专题一探索酸碱盐的奥秘

专题三：能量的转化与守恒（一）
——机械能、功、功率和简单机械专题
【知识梳理】
一、机械能：物体做机械运动时具有的能。

1.机械能的分类
势能
机械能动能
重力势能弹性势能定义
影响因素
2.动能和势能的转化。

二、功和功率
比较项目功（W)功率(P)
定义
计算公式
单位
熟记：将地面的科学课本捡到课桌上，人对课本所做的功约为2J；从地上拿起一个鸡蛋，举过头顶所做的功1J；
三、简单机械
（一）杆杆
1.五要素：
2.杆杆的平衡条件
F1L1=F2L2
3.杠杆的分类
杠杆种类力臂的关系力的关系特点应用
省力杠杆
费力杠杆
等臂杆杆
（二）滑轮
滑轮 定滑轮
动滑轮 滑轮组
图示
拉力和重力的关系 S与h的关系 特点 实质
【典例分析】
知识点一：机械能
例1.小希用如图1所示的实验装置探究影响物体动能大小的因素。

一些物体的功能 行走的牛 约60J 跑百米的运动员 约3×102J 飞行的步枪子弹
约5×108J
（1）本实验运用了物理研究方法中的转换法：用________来表示小球动能的大小。

（2）小希通过实验探究．发现质量和速度都是影响动能大小的因素，得出实验结论后，又提出了新的问题：物体的质量和速度对物体动能的影响一样大吗？小希查阅了相关资料，收集了一些物体的动能（如表所示），结合生活经验分析表中数据，你认为在“质量”和“速度”这两个因素中，对物体动能影响较大的是_____________。

（3）如图2为某段道路的标志牌，请结合所学知识解释： ①对机动车限定最高行驶速度：
___________________________________________________________________________________。

②对不同车型限定不一样的最高行驶速度：
___________________________________________________________________________________。

（4）用如图1中的使用装置和器材探究阻力对物体运动的影响，必须增加的器材是____________ （请从以下三个选项中选择）。

A ．倾斜程度不同的斜面
B ．粗糙程度不同的水平面
C ．质量不同的钢球．。

例题点评：动能的决定因素有两个：质量和速度。

要研究物体的动能与物体的质量和速度的关系
时，要从控制变量法的思路入手分析。

注意解本题时，要把握转换法和控制变量法的运用。

变式训练：
1.在电影《斯巴达三百勇士》中，波斯军队用投石车投出巨石来攻击斯巴达克城的城墙，在巨石被投出到击中城墙的过程中，下列说法正确的是（）
A．巨石在最高点时动能最大
B．巨石在最高点时重力势能最小
C．巨石的动能先增大后减小
D．巨石的重力势能先增大后减小
2.观看了电视播放的飞机在空中水平飞行投弹攻击地面目标的
军事演习后，军事迷小兵对炮弹离开飞机后影响其水平飞行距
离大小的因素产生了两个猜想：①飞机水平飞行的速度越大，
炮弹离开飞机后飞行的水平距离越远；②炮弹离开飞机后飞行
的水平距离跟飞机飞行高度有关。

为了验证猜想，小兵在老师
的指导下进行了如图所示的实验：
（1）让小球从光滑斜槽上的A点自由滑下，经C点后沿水平方
向运动离开斜槽，最后落在地面上的P1点。

（2）保持斜槽的高度不变，让小球从斜槽上B点自由滑下，经C点离开斜槽，最后落在地面上的P2点。

此时小球经过C点的速度)___________ （选填“大于”、“等于”或“小于”）上一步中小球经过C点的速度，由此可证明猜想①是____________ （选填“正确”或“错误”）的。

（3）为了验证猜想②，应控制小球离开C点时___________的大小不变。

小兵增加h的高度，仍让小球从A点自由滑下，此时小球落在地面上的P3点，比较OP3和__________（选填“OP1”或“OP2”）可得结论：飞机飞行的高度越高，炮弹离开飞机后飞行的水平距离越__________ （选填“大”或“小）。

知识点二：机械功和功率
例2：以步代车是一种健康的生活方式，小东步行的速度是1.2m/s，
他根据自己的腿长和步距画出了如图所示的步行示意图，对步行时重心
的变化进行了分析，当两脚一前一后着地时重心降低，而单脚着地迈步
时重心升高，因此每走一步都要克服重力做功。

如果小华的质量为
60kg，根据图中小华测量的有关数据，帮助小东计算。

（1）他每走一步克服重力所做的功W；
（2）他每走一步克服重力做功的功率P。

例题点评：本题考查的是功和功率的计算，利用勾股定理得到走路过程中人体重心升高的高度，是解决此题的关键。

体现了物理知识与数学知识的密切联系，属于重点规律的考查。

变式训练：
1.用弹簧测力计沿竖直方向两次拉着同一物体向上运动t1、t2时间（忽
略空气阻力），如图所示的图线①、②分别表示这两次运动情况。

其对
应的弹簧测力计示数分别为F1、F2，拉力所做的功分别为W1、W2，则
它们的关系正确的是（）
A．F1=F2 W1=W2 B．F1=F2 W1＞W2
C．F1＞F2 W1＞W2 D．F1＜F2 W1＜W2
2.电梯是高层住宅必备的交通工具。

