能量转化的量度教师版.docx
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能量转化的量度教师版
一、同步知识梳理
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。
即所谓的“消耗能量”“利用能量”“获得能量”的实质是能量相互转化或转移的过程。
如：
雪崩时的能量转化:
势能转化为动能
人造卫星:
太阳能转化为电能
青蛙跃起扑食的过程:
化学能转化为动能和势能
胶片感光成像:
光能转化为化学能
特技跳伞:
势能转化为动能和热能
森林火灾:
化学能转化为热能
植物生长:
光能转化为化学能
水电站（工作时）:
机械能转化为电能
2、能量转化的量度
举重运动员将60千克的杠铃举高2米，有多少化学能转化为杠铃的势能？
马拉着车行走100米，需消耗多少化学能？
能量的转化需要做功来量度
功：
物体在力的作用下，沿力的方向通过一段距离，我们就说这个力对物体做了功
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
不做功的情况：
（1）有力无距离，比如人推车而车未动则人对车没有做功
（2）有距离无力，比如足球在空中飞的时候，人的脚此时并未对足球做功
（3）力与运动方向垂直，比如人提着水桶在水平地面上行走，此时人未对水桶做功
功的计算：
（1）规定：
功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积
（2）公式W=FS
注意：
S---是F方向上的距离
（3）功的单位：
焦耳（J）
1焦耳=1牛·米
（4）在提取重物时我们也可以从克服阻力做功的角度来解题即W=GH
3、功和能的关系
（1）能：
物体具有做功的本领，就说物体具有能（单位：
焦耳）
（2）做功的过程实质上就是能量转化的过程
（3）功用来量度能量转化的多少
4、功率----表示物体做功快慢
（1）定义：
单位时间里完成的功叫做功率
（2）定义式：
P=W/t
（3）单位：
1瓦特=1焦耳/秒读作：
焦耳每秒
其它常用单位：
1千瓦=1000瓦1兆瓦=106瓦
（4）1瓦特的意义：
表示1秒钟做功1焦耳
（5）物理意义：
功率表示了做功快慢，也表示了能量转化的快慢
（6）推导式：
P=W/t=Fs/t=Fv
2．同步题型检测
1.做功判断
下列情况中，人的拉力有没有对所带的皮箱做功：
（1）人用力提放在地上的皮箱，但没有提起（否）
（2）人再一次用力把箱子提起（是）
（3）人用力提着皮箱在原地不动（否）
（4）人提着箱子在水平路面上走了50米（否）
（5）人提着箱子站在水平匀速行使的汽车上（否）
（6）人把箱子放在电梯上,电梯从1楼上升到10楼（否）
（7）人提着皮箱在电梯中上升（是）
判断下列各情况中，力对物体是否做功，如果没有做功请说明原因：
1．在草地上滚动的足球，支持力对球（不做功）
2．手提一桶水在水平面上运动一段距离，拉力对桶（不做功）
3．一只苹果从树上落下过程中，重力对它（做功）
4、小球被踢出去后，由于惯性在光滑的水平面上滚动，外力对球（不做功）
5、悬挂着的电灯，电线拉力对电灯（不做功）
6、举重运动员举起杠铃过程中，举力对杠铃（做功）
7、钢笔在纸面上写字中，纸面的摩擦力对钢笔（做功）
2.功的计算
1.运动员用50牛的力将6牛的足球踢出20米远，运动员对足球做的功（D）
A.1000焦耳B.880焦耳C,1120焦耳D,条件不足，无法计算
2甲是一物体在100牛顿的拉力作用下升高l米，乙是另一物体在100牛顿平行斜面的拉力作用下沿斜面移动1米；丙是又一物体在100牛顿水平拉力作用下沿F方向移动了1米，则这三种情况（D）
A、甲图中的拉力做功最多B、乙图中的拉力做功最多
C、丙图中的拉力做功最多D、三种情况拉力做的功一样多
3用100牛的水平力将某物体沿水平地面拖动5米，需要做多少功？
重力做多少功？
解：
∵F=100牛、s=5米
∴W=Fs=100牛×5米=500焦
因为重力方向没有通过距离（S⊥G），
所以重力做功为0。
4有一物体重100牛，把该物体从地面匀速提到高为1米的桌面上，需要做多少功？
如果将这个物体用50牛的力沿水平地面拖动10米，需要做多少功？
解：
∵匀速提升∴F1=G=100牛
又∵s1=1米∴W1=F1s1=100牛×1米=100焦
∵F2=50牛s2=10米
∴W2=F2s2=50牛×10米=500焦
答：
需要做500焦功
注意：
提升物体所做的功常直接用W=Gh计算
5已知马车重3000牛，匀速行驶时，受到的阻力为重力的0.2倍，马拉着车匀速行驶100米，拉力做多少功？
解：
∵匀速行驶
∴F=f=0.2G=0.2×3000牛=600牛
W=Fs=600牛×100米=6×104焦
答：
拉力做6×104焦功.
