第2节 能量转化的量度

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第2节 能量转化的量度
联想情景导入
我们已经知道，能量转化是一个普遍的现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。例如：举重运动员用力将杠铃举起时，运动员将体内的化学能转化为杠铃的势能。马拉车在路上跑时，会将体内储存的化学能转化为马和车的动能和由于摩擦所产生的热能。
在以上这些能量转化的事例中，有多少能量发生了转化呢 我们用怎样的方法来衡量能量转化的多少呢
重点知识详解
一、功21世纪教育网
1．功：如果物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力对物体做了功。
2．功的计算。
功=力×距离
如果用F表示力，s表示物体在力的方向上通过的距离，W表示功，则功的计算公式表示为：
W=Fs
3．功的单位：在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，单位符号为J。
1焦=1牛·米
二、功率
1．功率：单位时间里完成的功叫做功率。功率反映了物体做功的快慢。功率=功/时间。用P表示功率，W表示功，t表示时间，则功率的公式可表示为：P=W/t。21世纪教育网
2．功率的单位：功率的单位是瓦特，简称瓦，单位符号是W。
1瓦=1焦／秒21世纪教育网
经典例题解析
[例1] 下面情况中，人对物体做功的是 ( )
A．举重运动员举着杠铃不动
B．人用力却没有把重物提起
C．某同学提着水桶在水平路面匀速行走
D．旅客提着行李走上楼梯21世纪教育网
[解析] A、B均属于“不动无功”型，有力作用但没通过距离；C属于“劳而无功”型，桶运动方向与施力方向垂直；D具备做功的两个必要因素，人对行李施力，行李沿拉力方向有移动距离，D为正确选项。
[答案] D
[例2] 物体重100N，在水平推力作用下，在水平面匀速前进了50m；撤去推力F后，物体又前进了25m。若水平推力F=10N，那么这个水平推力所做的功和物体克服阻力所做的功分别为 ( )
A．5000J、750J B．500J、750J
C．500J、250J D．5500J、500J
[解析] 解决这个题目首先要分清力F只在开始的50m距离上存在，而水平面对物体的摩擦阻力在整个距离(50m加25m)上都起作用。因为物体在水平面上匀速运动，则F= (阻力)。撤去F后，物体做减速运动时，只受阻力 的作用(水平方向上)。由功的定义式W=F·s可得：W1=F·s1=10N×50m=500J；W= ·(s1+sS2)=10N×(50m+25m)=750J。21世纪教育网
[答案] B
[例3] 关于功、功率，下列说法正确的是 ( )
A．机械的效率越高，做功越多
B．机械的效率越高，做功越快
C．机械的功率越大，做功越多
D．机械的功率越大，做功越快
[解析] 功率是表示做功的快慢，而不是做功多少的物理量；机械效率是表示有用功在总功中的比值，与做功的多少及功率的大小无关。
[答案] D
[例4] 下列运动中的物体，没有力对其做功的是 ( )
A．在河水中沿直线匀速行驶的轮船
B．从高处自由下落的雨滴21世纪教育网
C．在光滑的水平面上做匀速直线运动的物体
D．李明从一楼走到五楼的教室
[解析] 行驶的轮船是在发动机牵引下向前行驶的，所以说发动机对船做了功；下落的雨滴重力对雨滴做了功；李明上楼他克服自身重力要做功；在光滑的水面上匀速直线运动的物体由于惯性向前行驶，没有力对物体做功。
[答案] C
[例5] 两个体重不同的人，都从一楼走到三楼，甲是走上去的，乙是慢跑上去的，那么下列说法中正确的是 ( )
A．体重大的人做的功多，功率也大21世纪教育网
B．慢跑上去的人做的功多，功率也大
C．走上去的人做的功多，但功率较小
D．条件不足，无法比较功率的大小21世纪教育网
[解析] 人上楼都要克服自身重力而做功，两人上升的高度尽管一样。但没有明确两人体重的大小，不能确定那人做的功多，同样也确定不了两人功率大小，所以A、B、C选项都没有道理。
[答案] D21世纪教育网
[例6] 某同学用如图所示的牵引装置来锻炼关节的功能。重物质量为3kg，小腿拉绳使重物在4s内匀速上升0.5m，若不计绳重及摩擦，求：
(1) 小腿拉重物所做的功。(2)小腿拉重物的功率。(g=10N/kg)
[解析] 牵引装置中的重物是通过绳子绕过一个定滑轮与小腿相连接的，所以小腿的拉力等于重物的重力，则小腿拉重物做的功由w=Fs=Gh可算出。以上所计算出来的功是该同学的小腿在4s内完成的，所以功率由P=可算出。21世纪教育网
[答案] (1)小腿拉重物所做的功为W=Gh=mgh=3kg×10N/kg×0.5m=15J
(2)小腿拉重物的功率为P===3.75w
考点应试必备
1．下列所示的四种情景中，福娃对物体做功的是 ( )
2．如图所示，质量为m的跳高运动员先后用背越 式和跨越式两种跳高方式跳过某一高度，该高度比他起跳时的重心高出h，则他从起跳后至跃过横杆的过程中克服重力所做的功
( )
A．都必须大于mgh
B．都不一定大于mgh
C．用背越式不一定大于mgh，用跨越式必须大于mgh
D．用背越式必须大于mgh，用跨越式不一定大于mgh
3．树叶从空中飘下，在树叶下降过程中 ( )
