第十一章 机械功与机械能 复习归纳 同步训练 2021-2022学年沪粤版物理九年级上册（含答案）

复习
　　　　　　　　　　 　　　　 　　　
例1　物体在自由下落过程中运动速度会越来越大。一小球由A点自由下落,经过B、C两个位置,且AB=BC,如图所示。小球重力在AB、BC段做的功分别为WAB、WBC,做功功率分别为PAB、PBC,则 (　　)
A.WAB>WBC　PABB.WAB=WBC　PAB>PBC
C.WAB=WBC　PABD.WAB=WBC　PAB=PBC
例2　[2019·泰州] 如图所示,使用杠杆提升重物,拉力F竖直向下,重物匀速缓慢上升,相关数据如下表。求:
物重G/N
拉力F/N
时间t/s
A端上升的竖直距离h/m
B端下降的竖直距离s/m
200
500
0.5
0.4
0.2
　　(1)拉力所做的功。
(2)拉力做功的功率。
(3)此过程中,该杠杆的机械效率。

例3　[2019·十堰] 质量为m的工人用如图甲所示的滑轮组将建筑材料运送到楼顶,滑轮组的机械效率随建筑材料重力变化的图像如图乙所示,机械中摩擦及绳重忽略不计,影响滑轮组机械效率的原因有　　　　　　　　(写出一点即可),动滑轮的重力大小为　　　　。该工人竖直向下拉绳子自由端运送建筑材料时,此滑轮组机械效率的最大值为　　　　。(后两空均用已知量符号表示)?
例4　(多选)在测量如图甲所示滑轮组机械效率η的实验中,通过改变物重G或动滑轮重G动进行多次实验,得到了如图乙所示的机械效率与物重或动滑轮重的关系,图中纵轴表示机械效率的倒数η-1,若不计绳重与摩擦,则横轴可能表示 (　　)
A.G B.G动 C.G-1 D.G动-1
[易错总结] (1)用滑轮组提升物体,当不知道拉力大小,且不考虑绳重和摩擦时,滑轮组的机械效率可表示为:η=W有用W有用+W额外×100%=G?G?+G动?×100%=GG+G动×100%。(2)注意题中保持不变的因素,滑轮组不变,则动滑轮的重力就不变。
例5　如图所示,已知斜面长5 m、高3 m,绳端拉力为50 N,利用这个滑轮装置将重为100 N的物体在5 s内从斜面的底端匀速拉到顶端。求:
(1)物体沿斜面向上运动的速度。
(2)绳端移动的距离。
(3)拉力做的功和功率。
(4)滑轮的机械效率。

例6　[2020·绵阳] 高空中形成的雨滴在重力和空气阻力的共同作用下,开始下落的一段时间速度越来越大,落到地面前一段时间匀速下落。则雨滴在空中下落的整个过程中 (　　)
A.动能一直增大,机械能守恒
B.动能先增大后不变,机械能守恒
C.动能先增大后不变,机械能一直减小
D.动能先减小后不变,机械能一直减小
例7　如图所示,质量为m的小球从某一高度处由静止下落,竖直落到直立于地面的轻弹簧上,小球在A点开始与弹簧接触,到B点时受到的重力与弹簧的弹力大小相等,C点是小球到达的最低点。下列说法正确的是(不计空气阻力) (　　)
A.下落过程中,小球的重力势能减小,动能增大,小球与弹簧的机械能不守恒
B.下落过程中,小球的重力势能一直减小,动能先增大后减小,小球与弹簧的机械能守恒
C.到达C点时,小球的动能为零,受到的重力大于弹簧的弹力
D.从B点到C点,小球的重力势能减小,动能先增大后减小,弹簧的弹性势能一直增大
实验一:“机械效率的测量”
例8　小东在探究影响滑轮组机械效率高低的因素时,设计了如图所示的两个滑轮组,分别测量两次实验的动滑轮重G动、钩码总重G、钩码上升高度h、绳子自由端拉力F、绳子自由端移动距离s,计算出相应的机械效率η,并将它们填入下表中。
实验名称
G动/N
G/N
h/m
F/N
s/m
η
甲
1.0
2.0
0.1
1.1
0.3
60.6%
乙
1.0
4.0
0.1
1.8
0.3
74.1%
　　(1)实验中,测机械效率的原理是η=　 。?
(2)实验中应竖直向上　　　　拉动弹簧测力计(未画出)。?
(3)在图乙所示的实验中,滑轮组提升物体所做的有用功为　　　　J。?
(4)分析表中数据可知:对于同一滑轮组,所提升的重物越重,机械效率　　　　(选填“越高”或“越低”)。?
(5)生活中利用滑轮组提升重物时,提高其机械效率的方法有哪些? ? 　。(写出一种即可)
结合上例探究以下问题:
(1)分析上表中数据可知,F≠G+G动3,排除测量因素的影响,主要原因是?　 。
(2)该实验中,如果没有刻度尺测量物体上升的高度h以及绳端移动的距离s,　　　(选填“可以”或“不可以”)测出该滑轮组的机械效率。?
