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】（2022•杭州）现有甲、乙、丙三个质量不同的物体（m甲＞m乙＞m丙），在相等的恒力F作用下，分别在水平方向、沿斜面向上、竖直方向通过了相等的距离s，如图所示。F在三种情况下做的功分别为W甲、W乙、W丙，三者大小判断正确的是（）A．W甲＞W乙＞W丙 B．W甲＜W乙＜W丙 C．W甲＝W乙＝W丙 D．W甲＝W乙＜W丙（2022•湖州）甲物体放在粗糙程度不变的水平地面上，在大小为6牛的水平推力F作用下，向右做速度为5米/秒的匀速直线运动，如图所示（忽略空气阻力）。下列叙述中，错误的是（）A．甲物体在竖直方向上受到重力和支持力的作用 B．甲物体受到水平向左的摩擦力大小为6牛 C．当F的大小为6牛时，做功的功率为30瓦 D．当F的大小为10牛时，甲物体将做速度大于5米/秒的匀速直线运动（2021•浙江）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（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（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（2022•杭州）如图所示为蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端系在运动员双脚上，另一端固定在跳台O点。运动员由静止开始自由下落，A点处弹性绳正好处于原长；B点处运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等；C点处是蹦极运动员到达的最低点。（整个过程忽略空气阻力，弹性绳的自重不计）（1）从O点到A点的过程中，运动员的机械能（选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”）。（2）从A点到C点的过程中，弹性绳的弹性势能（选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”，下同）；运动员的动能。（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整体受到摩擦力为牛。（2）木块A在桌面上匀速运动的速度大小为米/秒。（3）从开始推动到木块B掉落的过程中，推力共做功焦。（2022•温州）如图是小明在做俯卧撑和引体向上的锻炼场景。（1）图甲中小明静止时地面对双手的支持力为F1，图乙中小明静止悬挂在单杠上时，单杠对他的作用力为F2，则F1F2（选填“大于”“小于”“等于”）。（2）重为600牛的小明按图乙做一个引体向上，需克服自身重力做功约为焦。（3）运动时，人体产热增加，散热也加快，使体温维持稳定。写出此时散热的一种方式：。（2022•金华）跳台滑雪是冬奥会比赛项目之一。（1）北京冬奥会上某运动员在跳台滑雪比赛时的运动轨迹如图所示，该运动员沿跳台从A点到B点的下滑过程中，重力势能大小的变化是；（2）跳台采用的人造雪可循环利用，体现绿色奥运理念。造雪时不断吸入水，喷出粉状雪，该造雪过程中水发生的主要物态变化是。（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。（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。（2022•绍兴）在“研究动能大小与速度关系”实验中，小敏利用图甲中的装置进行研究，在水平面铺上材料A制成的粗糙平板，同一小球从斜面不同高度静止释放，运动一段距离后停止，位置如图。（1）根据图甲实验结果，可得出的结论是：质量相同时，物体的速度越大，。（2）图乙中，水平面铺上不同材料的平板，其中材料A、B、C粗糙程度依次减小。