专题11 功和机械能（解析版）

专题11功和机械能【思维导图】【知识点回顾】知识点一、功1、功(1)力学中的功：如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向移动了一段距离，这个力的作用就显示出成效，力学里就说这个力做了功。(2)功的两个因素：一个是作用在物体上的力，另一个是物体在这个力的方向上通过的距离。两因素缺一不可。(3)不做功的三种情况：①有力无距离；②有距离无力；③有力有距离，但是力垂直距离。2、功的计算(1)计算公式：物理学中，功等于力与力的方向上移动的距离的乘积。即：W=Fs。(2)符号的意义及单位：W表示功，单位是焦耳(J)，1J=1N·m；F表示力，单位是牛顿(N)；s表示距离，单位是米(m)。(3)计算时应注意的事项：①分清是哪个力对物体做功，即明确公式中的F。②公式中的“s”是在力F的方向上通过的距离，必须与“F”对应。③F、s的单位分别是N、m，得出的功的单位才是J。知识点二、功率1、功率的概念：功率是表示物体做功快慢的物理量。2、功率(1)定义：功与做功所用的时间叫做功率，用符号“P”表示。单位是瓦特（W）常用单位还有kW。1kW=103W。(2)公式：P=W/t。式中P表示功率，单位是瓦特；W表示功，单位是焦耳；t表示时间，单位是秒。知识点三、动能和势能1、能量（1）物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称能。（2）单位：焦耳（J）2、动能(1)定义：物体由于运动而具有的能，叫做功能。(2)影响动能大小的因素：①物体的质量；②物体运动的速度。物体的质量越大，运动速度越大，物体具有的动能就越大。3、重力势能(1)定义：物体由于被举高而具有的能，叫做重力势能。(2)影响重力势能大小的因素：①物体的质量；②物体被举高的高度。物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。 4、弹性势能(1)定义：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。(2)影响弹性势能大小的因素：物体发生弹性形变的程度。物体的弹性形变程度越大，具有的弹性势能就越大。知识点四、机械能及其转化1、机械能(1)定义：动能和势能统称为机械能。机械能是最常见的一种形式的能量。(2)单位：J。2、动能和势能的转化(1)在一定的条件下，动能和势能可以互相转化。(2)如果只有动能和势能香菇转化，尽管动能、势能的大小会变化，但是机械能的总和不变，或者说机械能是守恒的。(3)在分析动能和势能转化的实例时，首先要明确研究对象是在哪一个过程中，再分析物体质量、运动速度、高度、弹性形变程度的变化情况，从而确定能的变化和转化情况。3、水能和风能的利用(1)从能量的角度来看，自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源。让水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉；船靠风力鼓起帆来推动航行。到19世纪，人类开始利用水能发电。(2)修筑拦河坝来提高上游的水位，一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。风能也可以用来发电，风吹动风车可以带动发电机发电。4.人造地球卫星(1)人造地球卫星沿椭圆轨道绕地运行，所以存在动能和势能。(2)卫星在大气层外运行，不受空气阻力，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。(3)当卫星从远地点向近地点运动时，它的势能减小、动能增大；当卫星从近地点向远地点运动时，它的势能增大、动能减小。【例题精析】（2022•襄阳）神舟13号返回舱在空中高速下降到适当位置时打开降落伞，返回舱和伞开始做减速运动，空气阻力随速度的减小而减小，下降一段高度后，开始匀速下降直到地面附近。以返回舱和伞为研究对象，下列说法不正确的是（）A．减速下降过程中受力不平衡 B．减速下降过程中减少的机械能等于克服空气阻力做功消耗的能量 C．匀速下降过程中机械能减小 D．减速下降过程中重力做功的功率小于匀速下降时重力做功的功率【解答】解：A、减速下降过程中，返回舱和伞处于非平衡状态，所以它受力不平衡，故A项说法正确；B、减速下降的过程中，要克服空气阻力做功，则减少的机械能等于克服空气阻力做功消耗的能量，故B项说法正确；C、返回舱和伞匀速下降的过程中，质量不变、速度不变，但高度减小，则动能不变，重力势能减少，则机械能总量减少，故C项说法正确；D、返回舱和伞的重力大小不变，由题意可知返回舱和伞减速下降时的速度大于匀速下降时的速度，根据公式P=Wt=Gh故选：D。（2022•南通）在内径约为1cm玻璃管中注水近满，上端留一个气泡，用橡皮塞塞住管口，再将玻璃管翻转后竖直放置，气泡上升，如图所示。测得气泡上升40cm用时20s，则该过程中气泡所受浮力做功的功率最接近于（）A．2×10﹣5W B．2×10﹣4W C．2×10﹣3W D．