专题 05 机械能和功、功率-2022-2023学年九年级科学上学期期末培优冲刺（浙教版）（原卷版）

05机械能和功、功率一、弹簧与弹性绳1．（2022九上·杭州月考）如图所示，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О点自由释放，钢球运动到A点后开始向上返回，不计空气阻力，O、A两点间距离为2l。则能反映钢球从О点运动到A点的过程中，其动能E随运动距离s变化的关系图象可能是（）A．B．C．D．2．（2021九上·杭州期中）如图所示，A、B两球质量相等，A球用不可伸长的轻绳系于O点，B球用轻弹簧系于O'点，O与O'点在同一水平面上，分别将A、B球拉到与悬点等高处，细绳和轻弹簧均处于水平，弹簧处于自然状态，将两球分别由静止开始释放，当两球第一次达到各自悬点的正下方时，两球仍处在同一水平面上，则两球各自第-次到达悬点正下方时()A．两球的动能相等 B．B球的动能较大C．A球的动能较大 D．两球的机械能不相等3．（2020九上·余杭月考）如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在一压力传感器上，压力传感器是电阻阻值随受到压力的增大而减小的变阻器(压力不超过最大值)，压力传感器、电流表、定值电阻和电源组成一电路。压力传感器不受力时电流表示数是l0。t=0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。整个过程中，不计能量损失，电流表示数I随时间t变化的图像如图乙所示，则()A．t1时刻，小球动能最小B．t2时刻，弹簧的弹性势能最小．C．t2~t3这段时间内，弹簧的弹性势能先增加后减少D．t2~t3这段时间内，小球增加的动能小于弹簧减少的弹性势能4．“蹦极”是一种富有刺激性的勇敢者的运动项目，如图所示。一根弹性橡皮绳，一端系住人的腰部，另一端系于跳台，当人下落至图中A点时，橡皮绳刚好被伸直，C点是游戏者所能达到的最低点，当人下落至图中B点时，橡皮绳对人的拉力与人受到的重力大小相等。对于游戏者离开跳台到最低点的过程中（不考虑空气阻力），下列说法正确的是（）A．游戏者的动能一直在增加B．游戏者到达B点时，游戏者的动能增加到最大值C．游戏者到达C点时，重力势能全部转化为动能D．游戏者从C点向B点运动的过程中，重力势能转化为动能和弹性势能5．（2020九上·滨江期末）小明在老师的指导下用小球和弹性很好的轻质橡皮筋等器材进行了如下实验与探究(不考虑空气阻力)。让一系于橡皮筋一端的小球从某悬挂点O的正下方P点由静止释放如图甲所示，整个下落过程中，橡皮筋所受弹力F与小球下落高度h的关系如图乙所示：小球下落的速度v与下落高度h的关系如图丙所示。小球从P点下落到A、B、C三点的距离分别是ha、hb、hc。下列说法中正确的是()A．由乙图可知，此橡皮筋的伸长与拉力不成正比B．小球从A点运动到C点的过程中，小球下落动能的变化情况是先变大后变小C．小球从P点运动到B点的过程中，重力势能转化为动能D．当橡皮筋的伸长量最大时，小球的速度为0，此时小球处于平衡状态6．如图所示，一轻质弹簧一端系在墙上的O点，自由伸长到B点，今将一小物体m连在弹簧上，并把弹簧压缩到A点，然后释放，小物体能运动到C点静止，物体与水平地面间的摩擦力恒定，下列说法中正确的是（）A．物体从A到B动能越来越大，从B到C动能越来越小B．物体从A到B动能越来越小，从B到C所受合力不变C．物体从A到B动能先增大后减小，从B到C动能一直减小D．物体在B点动能最大7．（2017九上·乐清月考）如图甲为蹦极运动过程示意图，跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下。运动时，跳跃者受到绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图乙所示（将蹦极过程近似为在竖直方向的运动）。根据图象可知跳跃者()A．重力大小为F0 B．t0时刻弹性势能最小C．t0时刻动能最大 D．t0时刻重力势能最小8．