(3)在测量绳子自由端的拉力F时,若为了方便读数,在弹簧测力计静止时读数,你认为所测得的机械效率　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。?
(4)为了验证滑轮组的机械效率可能与滑轮组绳子的绕法有关,小东利用如图所示的两个完全相同的滑轮组进行实验探究。当提升相同的物体时,不计摩擦和绳重,滑轮组的机械效率　　　　(选填“相同”或“不同”)。?
(5)在第2次实验时,如果拉力方向与竖直方向有一定夹角,那么所测得的滑轮组的机械效率与沿竖直方向用力提升时相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。?
实验二:“探究动能、势能的大小与哪些因素有关”
例9　在“探究物体动能大小跟哪些因素有关”的实验中,让小球由静止开始沿斜面向下运动去撞击水平桌面上的木块。
(1)图甲中让不同质量的两个小球从同一高度由静止滚下的目的是使两球到达水平桌面时具有相同的　　　　,选用图甲探究的是动能与　　　　的关系。?
(2)图乙中控制两球的　　　　相等,探究的是动能与　　　　的关系。?
(3)本实验中通过　　　　移动的距离来反映动能的大小,应用的研究方法为　　　法。
(4)根据图甲实验,你能得出的结论是:　　　　相同时,物体的　　　　越大,动能越大。
(5)根据图乙实验,你能得出的结论是:　　　相同时,物体运动的　　　越大,动能越大。
结合上例探究以下问题:
(1)该实验中所探究物体的动能是指　　　　(选填“小球”或“木块”)的动能。?
(2)图甲中两次实验木块移动时受到的摩擦力分别为f1和f2,则f1　　　　(选填“>”“<”或“=”)f2。?
(3)若水平表面绝对光滑,本实验将　　　　(选填“能”或“不能”)达到实验目的。?
(4)为了研究汽车超载问题,应选择图　　　　实验进行比较,得到的结论是:　?　 。　　　　　　　　　　 　　　　 　　
答案
1.(1)①力　②力　(2)Fs　(3)不能省功
2.(2)比　(3)Wt
3.η=W有用W总×100%
4.(1)运动　(2)质量　速度
5.(1)举高　(2)质量　高度　(4)材料　弹性形变程度
6.互相　减少
[易错考点专训]
例1　C　[解析] 由题知,AB=BC,小球的重力不变,根据W=Gh可知,小球重力在AB段和BC段做的功相等,即WAB=WBC;由于小球在自由下落时做加速运动,根据t=sv可知,小球在BC段运动的时间短,根据公式P=Wt可知,小球在AB段重力做功的功率小于BC段重力做功的功率,即PAB例2　(1)拉力所做的功:W总=Fs=500 N×0.2 m=100 J。
(2)拉力做功的功率:P=W总t=100J0.5s=200 W。
(3)此过程中,有用功:W有用=Gh=200 N×0.4 m=80 J;
该杠杆的机械效率:η=W有用W总×100%=80 J100 J×100%=80%。
例3　物重(或动滑轮重)　Gn　3mg-Gn3mg×100%
[解析] 已知机械中摩擦及绳重忽略不计,则影响滑轮组机械效率的因素有物重、动滑轮重;由图乙可知,物重为Gn时,滑轮组的机械效率η=50%,因机械中摩擦及绳重忽略不计,克服物重做的功为有用功,克服动滑轮重和物重做的功为总功,所以,滑轮组的机械效率:η=W有用W总×100%=Gn?(Gn+G动)?×100%=GnGn+G动×100%=50%,解得:G动=Gn;已知工人的质量为m,则该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时,绳子的最大拉力:F大=G人=mg,由F=G+G动n可得,提升的最大物重:G大=nF大-G动=3F大-Gn=3mg-Gn,则滑轮组的最大机械效率:η大=G大G大+G动×100%=3mg-Gn3mg-Gn+Gn×100%=3mg-Gn3mg×100%。
例4　BC　[解析] 不计绳重与摩擦,此滑轮组的机械效率为η=W有用W总×100%=G?Fs×100%=GG+G动×100%,则η-1=G+G动G=1+G动G=1+G-1×G动,已知图中纵轴表示机械效率的倒数η-1,由此可知,若不计绳重与摩擦,则横轴可能表示G-1或G动。
例5　(1)物体沿斜面向上运动的速度:
v=st=5m5s=1 m/s。
(2)由图可知,此滑轮为动滑轮,
则绳端移动的距离:s'=2s=2×5 m=10 m。
(3)拉力做的功:W总=Fs'=50 N×10 m=500 J;
拉力做功的功率:P=W总t=500J5s=100 W。
