专题20功和功率机械能（原卷版）

专题20功和功率机械能【思维导图】【知识点回顾】一、机械能eq\a\vs4\al(考点1识别动能、重力势能和弹性势能)1．动能是物体由于________而具有的能。2．势能①重力势能：物体由于________而具有的能叫做重力势能。②弹性势能：物体由于________而具有的能叫做弹性势能。eq\a\vs4\al(考点2知道动能大小跟质量、速度的定性关系)动能的大小与物体的________及物体运动的________有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越________；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越________。考点3知道重力势能大小跟质量、举高高度的定性关系重力势能的大小与物体的________及物体所处的________有关。eq\a\vs4\al(考点4知道弹性势能大小跟弹性形变的定性关系)弹性势能的大小跟物体的材料以及________的大小有关，弹性形变越大，物体的弹性势能就越________。eq\a\vs4\al(考点5举例说出动能和势能的相互转化)单摆：将摆锤拉高一定的高度后放手。摆锤在向下摆动的过程中________转化为________，在摆锤摆过中点后向上摆动的过程中________转化为________。eq\a\vs4\al(考点6描述机械能守恒的含义)动能和势能统称为________。动能和势能之间可以________。如果没有摩擦等阻力，那么在势能和动能的相互转化中，机械能的________，即机械能守恒。(注意不考虑阻力)eq\a\vs4\al(考点7利用机械能守恒解释简单的现象)1．如果没有摩擦阻力，动能和势能在相互转化的过程中，机械能总量________。2．如果存在摩擦阻力，动能和势能在相互转化的过程中，机械能的总量会减少。减少的机械能转化为摩擦产生的________能。二、机械功eq\a\vs4\al(考点8理解功的概念)1．做功的两个必要因素：________和________。2．功是作用于物体的力和物体在力的方向上移动的________的________。eq\a\vs4\al(考点9知道功的单位)功的单位：________，简称焦，符号是J。1焦＝1牛·米。eq\a\vs4\al(考点10运用功的公式进行简单的计算)公式：功＝力×距离，即________。力没有做功的三种情况：①物体受到力的作用，但没有移动距离；②物体不受外力，由于惯性做匀速直线运动；③物体通过的距离跟它受到的力的方向垂直。注意：物体做功的多少与物体是否做匀速直线运动、速度多大、接触面是否粗糙均无关。三、功率eq\a\vs4\al(考点11说明功率的概念)1．定义：________内做的功叫功率。2．意义：功率是用来描述物体________的物理量。eq\a\vs4\al(考点12知道功率的单位)功率的单位：________，简称瓦，符号是W。1瓦＝1焦/秒eq\a\vs4\al(考点13运用功率公式进行简单的计算)功率的公式：________P＝Fveq\a\vs4\al(考点14从能的转化来说明功率)________，所以做功快慢也就是能量转化的快慢。因此，功率是表示能量转化快慢的物理量。【例题精析】例1．（2021•绍兴）滑板是深受青少年喜欢的一项体育运动。如图是U形滑台和运动员姿势的简化示意图。运动员在滑台A处由静止自由下滑，不计滑台摩擦和空气阻力，仅依靠滑行过程中运动员姿势的自然（不用力）变化，最有可能滑到滑台C处的是（）A． B． C． D．例2．（2021•嘉兴）如图是雨滴在空中下落过程中速度与时间的关系图。雨滴在t1–t3三个时刻中具有的动能分别是E1、E2、E3，不考虑下落过程中雨滴的质量变化，则动能的大小关系是（）A．E1＜E2＜E3 B．E1＞E2＞E3 C．E1＜E2＝E3 D．E1＝E2＜E3例3．（2021•温州）一颗番茄从手中由静止开始下落，撞击水面时溅起许多水珠（如图），同时番茄仍有较大速度并继续下沉。若不计一切机械能损耗，番茄从开始下落至刚好浸没时减少的势能（）A．等于所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能总和 B．