?第05講 功和機(jī)械能（解析版）
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1．知道：什么是重力勢能和彈性勢能；影響彈性勢能大小的因素；
2．了解：能量和動能的概念；機(jī)械能概念；機(jī)械能守恒定律；
3.會：分析力是否對物體做功；利用功解釋生活中常見現(xiàn)象；進(jìn)行功的簡單計(jì)算；利用功率解釋生活中常見現(xiàn)象；進(jìn)行功率的簡單計(jì)算；分析動能和勢能之間的轉(zhuǎn)化過程；利用機(jī)械能分析生活中常見動能與勢能之間的轉(zhuǎn)化；
4.理解：功的概念；功率的概念；影響物體動能大小的因素；影響物體重力勢能大小的因素；
5.認(rèn)識：生活中常見功率值。
【基礎(chǔ)知識】
一、功
1.功的概念
（1）生活中工作的成效
實(shí)例
研究對象
示意圖
工作（或作用力）的成效
人用力推小車
小車
人推小車的力

小車在推理作用下向前移動距離s
人用力提起一桶水
桶
人提水桶的力

水桶在拉力F作用下向上移動了距離h
蘋果從樹上落下來
蘋果
蘋果受到的重力

蘋果在重力作用下向下移動了距離h
（2）功的定義：一個力作用在物體上，使物體在力的方向上通過一段距離，這個力就對物體做了功。
對“物體在力的方向上移動距離”的理解
力對物體做功時，物體的移動方向并非一定要與力的方向完全一致，移動方向與力的方向有夾角（夾角不等于90°）時力也對物體做功。如圖。

2.做功的兩個必要條件：① 有力作用在物體上；② 物體在力的方向上通過了距離。
3.不做功的三種情況：有力無距離；有距離無力、力和距離垂直。
不做功的情況
圖示
實(shí)例
分析
有距離無力（不勞無功）

某同學(xué)踢足球，足球在離開腳后在地面上滾動的過程中，該同學(xué)對足球沒有力的作用，不做功
足球由于慣性移動一段距離，球滾動時踢足球的力不再對足球做功
有力無距離（勞而無功）

同學(xué)搬石頭，但沒有搬動，她對石頭沒有做功
有力作用在物體上，但物體沒有移動，即物體沒有在力的方向上移動距離，力對物體沒有做功
力與移動方向垂直（垂直無功）

兩人提著水桶在水平方向上移動了距離，但在人向上的拉力上沒有移動距離，拉力沒有做功
物體受到了力的作用，也移動了距離，但移動方向與力的方向垂直，即物體在力的方向上沒有移動距離，則這個力對物體沒有做功
4.功的計(jì)算公式：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。公式：W=Fs。
5.功的單位：國際單位制中，功的單位是：焦耳，符號是J，1J= 1N·m 。
6.功的公式的應(yīng)用：①分清哪個力對物體做功，計(jì)算時F就是這個力；②公式中S一定是在力的方向上通過的距離，強(qiáng)調(diào)對應(yīng)；③功的單位“焦”（?！っ?= 焦），不是力和力臂的乘積（?！っ?，力臂單位不能寫成“焦”）。
7.對公式W=Fs的理解：
同向性
公式中的s是物體在力的方向上移動的距離。例如，某人用50N的水平推力，推動重100N的箱子，箱子在水平地面上千斤10m。如求重力對箱子的功，按W=Gs=100N×10m=1000J計(jì)算運(yùn)算結(jié)果是錯誤的，因?yàn)檫@個10m不是在力的方向的距離，實(shí)際上重力沒有做功
同體性
F和s必須對應(yīng)同一個物體
同時性
W=Fs中的力F在使物體沿著力的方向移動距離s的過程中，應(yīng)始終作用在物體上，該力撤銷后物體移動的距離不能計(jì)算在內(nèi)
8.應(yīng)用W=Fs計(jì)算功時的注意事項(xiàng)
分過程計(jì)算
應(yīng)用W=Fs計(jì)算時，力的大小和方向應(yīng)是不變的，若力的大小和方向是變化的，應(yīng)分過程計(jì)算
單位統(tǒng)一
利用公式進(jìn)行計(jì)算時，必須同時使用國際單位制中的單位，F(xiàn)使用N，s使用m，W使用J
相關(guān)因素
力對物體做功多少，只與作用在物體上的力F，以及物體在力的方向上的距離s有關(guān)，與物體的質(zhì)量m、速度v運(yùn)動狀態(tài)（加速、減速或勻速）等因素?zé)o關(guān)
9.功的公式的變形式及其應(yīng)用
變形式
應(yīng)用

