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专题九 功和能
易错清单
1. 物体做功多,做功的功率就大吗?先看下表内容
功
功率
概念力和在力的方向上通过距离的乘积单位时间内做的功(功与时间的比值)
公式W=Fs
单位(SI制)
焦耳(J)[1J=1N·m]瓦特(W)[1W=1J/s]
物理意义
其大小表示做功的多少其大小表示做功的快慢
决定因素
力、在力的方向上通过的距离功和做这些功所用的时间
由此可以看出:(1)功解决的问题是是否做功、做功大小(多少)的问题,与时间无关;另外对于做功还要与“做工”区分开来,如图所示两个人都“做了工”,但都“没有做功”. (2)功率解决的是做功快慢的问题,不仅与做功多少有关,而且还与所用的时间长短有关. 例如:两个人将同一个石块从一楼搬到五楼,所用时间不同,则这两个人对石块做的功是一样的,但功率(做功快慢)不相同.
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总结:功和功率的大小之间不存在必然关系. 做功多,功率不一定大;同理:功率大,做功也不一定多.
2. 功率相同,机械效率就相同吗?
如上所述,功率是描述做功快慢的物理量,决定于功与所用时间的比值;而机械效率是指有用功占总功的百分比,简而言之,机械效率的大小表示做功的有效程度大小. 例如:如图甲所示,用定滑轮费了很长时间才将重为G的物体提升高度h,则易得:功率P几乎为零,而机械效率却是100%(W有=W总=Gh);同理:如图乙,设滑轮的重量为G0,分别用t1、t2(t1≥t2),可求得P1≤P2,但机械效率两次都相同,均为
,为定值,只决定于物重G和滑轮重G0,与其他因
素无关(前提:均忽略绳重及摩擦).
总结:功率(做功快慢)和机械效率(做功有效程度)之间不存在任何联系. 即:功率相同,机械效率不一定相同;同理:功率大,机械效率不一定高;机械效率高,功率大也不一定大.
3. 使用机械的目的是提高功率,还是提高效率?
如图甲所示,工人如果不借助任何机械直接用手搬可能无法将油桶搬上汽车,因此它的功率P=0,但效率为100%(W有用=W总功=0);如果借助一个斜面就可以比较轻松的完成这项工作,因此功率P>0,也很容易求得此时的机械效率为80%(W有用=300J,W总=375J).
总结:由上述分析不难看出,在日常生活中我们采用机械的目的是为了提高功率,但同时降低了效率.
4. 功和能
(1)如果物体受力且沿力的方向移动一定的距离,就说力对物体做了功;如果一个物体能够对外做功,我们就说这个物体具有能.
(2)一个物体“能够做功”并不一定“要做功”,也不是“正在做功”或“已经做功”. 因此,能是表示物体做功本领的物理量,属于一种状态;做功表示一个过程,通过做功可以改变物体能的多少.
(3)功和能的单位都是焦耳.
名师点拨
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功和功率的计算
(1)功的计算:
名称
公式
各物理的意义
解题注意事项
解题步骤
①力与物体移动的距离在方
向上必须是一致的;力与物体移动的距离必须对应同一物体且同一段时间;②另外,还要注意三种不做功的情况:①F为作用在物a、靠惯性运动的物体没有
拉力所做的功功的计算
体上的力拉力;
W=Fs
力对它做功;b、物体受到力
②s为在拉力的的作用,但没有移动距离,也
方向上物体通过就不可能在力的方向上通过的距离.
距离,力对物体不做功;c、物体受到力的作用,同时也运动了一段距离,但两者相互垂直,即在力的方向上没有通过距离,这个力也没有对物体做功.
①先确定力
的大小;②再确定距离的多少;③选择适当的公式进行计算.
①G为物体的重h为物体克服重力被提升的
克服重力做功.
W=Gh
量;②H为物体
高度,与重力的方向相反,一
克服重力被提升定要注意,不是重力做了多的高度.
少功,而是克服重力做的功.
克服阻力所做的功
W=fs
①f为阻力的大s为物体克服阻力移动的距
小;②s为物体克离,与阻力的方向相反,这里
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服阻力移动的距同样要注意的是,不是阻力离.
做了多少功?而是克服阻力做了多少功?
(2)功率计算
公 式
解题注意事项
解题步骤
①P、W、t必须对应于同一段时间
和同一物体;②功的国际单位是焦耳(J);
功率计算
P=Fv
时间国际单位是秒(s);这样功率的国际单位才是瓦特(W);③第一个公式具有普遍性,不限制物体的运动状态;而第二个公式必须是物体做匀速直线运动状态;
①一般来说,我们
在使用这两个公式时,优先考虑使用的是第一个公式;②若题中给出速度或用第一个公式不能求解时,往往用第二个公式,会收到不错的效果.
④力的国际单位是牛顿(N);速度的国际
单位是米每秒(m/s),这样得出的功率单位才是瓦特(W);
公式推导:
单位换算:1kW=1000W;1h=60min=3600s;1m/s=3.6km/h
【例1】 如图所示,海涛同学向上跳台阶进行晨练,海涛重500N,在10s内匀速连
跳12个台阶,每个台阶的高度为0.2m.在这个过程中,已知海涛克服摩擦做功为2800J,求出此过程中:
(1)海涛竖直向上跳的平均速率多大?(2)海涛克服重力做功是多少?
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(3)海涛做功的总功率多大?
【答案】(1)0.24m/s (2)1200J (3)400W
【解析】(1)海涛同学竖直向上跳的总高度为:h=12×0.2m=2.4m.海涛同学竖直向上跳的平均速率为:
(2)海涛克服重力所做的功为:W1=Gh=500N×2.4m=1200J.(3)做的总功为:W总=W1+W2=1200J+2800J=4000J.海涛做功的总功率为:
【方法指导】竖直向上跳的平均速度可以通过向上跳的总高度与所用时间利用速度公式v=求出,克服重力做功等于重力与高度的乘积,即W=Gh ,总功率可以通过所做的总功和时间利用功率公式P= 求得.
提分策略
【趋势总览】
从近三年的各地中考来看,对本部分的考查呈现如下趋势:
1. 本专题涉及到的知识是力学部分的重点和难点,功、功率和机械效率均为中考题中必考知识.
采用填空题、选择题、作图实验题和计算题等多种题型检测学生对知识的掌握情
况,背景新颖、题目灵活多样.
2. 计算题一般是分析使用杠杆、滑轮组等情况下的功、功率和机械效率. 试题综合性较强,综合考查学生的分析问题和解决问题的能力.
3. 实验题一般从测量滑轮组机械效率(或探究斜面的机械效率)出题,综合考查设计实验、数据整理和分析归纳结论等能力.
2015年的中考命题方向预测:仍然重视考查基本概念、基本规律;突出考查机械效率的实验探究;结合力、运动的有关知识进行综合考查.
【锦囊妙计】一、 功的概念及计算
1. 在运用求解功的数值时,一定要注意“两性”,即:
(1)统一性:包括两层含义①单位要统一,即F——牛顿(N)、s——米(m)、W——焦耳(J)
②s必须是指定的力F作用时间内物体沿力的方向通过的距离,只有这样F、s的乘积才是该
力做的功W.这一点在解题时尤其要注意.
例如:如图所示,重100N的物体在F=50N的水平拉力作用下沿水平面匀速运动了2m,重力做的功是0J,而不是100N×2m=200J,原因就是在重力方向上物体并没有通过距离,也就是说2m对于重力做功来说是无效的距离.
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2021年中考物理常考易错专题九 功和能[含解析]