大于所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能总和 C．等于所有溅起的水珠在空中上升过程中增加的机械能总和 D．小于所有溅起的水珠在空中上升过程中增加的机械能总和例4．（2021•湖州）一端封闭的两个完全相同的玻璃管（如图所示），甲中装水，乙中装食用油。两个完全相同的金属小球从O处静止释放，下落到P处，小球在食用油中下落的时间更长。比较两小球从O处到P处的下落情况，则小球（）A．重力势能变化量不相同 B．获得的动能相同 C．在食用油中重力做功慢 D．机械能不变例5．（2020•嘉兴）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（）A．va＞vb＞vc B．vb＞vc＞va C．va＞vc＞vb D．va＝vb＝vc例6．（2021•杭州）如图所示，为两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为m的物体从左侧圆弧槽A点由静止释放，最高到达右侧圆弧槽B点处；然后再次滑下，最高到达左侧圆弧槽C点处。其中A、B两点距离水平面的高度分别为H、h（忽略空气阻力）。（1）物体从A点滑到水平面时，重力所做的功为。（2）物体从A点滑到B点的过程中，损失的机械能转化为物体内能的效率为η，则物体到达B点时温度升高了。（物体比热容用c表示）（3）C点距离水平面的高度为。例7．（2021•温州）2021年5月，我国“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原（如图甲），实现了我国首次地外行星着陆。图乙是其阶段Ⅲ着陆过程中的高度随时间的变化关系。（1）火星大气密度是地球的1%，大气中氧气含量为0.15%且没有液态水，表面平均温度为﹣55℃，绕日公转周期为687天。下列关于火星的说法不合理的是。A.表面平均温度比地球低B.公转周期比地球长C.大气中氧气含量比地球低D.雨、雪天数比地球多（2）图乙中t1～t2时段，着陆巡视器在竖直向上推力作用下，竖直下落的速度减小，该过程中推力F与重力G的大小关系是。（不计大气阻力）（3）着陆巡视器在火星上总重为4888牛，其重力在t2～t4时段做功焦。例8．（2021•丽水）科技改变生活，某餐馆用智能送菜机器人（如图）替代人工送菜。（1）该机器人以1米/秒的速度运行30米将菜送到客人桌前，用时秒；（2）若机器人工作时牵引力恒为50牛，完成本次送菜，牵引力做功焦。例9．（2020•绍兴）2020年5月5日，我国自主研发的长征5号B型运载火箭圆满完成发射任务。图为起飞阶段加速上升的火箭，该过程中，内部的新型返回舱的动能（选填“增大”、“减小”或“不变”），火箭整体的机械能（选填“增大”“减小”或“不变”）。例10．（2020•温州）在做“探究动能大小与质量关系”的实验时，小明想：小球从相同高度滚下，若小球材质和斜面倾角不同，到达水平位置时的速度会相同吗？（1）图甲是用挡板控制大小不同的两个小球在斜面上起始位置的两种方案，小明实验时选择A方案而不能选择B方案的原因是。（2）小明选择大钢球、小钢球、木球以及可调整倾角的斜面进行实验。分别让球从斜面同一高度由静止开始释放，利用测速仪测出球到达水平位置时的速度如表所示。10°20°30°40°50°60°大钢球2.672.672.672.752.882.97小钢球2.672.672.672.752.882.97木球2.672.672.672.672.742.89分析表中数据可知：要使球到达水平位置时的速度与球是钢质或木质无关，则斜面倾角不可能是。A.15°B.25°C.35°D.45°（3）小明利用图乙装置做“探究动能大小与质量关系”的实验时，通过观察球撞击相同塑料软片的数目来比较球的动能大小（图中未画出固定塑料软片的装置）。老师指出此装置不适合体积不同的两个球做实验，原因是。例11．（2021•嘉兴）健康的生活既要注意平衡膳食，还要积极参加体育锻炼。如图所示为可调式握力器，可用于锻炼手部肌肉。锻炼时只要抓住左手柄，用力抓紧使其碰触右手柄上的计数按钮，即算完成一个握力动作。（1）握力器的力度可以通过使用调节器移动弹簧下端的位置来改变。现在需要将力度调小，则应该将弹簧下端向（选填“左”或“右”）移。（2）小嘉用平均大小为500牛的力抓握力器的手柄，使手柄在力的方向上移动6厘米完成一个握力动作，则做功多少焦？