已知力做的功和物體在力的方向上移動的距離，可求出力

已知力做的功和施加在物體上的力，可求出物體在該力的方向上移動的距離
10.對功的兩種表述
第一種：力的方向 和物體移動方向一致時，稱力對物體做功；
第二種：力的方向和物體移動方向相反，可以稱為克服某個力做功。如物體克服重力做功：向上拋出的物體，重力方向豎直向下，物體運(yùn)動方向向上，對于該物體，我們一般說物體克服重力做功。
11.本節(jié)知識網(wǎng)絡(luò)

二、功率
1.比較做功快慢的方法
（1）時間相同，比較做功多少；
（2）做功多少相同，比較所用時間；
（3）做功多少，所用時間都不相同時，用做功多少除以做功時間—比值定義法。
2.功率
功率的概念

內(nèi)容
舉例說明
功率的物理意義
（1）功率表示物體做功快慢的物理量，功率越大，表示物體做功越快；功率越小，表示物體做功越慢；
（2）功率的大小表示物體單位時間內(nèi)做功的多少。例如，小明推箱子做功的功率為80W，表示小明每秒對箱子做功80J

做功相同，做功時間不同
功率
將功與做功所有時間的比叫做功率
相同時間內(nèi)做功越多，表示做功越快
特別提醒
做功“多少”與“快慢”的意義不同。做功多的不一定做功快，做功少的不一定做功慢。只有做功時間相同時，做功多的做功才快，即功率才大。所以，描述功率時不能說物體做功越多，功率越大，也要注意所用時間的長短，一般敘述為單位時間內(nèi)（或相同時間內(nèi)），物體做功越多，功率越大。
3.功率定義式
（1）功率定義式：。
（2）單位：在國際單位制中，功率單位是瓦特，符號是 W 。常用單位還有千瓦（kW）、馬力。
（3）應(yīng)用定義式計(jì)算功率應(yīng)注意：
①解題時，一定弄清楚三個量之間的關(guān)系，功W一定是對應(yīng)時間t內(nèi)完成的功，這樣算出來才是t時間內(nèi)的功率；
②可以變形為W=Pt和，兩變形式可分別用于 求功和做功所用時間。
功率的單位“匹”
在購買空調(diào)時，經(jīng)常用“匹”表示空調(diào)的“制冷”能力，這里的“匹”實(shí)際上是功率的單位，1匹=735W。如果生活中不需要準(zhǔn)確地描述功率時，可把功率是800W左右稱為1匹，1100W左右稱為1.5匹。
4.功率計(jì)算公式的推導(dǎo)
（1）物體在拉力F的作用下，以速度v沿拉力的方向做勻速直線運(yùn)動，則拉力做功的功率等于力與物體速度的乘積，即，即功率大小等于作用在物體上的力與物體運(yùn)動速度的乘積。
（2）利用該公式時要注意：拉力F必須是恒力，且物體運(yùn)動的速度應(yīng)不變；v的單位必須用m/s，這樣算出的功率單位才是W；速度v跟拉力F必須對應(yīng)，即v必須是受到拉力的物體在拉力的方向上移動的速度。
（3）由公式P=Fv可知，當(dāng)機(jī)車的輸出功率P一定時，機(jī)車的速度v越小，機(jī)車發(fā)動機(jī)輸出的牽引力F越大。
（4）P=Fv在生活中的應(yīng)用：當(dāng)發(fā)動機(jī)輸出功率不能改變時，人們通常通過降低速度來獲得較大的牽引力，所以，當(dāng)汽車要爬較大的坡時，司機(jī)通常換成低速擋，以獲得較大的牽引力，從而順利上坡。
5.功和功率的比較

功
功率
概念
力F與物體在力的方向上的距離s的乘積
功與做功所用時間之比
物理意義
表示物體做功的多少
表示物體做功的快慢
符號
W
P
計(jì)算公式
W=Fs

決定因素
力F、物體在力F方向上的距離s
功W、做功所用時間t
單位
焦耳（J）
瓦特（W）
聯(lián)系
W=Pt
6.功率的測量
（1）由公式可知，要測量功率，必須測物體所做的功W和完成這些功所需要的時間t。如：測量我們上樓時的功率，需要測出自己的重力G、樓層的高度h和上樓所用的時間。
（2）測量時要注意：一、登樓梯是克服人自身重力的功；二、測量過程中，應(yīng)測量樓層高度，而不是樓梯的長度；三、做功時間越短，測量誤差越大，因此在測量過程中要適當(dāng)增加做功所用時間，以減小誤差。
7.本節(jié)知識網(wǎng)絡(luò)

