1_W2（均选填“”“h2，木块B两次移动的过程中受到的摩擦力分别为f1和f2，则f1 f2(“大于”“等于”或“小于”)；两次克服摩擦力所做的功为W1和W2，则W1_W2；（3）若水平面绝对光滑，则本实验_（选填“能”或“不能”）达到探究的目的。【变式3-1】如图所示是“探究物体动能的大小跟哪些因素有关”的实验装置。（1）实验中，让同一个钢球从斜面上的不同高度由静止自由滚下，是为了探究钢球动能的大小与 _ 的关系。（2）本实验是通过比较木块被撞击后 _ 来比较钢球动能大小。（3）小明猜想，如果水平面是光

17、滑的，木块被撞击后将会 _ 。【变式3-2】物理兴趣小组决定对超载超速问题进行一次模拟探究，经讨论后认为，可以用小球作为理想模型，代替汽车作为研究对象。如图，将小球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离s后停下，完成甲、乙、丙三次实验，其中，。（1）把小球放在同一高度由静止开始沿斜面滚下是为了控制到达平面的_相同；（2）实验中超载超速带来的危害程度用表示，这种研究方法叫_；（3）研究超载带来的危害时，选择甲、乙、丙三次实验中的_进行比较；（4）为比较超载超速带来的危害程度，兴趣小组利用上述器材进行定量研究。得到数据如下表：小球质量/克高度/厘米木块移动距离/厘米A

18、10510B20518C30529D101038E101586请根据上表数据分析，货车超载20%与超速20%两者相比，潜在危害更大的是_。考向04 探究重力势能大小的影响因素在探究实验中，需要探究影响重力势能的三个因素，应用到了控制变量法。（1）当研究物体的重力势能与物体质量关系时，需要保持下落高度和运动路径相同，改变物体质量；（2）研究物体重力势能与下落高度的关系时，需要保持物体质量和运动路径相同，改变下落高度；（3）当研究物体重力势能与运动路径的关系时，需要保持物体质量和下落高度相同，改变运动路径。据此分析解答。【例4】沈仔细同学在研究“影响重力势能大小的因素”时，提出了如下猜想：猜想一：

19、重力势能的大小可能与物体的质量有关；猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关；猜想三：重力势能的大小可能与物体的运动路径有关。他为了验证猜想，准备了如下实验器材：花泥（易产生塑性形变）若干块，刻度尺一把，体积相同、质量为m的小球3个和质量为2m的小球一个。所用实验装置如图甲、乙所示。为验证猜想，他首先让质量分别为m、2m的小球A、B从距花泥表面高H处由静止下落，测得A、B小球陷入花泥的深度为h1和h2，如图甲所示；然后让质量为m的小球C从距花泥表面高3H处由静止下落，质量为m的小球D从距花泥表面高3H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）测

20、得C、D小球陷入花泥的深度均为h3，且h1h2h3）请你完成下列内容：（1）本实验中，小球的重力势能大小是通过_来反映的；（2）分析图甲所示的实验现象，可得出结论：当物体的_、_相同时，_越大，重力势能越大；（3）分析图乙所示的实验现象，发现两球运动的路径不同，但陷入花泥的深度相同，由此可知物体的重力势能与物体运动的路径_（选填“有关”或“无关”）；（4）综合分析图甲、乙所示的实验现象，还可得出的结论是：_。【变式4-1】用“模拟打桩”来探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，物体的质量m1=m3m2。实验时，让物体从木桩正上方的某一高度处自由下落，将木桩打入沙中，三次实验木桩进入沙中的深度如图

21、所示。木桩进入沙中的深度越深，则物体对木桩做的功越_。比较A、B可知：物体重力势能的大小与物体的_有关；比较_可知：物体重力势能的大小与物体被举的高度有关。【变式4-2】某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B求质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）实验测得A、B两球陷入沙深度分

22、别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为h3，且。（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过 _ 来反映的；（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结：当下落高度一定时， _ ；（3）比较 _ 两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当物体质量相同时，下落的高度越高，物体的重力势能越大；（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径 _ （选填：“有关”或“无关”）。（5）小球在下列过程陷入沙面前，将重力势能转化为动能，陷入沙中后到小球静止过程中，将机械能转化为 _ 能。考点四 机械能及其转化一、机械能及其转化

23、1.机械能（1）定义：动能、重力势能、弹性势能统称为机械能。机械能是和物体运动紧密联系的能量。机械能的单位是焦耳（J）。（2）对机械能的理解：一个物体可以只有动能，也可以只有势能，还可以既有动能又有势能，都称为物体具有机械能。2.动能和势能的转化（1）动能和势能的相互转化：在一定条件下，动能和重力势能可以互相转化。（2）动能和弹性势能的相互转化：在一定条件下，动能和弹性势能可以互相转化。动能和弹性势能的之间的转化，可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间。例如，由高处落下的篮球在撞击地面发生了弹性形变过程中，球的动能转化为自身的弹性势能；球在恢复原状的过程中，球的弹性势能转化为自身的动能