此时是否马车的动能增加6×104焦？
不是。
马对车做功消耗的能量转化为马和车的动能以及各种摩擦产生的热能。
匀速行驶过程中，消耗的能量转化为各种摩擦产生的热能。
3.功率的计算
1起重将质量为750千克的货物，在0.5分钟内匀速吊起6米高，起重机的功率有多大（取g=10牛/千克）？
解：
G=mg=750千克×10牛/千克=7500牛
W=Gh=7500牛×6米=45000焦
P=W\t=1500W
2一台拖拉机匀速耕地，所受阻力是180000牛，半小时耕地0.9千米。
则此过程中拖拉机功率为多少？
分析：
因为拖拉机匀速耕地，所以动力等于所受阻力都为180000牛，而在这个力的作用下前进了0.9千米，则所做的功便可求解，做完这个功所用的时间为半小时，根据功率公式P=W/t可直接求解。
解：
W=Fs=180000牛×900米=162000000焦
P=W/t=162000000焦/（0.5×3600秒）=90000瓦
答：
此过程中拖拉机功率为90000瓦。
3、祖孙二人登楼比赛。
爷爷重900牛，孙子重300牛，楼高10米。
（1）若两人均用半分钟登上楼顶，则他们做功谁多，功率谁大？
（2）爷爷体重年老，孙子体轻年少，爷爷用的时间是孙子的3倍，则他们所做功的比值为
W爷：
W孙=3:
1，
功率之比为P爷：
P孙=1:
1。
3．课堂达标检测
1．下列有关力做功的说法中正确的是（A）
A．用水平力推着购物车前进，推车的力做了功
B．把水桶从地面上提起来，提水桶的力没有做功
C．书静止在水平桌面上，书受到的支持力做了功
D．挂钩上的书包静止时，书包受到的拉力做了功
2.下列情形中，对物体没有做功的是（A）
A.举着杠铃不动
B.将弹簧拉力器拉长
C.将实心球抛向空中
D.把掉在地上的羽毛球捡起来
3.甲、乙两个完全相同的物体在同一水平面上做匀速直线运动，且v甲＞v乙，若不计较空气阻力，则它们所受的拉力F甲和F乙及两拉力在相同时间内所做的功W甲和W乙之间的关系是（C）
A．F甲＞F乙B．F甲＜F乙C．W甲＞W乙D．W甲＜W乙
4．在甲、乙两图中，甲图地面粗糙、乙图地面光滑。
质量分别为m,2m的两个物体在大小为F的恒力作用下，在力的方向上前进了相同的距离，则下列结论正确的是（B）
A．甲图中F做的功小于乙图中F做的功
B．甲图中F做的功等于乙图中F做的功
C．甲图中F做的功大于乙图中F做的功
D．条件不足，无法确定甲、乙图中F做的功谁大
5.三位同学准备进行爬楼比赛，看看谁的功率大。
他们展开了如下的讨论：
甲：
只有测出各自的体重、爬楼用的时间和爬楼的高度，才能进行比较；
乙：
在爬楼的时间相同时，只要测出各自的体重、爬楼的高度，就可以进行比较；
丙：
在爬楼的高度相同时，只要测出各自的体重、爬楼的时间，就可以进行比较。
正确的是（D）
A.甲、乙和丙B.甲和乙C.甲和丙D.乙和丙
6.关于功率,下列叙述正确的是（C）
A.做功用的时间越少,功率越大。
B.功率越大,做的功越多。
C.在相同的时间里,做功越多,功率越大。
D.做功的时间越多,功率越大。
7.跳绳是一项很好的健身运动。
某同学作了相关的测量：
小军的体重为400牛，跳起时重心升高的高度平均为0.02米，则小军跳一次做功_____焦；若小军1分钟跳150次，则小军跳绳时的功率为_____瓦。
答案：
8；20
8.两个演员在做杂技“顶竿”表演，顶竿者的肩膀上竖立着一根直竹竿，竹竿的上端有一位重300牛的小演员。
请问：
（1）当小演员沿竿竖直下滑2米，则重力对他做了多少功?
