中考满分——第4节 能的转化合守恒定律

第4节 能的转化合守恒定律
考点梳理
1．能量的相互转化
自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。所谓“消耗能量”、“利用能量”或者“获得能量”。实际上就是能量相互转化或转移的过程。
2．能量转化的量度
(1)机械功
做功的两个必要因素：①作用在物体上的力；②物体在力的方向上通过的距离。
【注意】 这两个因素必须同时具备，缺一不可。
(2)功的计算
①公式：功=力×距离，即W=Fs。
②单位：焦耳，简称“焦”，符号“J”。
1焦=l牛·米
③做功的过程实质上就是能量的转化过程，力对物体做多少功，就有多少能量发生了转化。因此，可以用功来量度能量转化的多少。能量的单位与功的单位一样，也是焦耳。
3．功率
(1)概念：单位时间内完成的功叫做功率。
(2)功率是描述物体做功快慢的物理量。
【思考】“做功越多，功率越大”和“做功越快，功率越大”的说法对吗?
(3)公式
P==Fv
(4)单位
国际单位：瓦特，简称“瓦”，符号“W”。
其他单位：千瓦、焦／秒、马力等。
l瓦=l焦／秒
4．能量的转化和守恒定律
(1)内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变。
(2)能量的转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定总律之一。
(3)能量的转移和转化有一定的方向性。
高频考点及真题演练
高频考点一 机械功
考题一 (2011·广安)在下图的四种情境中．人对物体做功的是 ( )
C．用力推汽车，汽车没动 D．举着杠铃原地不动
解析：A．距离不在力的方向上，人对物体不做功。B．人扛米袋的力方向向上，且向上通过了一段距离，人对物体做功。C和D有力无距离，不做功。
答案：B
真题演练l (2011·临沂)下图所示的过程中，人对物体做功的是 ( )
【尝试自解】
高频考点二 功和功率的计算
考题二 (2011·嘉兴)5月19日上午，装载着两台大型桥吊的“振华23号”轮船在舟山大浦口码头靠岸。这两台桥吊将是舟山港起吊速度最快、起重量最大、外伸距最长的集装箱桥吊，将大大提高舟山港的集装箱吞吐能力。g=10 N／kg)
(1)桥吊一次最多能起吊65吨的货物，65吨货物的重力为多大?
(2)若将65吨的货物竖直吊起20米，用时200秒，则桥吊对货物做了多少功?功率有多大?
解析：本题涉及的重力计算、功的计算和功率的计算，都是基本的力学计算，没有太多转换，凭有关的公式可以直接解决。值得注意的是解题过程要规范，不要随意省略公式和单位等要素。
答案：(1)G=mg=65×1000千克×10牛／千克=6．5×105牛
(2)W=Gh=6．5×105牛×20米=1．3×107焦
P=W／t=1．3×107焦／200秒=6．5×104瓦
答：(1)重力为6．5×105牛；(2)桥吊对货物所做的功为1．3×107焦，功率为6．5×104瓦。
真题演练2 (2011·福州)2011年4月12日，英国伦敦展出了新研发的“侦探猎犬”超音速汽车，如图所示。该车功率极大，最大车速能达到l609 km／h，创造了短期内无法超越的世界纪录。在一次测试中，“侦探猎犬”以400 m／s的速度匀速直线行驶了2000 m，受到水平方向的阻力为2×105N。问：在测试过程中，
(1)汽车受到水平方向的牵引力是多少?
(2)汽车牵引力所做的功和功率分别是多少?
(3)该车的外观设计呈流线型，这样做的好处是什么?
【尝试自解】
中考命题方向及模拟
中考对本节内容的考查多集中在做功的两个必要因素以及功、功率的计算两个方面。例如2011年广安第10题、201 1年临沂第4题等考查的是做功的两个必要因素；2011年嘉兴第36题、2011年福州第24题等考查的是功、功率的简单计算。功、功率的计算出现的频率更高，题型以简单的分析计算题为多。预计2012年的中考会更注重在实际应用中的考查。
模拟预测题1 下列现象中，力没有对物体做功的是 ( )
A．用力将足球踢进球门
B．将书包背上楼
C．推着自行车前进
D．人提着水桶在水平路面上行走
模拟预测题2 在现代城市建设中，重型吊机起到了重要的作用。如图所示的重型吊机在某次起吊中，吊起了20000千克的重物(钢绳的重和摩擦不计，取g=10牛／千克)。求：
(1)当重物匀速上升时，钢绳受到的拉力为多少牛?