小敏先后三次将同一小球从同一高度静止释放，刚到底部时用频闪相机（间隔相同时间自动拍摄）开始记录小球在平板上的位置情况。请在材料C平板上画出第2、3次频闪相机拍摄到小球的大致位置。（3）小敏调节图甲中的平板呈不同角度，重现伽利略斜面实验。不考虑底部转折处的能量损失，下列最符合实际的现象是。（2022•丽水）如图甲是清代的手持消防水枪，它在消防灭火中发挥过一定作用，其部分结构如图乙：枪身由内外两个套筒组成，外筒底部是进水口，内筒顶端是喷水口、底部有活塞。使用时将进水口浸没在水中，先向上提内筒吸水，再向下压内筒喷水，如此反复。【原理分析】使用消防水枪吸水时，主要是利用了；【方案设计】如图丙和丁是小丽设计的消防水枪进水口的两种结构，合理的是；【尝试实践】为了解消防水枪的使用效果，小丽和小科仿制了消防水枪并进行演示，用30秒将20千克水喷到15米高处，求他们对水做功的功率。

【习题巩固】一．选择题（共13小题）1．（2022•瓯海区一模）图甲为自由式滑雪大跳台示意图，比赛中选手的部分运动轨迹如图乙，其中a点为滑上跳台前的最低点，在b点离开跳台，c为离开跳台后运动的最高点，d为落地点。若空气阻力不计，下列关于选手在相应位置能量变化示意图正确的是（）A． B． C． D．2．（2022•杭州模拟）2020年12月，”嫦娥5号”探测器从月球上采样并顺利返回地球，如图所示为返回的两种返回技术示意图。下列分析正确的是（）A．采用“跳跃式返回”可使返回器的机械能转化为内能更多 B．用“跳跃式返回”可使返回器与大气摩擦通过的距离更短 C．采用“直接进入返回”可使返回器着陆前的速度更小 D．采用“直接进入返回”可使返回器着陆前具有的机械能更小3．（2022•玉环市一模）公交单车为广大市民提供了一种“低碳环保”的出行方式。下列关于自行车结构及使用中，说法正确的是（）A．自行车转弯时受到平衡力的作用 B．增大座垫面积能减小坐垫对人的压强 C．下坡过程中自行车机械能守恒 D．把手的花纹是为了增大接触面积，从而增大摩擦力4．（2022•奉化区模拟）小王系好安全弹性绳玩蹦极，他从最高点下落到最低点过程的v﹣t图像如图甲所示（忽略空气阻力）。（忽略空气阻力）。已知：在t1时，弹性绳处于自然伸直状态；t3时，小王到最低点。则下列说法正确的是（）A．0～t3，小王的动能不断增大 B．0～t3，小王的重力势能不断减少 C．0～t1，小王的机械能不断增大 D．t1～t2，小王的机械能转化为绳的弹性势能，小王的速度逐渐变小5．（2022•镇海区二模）如图所示，一根质量不计的弹簧，上端固定，下端挂一个小球，小球静止时距地面高度为h，现用力向下拉小球使其与地面接触，然后从静止释放小球，不计空气阻力，且弹簧始终在弹性限度内，下列说法错误的是（）A．小球上升到最高点时受力方向竖直向下 B．小球上升到距离地面高度为h时，速度最大 C．小球上升过程中，整个系统的势能不断增大 D．小球运动过程中，整个系统的机械能守恒6．（2022•杭州二模）如图所示，质量为40g的金属小球从导轨的a处自由滑下，依次经过b处、c处，最后到达d处时恰好停下。下列有关说法正确的是（）A．小球从a到b的过程中势能全部转化为动能 B．小球到达c处不具有动能 C．小球停在d处势能减小0.12焦 D．这一过程能量不守恒7．（2022•拱墅区二模）如图所示，一名中学生做一次引体向上，克服重力做的功约为（）A．3J B．30J C．300J D．3000J8．（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9．（2022•拱墅区校级一模）关于机械能守恒，下列说法正确的是（）A．没有外力做功的情况下，机械能才会守恒 B．只有一个力做功时，机械能一定不守恒 C．物体受平衡力作用时，物体的机械能一定会守恒 D．物体受非平衡力作用时，物体的机械能可能会守恒10．（2022•乐清市一模）科学中常用数学方法来表示某些量的关系。下列物理量中能用阴影面积表示相应的量是（）A．