广东省2022年中考物理总复习学案-第七讲　功和机械能

第七讲功和机械能物理课程标准对本讲的要求是：1．结合实例，认识功的概念。知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。2．知道机械功和功率。用生活中的实例说明机械功和功率的含义。3．知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。根据课程标准的要求，本讲将从功和功率、机械能及其转化两个方面进行复习。近三年广东中考考情分析年份题型题号分值考点2021填空T102机械能的守恒T141有用功的计算2020计算T192功的计算2019填空T83动能和重力势能大小的判断注意：功和功率的计算通常会和其他知识点综合起来考查。考点一、功和功率1．功的计算：(1)功的两个必要因素分别是：__作用在物体上的力__、__物体沿力的方向移动一段距离__。(2)功的计算公式是__W＝Fs__，单位是__焦或J__。2．功率的定义：__功与做功所用时间之比__；功率描述的是__物体做功的快慢__，公式是__P＝eq\f(W,t)__，单位是__瓦特(或W)__。功率还有一个公式是P＝Fv，你知道它是怎样推导出来的吗？__P＝eq\f(W,t)＝eq\f(Fs,t)＝Fv__。【例1】下列情况中，力对物体做了功的是(A)A．用力把物理课本从地上捡起来B．用力推课桌，课桌没动C．举重运动员用力将杠铃举在空中不动D．吊车吊着钢板水平匀速移动10m，钢绳对钢板的拉力E．物体在光滑水平面上匀速前进F．用100N竖直向上的力提着物体沿水平方向走了20mG．踢球后，足球在水平地面上滚动了20m要判断力对物体是否做了功，就要紧紧抓住做功的两个必要因素：首先要判断是否有力作用在物体上，如果有，力的方向是怎样的，然后再判断物体是否沿着力的方向移动了一段距离。【例2】判断正误(错误的请改正)(1)物体做功越多，功率越大。__做功时间相同时，物体做功越多，功率越大。__(2)物体做功时间越短，功率越大。__物体做一样多的功时，做功时间越短，功率越大。__(3)物体做功越快，功率越大。__正确__(4)物体做功时间越长，做功越多。__功率相同时，物体做功的时间越长，做功越多。__【例3】(2020·广州中考)装有水的容器在大小为10N的拉力F作用下运动，图1为容器三段运动的示意图，F的方向始终沿着容器运动方向，OP段、MN段为水平地面。在MN段容器中的水少于OP段，容器在OP段、MN段的速度—时间图象和QR段的路程—时间图象如图2所示。(1)求F在OP段做的功__40__J__；(2)求F在QR段的功率__5__W__；(3)容器在OP段和MN段受到的摩擦力分別为ƒ1、ƒ2，则ƒ1__＝__ƒ2(选填“>”“＝”或“<”)。1．(2021·常德中考)下面四幅图中所描述的力，对物体做了功的是(A)2．下列单位中不是功率单位的是(C)A．kWB．WC．kW·hD．J/s3．骑着一辆普通自行车，在平直公路上匀速行驶，若人和车所受的阻力为20N，则通常情况下，骑车人消耗的功率最接近于(C)A．1WB．10WC．100WD．1000W4．(2021·岳阳中考)小明两次分别用时60s、40s把同一捆书从一楼匀速搬上三楼，比较两次搬书过程对书做功和做功的功率，判断正确的是(B)A．用时少的做功多B．用时少的做功功率大C．用时多的做功多D．用时多的做功功率大5．(2021·安徽中考)如图所示，小明在单杠上做引体向上运动，每次引体向上身体上升的高度为握拳时手臂的长度。已知小明的体重为500N，握拳时手臂的长度为0.6m，完成4次引体向上所用的时间为10s。求：(1)小明完成1次引体向上所做的功；(2)10s内小明做引体向上的功率。解：(1)小明完成1次引体向上所做的功：W＝Gh＝500N×0.6m＝300J(2)10s内小明做引体向上的功率：P＝eq\f(W总,t)＝eq\f(4×300J,10s)＝120W6.