中考物理一轮复习单元复习讲练考专题31 功和机械能 单元知识点讲解与典型题解析（解析版）

第十一单元功和机械能专题31功和机械能单元知识点讲解与典型题解析新课标对单元考点要求1.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。2.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。单元知识思维导图单元考点知识讲解考点1：功1.定义:在物理学中，把力和在力的方向上移动的距离的乘积叫做功。2.做功的两个必要因素：一是有力作用在物体上，二是物体在力的方向上移动一段距离。3.计算公式：W=Fs4.单位：焦(J)，1J=1N·m。考点2：功率1.定义:单位时间内所做的功叫做功率。2.物理意义：表示物体做功快慢的物理量。3.计算公式：P=W/t。另一个公式：P=Fv。4.单位：瓦(W)、千瓦(KW)1KW=1000W。考点3：动能和势能1.物质由于运动而具有的能叫做动能，一切运动的物体都具有动能。2.动能的大小跟质量和速度有关：速度相同，物体的质量越大，动能就越大；质量相同，物体的速度越大，动能就越大。3.重力势能：物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。重力势能的大小与质量和被举高的高度有关，高度相同，物体的质量越大，重力势能就越大；质量相同，物体被举得越高，重力势能越大。4.弹性势能：物体由于弹性形变而具有的能叫做弹性势能。弹性形变越大，物体的弹性势能越大。考点4：机械能及其转化1.定义：动能和势能之和称为机械能。2.规律：物体的动能和势能可以相互转化，如果存在阻力，转化过程中机械能不断减小，反之机械能总量不变，即机械能守恒。单元考点解题规律总结一、利用功、功率的公式求解计算题策略1.利用W=Fs进行计算时，一定要注意力F和距离S的一一对应的关系，即距离S是在力F作用下且沿力的方向上移动的距离。其次，一定要注意F和S的同时性，即在计算做功多少时，一定要搞清S是否是F始终作用下运动的距离。比如用60N的力将一重为8N的物体踢出20m远，这20m不是在脚的力的始终作用下运动的，在求脚对物体做功时，不能表示为W=Fs=60N×20m=1200J。2.利用P=W/t进行计算时，一定要注意功W和完成这些功所用的时间t的一一对应的关系。其次，一定要注意W和t的同时性。二、探究影响物体动能大小因素的实验思路1.实验研究：研究对象小钢球。方法有控制变量法；转换法。如何判断动能大小：看木块被小钢球推动的距离多少。使质量不同的钢球从同一高度静止释放的目的：使小球到达水平面时的初速度相同；如何改变钢球速度：使钢球从不同同高度滚下；2.分析归纳：保持钢球质量不变时结论：运动物体质量相同时，速度越大，动能越大；保持钢球速度不变时结论：运动物体速度相同时，质量越大，动能越大；3.得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。4.斜面的作用：是物体具有速度并改变物体速度的大小。5.水平面的作用：是物体在竖直方向上受力平衡，在水平方向只受摩擦力。6.能量转化：在斜面上机械能转化过程：重力势能转化成动能，在水平面上能力转化过程：动能转化为内能。7.木块最终停下来的原因：在水平面受到摩擦力。8.实验推理与假设：当水平面绝对光滑，小球将做匀速直线匀速，不能达到探究目的。9.超载、超速问题判断：超速时，质量不变，速度越大，动能越大；超载时，速度不变，质量越大，动能越大。10.用小球做实验有不足之处是：不能保证小球在水平面上沿直线运动。单元对点例题解析考点1：功【例题1】（2022甘肃兰州）如图所示的情境中，对物体不做功的是（）A.图甲：用力搬石头，没有搬动 B.图乙：将重物从地面拉到高处C.图丙：推车向前运动 D.图丁：挺举杠铃过程【答案】A【解析】A．人用力搬石头没有搬动，有力无距离，所以人对石头没有做功，故A符合题意；B．人将重物从地面拉到高处，有力有距离，并且在力的方向上移动了一段距离，所以人对重物做了功，故B不符合题意；C．人推车向前运动，有力有距离，并且在力的方向上移动了一段距离，所以人对车做了功，故C不符合题意；D．人挺举杠铃的过程中，有力有距离，并且在力的方向上移动了一段距离，所以人对杠铃做了功，故D不符合题意。故选A。【例题2】（2022湖南怀化）如图所示，水平地面上有一重为20N的物块，在水平拉力F=5N作用下向右运动了10m，在这个过程中拉力F对物体做的功为___________J，重力做的功为___________J。【答案】①.50②.0【解析】物块受到的水平拉力F=5N，在拉力的作用下移动的距离为10m，所以拉力做的功为W=Fs=5N×10m=50J重力的方向是竖直向下的，而的物块在水平方向上向右运动了10m，物块没有在重力的方向上移动距离，所以此过程中重力对物块不做功，即做功为0。