三、動能和勢能
1.能做功的物體具有能量
現(xiàn)象
圖示
分析
歸納
海嘯將建筑物等一掃而空

流動的海水能將建筑物、汽車等一掃而空，所以流動的海水能對外做功，流動的海水具有做功本領(lǐng)
像流動的水、被拉彎的功、被舉高的重錘等物體能對外做功，我們就說這些物體具有能量
被拉彎的弓將箭射出

被拉彎的弓能將箭射出，弓能對外做功，所以被拉彎的弓具有做功本領(lǐng)
被舉高的重錘下落能將木樁打入地里

被舉高的重錘，當(dāng)它下落時可以把地上的木樁打入地下，被舉高的重錘能對木樁做功，被舉高的重錘具有做功本領(lǐng)
（1）能量的概念及單位：
①物體能對外做功，我們就說這個物體具有能量，簡稱為“能”；
②能量的單位與功的單位相同，在國際單位制中，能量的單位也是焦耳（J）。
（2）對能量的理解
①能是表示物體做功本領(lǐng)的物理量；
②物體做功過程實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程，物體對外做功越多，表示這個物體具有的能量越大。
（3）能與功的區(qū)別與聯(lián)系
區(qū)別
功是一個過程量，能是一個狀態(tài)量
功是描述力對物體作用過程中取得的成效的物理量，是相對于一個過程而言的；能是描述一個物體做功本領(lǐng)強(qiáng)弱的物理量，是一個狀態(tài)量
具有能量的物體不一定做功，而正在做功的物體一定具有能量
聯(lián)系
功是能量變化的量度
特別提醒“能夠做功”與“做了功”的區(qū)別
“能夠做功”表示物體具有做功本領(lǐng)，與做不做功沒有關(guān)系；
“做了功”表示結(jié)果，是物體對另一個物體施力并經(jīng)過一段距離后取得了成效。
2.動能
（1）動能
物體由于運(yùn)動而具有的能量。一切運(yùn)動的物體都具有動能。如：飛翔的小鳥、行駛的汽車、流動的水等。
特別提醒
敘述動能定義時，只能說“物體由于運(yùn)動而具有的能”，不能說“運(yùn)動的物體具有的能”，因?yàn)檫\(yùn)動的物體除了具有動能外，還可以具有其他形式的能量，如高空飛行的飛機(jī)除了具有動能外，還具有重力勢能和內(nèi)能。
（2）實(shí)驗(yàn)探究：物體的動能跟哪些因素有關(guān)
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹刻骄空n題：探究動能大小與什么因素有關(guān)
【實(shí)驗(yàn)裝置】

【實(shí)驗(yàn)方法】控制變量法，轉(zhuǎn)換法。
【實(shí)驗(yàn)原理】察下車在木板上移動的距離，如木塊移動的越遠(yuǎn)，表示木塊做的功越多，說明小車具有很大的動能。
【實(shí)驗(yàn)步驟】
1.按照圖將木板的一端墊高，組成一個斜面；
2.讓同一小球在斜面的不同高度滾下，推動木塊在木板上前進(jìn)，觀察木塊在木板上移動的距離；
3.讓不同質(zhì)量的小球從斜面的同一高度滾下， 觀察木板在木板上移動的距離（如圖乙）；
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】1、質(zhì)量相同的物體，運(yùn)動速度越大，動能越大；2、運(yùn)動速度相同的物體，質(zhì)量越大，動能越大。
【考查方向】
1.斜面的作用：使物體具有速度并改變物體速度的大?。?br /> 2.實(shí)驗(yàn)研究對象：小球 ，實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法；轉(zhuǎn)換法 ；
3.使質(zhì)量不同的小球從同一高度靜止釋放的目的：使小球到達(dá)水平面時的初速度相同；
4.如何判斷動能大?。和ㄟ^觀察木塊被推動的距離多少；
5.通過比較實(shí)驗(yàn)甲，得到的結(jié)論：當(dāng)物體的質(zhì)量相同時，物體的速度越大，動能越大；
6.通過比較實(shí)驗(yàn)乙，得到的結(jié)論：當(dāng)物體的速度相同時，物體的質(zhì)量越大，動能越大。
（3）理解動能大小應(yīng)注意的問題
一切運(yùn)動的物體都具有動能，物體的動能由物體的質(zhì)量和速度決定，在討論物體動能大小時，必須同時分析兩個因素。例如：一顆子彈的速度大于汽車的速度，但子彈的動能不一定比汽車動能大，因?yàn)樽訌椀馁|(zhì)量比汽車的質(zhì)量小得多；也不能因?yàn)槠嚨馁|(zhì)量比子彈大得多，就認(rèn)為汽車的動能一定比子彈的動能大，當(dāng)汽車速度為零時，其動能也為零。
（4）用動能解釋生活中的現(xiàn)象
動能大小和物體的質(zhì)量以及速度有關(guān)，質(zhì)量越大、速度越大，物體的動能也就越大。當(dāng)汽車的質(zhì)量相同時，汽車的速度越大，動能越大，越不容易剎住車，所以要對汽車的速度加以限制，以減少交通事故；當(dāng)汽車的速度相同時，質(zhì)量越大，動能也越大，所以大型客車、載貨汽車的限制速度比小型客車更小。
3.重力勢能
（1）現(xiàn)象探究—位于高處的物體具有能量
現(xiàn)象
圖示
分析
歸納
隕石能把地面砸出大坑