(2)若重物以0．1米／秒的速度匀速竖直上升l5秒，重型吊机对重物所做的功为多少焦?
(3)在重物以0．1米／秒的速度匀速竖直上升的过程中，重型吊机对重物做功的功率为多少瓦?
(系统复习，全面提升自我，请完成同步训练)
同步训练 能的转化和守恒定律
1．下列属于能量单位的是 ( )
A．牛顿 B．帕斯卡 C．瓦特 D．焦耳
2．下列说法中错误的是 ( )
A．水沸腾后继续加热，水的温度会升高
B．能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生
C．电动机工作时将电能转化为机械能
D．扩散现象说明：一切物质的分子都在不停地做无规则运动
3．人骑自行车从坡上下来时，速度会越来越大，在此运动过程中 ( )
A．人和车的动能增大 B．人和车的动能减小
C．人和车的重力势能增大
D．人和车的动能保持不变
4．下列现象中，利用做功改变物体内能的是 ( )
A．冬天晒太阳取暖
B．用酒精灯加热烧杯中的水
C．将烧红的工件放入冷水中降温
D．古人钻木取火
5．用l0牛竖直向上的拉力，使放在水平地面上重为8牛的物体竖直向上移动了2米，则拉力做功为( )
A．4焦 B．16焦 C．20焦 D．36焦
6．出行是人们工作、生活必不可少的环节，出行的工具多种多样，使用的能源也不尽相同。自行车、电动自行车和燃油汽车所消耗能量的类型分别是 ( )
①生物能 ②核能 ③电能 ④太阳能 ⑤化学能
A．①③⑤ B．①④⑤ C．①②③ D．①③④
7．跳绳是小强同学非常喜欢的体育项目。小强同学每跳起一次，克服重力做的功最接近 ( )
A．3焦 B．30焦 C．300焦 D．600焦
8．学习了功率的知识后，小科和几位同学准备做“比一比谁的功率大”的活动。以下是他们设计的三套方案，其中可行的是 ( )
①控制爬楼的时间相同，测量出各自的体重、爬上楼的高度，算出功率进行比较。
②控制爬楼的高度相同，测量出各自的体重、爬楼用的时间，算出功率进行比较。
③测量出各自的体重、爬楼用的时间和爬楼的高度，算出功率进行比较。
A．只有① B．只有①②
C．只有②③ D．①②③
9．如图所示的四种情景中，人对物体做功的是 ( )
10．一个足球运动员用100牛的力踢一个重为5牛的足球，球离脚后在水平草地上向前滚动了30米。在球滚动的过程中，运动员对足球做的功为 ( )
A．3000焦 B．500焦 C．l50焦 D．0焦
11．福州江滨大道缤纷园人口处，安装了两盏“风光互补”景观节能灯，如图所示，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计解释合理的是 ( )
A．太阳能电池板是将太阳能转化为电能
B．小风扇是用来给太阳能电池板散热的
C．小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能
D．蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能
12．王小虎同学听到上课铃响了，他一口气从一楼跑到三楼，所用时间为l0秒。那么他上楼过程中，克服自己重力做功的功率最接近下面哪个值 ( )
A．3瓦 B．30瓦 C．300瓦 D．3000瓦
13．如图所示，小明和小强分别用沿水平方向的力F1、F2推A、B两个木箱，使它们沿着推力的方向移动的距离分别为s1、s2，对它们所做的功分别为W1、W2，且W1=W2。则下列说法正确的是 ( )
A．如果F1>F2，则s1>s2
B．如果F1 C．如果F1=F2，则s1>s2
D．如果F1=F2，则s1=s2
14．大伟同学用一个距离手3米高的定滑轮拉住重100牛的物体，从滑轮正下方沿水平方向移动4米，如图所示，若不计绳重和摩擦，他至少做了多少功 ( )
A．200焦 B．300焦 C 400焦 D．500焦
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
16．上海世博会浙江馆内有一只直径为8米的“青瓷巨碗”，内装6吨“水”。在灯光下，青瓷碗内碧波荡漾，伴随着悠扬悦耳的丝竹，游客宛若置身如画江南。
(1)游客看到碧波荡漾的“水”面，是因为“水”面对灯光的________。