（2）当小演员静止在竿上时，若顶竿者肩部的受力面积是20厘米2，不计竹竿的重，则顶竿者肩部受到的压强是多少?
答案：
（1）W＝Fs＝Gh
＝300N× 2m
＝600J
答：
重力做功600J。
（2）p＝F／S=G／S＝
＝1.5× 105Pa
答：
顶竿者肩部受到的压强为1.5× 105Pa。
9．2010年12月30日通车的湛徐高速，使得从湛江市区到徐闻县海安港口全程只需约1个小时，从而使雷州半岛的居民从此真正进入湛江市“一小时生活圈”．
今年“五·一”期间，爸爸开车带着李兵从湛江市区出发沿湛徐高速到徐闻参观“大汉三墩”景点，汽车（包括车上的人和物品）质量为1.8×103kg，车轮与地面的总接触面积为0.09m2，当汽车以90km/h的速度在平直路面上匀速行驶时，汽车发动机牵引力为1000N，效率为30％，汽油的热值为4．6×107J／kg（假设汽油完全燃烧，g取10N／kg）．求：
（1）汽车静止时对路面的压强．
（2）汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率．
（3）若汽车按照这种方式行驶，这次旅行全程往返250km，牵引力做的功是多少？
李兵应该提醒爸爸至少要加汽油多少kg？
【解题思路】
（1）压强的公式P=
，水平路面受到的压力等于汽车的总重力G总，G=mg，所以P=
=
=
，代入数据可求出路面受到的压强。
（2）根据功率的定义可得牵引力的功率P=
，牵引力所做的功W=FS，而速度公式V=St，即：
P=
=
=FV；（3）汽车发动机工作时，是汽油完全燃烧放出的内能转化为机械能，即发动机牵引力所做的功，可利用公式W=FS进行计算，发动机做功时，一部分内能散失在空气中，还有一部分能量克服摩擦而损失，牵引力做的功占燃料完全燃烧放出的热量的比例即为发动机的效率η。
根据效率的公式η=
可得Q放=
，再利用燃料的热值公式变形为m=
得出所需要的汽油质量。
【答案】22.解：
（1）汽车静止时对地面的压力F=G=mg=1.8×103kg×10N／kg=1.8×104N
汽车静止时对地面的压强
2×105Pa
（2）汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率
P=FV=1000N×25m/s=2.5×104W
（3）全程往返约250km牵引力所做的功
W=FS=1000N×2.5×105m=2.5×108J
由
得
全程往返约250km需要汽油的质量为：
答：
（1）汽车静止时对在地面的压强2×105Pa．
（2）汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率2.5×104W．
（3）全程往返约250km牵引力所做的功2.5×108J；全程往返约250km需要汽油的质量为18.12kg
10.学校新近买了30套总质量为300千克的实验器材，每套一箱。
实验员需要把这批实验器材搬运到15米高的实验室。
（1）该实验员在搬运中，对实验器材总共做功＿＿＿＿焦；
（2）假设他身体可以向外提供的功率P与所搬运物体的质量m的关系如图所示，每次他搬起箱子、放下箱子和下楼的时间t与所搬运物体的质量m关系如表所示，那么他搬完全部箱子，且回到开始搬运处，所用最短时间为＿＿＿＿秒（计算结果精确到0.1）。
搬运质量m/kg
10
20
30
时间t/s
40
60
70
【解题思路】实验器材的总质量为300kg，所以器材所受的重力为：