（3）小嘉饮用一罐净含量为330毫升的可乐后，获得的能量为540千焦。若获得能量的10%用于握力做功，则消耗这些能量需要完成多少个题（2）中的握力动作？例12．（2020•温州）某跳伞运动员从飞机上跳下，沿竖直方向降落，一段时间后打开降落伞，最后安全着地。已知运动员和跳伞设备的总重力为700牛，跳伞过程中下降的速度与时间的关系如图甲所示。（1）图甲中曲线OA段速度越来越大的原因是。（2）图乙是跳伞过程中部分阶段的情景及受力示意图，其中与图甲曲线中CD阶段对应的是。（3）计算运动员和跳伞设备的总重力在AB段所做的功。五．解答题（共1小题）13．（2020•绍兴）2020年5月27日，中国珠峰高程测量登山队从北坡成功登顶，圆满完成峰顶测量任务，亿万民众共同见证这一极限挑战，激起国人满腔豪情。（1）登顶的一大难关是“第二台阶”，这段垂直高度4米的岩壁上架着“中国梯”（图甲），登山队员的质量为75千克，爬完岩壁至少需要克服重力做功多少焦耳？（2）科学家在珠峰底部设立了多个观测点（图乙）来测量珠峰高度的目的是。（3）受到测量珠峰高度的启发，小敏用激光笔来测量校内的旗杆高度（图丙）；打开激光笔开关，让激光对准旗杆的顶端，要测算出旗杆高度H，需测出的数据有。【习题巩固】一．选择题（共13小题）1．如图，小球从左侧的斜坡滚下，到达底端后又沿着右侧斜坡向上滚到最高处，则下列图像能正确代表小球重力势能与运动时间t之间对应关系的是（）A． B． C． D．2．乒乓球发球机在同一高度以相同的速度朝不同方向分别发出a、b、c三个完全一样的球（如图所示），若不计空气阻力，则下列说法中正确的是（）A．三个小球到达水平桌面时速度不相同 B．三个小球在空中的运动过程中势能先增大后减小 C．三个小球在空中的运动过程中机械能不变 D．三个小球在空中的运动过程中机械能不相等3．如图甲所示，水平桌面上放有一内壁光滑的竖直圆筒，筒底固定一根弹簧。将一小球放置在弹簧上，静止时位于A点（如图乙）。现将小球下压至B点，并用此处的装置锁定（如图丙）。解锁后，小球向上弹出筒口。下列说法正确的是（）①图乙中A点处弹簧的弹力等于小球的重力②图乙中圆筒对桌面的压力小于图丙中的压力③图丙中小球开始运动到脱离弹簧的过程中速度一直变大④图丙中小球开始运动到脱离弹簧的过程中动能先变大后变小A．①和③ B．①和④ C．②和③ D．②和④4．如图所示，在粗糙程度相同的水平面上，先用拉力F1将物体从A拉到O，再改用拉力F2将物体从O拉到C，其中LAO＝LOB，用频闪相机每隔相同的时间拍下物体的位置（用虚线框表示），若拉力F1在AO段所做的功为W1，拉力F2在OB段所做的功为W2，物体在AO段受到的摩擦力为f1，在OC段受到的摩擦力为f2。下列判断正确的是（）A．W1＞W2 B．W1＜W2 C．f1＞f2 D．f1＜f25．小金将一金属块放在木板上，逐渐抬高木板右端至图示位置，发现金属块静止不动，稍用力推金属块后，金属块恰好能匀速下滑。下列说法正确的是（）A．金属块静止时，重力与支持力平衡 B．金属块匀速下滑的过程中，重力势能转化为动能 C．金属块静止与匀速下滑时，受到的摩擦力大小相等、方向相同 D．金属块匀速下滑时，若抬高木板，金属块下滑的速度保持不变6．如图所示，“蹦极”运动的示意图。质量为m的运动员，将橡皮绳一端系自己的腰间，另一端固定在P点，O点是橡皮绳不系人自然下垂所在的位置，R点是运动员从P点自由下落所能到达的最低点，在运动员从P点到R点运动的过程中，不考虑空气阻力，以下说法正确的是（）A．运动员到达O点时，运动员的动能最大 B．运动员到达R点时，速度为零，受到平衡力的作用 C．运动员的机械能一直保持不变 D．运动员受到的拉力与重力相等时，速度最大7．一块石头从离水面高为H处由静止开始下落，后落入足够深的水中至水底。已知石头密度为2.0×103kg/m3，不计空气阻力，不计进入水中时机械能损失，而水中受到阻力始终为重力的15，设在空中和水中分别下落H高度过程中，重力对石子所做的功分别是W空，W水，重力做功的平均功率分别是P空，P水A．W空＝W水，P空＞P水 B．W空＝W水，P空＜P水 C．W空＞W水，P空＞P水 D．W空＜W水，P空＜P水8．投掷实心球是体育中考项目之一。若不计空气阻力，实心球从离手到落地前的过程中，下列关于其动能、势能和机械能的大小分别随时间变化的曲线中，正确的是（）A．①③④ B．②③④ C．①④ D．③④9．在如图所示的滚摆实验中，下列说法正确的是（）A．