2×10﹣2W【解答】解：由图可知，气泡的体积约为1cm3，因为气泡浸没在水中，所以气泡排开水的体积：V排＝V＝1cm3，则气泡受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝1×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣6m3＝1×10﹣2N，气泡所受浮力做的功：W＝F浮s＝1×10﹣2N×40×10﹣2m＝4×10﹣3J，则浮力做功的功率：P=Wt=4×10-3J20s=故选：B。（2022•荆州）打篮球是很多同学喜爱的运动项目，某次打篮球过程中，篮球的部分运动轨迹如图所示，下列说法正确的是（）A．篮球经过相同高度的B、C两点时，机械能相等 B．篮球第一次反弹后到达最高点D时，动能为0 C．篮球经过B、E两点时，动能可能相等 D．篮球在整个过程中机械能守恒【解答】解：AD、由图可知，每次篮球反弹后到达的最高点都比上一次的最高点要低，说明篮球的机械能不断减小，因此在B点的机械能大于在C点的机械能，故AD错误；B、篮球在最高点时，竖直方向速度为零，但在水平方向上速度不为零，所以篮球第一次反弹后到达最高点D时动能不为零，故B错误；C、在B点的机械能大于在E点的机械能；在B、E两点高度不相同则重力势能不相同，即B点的重力势能大于E点的重力势能，机械能是物体动能与势能的总和，因此在B点的动能可能等于在E点的动能，故C正确。故选：C。（2022•永州）在田径运动会上，小明参加掷铅球比赛，铅球脱手后在空中上升过程速度越来越慢，上升过程的运动轨迹如图所示，下列关于铅球能上升的原因及上升过程能量变化的说法正确的是（）A．铅球在空中能上升，是因为铅球具有惯性 B．铅球在空中能上升，是因为铅球一直受到向上的推力 C．铅球在空中上升过程，动能逐渐增大 D．铅球在空中上升过程，重力势能逐渐减小【解答】解：AB、铅球在空中上升飞行，由于铅球具有惯性，仍要保持原来的运动状态，铅球不再受推力作用，故A正确，B错误。CD、铅球在上升过程中，因为质量不变、速度减小、高度增大，所以铅球的动能减小，重力势能增加，动能转化为重力势能，故CD错误。故选：A。（2022•无锡）用如图所示的器材探究动能大小与哪些因素有关，实验时让小车从斜面上由静止开始下滑，撞击置于水平面上的木块，关于该实验，下列说法中错误的是（）A．小车从斜面下滑过程中重力势能转化为动能 B．小车撞击木块对木块做功，使木块获得动能 C．木块被撞击后移动的距离可反映小车动能大小 D．本套器材只能探究小车动能大小与速度的关系【解答】解：A、在重力的作用下，小车沿斜面下滑，将重力势能主要转化为动能，故A正确；B、小车由于惯性，在水平面上向前运动撞击木块做功，使木块由静止变为运动，获得动能，故B正确；C、物体动能的多少不能直接观察。小车具有动能的多少是通过木块被撞出的距离大小来反映的，运用了转换法，故C正确；D、让小车先后三次从斜面的同一位置自由滑下，撞击置于水平面上相同位置的木块，但第一次只有小车、第二次小车加一个钩码、第三次小车加两个钩码（改变质量），可以研究动能大小与质量的关系，故D错误。故选：D。（2022•眉山）同学们在体育课进行实心球投掷训练，如图所示A→B表示实心球离开手之前的运动轨迹，B→C→D表示实心球离开手之后的运动轨迹，空气阻力忽略不计。下列分析正确的是（）A．实心球从B→C过程中，动能逐渐减小 B．实心球到达最高点C时，它将处于静止状态 C．实心球从B→C→D过程中，没有力对它做功 D．实心球从A→B过程中，说明力可以改变物体的形状【解答】解：A、实心球在上升过程中，因为质量不变、速度减小，所以实心球的动能减小，故A正确；B、实心球到达最高点C时，竖直方向的速度为0，但水平方向有速度，此时实心球只受重力的作用，受力不平衡，不会处于静止状态，故B错误；C、实心球因重力作用而下降，重力对其做功，故C错误；D、实心球从A→B过程中，速度减小，方向改变，说明力可以改变物体的运动状态，故D错误。故选：A。（2022•铜仁市）冬奥会场馆内，一名志愿者正在搬运一长方体器材箱，从边线开始向右水平移动一段距离，如图（a）所示，他对器材的水平推力为300N，箱子运动过程中的位置（s）与时间（t）关系图象如图（b）所示。4s内箱子的平均速度为0.5m/s；4s内志愿者克服摩擦力做功的功率为150W；若将两个规格相同的器材箱水平并排放置，一起匀速推动，与推动一个器材箱相比，志愿者施加的推力将增大（选题“增大”“不变”或“减小”）；如果有一个与箱子质量相等的物体，被天宫二号宇航员在空间站舱内板面上推动，推力与板面平行，物体所受摩擦力是其在地球表面的0.9倍。（物体在空间站所受的引力约是在地球表面的0.9倍）【解答】解：（1）由图（b）可知，箱子在4s内移动的距离s＝7m﹣5m＝2m，4s内箱子的平均速度：v=st（2）4s内志愿者克服摩擦力做的功：W＝Fs＝300N×2m＝600J，则4s内志愿者克服摩擦力做功的功率：P=Wt（3）由滑动摩擦力的影响因素可知，接触面的粗糙程度相同时，压力增大，摩擦力也增大，因为箱子做匀速直线运动，志愿者施加的推力与箱子受到的摩擦力是一对平衡力，所以志愿者施加的推力随着摩擦力的增大而增大；（4）因为物体在空间站所受的引力约是在地球表面的0.9倍，所以物体在空间站受到的重力与在地球上受到的重力之比：G空间站G由滑动摩擦力的影响因素可知，接触面的粗糙程度相同时，摩擦力大小与压力成正比，因此物体在空间站受到的摩擦力与在地球上受到的摩擦力之比：f空间站f因此物体在空间站受到的摩擦力：f空间站＝0.9f，即物体在空间站受到的摩擦力是地球表面的0.9倍。