(2021·宁波中考)如图所示是世界上第一艘飞艇，它是由法国工程师吉法尔于1852年制造的。这艘飞艇的气囊充满氢气后，长44m，直径为11.9m，体积为2100m3，形状像一个巨大的橄榄。这年的9月24日，吉法尔乘坐该飞艇从巴黎的马戏场出发，用一台2.2kW的蒸汽机带动螺旋桨，以8km/h的速度，飞行了28km。(1)飞艇的气囊形状像一个橄榄，在前进过程中可以减小__空气阻力__。(2)充满氢气后气囊受到的浮力是多少？(空气密度取1.29kg/m3)(3)这次飞行，飞行所需时间、蒸汽机做的功及飞行时受到的平均阻力各为多少？【解析】(1)飞艇的气囊形状像一个橄榄，在前进过程中可以减小空气阻力；(2)充满氢气后气囊受到的浮力：F浮＝ρ空气gV排＝1.29kg/m3×10N/kg×2100m3＝27090N；(3)由v＝eq\f(s,t)可得，飞行所需时间：t＝eq\f(s,v)＝eq\f(28km,8km/h)＝3.5h；蒸汽机做的功：W＝Pt＝2.2×103W×3.5×3600s＝2.772×107J；飞艇飞行时，受到的阻力与牵引力是一对平衡力，则由W＝Fs可得，飞行时受到的平均阻力：f＝F＝eq\f(W,s)＝eq\f(2.772×107J,2.8×104m)＝990N。答案：(1)空气阻力(2)充满氢气后气囊受到的浮力是27090N(3)这次飞行，飞行所需时间为3.5h蒸汽机做的功为2.772×107J飞行时受到的平均阻力为990N考点二、机械能及其转化1．机械能eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(动能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：物体由于运动而具有的能。,决定其大小的因素：质量、速度。)),势能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(重力势能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：物体受到重力并处于一定高度的能。,决定其大小的因素：质量、所处高度。)),弹性势能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：物体由于发生弹性形变而具有的能。,同一物体决定此能量大小的因素：弹性形变的程度。))))))2．两种能量相互转化的过程中，一定伴随着其中一种能量的减小和另外一种能量的增加，如果没有发生能量损耗，减小部分的能量必定等于增加部分的能量。【例4】(2021·安徽中考)如图所示为游乐场中在竖直面内转动的摩天轮，小红乘坐该摩天轮时速度大小不变，则她从最低点上升到最高点的过程中(C)A．动能减小B．重力势能不变C．机械能增大D．机械能不变【例5】(2020·南京中考)如图所示是荡秋千的简化模型。摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高，下列说法正确的是(C)A．球在B、C两点的动能相等B．球在A、D两点的机械能相等C．球从B点到O点的过程中机械能减少D．球从O点到C点的过程中重力势能减少如果只有机械能内部的相互转化，即只有动能和势能之间的转化，则机械能守恒；如果机械能转化为其他形式的能，则机械能发生改变。【例6】(2021·泰安中考)在蹦床比赛中，运动员从高处落到蹦床上又被弹起，该过程中有关机械能及其转化的说法正确的是(C)A．运动员上升到最高点时重力势能为零B．运动员下降过程中机械能增大C．运动员从高处下落到蹦床前，重力势能转化为动能D．运动员弹离蹦床后，上升的过程中，弹性势能转化为动能【例7】(2019·广州中考)运动员从高空竖直向下跳伞，人(包括装备)的质量为80kg。只考虑人受到的重力和空气阻力，下落时的速度—时间图象如图所示。(1)人在前50s内下落了2100m，求这段时间内人的平均速度。(2)人在前30s内下落了1500m，求这段时间内人所受重力做的功和功率(g取10N/kg)。