24、，动能和弹性势能在一个物体上相互转化。运动员进行蹦床表演时，运动员的动能和蹦床的弹性势能在两个物体间相互转化。二、机械能守恒1.机械能守恒：大量研究结果证明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说机械能守恒。机械能守恒的条件是只有动能和势能之间发生转化，没有其他形式的能参与转化。但在现实生活中，由于摩擦阻力的存在，动能和势能相互转化的过程中总要克服摩擦力做功，总有部分机械能转化为其他形式的能，机械能的总量减少。2.判断机械能如何变化当物体的机械能守恒时，动能和势能中一种形式的能量减少，另一种形式的能量必然增加。示例（忽略空气阻力和摩擦导致的机械能损失

25、）判断依据能的转化速度高度形变滚摆上升时减小增大动能转化为重力势能过山车下降时增大减少重力势能转化为动能运动的小球压缩弹簧时减小增大动能转化为弹性势能弯弓射箭时增大减小弹性势能转化为动能物体受外力作用机械能不守恒时，可先分析动能和势能的变化情况，再结合“机械能=动能+势能”来判断。示例动能变化势能变化机械能水平路面上加速运动的小车增大不变增大水平路面上减速运动的小车减小不变减小匀速上升的热气球不变增大增大匀速下降的热气球不变减小减小斜面上减速下滑的滑块减小减小减小汽车加速冲上斜面增大增大增大人造卫星运行时的机械能转化人造卫星绕地球椭圆轨道运行过程中，不受空气阻力，只有动能与势能的相互转化，故卫

26、星的机械能守恒。如图所示，它离地球中心最远的一点叫远地点，离地球中心最近的一点叫近地点，卫星在两点间运行时能量转化情况如图所示。考向01 动能和势能之间的转化（1）动能与重力势能间的转化：看到下落，学生就容易习惯性的认为重力势能转化为动能，当当物体匀速下落时，速度不变，物体的动能不变，此时重力势能没有转化为动能。（2）动能与弹性势能间的转化：解答此类问题的关键是确定哪个阶段物体做加速运动，哪个阶段小球做减速运动。1）加速运动时：弹性势能转化为动能；2）减速运动时：动能转化为弹性势能。（3）动能、重力势能、弹性势能间的转化：不计空气阻力时，物体的机械能守恒。在分析动能、重力势能和弹性势能之间的转

27、化时，根据物体运动情况，可以把物体的运动的整个过程进行分段。考虑每段运动过程中，物体运动速度的变化情况，物体的形变情况，即可分析重力势能和弹性势能的变化规律，以及动能与重力势能和弹性势能之间的转化。【例1】如图所示是荡秋千的简化模型。摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高。下列说法正确的是（）。A球在B、C两点的动能相等；B绳的拉力对小球做了功；C球从B点到O点的过程中机械能减少；D球从O点到C点的过程中重力势能减少【变式1-1】如图，弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上，a是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b是弹簧原长时小球的位置，c是小球到达最右端的位置。

28、则小球从a运动到c的过程中，在_（选填“a”、“b”或“c”）位置动能最大；从b到c的过程中，小球的动能转化为弹簧的_，小球从a运动到b的过程机械能总量_（选填“变大”、“变小”或“不变”）。【变式1-2】如图甲所示，轻弹簧竖直固定在水平面上，时刻，将一重为G的金属小球从弹簧正上方某一髙度处静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后被弹簧弹起，上升到一定高度后再下落，如此反复，通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示，则（）。A时刻小球的动能最大；B时刻小球的重力势能最大；C时刻小球的机械能等于时刻小球的机械能；D从开始下落到第一次到达最低点，小球

29、内能的增加量小于这两个时刻小球机械能的减少量考向02 机械能转化与守恒【例2】如图所示，2021年6月17日搭载聂海胜、刘伯明和汤洪波三名航天员的神舟十二号飞船加速升空时的情景，下列说法正确的是（）。A火箭的重力势能变大，动能变大，机械能不变；B火箭的重力势能变大，动能减小，机械能不变；C火箭的重力势能变大，动能变大，机械能变大；D火箭的重力势能变大，动能减小，机械能减小【变式2-1】如图a、b为竖直向上抛出的小石块在上升过程中动能和重力势能随高度变化的图线（不计阻力），其中 _ 是动能-高度关系图线，小石块上升到5m时的机械能为 _J。【变式2-2】频闪照相是研究物体运动的重要手段之一，如图是频闪照片记录竖直下落的小球每隔相等时间的位置（不计空气阻力），则在下落过程中，小球（）。A动能逐渐减小Ba位置没有能量C重力在bc段做功比在cd段慢D重力在ab段做功比在bc段多