故答案为：0.5；150；增大；0.9。（2022•黑龙江）在水平地面上，小明沿水平方向推重400N的木箱做直线运动，木箱速度随时间变化的图像如图所示。已知在4s～8s内木箱受到的推力恒为150N，在这段时间（4s～8s）内，木箱受到的推力的功率是150W，8s～10s内木箱受到的摩擦力是150N（忽略空气阻力）。【解答】解：（1）由题知，在4s～8s内，推力F＝150N；由图可知这段时间内木箱做匀速直线运动，且v＝1m/s，则推力做功的功率：P=Wt=Fst=Fv＝（2）由图知，在4s～8s内，木箱做匀速直线运动，忽略空气阻力，木箱受到的推力、摩擦力是一对平衡力，大小相等，则木箱受到的摩擦力f＝F＝150N；由图可知，木箱在8s～10s内做减速运动，由于压力大小、接触面的粗糙程度不变，则木箱受到滑动摩擦力的大小不变，还是150N。故答案为：150；150。（2022•随州）多米诺骨牌是一种用木制、骨制或塑料制成的长方体骨牌，起源于中国北宋时期，由意大利传教士带往欧洲。玩时将骨牌按一定间距排列成各种造型（如图甲），轻轻碰倒第一张骨牌，其余的骨牌就会产生连锁反应，依次倒下（如图乙），多米诺骨牌效应的说法被广泛用来比喻许多社会现象。用物理学知识对多米诺骨牌效应发生过程进行分析：（1）在骨牌依次击倒的过程中，骨牌的重心如何变化：重心先升高后降低。（2）骨牌依次击倒，从能量的角度分析，涉及到不同形式的能量间的转化，请分析其中的能量转化情况：动能转化为重力势能再转化为动能，最后转化为内能。【解答】解：（1）由图乙可知，骨牌的重心在骨牌的几何中心上，在骨牌依次击倒的过程中，当对角线位于竖直位置时，重心最高，所以骨牌的重心先升高后降低；（2）骨牌倒下时质量不变，重心先升高后降低，所以其重力势能先增大后减小；重力势能减小后会使得骨牌倒下速度增大，其重力势能转化为动能；骨牌与其它骨牌碰撞后，动能又会转化为内能，此时该骨牌的动能为0。故答案为：重心先升高后降低；动能转化为重力势能再转化为动能，最后转化为内能。（2022•绍兴）长度均为20厘米的相同均质木块A、B平放在水平桌面上，从图示位置开始推木块。当F为3牛时，木块静止；当F为6牛时，木块A、B开始沿桌面做匀速直线运动，2秒后木块A掉落；继续推木块B使其仍做匀速直线运动直到掉落。（1）推力为3牛时，AB整体受到摩擦力为3牛。（2）木块A在桌面上匀速运动的速度大小为0.05米/秒。（3）从开始推动到木块B掉落的过程中，推力共做功1.2焦。【解答】解：（1）推力为3N时，木块静止，根据二力平衡条件可知摩擦力和推力是一对平衡力，所以摩擦力为3N；（2）当木块A一半体积离开桌面时，木块A就会掉落，此时移动的距离s=20cm2=10cm木块A在桌面上匀速运动的速度v=st（3）木块A掉落前做的功W1＝F1s＝6N×0.1m＝0.6J；当木块B一半体积离开桌面时，木块B就会掉落，从A掉落到B掉落，一共移动距离s′＝0.1m+0.1m＝0.2m；这段路程中，压力大小变成了之前的一半，摩擦力变为原来的一半，所以推力F2=12F1＝这段路程做功W2＝F2s′＝3N×0.2m＝0.6J；从开始推动到木块B掉落的过程中，推力做的功W＝W1+W2＝0.6J+0.6J＝1.2J；故答案为：（1）3；（2）0.05；（3）1.2。（2022•宿迁）如图为某学习小组“探究动能大小跟哪些因素有关”的实验操作（步骤甲、乙、丙中小球质量分别为m、2m、3m）。（1）让小球从同一高度由静止开始滚下，目的是使小球到达水平面时具有相同的速度。（2）实验中通过比较木块B被小球撞击后移动的距离s来判断小球具有动能的大小，这种方法在物理学中属于转换法（选填“控制变量法”或“转换法”）。（3）小华认为由实验步骤乙和实验步骤丙可以判断动能大小与速度的关系，你认为该观点是错误（选填“正确”或“错误”），理由是没有控制小球质量相同。（4）通过比较步骤甲和乙可以判断动能大小与物体质量的关系。【解答】解：（1）让不同质量的两个小球从同一高度由静止滚下，使小球到达水平面时的速度是相同的；（2）木块B被小球撞击后移动的距离s越大，说明小球对木块做的功越多，也反映了小球具有的动能越大；木块的距离长短反映了物体动能的大小，这种方法叫作转换法；（3）由图知实验步骤乙和实验步骤丙的质量和下落的高度都不同，不可以判断动能大小与速度的关系；（4）要探究动能大小与物体质量的关系，需要控制速度相同，改变物体的质量，步骤甲、乙符合题意。故答案为：（1）速度；（2）转换法；（3）错误；没有控制小球质量相同；（4）甲；乙。（2022•金昌）如图所示，摆线的长L相同，小球A、B的质量mA＜mB，悬线与竖直方向的夹角θ1＜θ2。（1）图甲、乙中，同时由静止释放A、B两球，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置，这表明两小球在摆动过程中任一时刻速度大小与小球的质量无关；（2）小强设计用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”。