(3)从第10s到第30s这个过程中，人的动能、重力势能、机械能是如何变化的？(4)人在第30s时所受空气阻力__等于__(选填“大于”“等于”或“小于”)第50s时所受空气阻力。【解析】(1)人在前50s内的平均速度：v＝eq\f(s,t)＝eq\f(2100m,50s)＝42m/s；(2)人(包括装备)的重力：G＝mg＝80kg×10N/kg＝800N，人在前30s内所受重力做的功：W＝Gh＝800N×1500m＝1.2×106J，人在前30s内所受重力做的功率：P＝eq\f(W,t)＝eq\f(1.2×106J,30s)＝4×104W；(3)由题图知10s到30s人的速度先增加后不变，动能也是先增加再不变，高度一直减小，重力势能也一直减小，由于空气阻力的影响，机械能会转化为内能，所以机械能减小；(4)由题图知，在第30s时和第50s时人都做匀速运动，阻力和重力都是平衡力，重力不变，则阻力不变，即人在第30s时所受空气阻力等于第50s时所受空气阻力。答案：(1)42m/s(2)1.2×106J4×104W(3)人的动能先增加后不变、重力势能一直减小、机械能减小(4)等于1．(2021·泸州中考)2021年泸州市中考体育考试增加了排球垫球项目，方法是用手臂将排球垫向墙壁，反弹回来后又重复垫球，如图所示为垫球过程示意图。下列说法中正确的是(C)A.垫排球时，排球离开手臂上升过程中，手臂依然在对排球做功B．排球从墙壁弹回手臂过程中，重力势能越来越大C．排球撞击墙壁后反弹回来，说明力可以改变物体的运动状态D．手臂垫球时，手对球的力大于球对手的力2.(2020·牡丹江中考)现代农业利用喷药无人机喷洒农药，安全又高效。如图所示，喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药。此过程中，喷药无人机的(C)A．升力大于重力 B．空气阻力和重力是一对平衡力C．动能减小、重力势能减小 D．动能不变、重力势能减小3.(2019·深圳中考)如图所示，弧形轨道ab段光滑，bc段粗糙，小球从a点经最低点b运动至c点。下列分析正确的是(B)A．从a到b的过程中，小球动能转化为重力势能B．经过b点时，小球动能最大C．从b到c的过程中，小球动能增大D．从a到c的过程中，小球机械能守恒4．(2020·舟山中考)乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球，若不计空气阻力，则落到水平桌面时三者的速度大小关系是(D)A．va>vb>vcB．vb>vc>vaC．va>vc>vbD．va＝vb＝vc5.如图所示的四个实例中，机械能正在减小的是(A)A.甲图中，匀速下降的热气球B．乙图中，起飞的飞机C．丙图中，蓄势待发的火箭 D．丁图中，在同一高度匀速飞行的飞艇6.(2021·自贡中考)一位摄影爱好者采用在同一张底片上多次曝光的方法，拍摄了极限跳伞运动员从悬崖跳下的过程。从运动员离开悬崖时开始，每隔0.3s曝光一次，得到了一张记录运动员在打开降落伞之前的一段下落情况的照片，如图所示。已知运动员从a点到d点可视为沿竖直方向运动，通过ab，bc和cd的时间间隔均为0.6s，空气阻力不能忽略。对于运动员从a点到d点的下落过程，下列分析中正确的是(C)A．运动员下落过程中的速度大小保持不变B．运动员所受的重力在ab段所做的功等于在cd段所做的功C．运动员所受的重力在ab段做功比在cd段做功慢D．运动员下落过程中减少的重力势能全部转化为动能探究物体的动能跟哪些因素有关实验名称有关考点实验装置探究物体的动能跟哪些因素有关1.实验方法：控制变量法、转换法。2．判断钢球动能大小的方法：让钢球撞到木块上，比较木块被撞开的距离，木块被撞开的距离越远，则钢球具有的动能就越大。3．让质量不同的钢球从斜面的相同高度处由静止自由下滑的目的是：保证钢球到达水平面时的速度相等。4．让同一个钢球从同一斜面的不同高度开始自由滑下的目的是：改变钢球撞击木块时的速度。5．