G=mg=300kg×10N/kg=3000N,实验器材上升的高度为15米，故搬运过程中对实验器材所做的功为：
W=Gh=3000N×15m=45000J；根据表格和图像可以知道当搬运的质量分别是10kg、20kg、30kg时对应的实验员的向外提供的功率P是40w、60w、55w，，然后根据公式Pt=mgh，中只是t不知道，分别带入即可求出t，最后比较出时间的大小即可。
【答案】
（1）4.5×104
（2）1518.2
【点评】此题主要考查了学生利用图像和表格来综合分析搬运箱子所用的最短时间，从中培养了学生综合分析问题的能力。
特别是利用公式分析三次数据，进一步加强了学生的综合素质的培养，是一道结合生活实际的难题。
11.压路机是一种利用碾轮的碾压作用，使土壤、路基垫层和路面铺砌层压实的工程机械，广泛用于筑路、筑堤和筑坝等工程。
某型号压路机质量为3×104千克，发动机的额定功率为120千瓦，g取10牛/千克。
求：
（1）如图所示该压路机在沥青路面辗压时，压路机对水平路面的
压强为2×105帕，压路机对水平路面的压力为多少牛？
压路机与路面的接触面积为多少米2？
（2）该压路机发动机正常工作，压路机在沥青路面上行驶500秒，
发动机所做的功为多少焦？
（3）该压路机发动机正常工作，压路机在水平地面以4米/秒的速
度匀速直线行驶，则压路机的牵引力为多少牛？
压路机受到的阻力为多少牛？
（1）压路机对路面的压力
F=mg=3×104千克×10（牛/千克）=3×105牛（1分）
根据p=F/S
压路机与路面的接触面积S=F/p=3×105牛/（2×105帕）（1分）
=1.5米2（1分）
（2）发动机所做的功W=Pt=1.2×105瓦×500秒（1分）
=6×107焦（1分）
（3）根据P=Fv（1分）
压路机的牵引力F=P/v=1.2×105瓦/（4米/秒）=3×104牛（1分）
根据二力平衡条件压路机受到的阻力f=F=3×104牛
12.图3甲是使用汽车打捞水下重物的示意图，汽车通过定滑轮牵引水下一个圆柱形重物，在整个打捞过程中，汽车以恒定的速度v=0.2m/s向右运动。
图3乙是此过程中汽车拉动重物的功率P随时间t变化的图像。
设t=0时汽车开始提升重物，忽略水的阻力和滑轮的摩擦，g取10N/kg。
求：
（1）圆柱形重物的质量；
（2）圆柱形重物的密度；
（3）打捞前，圆柱形重物上表面所收的水的压力。
答案：
（1）由公式P=W／t=Fs／t=Fv，故汽车在AB段对重物的拉力为F1=700W／0.2m／s=3 500N
同理，汽车在CD段对重物的拉力为F3=4000N．
整个重物打捞过程应该分为三个阶段：
第一阶段，将重物从水底拉至上表面刚好接触水面。
这一过程，G不变，F浮不变，F1不变，且有G=F浮+F1 ①对应图3乙AB段
第二阶段，将重物拉出水面的过程。
这一过程中，G不变，F浮变小直至为0，故拉力F越来越大，对应图3乙BC段。
第三阶段，重物刚好全部拉出水面，以后继续向上拉的过程。
这一过程中，G不变，F3与重力G相等，G=F3 ②对应图3乙CD段。
因为G=F3 =4 000N，所以m=G／g=4 000N／10N/kg=400kg
（2）由① ②知F浮= G－F1 = F3 －F1 =500N
因为F浮=ρ水gV排=ρ水gV物
所以V物=5×10-2m3 ρ物=m／V物=400kg／5×10-2m3=8×103kg/ m3
（3）由图3乙的BC段可知，打捞的重物从上表面接触水面到刚好整个物体全部出水，历时
60 s?