(2)围绕“青瓷巨碗”的是一个巨大的环形升降台，游客在升降台上站成一圈，升降台上升后可以同时看到“青瓷巨碗”内的景象。在某次升降中，升降台把80名游客匀速升高3米，若每位游客的质量以60千克计算，则升降台在这次上升过程中对游客所做的功为________焦。(g取10牛／千克)
17．小柯同学的质量为50千克，他沿着长6米，高3米的楼梯从一楼爬到二楼。他要克服重力做功________焦。(g取10牛／千克)
18．青少年在安静思考问题时，心脏推动血液流动的功率约为1．5瓦，则你在考试的2小时内，心脏做功约为________焦，用这些功可以让一个质量为50千克的物体匀速升高 ________米。(g取10牛／千克)
19．市政府投巨资于民生工程，对背街小巷实施景观改造。施工中，一建筑工人用滑轮组提升重为220牛的泥桶，动滑轮重为20牛，不计摩擦及绳重(如右图所示)。若工人在5秒内将泥桶匀速提高2米。求：
(1)工人使用滑轮组时做的有用功为________焦。
(2)工人拉绳子的力为________牛；拉力的功率为________瓦。
(3)滑轮组的机械效率为________。
20．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l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________ (选填“大于”、“等于”或“小于”) 小王。(g=10牛／千克)
如图，长为3米的匀质平板的中点能绕固定的支点转动，平板与水平地面的夹角为30°，在板上站两个小孩。已知20千克的甲小孩位于板的中点，30千克的乙小孩位于板的左端。现两个小孩均以0．1米／秒的速度同时向右慢慢移动，________秒时间后平板开始转动；乙小孩在这一过程中克服自身重力做功的功率为________瓦。(g=10牛／千克)
如图所示为一款塔式起重机，工作电压为380伏。当起重机吊起500千克重物以1米／秒速度匀速上升20米时，工作电流是l8安；当起重臂水平旋转，带动重物在8秒内移动l6米时，工作电流是5安。
(1)如果起重臂加长，那么平衡块质量应该________(选填“增加”或“减小”)。
(2)请计算在整个过程中，起重机钢绳对重物所做的功和起重机将电能转化成机械能的效率(保留小数到0．1％)。
参考答案
第4节 能的转化和守恒定律
真题演练l 答案：B
解析：A．在踢的方向上有距离，但球在滚动过程中踢的力不存在，人对球不做功。B．人举杠铃的力作用在杠铃上，方向竖直向上。举起杠铃时，举力向上通过了一段距离，人对杠铃做功。C．有力无距离，小孩对车不做功。D．距离不在力的方向上，人对书包不做功。
真题演练2 答案：
(1)因为超音速汽车匀速直线行驶，受到的是平衡力，所以F=f=2×105N
(2)W=Fs=2×105N×2000 m=4×108J
由v=，得t==5 s
P==8×107W
(3)这样设计的好处是为了减小阻力。
解析：(1)由于汽车匀速直线行驶，处于平衡状态，所以牵引力与摩擦力是一对平衡力，所以牵引力的大小与摩擦力大小相等。 (2)根据题中条件，功、功率可以采用公式W=Fs和P=W／t来计算，当然功率也可以采用公式P=Fv进行计算。(3)车的外观设计呈流线型是为了减小行驶时空气的摩擦阻力，提高汽车行驶的速度。
模拟预测题1 答案：D
解析：A．可以分两个阶段考虑：第一阶段，脚与足球接触。此时有力施加在足球上，足球朝力的方向滚动一段距离，脚对足球做功。第二阶段，足球离开了脚，靠惯性前进。此时力的方向上虽有距离，但踢的力不存在，脚对足球不做功。B．“背”的力施加在书包上，书包在力的方向上也通过了一段距离，人对书包做功。C．推的力向前，自车在力的方向上有距
离通过，人对车做功。D．提的力竖直作用在水桶上，但水桶在竖直方向上没有通过距离，所以人的提力没有对水桶做功。
模拟预测题2 答案：(1)根据二力平衡条件得F=G=mg=20000千克×10牛／千克=2×105牛
(2)根据v=s／t得s=vt=0．1米／秒×l5秒=1．5米
W=Fs=2×105牛×1．5米=3×105焦
(3)根据P=W／t=3×105牛／l5秒=2×104瓦
或者根据P=Fv=2×105牛×0．1米／秒=2×104瓦
答：(1)钢绳受到的拉力为2×105牛。(2)重型吊机对重物所做的功为3×105牛。(3)重型吊机对重物做功的功率为2×104瓦。