实验过程中，如果木块被撞开的距离超过了水平面的长度，应该适当降低钢球在斜面上开始下滑的高度。实验器材：不同质量的钢球、斜槽、木块【示范案例】如图，小明所在的小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止。(1)实验中，探究的动能是指__B__。A．小球在斜面上的动能 B．小球撞击木块时的动能C．小球撞击木块后的动能 D．木块被小球撞击的动能(2)实验中是通过观察木块被撞击后所移动的距离来比较小球动能的大小。木块被撞击后移动的距离越大，表明撞击它的物体__动能__越大。这种研究问题的方法是__转换法__。(3)让不同质量的两个小球分别从斜面同一高度2h由静止滚下的目的是使两球到达水平面时具有相同的__速度__，这是为了探究动能的大小与__质量__的关系。(4)小球滚下斜面的过程中，它的__重力势__能转化为动能。(5)分析比较__甲、乙__两次实验，可探究出的结论是：质量相同的物体，速度越大，动能越大。(6)分析比较__甲、丙__两次实验，可探究出的结论是：速度相同的物体，质量越大，动能越大，这个结论可用于解释汽车__超载__(选填“超速”或“超载”)带来的危害。(7)若斜面光滑，小球从斜面由静止滑下碰撞木块后，木块在水平面上滑动一段距离后停下来。增大斜面的倾角，仍让小球从同一高度处由静止滑下，如图丁所示；则木块在水平面上移动的距离__不变__(选填“变大”“不变”或“变小”)(不计空气阻力)。(8)撞击木块后，小球在水平面上不能立即停下，是因为小球具有__惯性__，木块最终停下来，是由于受到__摩擦力__，如果水平面光滑，则__不能__(选填“能”或“不能”)完成本实验。(9)善于动脑的小明设计了如图戊所示的方案：用同一个小球两次将同一弹簧压缩到不同程度，两次实验弹簧具有的弹性势能__不同__(选填“相同”或“不同”)，放手后将小球弹出去撞击放在同一位置的木块时的速度也不同，从而验证了动能与速度的关系。接着让质量不同的两个小球两次将同一弹簧压缩到相同程度，放手后将小球弹出去撞击放在同一位置的木块，这样做__不能__(选填“能”或“不能”)验证动能与质量的关系。小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球m和M(M的质量大于m)，分别从不同的高度h和H(H>h)静止开始滚下，观察木块B被撞击后移动的距离，实验过程如图所示。(1)小明通过观察木块B移动的距离长短，来判断钢球动能的大小，这种研究方法是__转换法__(选填“控制变量法”或“转换法”)。若水平面绝对光滑，本实验将__不能__(选填“能”或“不能”)达到探究目的。(2)由甲、乙两图可得实验结论：物体的动能大小与__速度__有关。(3)小明根据甲、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关，他的看法是否正确？__错误__(选填“正确”或“错误”)，理由是：__没有控制速度一定__。(4)另一同学用如图所示的方法探究动能的大小与速度的关系，他将相同质量的小球从不同高度(h2>h1)由静止开始释放，通过观察木块在铁板和毛巾上滑行的距离来判断钢球动能的大小，这种方法是__错误的__(选填“正确的”或“错误的”)。1．(2017·广东中考)妈妈与小明进行爬山比赛，他们选择的起点、路径和终点都相同，全程设为匀速运动，妈妈的体重是小明的2倍，妈妈所用的时间是小明的3倍，若妈妈克服重力做功为W1、功率为P1，小明克服自身重力做功为W2、功率为P2，则下列关系正确的是(D)A．W1∶W2＝1∶1 B．W1∶W2＝2∶3C．P1∶P2＝1∶1 D．P1∶P2＝2∶32．(2021·广东中考节选)用图甲的滑轮组提升重200N的物体，已知拉力F为80N，不计绳重和摩擦。物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，动滑轮重为__40__N，3s内对物体做的有用功为__300__J。