小球按图示位置由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，恰好与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止，本实验中通过比较木块移动的距离反映小球撞击木块C前的动能大小，这种研究方法叫转换法（选填“控制变量法”或“转换法”）；（3）根据乙、丙所示的探究过程，他观察到图丙中木块C撞得更远，可得出结论：小球的动能大小与速度有关（选填“速度”、“高度”或“质量”）；（4）若水平面绝对光滑且足够长，木块C被撞击后，它将做匀速直线运动（选填“减速”、“匀速”或““加速”）；（5）在探究小球动能与质量的关系时，有同学提议可以在水平面桌面上将同一根弹簧压缩相同的程度，分别弹出质量不同的小球去撞击木块，撞击木块时小球的动能相等（选填“相等”或“不相等”），该方案错误（选填“正确”或“错误”）。【解答】解：（1）图甲、乙中，同时由静止释放A、B两球，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置。这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的质量无关；（2）实验中，小球按图示位置由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，恰好与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止。本实验就是通过木块移动的距离反映小球撞击木块C前的动能大小，这种研究方法叫转换法；（3）根据乙、丙所示的探究过程，当悬线与竖直方向的夹角越大，木块C被撞得越远，可观察到图丙中木块C撞得更远，可得出结论：物体的动能大小与速度有关；（4）由实验可知，小车受到的阻力越小，小车速度变化越慢，小车滑行距离越远，由此可以合理推理：如果小车不受力，小车将做匀速直线运动；（5）在水平面桌面上将同一根弹簧压缩相同的程度时，弹簧的弹性势能转换成小球的动能，所以不同小球的动能是相同的；小球的动能与其质量和速度都有关，由于小球的动能不变，改变其质量，因而小球的速度也会发生改变，所以该方案存在两个变量，故错误。故答案为：（1）质量；（2）木块移动的距离；转换法；（3）速度；（4）匀速；（5）相等；错误。（2022•黔东南州）据新华社报道，5月31日上午，贵阳至黄平高速公路全线通车。贵黄高速的通车，将极大地方便沿线群众出行，提升贵阳市、黔南州、黔东南州至长江三角洲、长株潭城市群通道运输能力，对完善全省高速公路网络、推动沿线资源开发、振兴乡村经济提供强有力的交通支撑。贵黄高速主线全长120.6公里，设计时速100公里。周末，小明与他爸爸从黄平开着小汽车到贵阳游玩，人和车的总质量为1.5t，四轮与地面接触总面积为200cm2。若小汽车在行驶过程中受到的阻力是人和车总重力的0.04倍（取g＝10N/kg）。求：（1）因车发生故障，当车停在水平的应急道上（人未下车）时，车对水平地面的压强。（2）若该车在某平直路段以72km/h的速度匀速行驶了25s，此过程小汽车牵引力的功率。【解答】解：（1）人和车的总重力：G＝mg＝1.5×103kg×10N/kg＝1.5×104N，车对水平地面的压力：F压＝G＝1.5×104N，则车对水平地面的压强：p=F压S=1.5×10（2）小汽车在行驶过程中受到的阻力：f＝0.04G＝0.04×1.5×104N＝600N，因为小汽车在水平路面上做匀速直线运动，所以由二力平衡条件可知，小汽车的牵引力：F＝f＝600N，小汽车的速度：v＝72km/h＝20m/s，此过程小汽车牵引力的功率：P=Wt=Fst=Fv＝600N×20m/s＝答：（1）车对水平地面的压强为7.5×105Pa；（2）此过程小汽车牵引力的功率为1.2×104W。（2022•济宁）为支援上海疫情防控、保障民生，蔬菜运输车（如图所示）从山东寿光出发，历经9小时15分钟，行程777公里，于4月18日上午8点抵达上海徐汇区。该蔬菜运输车总质量为31t，轮子与地面的总接触面积为6200cm2。（g取10N/kg）求：（1）运输车全程的平均速度；（2）运输车对水平路面的压强；（3）在某段平直公路上，运输车匀速行驶9km用时6min，受到的阻力为2.6×103N，则运输车牵引力做功的功率。【解答】解：（1）蔬菜运输车的运行时间为t＝9小时15分钟＝9.25h，运输车全程的平均速度为：v=st（2）蔬菜运输车满载时车对水平路面的压力：F＝G总＝m总g＝31×103kg×10N/kg＝3.1×105N；满载时车对地面的压强；p=FS=3.1×105（3）蔬菜运输车做匀速直线运动，F牵＝F阻＝2.6×103N，蔬菜运输车牵引力做的功为：W＝F牵s＝2.6×103N×9×103m＝2.34×107J；运输车牵引力做功的功率为：P=Wt=2.34×107答：（1）运输车全程的平均速度为84km/h；（2）运输车对水平路面的压强为5×105Pa；（3）在某段平直公路上，运输车匀速行驶9km用时6min，受到的阻力为2.6×103N，则运输车牵引力做功的功率为6.5×104W。【习题巩固】一．选择题（共14小题）1．（2022•兴城市一模）高空坠物危害大，就算一个苹果从十层高楼自由落下都可能把汽车玻璃砸烂。若不计空气阻力，下列说法正确的是（）A．下落的苹果只具有动能 B．下落过程中苹果的重力势能转化为动能 C．下落过程中苹果的机械能减小 D．下落过程中苹果的机械能增大【解答】解：A、正在下落的苹果，有速度和高度，具有动能和重力势能，故A错误；B、下落过程中苹果的质量不变，高度变小，速度变大，则其重力势能减少，动能增加，所以重力势能转化为动能，故B正确；CD、由于苹果下落过程中不计空气阻力，所以苹果的机械能守恒，故CD错误。