(4)有用功:W有用=Gh=100 N×3 m=300 J,
滑轮的机械效率:η=W有用W总×100%=300J500 J×100%=60%。
例6　C　[解析] 雨滴在下落过程中,其质量不变;由题知,雨滴的速度先增大后不变,故雨滴的动能先增大后不变;雨滴在下落过程中,要克服空气阻力做功,其机械能会一直变小,故C正确。
例7　B　[解析] 下落过程中,小球的质量保持不变,高度不断减小,重力势能不断减小;小球从A点运动到B点时,受到竖直向下的重力和竖直向上的弹力的作用,重力大于弹力,合力竖直向下,小球还在加速;小球在B点时,受到竖直向下的重力和竖直向上的弹力的作用,重力等于弹力,速度达到最大;小球从B点运动到C点时,受到竖直向下的重力和竖直向上的弹力的作用,重力小于弹力,合力竖直向上,小球在减速;故整个下落过程中,速度先增大后减小,则小球的动能先增大后减小。不考虑空气阻力,小球和弹簧的机械能守恒,A错误,B正确。小球到达C点时,小球的速度为零,动能为零,受到的重力小于弹力,C错误。从B点运动到C点时,小球的质量保持不变,高度不断减小,重力势能不断减小,在此过程中,受到竖直向下的重力和竖直向上的弹力的作用,重力小于弹力,合力竖直向上,小球在减速,动能减小;弹簧的弹性形变一直在增大,弹簧的弹性势能一直增大,D错误。
[重点实验突破]
例8　(1)W有用W总×100%或G?Fs×100%　(2)匀速
(3)0.4
(4)越高　(5)减小动滑轮的重力
[解析] (1)测机械效率的原理:η=W有用W总×100%或η=G?Fs×100%。
(2)只有匀速竖直向上拉动弹簧测力计,测得的拉力大小才是准确的。
(3)在图乙所示的实验中,滑轮组提升物体所做的有用功为W有用=Gh=4.0 N×0.1 m=0.4 J。
(4)纵向分析表中数据可知:对于同一滑轮组,所提升的重物越重,机械效率越高。
(5)提高机械效率的方法:在提升物体重力一定的条件下,减小额外功即减小动滑轮的重力或减小摩擦力;在机械允许的范围内增加物重。
【变式延伸】
(1)滑轮与轴间存在摩擦、缠绕滑轮组的绳子有重力
(2)可以　(3)偏大　(4)相同　(5)偏小
[解析] (1)由于F=G+G动n的适用条件是不计绳重和摩擦,故分析表中数据可知,排除测量因素的影响,F≠G+G动3的主要原因是滑轮与轴间存在摩擦、缠绕滑轮组的绳子有重力。
(2)如图甲所示,滑轮组由3股绳子承担动滑轮和物体的总重,测出物体重G,然后竖直向上匀速拉动弹簧测力计使物体升高,从弹簧测力计上读出拉力F,则该滑轮组的机械效率为η=G3F×100%,即没有刻度尺该实验仍可完成。
(3)测量绳子自由端的拉力F,应该在缓慢匀速提升时读数,如果在弹簧测力计静止时读数,则没有了摩擦力的影响,测力计的示数偏小,测得的机械效率偏大。
(4)不计摩擦及绳重,额外功为克服动滑轮重做的功,额外功:W额外=G动h,有用功:W有用=G物h,总功:W总=W额外+W有用=G动h+G物h,用同一滑轮组提升相同的物体时,G动与G物均不变,故机械效率相同。
(5)拉力方向偏离了竖直方向,拉力F变大,拉力移动的距离s不变,总功变大,有用功不变,则滑轮组的机械效率偏小。
例9　(1)速度　质量　(2)质量　速度　(3)木块　转换　
(4)速度　质量　(5)质量　速度
[解析] (1)选用图甲进行实验时,两个小球从斜面的同一高度由静止滚下,则它们到达斜面底端时的速度相同,两球的质量不同,故探究的是动能与质量的关系。
(2)由图乙可知,两球质量相同,而所处高度不同,故两球到达斜面底端时的速度不同,探究的是动能与速度的关系。
(3)小球动能的大小通过木块被撞击后移动的距离来体现,用到了转换法。
(4)图甲中,两小球速度相同,质量不同,质量大的小球使木块运动的距离远,得出的结论是:速度相同时,物体的质量越大,动能越大。
(5)图乙中,两小球的质量相等,速度不同,速度大的小球使木块运动的距离远,得出的结论是:质量相同时,物体运动的速度越大,动能越大。
【变式延伸】
(1)小球　(2)=　(3)不能
(4)甲　汽车的速度一定时,质量越大,动能越大
[解析] (1)该实验研究的是小球的动能大小与速度和质量的关系,通过木块运动的距离反映小球动能的大小。
(2)在两次实验中木块对水平面的压力不变,接触面的粗糙程度也不变,所以木块运动时受到的摩擦力不变,则f1=f2。
(3)若水平面绝对光滑,根据牛顿第一定律,小球和木块将永远运动下去,不能通过木块移动的距离来比较小球动能的大小。
(4)研究汽车超载问题,应选择图甲实验进行比较,得到的结论是:汽车的速度一定时,质量越大,动能越大。