隕石對地面做了功，說明從高空落下的隕石具有能量
位于高處的物體下落時，可以做功，表明位于高處的物體具有能量
時間長了，水滴能把石頭滴穿

位于高處的水滴對石頭做功，說明高處的水滴具有能量
從高處下落的鉛球能把地砸出大坑

鉛球?qū)ι车刈隽斯Γf明從高處落下的鉛球具有能量
（2）重力勢能
在地球表面附近，物體由于被舉高而具有的能量，叫做重力勢能。
（3）實(shí)驗(yàn)探究—影響重力勢能大小的因素
【實(shí)驗(yàn)裝置】如圖

【實(shí)驗(yàn)原理】金屬小球的重力勢能由被金屬小球所撞出的沙坑的深度和大小來表示，撞出的沙坑越深越大，表明金屬小球的重力勢能越大。
【實(shí)驗(yàn)步驟】a.從不同高度自由釋放同一金屬小球，觀察并記錄小球所撞出沙坑的深度和大?。?br /> b.從同一高度自由釋放質(zhì)量不同的金屬小球，觀察并記錄小球所撞出沙坑的深度和大小。
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】a.同一個金屬小球，下落高度越高，小球所撞出的沙坑越深越大；
b.下落相同的高度，質(zhì)量越大的金屬小球撞出的沙坑越深越大。
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】a.在質(zhì)量相同時，物體被舉得越高，它具有的重力勢越大；
b.物體被舉得高度相同，物體的質(zhì)量越大具有的重力勢能就越大；
B.物體的重力勢能大小跟物體的質(zhì)量和被舉高的高度有關(guān)。物體的質(zhì)量越大，被舉得越高，其重力勢能就越大。
【考向點(diǎn)撥】
（1）如何判斷重力勢能能大?。嚎葱∥飰K能夠陷入沙面的深度（或?qū)ι趁嫔系奈矬w做功的多少）；
（2）保持物塊質(zhì)量不變時結(jié)論：物體質(zhì)量相同時；所處高度越高重力勢能越大；
（3）保持物塊高度不變時結(jié)論：不同質(zhì)量的物體所處高度相同時，質(zhì)量大的重力勢能大。
（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體重力勢能和質(zhì)量、高度有關(guān)；質(zhì)量越大、高度越高，重力勢能越大；
（5）實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法、轉(zhuǎn)換法。
4.彈性勢能
（1）現(xiàn)象探究—位于高處的物體具有能量
現(xiàn)象
圖示
分析
歸納
被拉長的彈弓，“子彈”被射出

彈弓上被拉長的橡皮條，能把“子彈”射出，說明被拉長的橡皮條具有能量
發(fā)生彈性形變的物體在回復(fù)原狀時可以對外做功，發(fā)生彈性形變的物體具有能量
被壓縮的彈簧能把小車推出

被壓縮的彈簧能把小差推出，說明被壓縮的彈簧具有能量
（2）彈性勢能
由于物體發(fā)生形變而具有的能量。
（3）決定彈性勢能大小的因素
物體的彈性勢能大小與物體彈性形變程度和物體本身的材料有關(guān)。對同一物體，彈性形變越大，彈性勢能越大。
特別提醒：
一個物體是否具有彈性勢能，關(guān)鍵看該物體是否發(fā)生了彈性形變。若物體發(fā)生了彈性形變，則此物體具有彈性勢能；若物體雖然發(fā)生了形變，但不是彈性形變，則物體沒有彈性勢能，如橡皮泥發(fā)生形變，就不具有彈性勢能。
（4）彈性勢能的應(yīng)用
彈性勢能在生活中具有廣泛的應(yīng)用：發(fā)條玩具、彈弓、彈簧等。
5.動能和勢能的異同