故选：B。2．（2022•江宁区一模）“苏科版”初中物理教材，“探究阻力对物体运动的影响”和“探究动能大小与哪些因素有关”两个实验都有器材：粗糙的斜面、水平木板和小车，如图所示。现有以下判断：（1）只添加一条棉布和一块玻璃板，可完成探究“阻力对物体运动的影响”实验；（2）只添加一个木块，可完成探究“动能与大小与哪些因素有关”实验；（3）两个实验，每次小车都要从斜面同一位置由静止释放；（4）小车从斜面下滑，减小的重力势能全部转化为动能。其中正确的判断有（）A．1个 B．2个 C．3个 D．4个【解答】解：（1）实验中，小车在水平面受到的阻力为水平面对其的滑动摩擦力，滑动摩擦力的大小与压力和接触面的粗糙程度有关，当压力一定时，可以通过改变接触面的粗糙程度来改变滑动摩擦力的大小，所以只添加一条棉布和一块玻璃板，可完成探究阻力对物体运动影响的实验，故该说明正确；（2）影响物体动能的因素有物体的质量和速度，探究动能大小与物体质量是否有关时，需改变物体的质量，则只添加一个木块，无法改变小车的质量，故该说法错误；（3）影响物体动能的因素有物体的质量和速度，探究动能大小与物体速度是否有关时，需改变物体的速度，则需要从不同的高度由静止释放小球，故该说法错误；（4）由于斜面粗糙，小车从斜面下滑，减小的重力势能一部分转化为小车的动能，一部分转化为内能，故该说法错误。故选：A。3．（2022•宣州区二模）如图所示，桌面摆件正常运行时，小轮在支架上来回滚动，且每次到达的最大高度相同。小明发现摆件的底座内有一电源，关掉电源后，小轮来回滚动一会儿就会停下来。则摆件正常运行时，小轮从最低点上升到最高点的过程中（）A．小轮的动能一定增大 B．小轮的重力势能可能减小 C．小轮的重力势能一定增大 D．小轮的机械能一定不变【解答】解：当桌面摆件正常运行时，开关闭合，则电能转化为小轮的机械能，小轮从最低点上升到最高点的过程中，小轮质量不变，高度增加，则重力势能增大，动能转化为重力势能，动能减小；关掉电源后，小轮来回滚动一会儿就会停下来，说明运动过程中存在摩擦，当摆件正常运行时，小轮从最低点上升到最高点需通电才能运动到相同高度，说明有电能转化为机械能，则小轮的机械能增大，故ABD错误；C正确。故选C。4．（2022•邓州市二模）2021年5月15日，“天问一号”探测器携祝融号火星车成功着陆火星乌托邦平原，一次发射任务同时实现实现火星环绕、着陆和巡视。落地前，它在9min内将速度从约4900m/s降到0。第一步火星大气使其速度减小至约500m/s左右；第二步打开减速伞直到速度降至约100m/s；第三步变推力反冲发动机开机，进入动力下降阶段，自主确定着陆区域后，在缓冲机构和气囊的保护下抵达火星表面。下列说法中正确的是（）A．天问一号第一步降落过程中机械能保持不变 B．利用减速伞降落过程中天问一号所受阻力大于重力 C．反冲发动机工作时应该竖直向上喷射燃气 D．天问一号的四个“大脚掌”可以增大它对火星表面的压强【解答】解：A、在第一步降落过程中，天问一号的速度和高度均减小，所以可知这个过程中机械能变小，故A错误；B、利用减速伞降落过程中天问一号的速度变小，此时所受阻力大于重力，故B正确；C、物体间力的作用是相互的，反冲发动机工作时应该向下喷射燃气，故C错误；D、天问一号的四个“大脚掌”是在压力一定时，通过增大受力面积来减小它对火星表面的压强，故D错误。故选：B。5．（2022•越秀区校级二模）某小球被斜向上抛出，经过M、N两点，其动能和重力势能的部分数据如下表所示。图中关于M、N两点位置（选项A、B中的M点和N点同高）比较符合表中信息的是（）机械能大小动能在机械能中占比重力势能在机械能中占比M点200J40%60%N点150J20%80%A． B． C． D．【解答】解：M点的机械能为200J，动能在机械能中占比40%，则M点的动能是Ek＝200J×40%＝80J，M点的重力势能是E＝200J﹣80J＝120J；N点的机械能为150J，动能在机械能中占比20%，则N点的动能是Ek＝150J×20%＝30J，N点的重力势能是E＝150J﹣30J＝120J。由于M和N点的重力势能一样，所以M和N点高度一样；但M点的动能大于N点的动能，说明M在前，N在后。故选：A。6．（2022•硚口区模拟）首钢滑雪大跳台在北京冬奥会期间承担了单板和自由式滑雪大跳台等比赛项目。如图所示，是运动员在雪上技巧项目比赛中，从跳台顶端由静止开始自由加速滑下，冲上斜坡，又飞向天空时的精彩瞬间。若不计空气阻力，则下列说法错误的是（）A．加速下滑的过程中，运动员的机械能不断增大 B．飞向天空的运动员，相对于地面始终是运动的 C．运动员能冲上斜坡，是因为运动员具有惯性 D．从跳台顶端到落地之前，运动员的机械能先减小后不变【解答】解：A、运动员下滑的过程中，要克服摩擦做功，一部分机械能会转化为内能，所以其机械能不断减小，故A错误；B、飞向天空的运动员，相对于地面的位置不断变化，所以是运动的，故B正确；C、运动员能冲上斜坡，是因为运动员具有惯性，仍要保持原来的运动状态，故C正确；D、滑雪运动员下滑过程中，要克服摩擦做功，将一部分机械能转化为内能；飞向天空时，由于不计空气阻力，此过程中机械能守恒，故从跳台顶端到落地之前，运动员的机械能先减小后不变，故D正确。故选：A。7．（2022•琼海模拟）用弹簧测力计两次水平拉同一木块，使它在同一水平木板上做匀速直线运动，图乙是它运动的路程随时间变化的图像，下列说法正确的是（）A．