如图甲所示是某种
升降电梯工作原理图，它由轿厢、对重、电动机、钢丝
绳、滑轮等部件连接组成。

电动机和对重通过钢丝绳分
别给轿厢施加拉力，连接轿厢的两根钢丝绳非常靠近，
轿厢与对重的运动方向始终相反对重的质量为400kg，
空轿厢的质量是500kg，额定载重量是1000kg，某次电
梯满载上升时的v-t图象如图乙所示．不计钢丝绳重力
和一切摩擦．（g=10N/kg）
（1）电梯匀速上升的高度是多少？
（2）电梯匀速运动阶段，对重的重力做的功是多少？
（3）电梯匀速运动时，电动机钢丝绳对轿厢拉力的功率是多少？
知识点三：杠杆及其应用
例3：在探究杠杆平衡条件的实验中
（1）杠杆的平衡状态是指杠杆处于
___________或匀速转动状态。

实验前
没有挂钩码时，调节平衡螺母，使杠杆
在水平位置平衡，其主要目的是
________________________________。

（2）实验中，用装置A的方式悬挂钩
码，杠杆也能水平平衡（杠杆上每格等
距），但老师建议同学不宜采用这种方式，该种方式的不足主要是因为（）
A．一个人无法独立操作 B．力臂与杠杆不重合
C．力和力臂数目过多，不易得出结论 D．杠杆受力不平衡
（3）若用装置B进行实验，则此时弹簧测力计的示数是______ N；将弹簧测力计沿虚线方向拉，仍然使杠杆在原来的位置平衡，此时拉力的力臂将___________ ，弹簧测力计的示数将_________ （均选填“变大”、“变小”或“不变”）。

例题点评：探究杠杆平衡条件时，使杠杆在水平位置平衡，便于测量力臂大小，杠杆的重心通过支点，消除杠杆重对杠杆平衡的影响，使实验简单化，便于探究。

例4：如图，轻质杠杆AB可绕O点转动，在A、B两端分别挂有边
长为10cm，重力为8N的完全相同的两正方体C、D，OA：OB=4：3；
圆柱形容器的底面积为200cm2，装有深 20cm的水，物体C浸入水中
且露出水面的高度为5cm时，杠杆恰好水平静止，A、B两端的绳子
均不可伸长且均处于张紧状态。

（g=10N/kg）求：
（1）物体C的密度；
（2）杠杆B端受到绳子的拉力；
（3）剪断与物体C相连的细绳后（水未碎出），物体C受到的浮力和物体C底部受到的水的压强。

例题点评：此题为力学综合题，主要考查了重力公式、阿基米德原理、杠杆平衡条件、压强公式的应用，计算时注意单位统一。

变式训练：
1.如图所示，质地均匀的圆柱体，在拉力F的作用下，由实线位置匀
速转到虚线所示位置，整个过程中，拉力F始终作用于A点且与OA
保持垂直（OA为圆柱体横截面的直径），圆柱体在转动过程中不打
滑。

则下列分析正确的是（）
A．拉力F逐渐变小
B．由于拉力F的力臂始终保持最长，拉力F始终保持最小值不变
C．拉力F逐渐变大
D．条件不足，无法判断
2.列车上有出售食品的手推车（如图所示）．若货物在车内摆放均匀，当
前轮遇到障碍物A时，售货员向下按扶把，这时手推车可以视为杠杆，支
点是_______（写出字母）；当后轮遇到障碍物A时，售货员竖直向上提扶
把，这时支点是_________。

手推车可以视为________杠杆。

3.如图所示，用固定在墙上的三角支架ABC放置空调室外机。

已知AC长20cm，AB
长30cm，室外机正好处在AB中点处，A处螺钉的水平拉力为300N，则室外机的重
力为____________N（支架重力不计）。

为了安全，室外机应尽量__________（填
“靠近”或“远离”）B点。

知识点四：滑轮与滑轮组
例5：如图所示，用三种方法拉动同一物体在相同的水平地面上做匀速直线运动，使物体以相等速度移动相同的距离。

所用拉力分别是F1、F2、F3，这三个力的作用点移动距离分别是S1、S2、S3，移动速度分别为V1、V2、V3，不计滑轮摩擦，则（）
A．F1：F2：F3=2：1：4 S1：S2：S3=2：1：4
B．F1：F2：F3=2：1：4 S1：S2：S3=2：4：1
C．F1：F2：F3=2：4：1 V1：V2：V3=2：1：4
D．F1：F2：F3=1：2：4 V1：V2：V3=2：4：1
例题点评：此题考查的知识点是滑轮组绳子拉力的计算以及拉力作用点移动的速度和距离，解答此题的关键是首先分清定滑轮和动滑轮，然后再根据其工作特点作出判断。

