专题13 功和机械能（方法与技巧）（原卷版）

专题13 功和机械能 一．物体克服阻力做功是什么含义？ 【方法技巧】若物体在运动方向上受到一个与此方向相反的力F 的作用，我们通常说物体克服阻力F 做了 功。比如:物体在竖直向上运动的过程中，物体克服重力做功，功的大小为=G；再如：物体在水平方向上 向前运动s，物体克服摩擦力做功，功的大小为=fs。 【温馨提醒】：克服重力做功（=G）与克服阻力（摩擦力）做功（=fs）是常见的功的表达方式。 【典例剖析】 1 在《向左走，向右走》的漫画中，男孩提着重15 的小提琴水平向左匀速走了100m，女孩用5 的水平拉 力拉箱子向右匀速走了100m，他们中，对物体没有做功的是______（选填“男孩”或“女孩”），其理 由：______。 2 如图所示，悬挂在细线下的小球从点由静止释放，为最低点 不计空气阻力，若在B 点绳子突然断裂，关 于小球的下列说法中正确的是（ ） ．小球所受的绳子拉力是由于小球发生弹性形变产生的 B．小球向右摆动到点时，受到重力、绳子拉力和水平向右的动力 ．小球B 点后的运动轨迹最符合实际的是b D．在小球运动过程中，只存在动能和重力势能的相互转化 如何判断物体做功？ 【方法技巧】判断力是否对物体做功的关键要看是否满足做功的两个必要因素，两者缺一不可。重点抓住 力作用在物体上是否有“成效”。 不做功的三种情况：①有力无距离（物体受力没有移动），如搬石头未搬动，推箱子未推动。 ②有距离无力（物体凭惯性运动），如物体在光滑平面上自由滑动，足球踢一脚后的运动。 ③力和距离的方向垂直（物体沿力方向没有通过距离），如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动，拉力 不做功。 【典例剖析】如图所示的四种情景中，人对物体做功的是（ ） ． 背着书包水平行走 B． 用力搬起箱子 ． 用力推石头没有推动 D． 举着杠铃原地不动 三．如何正确计算功的大小？ 【方法技巧】利用=Fs 计算功时，首先要明确题中求的是什么力对物体做功；其次要注意s 应和F 相对 应，s 必须是物体在力F 的方向上通过的距离，千万不能“张冠李戴”。 如：某人用50 的水平推力推动重100 的箱子在平地上前进10m，则人的推力对箱子的做的功为 =Fs=50×10m=500 重力对物体做的功为 =G=100×0m=0 【温馨提醒】：①F 与s 的方向应在同一直线上(初中要求)，比如一个人提着一重物G，从山脚顺着一之字 形的山路爬到山顶，此时人克服重力做功所移动的距离并不是山路的长，而是从山脚到山顶的高； ②做功的多少，由=Fs 决定，而与物体的运动形式无关。 【典例剖析】如图甲，粗细均匀的木棒放置在水平地面上，小明用100 竖直向上的力将木棒端举过头顶， 此时木棒端距地面的高度为2m，已知＝10m，B 为木棒的中点，木棒在点受到的摩擦阻力忽略不计。求； （1）木棒的重力； （2）如图乙，小明缓慢向点移动，直至将木棒的中点B 位置举过头顶。此过程中克服木棒重力做的功。 四．如何正确理解功率？ 【疑难诠释】（1）功率与功是两个不同的物理量，“功”表示做功的“多少”，而“功率”则表示做功 的“快慢”，“多少”与“快慢”的意义不一样。只有在做功时间相同时，做功多的就做功快。否则，做 功多，不一定做功就快，即“功率”不一定就大。也就是说:功率与功和时间两个因素有关。 （2）功率的公式 是指在t 时间内的平均功率，而不是某一时刻的瞬时功率；当物体在力F 作用下， 沿力的方向以速度v 匀速运动时，由=Fs 及 ，可得 由P=Fv 可知，功率一定时，机械的牵引力和速度成反比。要使牵引力大，就要减速。这就是汽车在上坡 时为什么要减速以获得较大的牵引力。 【典例剖析】 1．如图所示，物体在水平拉力F 的作用下，沿水平面以04m/s 的速度运动了2s，弹簧测力计的示数为5， 此过程中，物体运动的距离是 ______m，拉力F 做功为 ______，拉力F 的功率是 ______。 2．小明为了把水平地面上重为200 的木箱移到1m 高的平台上，搭建了长为2m 斜面。如图所示，现对木 箱施加平行于斜面的大小为120 的拉力，将其由底端以02m/s 的速度匀速拉到顶端，在此过程中拉力的功 率为______，摩擦力大小为______。 五．如何判断机械能的变化？ 【方法技巧】由于机械能=动能+势能，判断机械能的大小变化时，要根据动能、势能各自的影响因素进行 分析。如在高空同一高度匀速飞行的飞机，抛出救灾物资后，尽管其速度、飞行高度不变，但飞机的总质 量减小，其动能、势能和机械能都要减小。 【典例剖析】下列说法中，正确的是（ ） ．做功的过程就是能量转化或者转移的过程 B．人类使用机械的目的就是为了省力，从而实现省功 ．通过提高使用机械功率的办法，就可以提高其机械效率 D．使用任何机械都不可避免地要做额外功，所以机械效率总是小于100% 六．如何判断机械能守恒？ 【方法技巧】判断机械能是否守恒的关键是看，在动能和势能相互转化的过程中是否有机械能损失。如果 没有机械能与其它形式的能之间的转化，即没有空气阻力和摩擦等原因造成的机械能损失，机械能的总量 是保持不变的。如果存在空气阻力和摩擦等，机械能的总量减小。 【温馨提醒】：题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失——机械能守恒；“斜面 上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。 【典例剖析】小明把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去， 若不计空气阻力，则下列说法中错误的是（ ） ．铁锁从开始出发到第一次达到最低点的过程中，动能转化为重力势能 B．当铁锁摆到左侧最高点的瞬间，绳子断开，铁锁将沿竖直方向下落 ．铁锁来回摆动过程中，绳子对铁锁的拉力不做功 D．小明说“它打不着我”，因为铁锁在摆动过程中机械能守恒 什么是功的原理？ 【疑难诠释】使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功，也就是使用任何机械都不省功。 在理想情况下，使用机械所做的功等于不使用机械所做的功。 在实际情况中，使用机械所做的功大于不使用机械所做的功。 【温馨提醒】：我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械自重），使用理想机械做的功等于直接用 手提重物所做的功：Fs=G。在实际情况下，Fs＞G。 【典例剖析】 1．下列说法中，正确的是（ ） ．做功多的机械功率一定大 B．功率小的机械做功一定慢 ．功率大的机械一定省力 D．功率大的机械做功效率一定高 2．在历史上，机械功原理被誉为“机械的黄金定律”，其内容可表述为：使用任何机械_____________ (填“都一定省功”、“都不能省功”或“都可能省功”)。