【例题3】（2022深圳）一校车质量为30t，车轮与地面总接触面积为0.5m2，水平匀速行驶时校车受到的阻力为重力的0.03倍，校车匀速行驶200米，问：（1）求车对地面的压强；（2）校车2小时内行驶了150km，问平均速度超不超过限速（限速80km/h）；（3）整个过程牵引力做功多少？【答案】（1）6×105Pa；（2）不超过；（3）1.8×106J【解析】（1）校车质量m=30t=3×104kg校车的重力SKIPIF1<0校车对地面压强SKIPIF1<0（2）校车行驶的平均速度SKIPIF1<0因为75km/h小于限速80km/h，所以校车的平均速度不超过限速。（3）水平匀速行驶时校车受到的阻力为重力的0.03倍，所以牵引力SKIPIF1<0整个过程牵引力做功SKIPIF1<0答：（1）车对地面的压强为6×105Pa；（2）校车2小时内行驶了150km，平均速度不超过限速；（3）整个过程牵引力做功1.8×106J。【例题4】(2021甘肃威武)机器人送餐以往只能在科幻电影中看到的场面，现在已成为现实。如图所示，一个机器人用手托着盘子，在水平地面上匀速行走，并使盘子一直保持同一高度不变。甲同学说机器人对盘子做了功，而乙同学却说它对盘子没有做功。请问你支持谁的观点？为什么？【答案】乙同学；作用在物体上的力与距离垂直，垂直无功【解析】乙同学，因为在水平方向上匀速直线运动，而机器人对盘子的力是向上的，力与距离垂直，垂直无功。当物体在力的方向上移动一段距离时，外力才做功，结合物体的受力情况的移动方向判断即可。考点2：功率【例题5】（2022江苏南通）“六•一”期间，小莉和同学们到七星峰旅游时进行了一场登山比赛。下列有关功率的说法正确的是（）A.用时最短的功率最大 B.速度最快的功率最大C.体重最大的功率最大 D.做功最快的功率最大【答案】D【解析】功率是指物体做功快慢的物理量，做功最快的功率最大。比较功率的大小，需要知道所做的功及所用时间的多少。故ABC错误，D正确。故选D。【例题6】（2022湖南郴州）用40N水平拉力拉着重为100N的物体，在10s内由静止开始沿水平直线移动了5m。此过程中，重力对物体做的功为______J，水平拉力对物体做功的功率为______W。【答案】020【解析】做功的两个要素是：一是要有作用在物体上的力；二是物体沿受力方向移动一段距离。物体受到的重力方向竖直向下，而物体是沿水平方向运动，所以重力没有做功。物体受到的水平拉力F=40N，沿水平直线移动了5m，所以拉力对物体做的功为W=Fs=40N×5m=200J拉力对物体做功的功率为SKIPIF1<0【例题7】（2022安徽）在一次跳伞表演中，运动员在SKIPIF1<0的时间内竖直向下匀速降落了SKIPIF1<0。若运动员和降落伞作为整体受到的重力为SKIPIF1<0，求这个整体在该过程中：（1）所受阻力的大小；（2）所受重力做功的功率。【答案】（1）1000N；（2）6000W【解析】（1）有题可知，运动员在做匀速直线运动，故受到的阻力与重力是一对平衡力，故阻力为SKIPIF1<0（2）重力做的功为SKIPIF1<0所受重力做功的功率为SKIPIF1<0答：（1）所受阻力的大小1000N；（2）所受重力做功的功率为6000W。【例题8】（2021广西贵港）已知大山同学的质量为60kg，每只鞋底与地面的接触面积为0.015m2。大山在10s内用20N的水平拉力拉重为100N的物体沿拉力方向在水平地面上匀速前进了13m。（g取10N/kg）求：（1）物体受到摩擦力的大小；（2）大山前进的速度；（3）拉力做功的功率；（4）大山在水平地面上立正时对地面的压强。【答案】见解析。【解析】（1）当物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，即物体处于平衡状态，此时物体受到的力为平衡力，结合物体受到的外力求解大小即可；（2）已知物体的路程和运动的时间，利用速度公式求解速度；（3）求解外力做功，利用外力大小乘以位移在力的方向上移动的距离即可，即W=Fs；利用外力做的功除以做功需要的时间即为功率；（4）结合物体的质量，利用公式G=mg求解物体的重力。处在水平面上的物体，物体对地面的压力等于重力，结合压强的定义式p=FS解答：（1）解：水平拉力拉重为100N的物体沿拉力方向在水平地面上匀速前进，物体处于平衡态，在水平路面上受到了拉力和摩擦力，故摩擦力和拉力是平衡力，故摩擦力的大小为20N。答：摩擦力的大小为20N；（2）解：大山前进的速度v=答：大山前进的速度大山1.3m/s（3）解：拉力做功的功率P=答：拉力做功的功率26W；（4）解：大山在水平地面上立正时对地面的压强p=答：大山在水平地面上立正时对地面的压强20000Pa【例题9】随着科技的发展，无人驾驶汽车已进入人们的生活。无人驾驶汽车通过车载激光雷达摄像头等传感器实现自动驾驶。