木块两次运动的速度相等 B．木块第一次受到的摩擦力较小 C．木块两次受到的摩擦力均为2.3N D．木块两次受到拉力的功率之比为2：1【解答】解：A、根据s﹣t图形，相同时间内，第一次行走的路程大于第二次的路程，故A错误；B、摩擦力大小和压力以及粗糙面程度有关，与拉动的速度大小无关，故B错误；C、木块在做匀速直线运动时，摩擦力与拉力二力平衡，大小为2.6N；D、根据P=Wt=Fst=Fv，两次的拉力相等，速度之比为2：1，木块两次受到拉力的功率之比为8．（2022•增城区二模）如图所示，吊机将货物匀速直线放下，货物经过M、N两点时（）A．货物在M、N两点的动能相等 B．货物在M、N两点的机械能相等 C．货物在M、N两点的重力势能相等 D．此过程货物的重力势能转换为动能【解答】解：吊机将货物匀速直线放下，速度不变，故动能不变；高度减小，重力势能减小；重力势能没有转化为动能，机械能减小，故A正确、BCD错误。故选：A。9．（2022•信阳二模）如图是“探究动能的大小跟哪些因素有关”的实验，下列说法正确的是（）A．实验中让同一钢球从斜面的不同高度由静止释放是探究物体动能大小与高度的关系 B．实验中让不同质量的钢球从斜面的相同高度由静止释放是探究物体动能大小与质量的关系 C．该实验中，物体的动能是指木块B的动能 D．钢球A由斜面滑下时机械能保持不变【解答】解：A、实验中让同一钢球从斜面的不同高度由静止释放是探究物体动能大小与速度的关系，故A错误；B、要想研究物体动能与质量的关系，需要换用不同质量的小球从斜面相同的高度滑下；实验中让不同质量的钢球从斜面的相同高度由静止释放是探究物体动能大小与质量的关系，故B正确；C、该实验中，物体的动能是指钢球A的动能，故C错误；D、钢球A由斜面滑下时，需要克服摩擦做功，故机械能减小，故D错误。故选：B。10．（2022•金坛区一模）一物体在同一水平木板上做直线运动，当物体运动的路程一时间图像如图甲时，受到的水平推力为F1，当物体运动的速度一时间图像如图乙时，受到的水平推力为F2，2s内两次推力做功分别为W1、W2。则下列关系正确的是（）A．F1＝F2W1＜W2 B．F1＝F2W1＞W2 C．F1＞F2W1＞W2 D．F1＜F2W1＜W2【解答】解：由图像甲可知，物体做匀速直线运动，根据二力平衡条件可知，推力等于摩擦力，由图像乙可知，物体做匀加速直线运动，根据力与运动的关系可知，推力大于摩擦力，同一物体在同一水平木板上运动，两次对地面的压力不变，接触面的粗糙程度不变，则物体受到的摩擦力不变，故受到的水平推力为：F1＜F2；由图像甲可知，物体2s内通过的路程为4m，由图像乙可知，物体做匀加速直线运动，其初速度为2m/s，则2s内通过的路程一定大于4m，故根据W＝Fs可知，两次推力做的功：W1＜W2。综上分析可知，选项ABC错误、D正确。故选：D。11．（2022•白云区二模）如图所示，弹性轻绳的上端固定在O点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的扣环相连。打开扣环，人从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，能上升到最高位置C点，在B点时速度最大。对此过程，下列描述正确的是（）A．弹性绳的弹性势能在B点时最大 B．人在B点时动能最大 C．人从A到C的过程中，重力势能增加，动能一直减少 D．人从A到B的过程中，动能增加，重力势能减少【解答】解：A、弹性绳在A点时弹性形变最大，弹性势能最大；故A错误；B、人的质量一定，在B点时速度最大，动能最大；故B正确；C、人从A到C的过程中，质量不变，高度增大，重力势能增加；AB段速度逐渐变大，动能逐渐变大；BC段速度逐渐变小，动能逐渐变小；故C错误；D、从A到B的过程中，质量不变、高度增大，重力势能增加；质量不变、速度逐渐变大，动能变大；故D错误。故选：B。12．（2022•上城区一模）生活中经常可见如图甲、乙两类电梯。当人站在匀速运行的电梯上，并与电梯一同上行，以下分析合理的是（）A．甲图中人受到的支持力与重力是一对平衡力 B．甲图中电梯对人没有做功 C．乙图中人受到的摩擦力沿斜面向下 D．乙图中人受到的摩擦力与重力大小相等【解答】解：A、甲图中人受到的支持力与重力，大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上，是一对平衡力，故A正确；B、站在匀速向上运动的电梯内，人在力的方向上通过了一段距离，所以电梯对人做了功，故B错误；C、乙图中上行时，人相对于电梯有向下的运动趋势，故所受的摩擦力沿斜面向上，故C错误；D、由乙图受力分析可知人受到的静摩擦力与重力沿斜面的分力相等，故摩擦力小于重力，故D错误。故选：A。13．（2022•白云区二模）甲、乙两辆功率相同的汽车，在同一公路上行驶，两车都经过M点开始计时，每经过相同时间，用虚线框记录车的位置。如图所示，从M到N的这段路中（）A．乙做的功较大 B．甲乙做的功一样大 C．甲车的牵引力较大 D．乙车的牵引力较大【解答】解：AB、由题图可知，从M到N的这段路中，甲车所用时间大于乙车，又知甲、乙两辆汽车功率相同，根据P=Wt可得W＝Pt，可知甲车做的功较大，故CD、从M到N的这段路中，两车通过的路程相等，又知甲车做的功较大，根据W＝Fs可得F=Ws，可知甲车的牵引力较大，故C正确、故选：C。