概念
特點(diǎn)
決定因素
共同特點(diǎn)
動能
物體由于運(yùn)動而具有的能量
一切運(yùn)動的物體都具有動能
質(zhì)量、速度
具有能的物體都能做功，三種形式的能的單位都是焦耳（J）
勢能
重力勢能
物體由于被舉高而具有的能量
一切受到重力且位于高處的物體都具有重力勢能
質(zhì)量、高度
彈性勢能
物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量
一切發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能
彈性形變程度、材料
勢能和勢能的相對性
1.物體所處高度具有相對性，所以物體具有的重力勢能也具有相對性。例如，放在書桌上課本，相對于地面來說有一對的高度，具有重力勢能，而相對于桌面來說其高度為零，重力勢能為零。
2.物體運(yùn)動速度大小與選取的參照物有關(guān)，即速度大小具有相對性。那么動能的大小也具有相對性。同一運(yùn)動物體相對于不同參照物，動能一般不同。例如，疾馳的列車中，對乘客而言，桌面上放著的茶杯相對于乘客靜止，對乘客無害，但是相對于列車外的行人，茶杯速度很大，動能很大，一旦擲出窗外砸到行人就會對行人造成嚴(yán)重的傷害。
6.本節(jié)知識網(wǎng)絡(luò)

四、機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化
1.機(jī)械能
（1）定義：動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能。
（2）對機(jī)械能的理解
一個物體可以只有動能，也可以只有勢能，還可以既有動能又有勢能，都稱為物體具有機(jī)械能。
2.動能和勢能的轉(zhuǎn)化

單擺實(shí)驗(yàn)
滾擺實(shí)驗(yàn)
圖示


現(xiàn)象


能量轉(zhuǎn)化情況分析
單擺的運(yùn)動可分為下降段和上升段，其動能和勢能轉(zhuǎn)化情況見下表：
運(yùn)動階段
高度
重力勢能
速度
動能
能的轉(zhuǎn)化
下降段
A→O
B→O
降低
減小
增大
增大
重力勢能轉(zhuǎn)化為動能
上升段
O→A
O→B
升高
增大
減小
減小
動能轉(zhuǎn)化為重力勢能

滾擺的運(yùn)動也可分為下降段和上升段，其動能和勢能轉(zhuǎn)化情況見下表：
運(yùn)動階段
高度
重力勢能
速度
動能
能的轉(zhuǎn)化
下降段
降低
減小
變大
增大
重力勢能轉(zhuǎn)化為動能
上升段
升高
增大
變小
減小
動能轉(zhuǎn)化為重力勢能

探究歸納
在一定條件下，動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化
特別提醒：
動能和勢能之間的轉(zhuǎn)化，可以發(fā)生在同一物體上，也可以發(fā)生在不同物體之間。例如，從從高處落下的皮球，在撞擊地面發(fā)生彈性形變的過程中，皮球的動能轉(zhuǎn)化為自身的彈性勢能；皮球在回復(fù)原狀過程中，皮球的彈性勢能轉(zhuǎn)化為自身的動能，動能和彈性勢能在一個物體上相互轉(zhuǎn)化。運(yùn)動員進(jìn)行蹦床表演時，運(yùn)動員的動能和蹦床的彈性勢能在兩個物體間相互轉(zhuǎn)化。
3.機(jī)械能守恒
（1）機(jī)械能守恒：如果只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，盡管動能和勢能的大小會變化，但機(jī)械能的總和不變，這就是機(jī)械能守恒。
特別提醒：
機(jī)械能守恒的條件是只有動能和勢能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化，沒有其他形式能量參與轉(zhuǎn)化。但在現(xiàn)實(shí)生活中，由于摩擦阻力的存在，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的過程中總要克服摩擦力做功，總有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，機(jī)械能的總量減少。
能量轉(zhuǎn)化的普遍性
自然界中，各種形式的能量都可以相互轉(zhuǎn)化，能量轉(zhuǎn)化過程中總是一種形式的能量減少，另一種形式的能量增加。動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化只是各種形式能量轉(zhuǎn)化的一種。
（2）判斷機(jī)械能如何變化
一個物體可以只有動能，也可以只有勢能，還可以既有動能又有勢能，都稱為物體具有機(jī)械能。
①當(dāng)物體的機(jī)械能守恒時，動能和勢能中一種形式的能量減少，另一種形式的能量增加。
示例（忽略空氣阻力和摩擦力導(dǎo)致的機(jī)械能損失）
判斷依據(jù)
能的轉(zhuǎn)化
速度
高度
形變
滾擺上升時
減小
增大
—
動能轉(zhuǎn)化為重力勢能
過山車下降時
增大
減小
—
重力勢能轉(zhuǎn)化為動能
運(yùn)動的小球壓縮彈簧時
減小
—
增大
動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能
彎弓射箭時
增大
—
減小
彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能
②物體受外力作用，機(jī)械能不守恒時，可先分析動能和勢能的變化情況，再結(jié)合機(jī)械能=動能+勢能來判斷。
示例
動能變化
勢能變化
機(jī)械能
水平路面上加速運(yùn)動的小車
增大
不變
增大
水平路面上減速運(yùn)動的小車
減小
不變
減小
勻速上升的熱氣球
不變
增大
增大
勻速下降的熱氣球
不變
減小
減小
斜面上減速下滑的滑塊
減小
減小
減小
汽車加速沖上斜面
增大
增大
增大
（3）人造衛(wèi)星運(yùn)行時的機(jī)械能轉(zhuǎn)化
人造地球衛(wèi)星圍繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行過程中，不受空氣阻力，只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，故衛(wèi)星的機(jī)械能守恒。如圖所示，近地點(diǎn)動能最大、勢能最?。贿h(yuǎn)地點(diǎn)動能最小、勢能最大；但總的機(jī)械能不變。