功率 B．压力 C．速度 D．密度11．（2022•绍兴模拟）在某次跳伞训练过程中，一体重为500N的运动员从空中悬停的直升机上由静止开始竖直跳下，速度与时间的关系如图，经15s下落210m后，开始做匀速直线运动直至落地，整个过程用时30s。在这个过程中运动员（）A．受到的重力小于阻力 B．下落的平均速度20m/s C．机械能先增加再减小最后保持不变 D．运动员的重力做功的平均功率为5×103W12．（2022•新昌县模拟）如图所示，甲、乙是两个相同的小球，在同一高度将甲、乙两球抛出：甲球以速度v竖直向下抛出后落地；乙球以速度v竖直向上抛出至最高点A后落地，若不考虑空气阻力，下列说法正确的是（）A．抛出时刻，甲球的动能比乙球的动能小 B．抛出时刻，甲球的机械能比乙球的机械能大 C．乙球在上升至最高点的过程中动能逐渐减小为零 D．甲球落地时的速度大于乙球落地时的速度13．（2022•拱墅区校级一模）如图所示，用不可伸长的轻质细线和轻质弹簧分别吊质量相同的小球A、B，将两球拉开使细线与弹簧都在水平方向上，且高度相同，此时弹簧处于原长状态，而后由静止放开A、B两球，两球在运动中空气阻力不计，到最低点时两球在同一水平面上，关于两球在最低点时速度的大小正确的是（）A．A球的速度大 B．B球的速度大 C．A、B球的速度大小相等 D．无法判定二．填空题（共6小题）14．（2022•文成县一模）自由式滑雪大跳台是运动员从100米以上的出发台助滑加速至起跳台，依靠惯性跃向空中，做出一套空中动作后在着陆落地。（1）图中标注的A、B、C三个位置中，假设运动员的姿势变化不大，运动员重力势值最小的是。（2）假设滑雪运动员及其装备的总质量为70千克，该运动员从出发台到达水平面用时3分钟，重力在这段时间内做功为焦。（3）助滑时，把身体缩成“蹲状”的姿势可让运动员获得较大速度的原因。15．（2022•杭州模拟）如图所示，在同一高度以大小相同的初速度V0分别竖直向上和斜向上将同一小球抛出，不计空气阻力。小球上升时，小球的能转化为重力势能；小球竖直向上、斜向上到达最高点时到水平地面的高度分别为h1和h2，小球又下落到与抛出点等高度时的速度大小分别为v1和v2，则h1h2，v1v2（大于/等于/小于）16．（2022•杭州二模）如图所示，F1＝4N，F2＝3N，此时物体A相对于地面静止，物体B以0.1m/s的速度在物体A表面向左做匀速直线运动（不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦）。（1）F2的功率为W。（2）物体A和地面之间（填“有”或“无”）摩擦力。17．（2022•萧山区一模）物体G和弹簧相连固定于墙壁上，当物体处于位置B处弹簧没有形变，用力将其拉至C处，松手后物体从C点出发在CA之间往返运动并最终停留在某处，停留时弹簧弹性势能为0。则（1）由C到B时，弹簧的弹性势能。（填“不变”、“增大”或“减少”）（2）物体在CA之间运动过程中，物体动能最大的点位于。（选填“B点”、“AB之间”或“BC之间”）（3）物体最终停留在。（选填“B点”、“AB之间”、“BC之间”）18．（2022•滨江区一模）如图甲所示，在粗糙的斜面底部固定一个可伸缩的轻质弹簧。现将质量为m的物块左侧从高度为ha的A点沿斜面向下压缩弹簧至高度为hb的B点并由静止释放，物块沿斜面向上滑动，最终静止在斜面上高度为hd的D点，此时弹簧的长度等于原长；若换成表面光滑、其它条件完全相同的斜面，仍将质量为m的物块左侧从A点沿斜面向下压缩弹簧至B点由静止释放（如图乙所示），物块沿斜面向上滑至高度为hc的最高处C点后，在斜面上的BC两点之间来回滑动。已知斜面上AB的长度为s1，AD的长度为s2，AC的长度为s3，则：（1）甲图中，物块离开弹簧后，沿斜面向上滑动最终静止在D点的过程中，受到的摩擦力方向为沿斜面。（选填“向上”、“向下”或“先向下后向上”）（2）甲图中，物块沿斜面向上滑动时受到的摩擦力大小为