3.(2019·广东中考)如图所示，用细线系住小球悬挂在O点，将小球拉到A点从静止释放，从A点经过B点运动到C点的过程中，小球的重力势能先变小后__变大__，动能先__变大__后__变小__。(均选填“变大”“变小”或“不变”)4．(2017·广东中考)火箭加速升空过程中，对于火箭搭载的卫星来说，动能__增大(增加或变大)__，重力势能__增大(增加或变大)__，卫星的机械能是由火箭燃料的__化学__能转化而来的。5．(2016·广东中考)如图所示是“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置，实验中让钢球从斜面上某个高度由静止沿斜面滚下，在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞，木块沿水平面向右运动直至停止。(1)实验中是通过观察__木块移动的距离远近__来判断钢球的动能大小。(2)让同一钢球从斜面的不同高度由静止开始滚下，目的是探究钢球的动能大小与__速度__的关系。(3)换用质量不同的钢球从斜面的相同高度由静止开始滚下，目的是探究钢球的动能大小与__质量__的关系。(4)木块最终会停下来的主要原因是__受到阻力(或摩擦力)的作用__，在此过程中木块通过__做功__的方式把动能转化为内能。(5)如果木块在运动过程中所受的摩擦阻力为0，木块将__一直做匀速直线运动__。6．(2020·广东中考)某轿车在平直公路上行驶的45s内，其速度v与时间t、动力F与时间t的关系图象分别如图甲、乙所示。已知前10s轿车运动的路程为100m。(g取10N/kg)求：(1)前10s轿车运动的平均速度；(2)轿车在匀速直线运动阶段通过的路程；(3)动力F做的总功。解：(1)前10s轿车运动的平均速度：v1＝eq\f(s1,t1)＝eq\f(100m,10s)＝10m/s。(2)根据v＝eq\f(s,t)可知，轿车在匀速直线运动阶段通过的路程：s2＝v2t2＝20m/s×(45s－10s)＝700m。(3)动力F做的总功：W＝W1＋W2＝F1s1＋F2s2＝4000N×100m＋1000N×700m＝1.1×106J。7．(2017·广东中考)常用机器人潜入水下打捞沉船上的物体(ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg)(1)机器人在水下用竖直向上的力举着体积为0.03m3、密度为2.5×103kg/m3的实心物体静止不动，该力的大小是多少？(2)若机器人在水下30m处将该物体匀速竖直向上运至水面需时间150s，物体竖直上升所需要的动力F与物体运动速度v的关系如图所示，求：①物体上升的速度是多少？②这个过程动力F对物体做了多少功？解：(1)F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.03m3＝300NG物＝ρ物gV物＝2.5×103kg/m3×10N/kg×0.03m3＝750NF＝G物－F浮＝750N－300N＝450N(2)①v＝eq\f(s,t)＝eq\f(30m,150s)＝0.2m/s②由图象可知F＝500NW＝Fs＝500N×30m＝15000J8.(2016·广东中考)小明骑车在某段平直的水平路面上由静止开始运动，共用时12s。小明重450N，自行车重250N，轮子与地面的总接触面积是2×10－3m2。图1是速度v随时间t变化的关系图象，小明在t＝7s时刚好到达这段路程的中点。图2是动力F随时间t变化的关系图象。(1)请问小明骑自行车在水平地面行驶时，对地面的压强为多大？(2)在7～12s内，自行车所受的摩擦阻力是多少？自行车克服摩擦阻力做了多少功？此时功率是多少？(3)自行车在0～7s内的平均速度是多少？(保留小数点后两位)解：(1)水平地面受到的压力F＝G人＋G车＝450N＋250N＝700N地面受到的压强p＝eq\f(F,S)＝eq\f(700N,2×10－3m2)＝3.5