例:6：如图甲所示，滑轮组在竖直向上的拉力F作用下，
将重为105N的物体匀速提起，在5s时间内绳子自由端移
动的距离为s=3m。

图乙是滑轮组工作时的拉力F与绳自由
端移动距离s的关系图。

（1）计算物体上升的速度。

（2）图乙中阴影部分的面积表示的物理量是__________ ，
并列式计算出该物理量。

（3）计算滑轮组提升该重物时的机械效率
例题点评：本题考查了动滑轮的特点和速度、功、机械效率公式的灵活运用，能够正确识图和辨别滑轮组承担总重的绳子的段数是解题的关键。

变式训练：
1.如图，用同一滑轮匀速提升同一重物（不计摩擦），图中F1、
F2、F3、F4之间的大小关系正确的是（）
A．F1=F2 B．F3=F4
C．F1=1/2 F3 D．F2=1 /2 F4
2.工人用如图所示的滑轮组将重为500N的物体在4s内匀速提升了2m，若每个滑轮
中40N，不计绳重和摩擦，则在此过程中，下列说法正确的是（）
A．绳端的拉力F为270N B．拉力F的功率功为270W
C．额外功为160J D．有用功为1080J
【易错题】
1.铁路提速要解决许多具体的技术问题，其中提高机车牵引力的功率是一个重要问题．已知匀速
行驶时，列车所受阻力与速度的平方成正比，即f=kV2．列车要提速，就必须研制出更大功率的机车．那么当列车分别以150km/h和30km/h的速度在水平轨道上匀速行驶时，机车牵引力的功率之比为（）
A．5：1 B．25：1 C．36：1 D．125：1
易错点分析：当机车匀速前进时，机车的牵引力等于机车所受的阻力，机车牵引力功率可以用公式P=Fv，进行求解。

2.如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水
平面上，t=0时刻，将一重为G=50N的金属小球
从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落
到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离
开弹簧，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变化的图像如图乙所示，则（）
A．t1时刻小球的动能最大
B．t2时刻小球的动能最大
C．t2到t3时间内，小球的动能先增加后减小
D．t2到t3时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能
易错点分析：本题关键要将小球的运动分为自由下落过程、向下的加速和减速过程、向上的加速和减速过程进行分析处理，同时要能结合图象分析。

【闯关练习】
第一关
1.如图所示，在歼20飞机加速向上运动的过程中，关于飞行员的能量分析，
下列说法正确的是（）
A．动能增加，重力势能不变 B．动能不变，重力势能增加
C．机械能总量不变 D．机械能总量增加
2.下列说法中正确的是（）
A．机械效率越高，机械做功一定越快 B．做功越多的机械，机械效率一定越高
C．功率越大的机械做功一定越多 D．做功越快的机械，功率一定越大
3.在生产生活中，如图所示的简单机械使用中，一定费力的是 （ ）
A ．
独轮车
B ．
斜面
C ．
滑轮组
D ．
筷子
4.如图所示，用下列装置提升同一重物，若不计滑轮自重及摩擦，则最省力的是（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
第二关
5.在水平桌面上放一个重300N 的物体，物体与桌面的摩擦力为60N ，如图所示，若不考虑绳的重力和绳的摩擦，使物体以0.1m/s 匀速移动时，水平拉力F 及其功率的大小分别为（ ） A ．20N 2W B ．30N 6W C ．60N 2W D ．20N 6W
6.在学习了功率的知识后，三位同学想比较爬杆时谁的功率大。

以下是他们讨论后得出的三套方案，其中可行的是 （ ）
①先测出各自的体重，然后测出三人在相同的时间内爬上杆的高度，即可比较功率大小； ②先测出各自的体重，然后测出三人爬上相同高度所用的爬杆时间，即可比较功率大小； ③先测出各自的体重，三人爬杆后，测出各自爬杆用的时间和爬上杆的高度，算出功率进行比较。

A ．只有① B ．①② C ．①③ D ．①②③
第三关
7.桥式起重机在工业生产上有广泛应用。

如图是某桥式起重机的示意图，水平横梁MN 架在轨道A 和B 上，电动机D 可沿横梁左右移动。

横梁、电动机、挂钩、滑轮、钢索、导线的质量以及滑轮上的摩擦均不计。

（1）电动机通过滑轮组，将质量为600千克的零件，以0.4米/秒的速度匀速吊高4米．求：电动机对零件做的功为多少焦？电动机的功率至少为多少瓦？（g 取10牛/千克）
（2）已知横梁长度为L ，零件质量为m ，电动机吊着零件从M 点出发并开始计时，以水平速度v 匀速运动到N 点，横梁对轨道A 的压力F 与时间t 的关系式为：F=___________________。

．。