4.水能與風(fēng)能的利用
（1）水能：流動的水具有動能，高處的水具有勢能，水具有的機(jī)械能稱為水能。
瀑布的水向下流時(如圖)，它會以極大的力量沖擊瀑布下的巖石，并且以很大的速度沖刷土壤。

數(shù)千年前，人們已知道利用流水的能量來轉(zhuǎn)動水車，汲水灌溉。自從19世紀(jì)末德國建成世界上第一座水電站以來，水力發(fā)電就成了水能利用的主要形式。當(dāng)上游的水沖擊水輪機(jī)的葉片時，就把大部分動能傳遞給水輪機(jī)，使水輪機(jī)轉(zhuǎn)動起來，由此帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
為了增加水的機(jī)械能，必須修筑攔河大壩來提高河流上游的水位。如圖是水力發(fā)電站的原理圖。

（2）風(fēng)能：風(fēng)是流動的空氣，風(fēng)具有的機(jī)械能叫風(fēng)能。
（3）風(fēng)能和水能的利用

水能
風(fēng)能
本質(zhì)
機(jī)械能
特點(diǎn)
無污染、蘊(yùn)藏量大、可循環(huán)利用
資源豐富、無污染、不穩(wěn)定、不便于存儲
利用
（1）早起人們利用水流沖擊水輪轉(zhuǎn)動來汲水、磨粉、碾谷；
（2）到18世紀(jì)，人們利用大功率水輪機(jī)來帶動紡織機(jī)、冶金鼓風(fēng)機(jī)工作；
（3）近代，利用水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電
（1）利用風(fēng)能來驅(qū)動帆船航行；
（2）利用風(fēng)能推動風(fēng)車做功；
（3）利用風(fēng)能發(fā)電
5.本節(jié)知識網(wǎng)絡(luò)