14．（2022•西吉县一模）2021年6月3日0时17分，“风云四号B星”搭乘长征三号乙运载火箭，在西昌卫星发射中心成功发射。如图所示，在火箭加速升空的过程中，关于“B星”的能量及能量转化，下列说法正确的是（）A．动能增加，重力势能不变 B．动能不变，重力势能增加 C．重力势能转化为动能 D．机械能总量增加【解答】解：在火箭加速升空的过程中，火箭搭载的“风云四号B星”加速上升，质量不变、速度变大，动能变大，质量不变、高度变大，重力势能变大，所以机械能总量增加，重力势能没有转化为动能，故D正确，ABC错误。故选：D。二．实验探究题（共4小题）15．（2022•合肥三模）在探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验中，小明将质量不同的小球从同一斜面的同一高度由静止释放，撞击放在水平面上同一位置的相同木块，如图甲所示。（1）该实验是通过观察木块移动的距离来反映小球的动能大小；（2）通过实验观察分析可以得出结论：速度一定时，质量越大动能就越大；由此结论可以联想到交通事故的危害程度与超载（选填“超载”或“超速”）有很大关系；（3）现将同质量的小球从更高位置由静止释放，撞击放在水平面上同一位置的另一个较大质量的木块B，如图乙所示，发现木块B被撞击后移动的距离和木块A一样远，小明得出的结论是：动能的大小与速度无关。请你指出他的结论错误的原因：没有控制木块的质量相同。【解答】解：（1）实验中是通过观察木块移动的距离来出小球具有的动能的大小；（2）通过实验观察分析可以得出结论：速度一定时，质量越大动能就越大；由此结论可以联想到交通事故的危害程度与超载有很大关系；（3）将同质量的小球从更高位置由静止释放，撞击放在水平面上同一位置的另一个较大质量的木块B，发现木块B被撞击后移动的距离和木块A一样远，分析可知小球的质量不变，高度不同，小球到达水平面的速度不同，水平面上的木块质量不同，木块对水平面的压力不同，则推动木块克服的摩擦力不同，虽然距离相同，根据W＝Fs可知做功多少不同，所以小球的动能不同，结论错误。故答案为：（1）木块移动的距离；（2）超载；（3）没有控制木块质量相同。16．（2022•崇川区校级四模）初三的小明同学学习完各种能量之后，对各种能量的大小特点产生了浓厚的兴趣。（一）她猜想同一根弹簧具有的弹性势能大小可能与其形变量有关，于是进行如下实验：①如图所示，把弹簧套在光滑竖直杆上，且底端固定在水平面上，用刻度尺读出并记录处于自由状态时弹簧上端距水平面的高度h0；②将中间有孔的小铁块套在光滑杆上放于弹簧上端，竖直向下按压铁块，读出并记录此时弹簧上端到水平面的高度h1；③释放小铁块，读出并记录铁块上升到最大高度时，铁块下端到水平面的高度h2；④改变弹簧的压缩长度h1，重复以上步骤请你解答：实验次数h0/mh1/mh2/m小铁块上升的距离Δh/m10.500.400.5520.500.300.6030.501.551.3540.102.50（1）弹簧每次被压缩时的形变量的表达式为h0﹣h1（用所测物理量的符号表示）；（2）弹簧弹性势能的大小是通过铁块上升的高度（h2﹣h1）来间接反映的；（3）根据表中数据得到的结论是同一根弹簧弹性势能的大小与形变量的平方成正比；（二）意犹未尽的小明又探究起了动能的大小，她在咨询了的物理老师后，得知物体动能EA的计算公式是12mv2。于是她让质量为m的物块以初速度v0在粗糙的水平面上运动，经过多次实验，测出多组不同的初速度v0与滑块在水平面上滑行对应的最大距离s（4）由动能EA的计算公式12mv2知，对动能影响较大的是速度（5）当物块的初速度为2m/s时，滑行的最大距离为1m，则当物块的初速度为4m/s时，滑行的最大距离是4m；（6）已知在水平面上运动的物块受到的摩擦力大小与压力成正比，则当物块初速度相同，增加物块的质量，物块滑行的最大距离不变（选填“增大”或“减小”或“不变”）。【解答】解：（1）弹簧的形变量h等于弹簧的原长度h0减去弹簧被压缩后的长度h1，即h＝h0﹣h1；（2）实验中弹性势能的大小是通过铁块被弹起的高度来间接反映的，即铁块到达的最高点h2减去弹簧被压缩的最低点h1，即h2﹣h1；（3）由表中数据分析可知Δh＝15x2，即△h与x2成正比例函数关系，即弹簧弹性势能的大小与形变量的平方成正比；（4）由动能Ek的计算公式12mv2（5）由题可知，物块克服摩擦力做功的最大值等于物块初动能，即fs=12mv0物块在同一水平面上以不同速度滑行，由影响摩擦力大小的因素可知，摩擦力大小不变，当物块的初速度为2m/s时，滑行的最大距离为1.0m，则有：fs1=12mv12当物块初速度为4m/s时，设滑行距离为s2，则有：fs2=12mv22其中v1＝2m/s，v2＝4m/s，s1＝1.0m，联立①②并代入数据可得，s2＝4m；（6）根据题意可知，f＝kmg﹣﹣﹣﹣﹣﹣③fs=12mv2④÷③可得：s=12mv2故答案为：（1）h0﹣h1；（2）铁块上升的高度（h2﹣h1）；（3）形变量的平方；（4）速度；（5）4；（6）不变。17．（2022•阜新模拟）在探究“物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，如图甲、乙、丙所示，将A、B、C三个钢球先后从同一装置高度分别为h1、h2、h3的位置由静止开始滚下（mA＝mB＜mC，h1＝h3＞h2），水平面上同一位置的木块被撞出一段距离后停下。