一质量为1.2t的无人驾驶汽车，静止时四个轮子与地面的总接触面积为0.12m2，在平直道路上以36km/h的速度匀速行驶，受到的牵引力大小为4×103N。某时刻车头上的激光雷达向正前方的固定障碍物发射一束激光信号，经3×10-7s激光雷达接收到障碍物反射回的信号（该时间内汽车行驶的距离忽略不计）。已知光速为3×108m/s，g取10N/kg。求该汽车。(1)静止时对水平地面的压强大小；(2)此刻车头到障碍物的距离；(3)以36km/h的速度匀速行驶时牵引力的功率。【答案】(1)SKIPIF1<0；(2)45m；(3)SKIPIF1<0【解析】(1)汽车对水平地面的压力F=G=mg=1.2×104N静止时对水平地面的压强大小SKIPIF1<0(2)此刻车头到障碍物的距离SKIPIF1<0(3)汽车的速度v=36km/h=10m/s以36km/h的速度匀速行驶时牵引力的功率SKIPIF1<0考点3：动能和势能【例题10】（2022广西玉林）如图所示，舰载机在“山东舰”航母上起飞，其在加速上升过程中（）A.动能减小，重力势能增大B.动能增大，重力势能减小C动能增大，重力势能增大D.动能减小，重力势能减小【答案】C【解析】舰载机在“山东舰”航母上起飞，其在加速上升过程中，质量不变，速度和高度都变大，所以其动能和重力势能都增大，故ABD不符合题意，C符合题意。【例题11】（2022黑龙江龙东）2022年2月12日，冬奥会比赛中，我省运动员高亭宇在500米速度滑冰比赛中，以34.32s的优异成绩刷新该项目奥运会记录，他全程的平均速度约为__________m/s（保留整数位）；在冲刺阶段，他全力向后蹬冰使自己向前加速滑行，该过程中他的动能会变__________。【答案】15大【解析】全程的平均速度SKIPIF1<0物体的动能与物体的质量和速度有关，运动员加速滑行时，运动员的质量不变，运动速度变大，可得运动员的动能变大。【例题12】（2022湖北恩施州）如图所示，让从斜面上由静止滚下的小球钻入水平面上的纸盒，探究影响小球动能大小的因素。（1）有多个因素可以影响物体的动能大小，比较质量________（选填“相同”或“不同”）的两个小球从不同高度滚下，是为了改变小球撞击纸盒时的运动速度；（2）此实验现象说明运动速度较________的小球具有的动能较大。【答案】相同大【解析】（1影响动能大小的因素有两个：质量和速度；小球从不同的高度滚下，到达水平面的速度不同，因此探究的是动能与速度的大小关系，根据控制变量法可知，应控制小球的质量相同。（2）小球的速度越大，纸盒被撞得越远，说明小球的动能越大，因此此实验现象说明运动速度较大的小球具有的动能较大。【例题13】（2021江苏南京）2021年4月，中国女足通过奋勇拼搏，晋级奥运会。如图是足球落地后又弹起的示意图分析可知，足球（）A.在B点时受力平衡B.在A、D两点动能可能相等C.在C点时，若所受力全部消失，其运动状态将不断改变D.在运动过程中，只存在动能和势能的相互转化【答案】B【解析】A．B点只受重力，不平衡，故A不符合题意；B．运动过程中有空气阻力，所以AD速度可能相同，动能可能相同，故B符合题意；C．在C点时，若所受力全部消失，其运动状态将不变，故C不符合题意；D．在运动过程中，机械能不守恒，不可能只存在动能和势能的相互转化，故D不符合题意。考点4：机械能及其转化【例题14】（2022江苏常州）小明背着书包从教学楼的一楼匀速爬到三楼，此过程中，以书包为研究对象，其（）A.动能增加，重力势能增加，机械能增加B.动能增加，重力势能不变，机械能增加C.动能不变，重力势能增加，机械能增加D.动能不变，重力势能不变，机械能不变【答案】C【解析】动能与物体质量和速度有关，由于物体质量不变，但是在竖直方向上速度大小不变，故动能不变。重力势能与物体的质量和高度有关，物体质量不变，但是高度增加，故其重力势能增加，机械能增加。故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。【例题15】（2022河北省）2022年5月14日，一架国产C919大飞机（如图所示）从浦东机场起飞，经过3个多小时的飞行后安全降落，这标志着即将交付的首架C919大飞机首飞试验成功。下列说法正确的是（）A.飞机在升空过程中，飞行员的重力势能逐渐增大B.飞机从起飞到安全降落的整个过程中，飞行员的动能一直保持不变C.飞机从起飞到安全降落的整个过程中，飞机的机械能一直保持不变D.飞机降落后，在水平道上滑行过程中，飞机的动能转化为重力势能【答案】A【解析】A．飞机在升空过程中，高度增大，质量不变，所以飞行员的重力势能逐渐增大，故A正确；B．飞机从起飞到安全降落的整个过程中，速度是变化的，质量不变，所以飞行员的动能会发生变化，故B错误；C．飞机从起飞到安全降落的整个过程中，质量不变，高度、速度会发生变化，重力势能、动能会发生变化，所以飞机的机械能也会发生变化，故C错误；D．