【考點(diǎn)剖析】
考點(diǎn)一：做功的判斷和功的計(jì)算
考向點(diǎn)撥：
（1）力學(xué)所說的功包含兩個因素：一是有力作用在物體上，二是物體在力的方向上移動了距離。
（2）在分析做功時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
①當(dāng)物體的受力方向與運(yùn)動方向不垂直時，這個力對物體做功；
②一個物體同時受幾個力作用時，有些力做了功，有些力沒有做功。因此，說做功必須指明是哪個力對物體做功；
③若物體受到一個與運(yùn)動方向相反的力的作用時，我們通常說物體克服這個力做了功。比如：物體在豎直方向上向上運(yùn)動時克服重力做功，功的大小為W=Gh；在水平方向上，物體克服摩擦力做功，功的大小為W=fs。
角度1：判斷力是否做功
判斷力是否做功的方法：（1）判斷做功的兩個必要因素（作用在物體上的力和物體在力的方向上移動距離）是否同時存在；（2）看是否符合三種不做功的情況。
【例一】下圖幾種情景中，人做了功的是（　　）。
A．人推車沒有推動； B．搬而未起；
C．物體在繩子拉力的作用下升高；D．提著滑板在水平路面上前行
【答案】C。
【解析】A、人推車沒有推動，有力，沒有通過距離，所以不做功，故A錯誤；
B、搬而未起，有力，沒有通過距離，所以不做功，故B錯誤；
C、物體在繩子拉力的作用下升高，有力，物體在力的方向上通過了距離，所以做了功，故C正確；
D、提著滑板在水平路面上前行，力的方向是向上的，運(yùn)動方向是水平的，沒有在力的方向上通過距離，所以不做功，故D錯誤。
【點(diǎn)睛】有力有距離，力對物體不一定做功，物體必須在力的作用下通過了距離，力對物體才做功。
做功的兩個必要因素：作用在物體上的力；物體在力的方向上通過的距離。二者缺一不可。
【例二】如圖所示，力對物體做功的是（　?。?br />
A．用力搬石頭，搬而未動?? ?? B．提著桶在水平路面上前進(jìn)?
C．用力將雞蛋舉高? ???? ? D．手舉杠鈴靜止不動
【答案】C。
【解析】A、用力搬石頭，搬而未動，有力作用在石頭上，石頭在力的作用下沒有通過距離，所以力對物體沒有做功，故A不符合題意。
B、提著桶在水平路面上前進(jìn)，人給水桶的力向上，水桶向上沒有通過距離，所以力對物體沒有做功，故B不符合題意。
C、用力將雞蛋舉高，人給雞蛋的力向上，雞蛋向上移動了距離，所以力對物體做功，故C符合題意。
D、手舉杠鈴靜止不動，手給杠鈴的力向上，杠鈴沒有移動距離，所以力對物體沒有做功，故D不符合題意。
角度2：功的計(jì)算與判斷
【例一】小明用40N的水平拉力拉著重200N的物體在水平面上前進(jìn)了5m，則拉力做的功為（　　）。
A.1000J? B.0J? C.8000J? D.200J
【答案】D。
【解析】拉力做的功為W=Fs=40N×5m=200J
故D符合題意，ABC不符合題意。故選D。
【例二】某同學(xué)把裝有20個雞蛋的塑料袋從1樓提到3樓，他提雞蛋的力做的功最接近于（　?。?。
A.6J? B.30J ?C.60J ?D.90J
【答案】C。
【解析】一個雞蛋的質(zhì)量約為50g，20個雞蛋的質(zhì)量約為
20個雞蛋的重約為
1樓到3樓的高度為6m，把裝有20個雞蛋的塑料袋從1樓提到3樓，他提雞蛋的力做的功約為
；故選C。
【例三】如圖所示，用大小相等的拉力F1、F2、F3使同一物體分別沿著水平面、斜面和豎直方向移動相同的距離S，拉力F1、F2、F3所做的功分別是W1、W2、W3．下列判斷正確的是（?）。

A．W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3? B．W1＜W2＜W3? ? C．W1=W2＜W3? D．W1=W2=W3
【答案】D。
【解析】無論沿什么方向移動物體，所用的力及沿力的方向移動的距離都相同，所以三種情況下所做的功相同W1=W2=W3。
【例四】用大小相同的力F，作用在質(zhì)量不同的物體上，使它們分別在同一水平面上沿力的方向移動相同的距離s（如圖所示），F(xiàn)所做的功分別為W1和W2，則（　?。?。

A．W1＝W2?? ?? B．W1＝W2? ??? C．W1＝2W2?? ?? D．W1＝4W2
【答案】B。
【解析】兩個物體受到的力都是F，通過的距離都是s，根據(jù)W＝Fs可以判斷兩個力做功相等，即W1＝W2。故選：B。
【例五】如圖所示，明明同學(xué)用20牛的水平推力推動重為200牛的超市購物車，購物車在20秒內(nèi)沿水平方向前進(jìn)了10米，松手后購物車?yán)^續(xù)滑行1米，在整個過程中推力做功為______焦，重力做功為_____焦。