请回答以下问题：（1）实验中小钢球动能的大小是通过木块被撞后滑动距离来判断的。这种研究问题的方法叫转换法；（2）实验中通过甲、乙两图，可以得出的结论是在质量一定时，物体的速度越大，动能越越大；（3）实验中通过甲、丙两图来探究动能大小与质量的关系，让小钢球从同一高度自由滚下，目的是使小钢球滚到斜面底端时具有相同的速度；（4）用此实验探究超载安全隐患时，我们应该选择甲、丙两个图所示的实验进行比较。【解答】解：（1）实验通过观察木块滑动距离来比较小钢球动能的大小，这种物理方法叫做转换法；（2）甲、乙两图中，同一个钢球质量相等，从不同的高度静止滚下，到达平面时的速度不同，速度大的钢球把木块推的更远，说明钢球对木块做的功最多，钢球具有的动能大；可以得出结论：质量一定，物体的速度越大，动能越大；（3）为了研究物体动能与物体质量的关系，应多次让不同钢球从斜面相同高度上静止滚下，控制钢球到达水平面时的速度相同，改变钢球的速度，故选甲、丙两图；（4）要研究超载安全隐患时，我们应控制速度不变，改变其质量，因此应选择到达水平面的速度相等，质量不同的AC小球进行实验，故应该选择甲、丙两个图所示的实验进行比较。故答案为：（1）滑动距离；转换法；（2）速度；越大；（3）甲、丙；速度；（4）甲、丙。18．（2022•姑苏区校级模拟）在物理学中斜面是一个很重要的模型，在生产、生活中也有着大量的应用，如盘山公路、供轮椅通过的斜坡，等等。在初中物理的学习中与斜面有关的实验也有很多：（1）如图甲所示利用斜面测小车的平均速度，为了提高实验测量的准确度，可以减小（增加/减小）斜面坡度，让小车从斜面顶端由静止开始滑下．（2）如图乙所示利用斜面研究阻力对物体运动的影响，小车从同一斜面的相同（相同/不同）高度由静止滑下，在毛巾、棉布、木板等表面上运动不同的距离后停止，小车受到的阻力越小，运动的路程越远；小明在某次实验中，发现小车滑出水平木板右端而掉落下去，无法测出滑行的距离，小明是否需要重新调试实验装置再次测量，为什么？（3）如图丙所示是探究“物体动能大小与哪些因素有关”实验。让质量为m小球分别从斜面上不同高度静止滚下，小球撞击放在水平木板上的木块，虚线位置为木块滑动一段距离后停止的位置如图丙。则下列说法正确的是C。A.S1＞S2B.S1＝S2C.S1＜S2D.无法判断【解答】解：（1）在利用斜面测平均速度时，斜面的坡度越小，小车运动速度越慢，运动时间越长，便于计时，实验测量的准确度越高，故应减小斜面坡度；（2）根据控制变量法可知相同条件下，小车所受阻力越小，速度减小的越慢，所以小车从同一斜面的相同高度由静止滑下使小车达到水平面的速度相同，在毛巾、棉布、木板等表面上运动不同的距离后停止，小车受到的阻力越小，运动的路程越远；实验是通过小车滑行的距离来反映阻力的大小的，这是转换法，小车滑出水平木板右端而掉落下去，无法测出滑行的距离，所以小明需要重新调试实验装置再次测量；（3）动能大小与质量和速度有关，质量越大，速度越大，物体所具有的动能越大；实验是通过木块移动的距离来反映动能的大小的，两次木块放置的位置不一样，但动能的大小是通过木块移动的距离来反映的，所以需比较木块移动的距离，比较可知小球的质量相同，滚下的高度不同，则达到水平面的速度不同，高度越高，速度越大，动能越大，木块移动的距离越远，故C正确。故答案为：（1）减小；（2）相同；远；实验是通过小车滑行的距离来反映阻力的大小的，这是转换法，小车滑出水平木板右端而掉落下去，无法测出滑行的距离，所以小明需要重新调试实验装置再次测量；（3）C。三．计算题（共4小题）19．（2022•长春一模）为响应国家提出的“节能减排，低碳生活”的号召。质量为60kg的小明同学每天坚持骑自行车上学，他所骑自行车质量为15kg，轮胎与水平地面的总接触面积为30cm2，在水平路面上匀速骑行时所受阻力为总重力的0.02倍。若他在水平路面上5min内匀速骑行了1500m。（g取10N/kg）求：（1）小明骑行5min做功多少？（2）小明骑车功率是多大？【解答】解：（1）小明和车的总重力：G＝mg＝（60kg+15kg）×10N/kg＝750N，由题意可知，自行车所受的阻力：f＝0.02G＝0.02×750N＝15N，因为小明在水平路面上匀速骑行，所以小明骑车时的动力：F＝f＝15N，小明骑行5min做功：W＝Fs＝15N×1500m＝2.25×104J；（2）小明骑车的功率：P=Wt答：（1）小明骑行5min做功2.25×104J；（2）小明骑车功率为75W。20．（2022•海州区模拟）抗击新冠疫情期间某救护车运转患者集中隔离治疗，该车配置了负压装置，负压舱内气压小于外界气压，将内部空气吸入排风净化装置进行处理，有效避免了病毒传播，某次运转病人时，救护车以60kW的恒定功率在平直公路上匀速行驶42km，用时35min，求：（1）救护车匀速行驶42km牵引力做的功；（2）救护车所受的阻力；（3）按照卫生标准负压舱内外气压差应为10～38Pa之间，经测量发现，该负压舱0.9m2的面积上内外气体压力差为18N，通过计算判断负压舱内外气压差是否符合标准。【解答】解：（1）救护车的功率：P＝60kW＝6×104W，救护车行驶的时间：t＝35min＝2100s，根据P=Wt可得，救护车匀速行驶42km牵引力做的功：W＝Pt＝6×104W×2100s＝1.26×108（2）救护车行驶