D50s=10s，上升速度为0.2m／s，所以物体高h=10s×0.2m／s=2m所以，
物体上、下表面积为S= m／V物=5×10-2m3／2m=2.5×10-2m2
又由图3乙AB段可知，物体从水底上升到上表面刚好接触水面历时50s，上升高度H=50s×0.2m／s=10m
故物体沉在水底时上表面离水面10m，水对物体上表面产生的压力为
F压=pS=ρ水gHS=1.0×103×10×10×2.5×10-2N=2.5×103N
四、课后作业
1.体育课上两位同学进行爬杆比赛，假如他们先后从同一根杆的底端匀速爬到顶端。
如果要粗略比较一下两人做功的大小，需要知道的物理量是（C）
A．爬杆的速度 B．爬杆的时间 C．两人的体重 D．杆的具体高度
2．如图所示，斜面光滑，推力分别为F1、F2，从斜面底推同样的物体至斜面顶端，所做的功分别为W1、W2,那么（D）
A.F1大于F2，W1等于W2B.F1小于F2，W1小于W2
C.F1大于F2，W1大于W2D.F1小于F2，W1等于W2
3.一颗重为0.2牛的子弹从枪膛中水平射出，子弹在枪膛中受火药爆炸后产生气体的平均作用力是600牛，枪膛长60厘米，子弹从枪膛射出后飞行1200米，气体对子弹做的功为（C）
A、0.18焦B、120焦C、360焦D、7.2x105焦
4、功率相等的两辆汽车，要相等的时间内匀速通过的距离之比为3：
2，则（B）
A、两辆汽车的牵引力之比为3：
2
B、两辆汽车的牵引力之比为2：
3
C、两辆汽车做功之比为3：
2
D、两辆汽车做功之比为2：
3
5．某同学用100N的力猛踢一个重为20N，静止在草地上的足球，球离脚后在草地上前进了25m，则人对足球做的功是：
（D）
A.0J B.2500J C.500J D.无法确定。
6．甲物体放在粗糙的水平面上,乙物体放在光滑的水平面,它们在相等的水平推力作用下移动相同的距离,试判断推力对物体做功W甲和W乙及功率P甲和P乙的大小关系为（D）
A.W甲>W乙,P甲＝P乙B.W甲＝W乙,P甲＝P乙
C.W甲P乙D.W甲＝W乙,P甲7．如图甲所示，小明用弹簧测力计拉木块，使它沿水平木板匀速滑动，图乙是他两次拉动同一木块得到的距离随时间变化的图像。
下列说法正确的是（ A ）
A．木块两次受到的拉力和摩擦力均相等B．木块第1次受到的拉力较大
C．木块两次的动能一样多D．两次拉力对木块做的功一样多
8.以下是对小阳同学部分生活事例的分析，其中合理的是（D）
A.去游泳馆游泳时，受到水的浮力约为2000牛顿
B.全家5月份自来水用量26立方米，换算成质最为26千克
C.沿楼梯登上教学楼3楼，克服自身重力做功约为30000热耳
D.参加800米跑步的成绩是4分10秒，则她跑步的平均速度是3.2米／秒
9.甲、乙两个同学体重之比是4：
5，都从一楼走到三楼，甲和乙所用时间之比为7：
8，那么甲、乙做功之比为＿4:
5＿，功率之比为＿32:
35＿。
10.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）。
答案：
2×108
11.如图所示的水平地面上，一个底面积为0.16m2、重为4000N的物体，在2000N的水平推力作用下，8s内匀速前进了10m．求：
（1）推物体前进的速度是多大？
（2）物体在运动过程中受到摩擦力是多大？
（3）推力在这8s内对物体做了多少功？
（4）物体对地面的压强是多大？
解：
（1）
（2）根据二力平衡可知，物体匀速前进时，有：
f=F推=2000N
（3）W=F推·s=2000×10J=2×104J
（4）