【答案】200；0。
【解析】[1]明明同學(xué)用20牛的水平推力推動超市購物車沿水平方向前進(jìn)了10米。松手后車?yán)^續(xù)向前滑行一米是由于慣性向前運(yùn)動，此過程人對車沒有推力，不做功，整個過程中推力做功為W=Fs=20N×10m=200J
[2]重力的方向是豎直向下的，購物車沿水平方向上運(yùn)動，在豎直方向上沒有發(fā)生位置的移動，故重力不做功，即做功0。
考點(diǎn)二：功率的測量與計(jì)算
考點(diǎn)概述：
（1）注意初中階段用公式P=Fv計(jì)算功率的條件是物體做勻速直線運(yùn)動；
（2）功率公式可以變形為W=Pt和，可分別求功和時間。在運(yùn)用上述公式時，一定要注意三個物理量的對應(yīng)關(guān)系，W一定是在t時間內(nèi)完成的功。
角度1：比較做功快慢
【例一】小明兩次分別用時90s、40s從一樓爬到五樓，小明的體重與前后兩次上升的高度均不變，比較兩次爬樓過程（　?。?br /> A．用時少的做功多?? ???B．用時少的做功功率大
C．用時多的做功多?? ???D．用時多的做功功率大
【答案】B。
【解析】由題知小明的體重與前后兩次上升的高度均不變，因此由W＝Gh可知，兩次所做的功相同，故AC錯誤；
兩次所做的功相同，由P＝可知，用時少的做功功率大，用時多的做功功率小，故B正確，D錯誤。
故選：B。
【點(diǎn)睛】先根據(jù)W＝Gh比較兩次爬樓做的功，又已知所用時間關(guān)系，然后根據(jù)P＝比較出兩次爬樓功率的大小關(guān)系。
本題考查了功率計(jì)算公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是根據(jù)W＝Gh比較出兩次做功的多少。
【例二】使用機(jī)械做功時，下面說法中正確的是（　　）。
A.功率小的機(jī)器一定比功率大的機(jī)器做功慢；
B.功率小的機(jī)器可能比功率大的機(jī)器做功快；
C.功率大的機(jī)器一定比功率小的機(jī)器做功多；
D.功率大的機(jī)器一定比功率小的機(jī)器做功少
【答案】A。
【解析】AB.功率是表示物體做功快慢的物理量，功率小的機(jī)器一定比功率大的機(jī)器做功慢，故A正確，B錯誤；
CD.功率大的機(jī)器一定比功率小的機(jī)器做功快，但做功的多少還與時間有關(guān)，故功率大的機(jī)器做功不一定比功率小的機(jī)器多，故CD錯誤。故選A。
角度2：對功率的理解
【例一】下列關(guān)于功和功率的的說法中正確的是（　?。?。
A.力對物體做功越多，其功率越大? B.力對物體做功越少，其功率越小
C.功率大的機(jī)械一定比功率小的機(jī)械用時少?D.功率越大的機(jī)械做功越快
【答案】D。
【解析】AB.功率的大小與功和做功所用時間有關(guān)，做功多，但做功所用時間長，其功率也有可能較小，或者做功少，但做功所用時間也短，其功率也有可能較大，故AB錯誤；
C.做功量未知，功率大的機(jī)械做功所用時間不一定少，故C錯誤；
D.功率表示物體做功的快慢程度，功率越大表示物體做功速度越快，故D正確。故選D。
【例二】關(guān)于功率，下列說法正確的是（　　）。
A.力對物體做的功越多，功率就越大；
B.做功時間短的機(jī)械功率大；
C.完成相同的功，用的時間越長，功率越大；
D.功率大的機(jī)械在單位時間里做的功多
【答案】D。
【解析】功率是單位時間內(nèi)完成的功，表示做功的快慢，功率越大，在單位時間里做的功多，做功越快。與功和時間兩個物理量有關(guān)，做功時間短的機(jī)械功率不一定大；完成相同的功，用的時間越短，功率越大。故選D。
角度3：功率的計(jì)算
【例一】物體在水平地面上做直線運(yùn)動,當(dāng)物體運(yùn)動的路程和時間圖像如圖乙時,受到的水平推力為F1;當(dāng)物體運(yùn)動的速度和時間圖像如圖丙時,受到的水平推力為F2。兩次推力的功率分別為P1、P2。則下列關(guān)系正確的是(　　)。

A.F1=F2　P1>P2? ?? B.F1=F2　P1F2　P1>P2??? ? D.F1P2
【答案】B。
【解析】由圖乙可知,物體做勻速直線運(yùn)動,速度大小為v乙==2 m/s;
由圖丙可知,物體的速度保持不變,即物體做勻速直線運(yùn)動,速度大小為v丙=4 m/s;
因?yàn)閮纱味际亲鰟蛩僦本€運(yùn)動,則所受推力和摩擦力是平衡力,根據(jù)二力平衡條件可知,推力都等于摩擦力,壓力和接觸面的粗糙程度不變,摩擦力不變,受到的水平推力關(guān)系為F1=F2。
已知v乙

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