解析：(I)当重物匀速上升时，重物处于平衡状态。钢绳受到的拉力大小等于重物的重力大小。(2)、(3)两题是功、功率的基本计算，采用公式W=Fs和P=W／t计算。
同步训练
1．答案：D
解析：牛顿是力的单位。帕斯卡是压强的单位。瓦特是功率的单位。焦耳是功、能量、热量的单位。
2．答案：A
解析：A当气压不变时，水沸腾后继续加热，水的温度保持沸点不变，不会升高。其余几项说法均正确。
3．答案：A
解析：人骑自行车从坡上下来时，由于速度越来越大，所以动能增大。同时，由于高度降低，重力势能会减少。
4．答案：D
解析：冬天晒太阳取暖、用酒精灯、将烧红的工件放人冷水中降温都是通过热传递的方法改变物体的内能。钻木取火通过克服摩擦做功，消耗了机械能，转化为内能，使木材的温度升高。
5．答案：C
解析：W=Fs=10牛×2米=20焦。
6．答案：A
解析：骑自行车消耗的是人体内的生物能。电动自行车消耗的是电能。燃油汽车消耗的是燃油中的化学能。
7．答案：B
解析：这是估算题。初中生的体重约500牛，跳绳的每次跳跃高度约6厘米。克服重力做的功约W=Fs=500牛×0．06米=30焦。
8．答案：D ·
解析：此类题目涉及的变量多，采用公式法分析比较清楚。根据公式P=W／t、W=Fs，得到P=Gh／t，由此可知题中①②③方案均可。
9．答案：B
解析：A、C、D均有力无距离，人都不做功。B．有力作用在货箱上，并且货箱在力的方向上通过了一定的距离，工人对货箱做功。
10．答案：D
解析：在球滚动的过程中，运动员没有对足球施力，球是靠惯性前进的，所以运动员在此阶段对球不做功。
11．答案：A
解析：小风扇是风力发电机，将机械能转化为电能。蓄电池在放电时，将化学能转化为电能。
12．答案：C
解析：W=Gh=500牛×2×3米=3000焦(注意：从一楼到三楼只有两个楼层高度)，P=W／t=3000焦／10秒=300瓦。
13．答案：D
解析：根据公式W=Fs，如果W1=W2，F1>F2，则s1S2；如果Wl=W2，Fl=F2，则sl=s2。
14．答案：A
解析：根据勾股定理可得，图中三角形的斜边是5米，那么人做的功W=Fs=100牛×(5米一3米)=200焦。
15．答案：C
解析：用背越式的跳法，人的重心不一定高于横杆，则运动员克服重力所做的功不一定大于mgh。用跨越式的跳法，人的重心肯定高于横杆，则运动员克服重力所做的功必须大于mgh。
16．答案：(1)反射 (2)1．44×105
解析：(1)碧波荡漾的“水”面，是光的反射形成的。(2)W=Fs=Gh=mgh=60千克×80×l0牛／千克×3米=l．44×105焦。
17．答案：l500
解析：W=Fs=Gh=mgh=50千克×10牛／千克×3米=1500焦。
18．答案：l0800 21．6
解析：W=Pt=1．5瓦×2×3600秒=l0800焦 h=W／F=W／mg=10800焦／(50千克×10牛／千克)=21．6米。
19．答案：(1)440 (2)80 96 (3)91．7％
解析：(1)W有=Fs=Gh=220牛×2米=440焦。
(2)F=1／3G=1／3(220牛+20牛)=80牛，W总=Fs=80牛×2米×3=480焦，P=W总／t=480焦／5秒=96瓦。 (3)η=W有用／W总=440焦÷480焦=91．7％。
20．答案：9 大于
解析：W=Fs=Gh=mgh=1千克×10牛／千克×0．3米+1千克×l0牛／千克×0．3米×2=9焦，由于小敏做功快，所以功率较大。
21．答案：9 15
解析：设经时间t秒后平板开始转动。则20千克×10牛／千克×0．1米／秒×t=30千克×10牛／千克×(1．5米一0．1米／秒×t)，t=9秒。乙小孩克服自身重力做功W=Gh=mgh=30千克×10牛／千克×(0．1米／秒×9秒)=135焦，P=W／t=135焦／9秒=15瓦。
22．答案：(1)增加 (2)1．0×105焦 65．8％
解析：(1)应采用杠杆平衡条件分析，如果起重臂加长，平衡块质量应该增加。
F=G=mg=500千克×10牛／千克=5000牛，W机=FS=5000牛×20米=1．0×105焦，W电=UIt=380伏×l8安×20秒+380伏×5安×8秒=1．368×105焦+1．52×104焦=l．52 × 105焦，η=W机／W电=l．0×105焦／l．52 ×105焦=0．658=65．8％