12.近年来，国家发改委屡次调高成品油价格，市区出租车司机油费增加。
为此．他们在车站候客排队时常常采用推着出租车的方法，来减少汽油的消耗。
现有一位出租车司机，推着一辆质量为1300千克的出租车在水平路面上匀速前进了5米，已知出租车匀速前进时受到的阻力为300牛，求：
（1）这位出租车司机在此过程中对车所做的功为多少焦？
（2）若此过程所需时间为10秒，则这位出租车司机对车做功的功率为多少瓦？
答案：
解：
（1）W＝Fs
＝300牛×5米=1500焦
（2）P=W/t
＝1500焦／10秒＝150瓦
13.在汶川地震的抗震救灾中，党和政府把救人放在重中之重的位置。
在倒塌房屋的废墟中搜救被困人员，重型吊机起到了重要的作用。
如图所示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＝10N／kg）。
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15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?
解：
（1）根据二力平衡得F=G=mg=2000kg×10N/kg=2×105N
（2）根据V=S/t得S=Vt=0.1m/s×15s=1.5m
W=FS=2×105N×1.5m=3×105N
（3）根据P=W/t=3×105N/15s=2×104W或根据P=FV=2×105N×0.1m/s=2×104W。
14.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?
解：
（1）由V=S/t得：
S=vt=5m／s×30×60s=9000m=9km
（2）W=Fs=40N×9000m=360000J
（3）P=W/t=360000J/1800s=200w
答：
（1）共跑了9km
（2）人跑步时做功360000J（3）人跑步时的功率为200w.
15.木工用100N的力拉锯，锯条移动的距离为50cm，每推或拉一次，锯条深入木头2cm，要把厚40cm的木头锯断，他需做多少功？
100*0.5*20=1000J
16.如图甲所示，放在水平地面上的物体A受到水平向右的力F的作用，力F的大小以及物体A的运动速度大小V随时间t的变化情况如图乙所示。
（1）当t=7s时，物体A受到的摩擦力f的大小为▲N，方向为▲。
（2）根据图乙有关信息，请用公式P=Fv，求F=10N时该力的功率。
（3）如图丙所示，在A的两侧分别挂上柱状重物B、C，且C的一部分浸人水中。
已知GB=20N，Gc=50N，C的横截面积为30cm2，长度足够，水够深。
则当物体A不受摩擦力作用时，C的下底面受到的水的压强是多少?
若物体A移动就会触发报警装置（图中未画出），当物体A不移动时，最高水位与最低水位的差是多少?
（g取10N／kg）
答案：
（1）10水平向左（每空1分）
（2）解：
当F＝10N时，物体处于静止状态或以5m/s的速度做匀速直线运动
①物体静止时，P=FV=10N×0m/s=0W（1分）
②当物体以5m/s的速度匀速运动时，P=FV=10N×5m/s=50W（1分）
答：
拉力的功率为0W或50W。
（3）解：
由题意可知，当物体不受摩擦力作用时，物体C受到的浮力
F浮＝GA-GB＝50N-20N=30N（1分）
根据浮力产生的原因可知：
F浮＝PS
P=
=
=1×104Pa（1分）由题意可知，物体A静止时，物体C
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