A．没有力对它做功 B．重力对它做了功21世纪教育网
C．下落的树叶自己对自己做了功 D．不能确定是否做功21世纪教育网
4．某市某商场举行首届跑楼梯比赛，共有500多名选手参加，若要比较参赛者的功率大小，需测出的物理量是 ( )
A．登楼所用的时间
B．参赛者的体重，所登楼层的高度
C．参赛者的体重，所登楼层的高度以及登楼所用的时间
D．参赛者的体重，所登楼层的高度，登楼所用的时间及参赛者通过的路程
5．下列对功的理解的说法中正确的是 ( )
A．作用在物体上的力越大，做的功越多
B．物体通过的距离越大，做的功越多
C．有力作用在运动物体上，此力对物体一定做功
D．有力作用在物体上，物体在这个力的方向上通过距离，这个力对物体做了功
6．以下实例，力对物体做功的是 ( )
A．举重运动员举着杠铃不动21世纪教育网
B．小明将水桶从地面上提起21世纪教育网
C．吊车吊着货物在空中水平匀速移动
D．用力搬桌子而未搬起
7．一木块重30N，在大小为10N的水平拉力作用下，10s内沿水平地面匀速前进5m，则重力对木块做的功是 ( )
A．0 B. 150J C．50J D．200J
8．在四川抗震救灾现场，一块水泥板质量为0.5t，起重机在5s内把它匀速提高2m，此过程中 ( )
A．起重机对水泥板所做的功为1×103J
B．起重机对水泥板所做的功为1×104J
C．起重机提升水泥板的功率为2×102W
D．起重机的柴油机耗功的功率为2×103W
9．如图所示的四种情景中，人对物体做功的是 ( )
10．如图所示，要粗测小明同学做“引体向上”时的功率。下面所列的物理量中，不需要测量的是 ( )
A．他的质量
B．单杠的高度
C．每次身体上升的高度
D．做“引体向上”的时间
11．在“5·12汶川地震”抢险救灾前线，一辆柳州市生产的装载机5s内将一块重20000N的巨石匀速举高3m，装载机的举力对巨石做功为_________J，举力做功的功率为 _________W。
12．攀岩运动是从登山运动中派生来的新项目，它集健身、娱乐、竞技于一体，以其独有的登临高处的征服感吸引了众多爱好者。要测量某运动员在一次攀岩比赛中克服重力做功的功率，需要测量的物理量有该运动员的重力、_________和_________。
13．下图是2008年北京奥运会射击运动员射击比赛的图标，该图标 生动地说明运动员要想击中靶心，都要闭了一只眼，然后让另一只眼和枪上的准星、靶心在同一直线上，这是利用了_________的原理；如果枪膛长30cm，火药在枪膛内对子弹的推力是100N，子弹离开枪膛后前进了50m，则火药对子弹所做的功是_________J。
14．庆“六一”趣味运动会中，小敏和小王分别把图甲中三个质量均为1千克、边长为30厘米的均质正方体泡沫塑料块按图乙堆叠起来。小敏和小王叠起这堆正方体泡沫塑料块，每人至少要做功_________焦。比赛中小敏快于小王完成堆叠，则堆叠过程中小敏做功的功率_________ (填“大于”“等于”或“小于”)小王。
15．如图所示，2008年北京奥运会火炬的质量为9859，火炬手持火炬沿水平路面匀速前进20m，火炬手对火炬做的功为_________J．若使火炬匀速升高1m，火炬手对火炬做的功为_________J。(不计空气阻力及燃料质量的变化，g取10N／kg)
16．杭州湾跨海大桥在建造过程中多项成果具有世界一流水平，其中一项是自行设计制造了2400吨液压箱梁纵移台车。若该台车将2000吨整体预制好的箱梁竖直上移10米，在此过程中该台车对箱梁做的功为_________焦。(g取10牛／千克) 21世纪教育网
17．在四川抗震救灾中，一架号称“空中巨无霸”的米-26重型运输直升机通过铜缆和机身相连，一次将一台l3.2吨的挖掘机，空运到唐家山堰塞湖坝顶参加抢险。当直升机吊着挖掘机(如图所示)，水平匀速飞行50米，钢索对挖掘机的拉力是_________N，对挖掘机做的功为_________J。(g=10N/kg，不计空气阻力)
18．2008年5月1日，杭州市率先在西湖景区推行公共自行车交通服务。许多市民也开始不使用汽车而骑自行车上班。骑车上班还有利于身体健康。体重80千克的金老师每天骑车(车的质量约20千克)上班“减肥”。若他以5米/秒的速度匀速前行，受到的阻力约为人与车总重的0.04倍，则他消耗的功率约为_________瓦。(g=10牛/千克)
19．杭州湾跨海大桥是目前世界上最长的跨海大桥，全长约36km。在建桥过程中，我国自主研制的巨型“天一号”起吊运架船要把2180t的箱梁提升30m，至少需做_________的功。21世纪教育网
20．如图所示，小明在跑步机上锻炼身体。设他在跑步机上以5m/s的速度匀速跑动30min，跑动的总动力为40N。
求：(1)他在这段时间内相当于跑了多少路程
(2)他在这段时间内做了多少功
(3)他做功的功率是多少 21世纪教育网
参考答案
1．B 2．C 3．B 4．C 5．D 6．B 7．A 8．B 9．B 10．B 11．6×104 1.2×104 12．攀登高度所用时间 13．光的直线传播30 14．9大于15．0 9．85 16．2X 108 17．132000 0 18．200 19．6．54×108J 20．(1)9km(2)360000J (3)200W
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