滚摆下降时，动能减小，重力势能增加 B．滚摆运动时，有部分机械能转化为其它形式的能 C．滚摆运动至最低点时，动能为零 D．滚摆运动至最高点时，一切外力突然消失，滚摆会继续向上转动10．原长为l的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个小钢球，将钢球从O点释放，钢球运动到A点后开始向上返回，O、A两点间距离为2l，如图所示。则能反映钢球从O点运动到A点的过程中，其动能E随运动距离s变化的关系图像可能是（）A． B． C． D．11．一个质量为m的物体，从离地h高处竖直下落，下落过程受到大小不变的空气阻力f（f＜mg），着地时速度大小为v，则下列说法正确的是（）A．物体下落过程重力所做的功为mgh B．物体下落过程重力所做的功为（mg﹣f）h C．物体下落所用的时间为hvD．下落过程物体的势能与动能之和保持不变12．物体A挂于弹簧测力计下，分别作图甲、乙、丙所示的匀速直线运动，已知运动的速度v1＜v2＜v3。则下列判断正确的是（）A．甲图中弹簧测力计的示数大于物体A的重力 B．乙图中弹簧测力计对物体A的拉力做功的功率最大 C．丙图中匀速直线运动的物体A的动能最小 D．甲、乙、丙三图中物体A的机械能均增加13．蹦床运动有“空中芭蕾”之称，运动时利用蹦床中的弹簧反弹让人在空中表演动作技巧。下列对蹦床运动员的叙述正确的是（）A．离开蹦床后的速度是先变大后变小 B．从最高点到落到蹦床最低点速度是一直变大 C．从接触蹦床至到达最低点，只有人的动能转化为蹦床的弹性势能 D．后一次比前一次“蹦”得更高，一定是做了功二．填空题（共4小题）14．如图所示，原长为L的轻质弹簧一端固定在竖直墙面上，另一端与水平面上的木块相连。推动木块压缩弹簧，当其左端至A点时，弹簧具有的弹性势能为20J；松手后，木块在弹簧的作用下往复运动若干次后静止，此时弹簧具有的弹性势能为2J。则木块左端最终静止的位置一定不可能位于（选填B、C、D）点，整个过程中木块克服阻力做的功是J，整个过程中木块速度最大时其左端可能位于（选填B、C、D）点。15．如图，弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上，a是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b是弹簧原长时小球的位置，c是小球到达最右端的位置。则小球从a运动到c的过程中，在（选填“a”、“b”或“c”）位置动能最大；从b到c的过程中，小球的动能转化为弹簧的，小球从a运动到b的过程机械能总量（选填“变大”、“变小”或“不变”）。16．2017年8月8日，在伦敦举行的世界田径锦标赛男子撑杆跳高决赛中，美国运动员以5.95米的成绩获得冠军，请结合撑杆跳的过程（如图），回答下列问题。（1）运动员快速助跑的目的是为了在起跳前获得较大的；A．动能B．势能C．惯性（2）运动员超过横杆后，在1.2秒时间内落地，从开始起跳到撑杆达到最大弹性形变的过程中，简述运动员机械能总量（“变大”“变小”“不变”）（不考虑撑杆质量及空气阻力）。17．如图所示，弹簧一端与小车相连，另一端固定在左侧的墙壁上，小车放在粗糙的水平木板上。小车位于A点时弹簧恰好为自然长度，用力压缩弹簧使小车到达B点；松手后，小车由位置B运动至位置C，在位置C时速度为零。则小车从位置B运动至位置C的过程中，速度达到最大值的位置在（选填“A点”、“A点的左侧”或“A点的右侧”），弹簧的弹性势能的变化情况是（选填“减小”、“先减小后增大”、“先增大后减小”或“增大”）；小车从位置B运动到速度达到最大值的过程中，弹簧的弹性势能转化成。三．实验探究题（共2小题）18．一切做机械运动的物体都具有动能。那么，物体的动能大小跟哪些因素有关呢？科学兴趣小组同学开展了以下实验探究。①让质量均为m的小球分别从同一斜面的A处和B处由静止开始滚下，与放在水平地面上的相同木块相碰，木块被推动一段距离后静止，如图甲和乙所示；②让质量为2m的小球从上述同一斜面的A处由静止开始滚下，与放在水平地面上的相同木块相碰，木块被推动一段距离后静止，如图丙所示。请回答下列问题：（1）动能大小的判断：实验时，通过观察来比较小球动能的大小；（2）变量的控制：做甲、丙实验时，要让小球从相同的高度滚下，这样做是为了使质量不同的两小球到达斜面底端时具有。（3）影响因素的比较：