（2022九上·杭州期中）物体F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，若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（选填“不变”、“增大”或“减小”）（2）物体从C点出发，回到A点的过程中，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”之间或“BC之间”）9．（2021九上·杭州期中）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”)10．（2017九上·乐清月考）用手将一重为G的铁球缓慢放在一弹簧上，放手后，铁球从A位置开始向下运动，到达B位置速度达到最大，到达C位置小球的速度变为零。已知AC间的高度差为h，在此过程中弹簧的弹性势能增加量为。B位置到C位置的过程中铁球所受的重力（选填“大于”、“小于”、“等于”）弹簧所施加的弹力。（整个过程中不计能量损耗）11．（2020九上·诸暨期中）同学们所用的笔，有些在靠近笔端的地方装有一个轻质弹簧(如图所示)。小文和小军各自拿自己装有弹簧的笔玩弹笔游戏。结果发现小军的笔弹得高一些，小文分析：笔弹起的高度与笔内弹簧的弹性势能的大小有关，那么弹簧弹性势能的大小又跟什么因素有关呢？小文猜想：①弹簧弹性势能的大小可能跟它的材料有关；②弹簧弹性势能的大小可能跟它弹性形变的程度有关。（1）小文利用两个外形完全相同但材料不同的弹簧A和B、一个小钢球、一个轻木块，在同一水平面上进行了如下图所示的实验，此实验是为了验证猜想，实验中弹性势能的大小是通过来体现的。（2）小文设计了一个实验方案来验证另一个猜想：步骤：a.将小球置于弹簧A右端，使弹簧压缩2cm，放手后小球弹出，与木块相碰，木块推动的距离为s1；b.将同一个弹簧压缩的程度稍大一些，把小球置于弹簧A右端，观察小球撞击木块后木块移动的距离s2。比较s1、s2得出结论：若s1s2）（选填：＞或＜）说明；12．（2017九上·乐清月考）学习了“物体的动能与什么因素有关”的实验后，小军开展了如图甲的实验：步骤一：让铁球甲从斜面E点静止滚下，打到A处木块，推动木块；步骤二：让铁球甲从斜面F点滚下，打到A处相同的木块，推动木块；步骤三：换一铁球乙（m乙＞m甲）从斜面上F点静止滚下，打到A处相同的木块，推动木块。（1）铁球动能的大小事通过（选填：“木块移动的距离S”或“铁球的高度h”）来反应，这种研究方法叫转换法。（2）实际操作中，小军发现几次木块并未发生移动，对此你建议的改进方法。（3）为了让质量不同的甲、乙两球获得相同的初速度，有同学认为可以不用让两球都从E点滚下，而是设计了如图乙装置，只要每次让两球压缩弹簧到同样的形变程度后自然释放即可。不考虑各种能量损耗，该方法（合理/不合理），请说明理由。二、功和功率的计算13．（2022九上·淳安期中）同一物体在力的作用下沿同一水平地面上做直线运动。当物体受到的水平推力为F1时，运动的路程和时间图像如图甲；当物体受到的水平推力为F2时，运动的速度和时间图像如图乙。两次推力的功率分别为P1、P2。则下列关系正确的是()A．F1＝F2P1＞P2 B．F1＝F2P1＜P2C．F1＞F2P1＞P2 D．F1＜F2P1＜P214．（2022九上·杭州月考）物块在水平拉力F（大小未知）的作用下，在水平直线轨道上运动（如图），其中AB=CD=10m。已知物块在AB段和CD段分别以2m/s和5m/s的速度匀速运动，且在AB段、CD段所受摩擦阻力分别为1N和2N，则以下判断正确的是（）A．该物块在CD段的惯性比AB段大B．该物块通过AB段和CD段所用的时间之比为2：5C．拉力F在AB段所做的功为20JD．拉力F在CD段做功的功率为10W15．（2021九上·义乌期中）如图所示，用大小相等的拉力F分别沿斜面和水平面拉同一个木箱，拉力方向和运动方向始终一致。斜面AB粗糙，长度为SAB，水平面CD光滑，长度为SCD，运动时间分别为tAB、tCD，运动速度分别为VAB、VCD。则（）A．若SAB=SCD，则拉力在AB段做功较多B．若SAB>SCD且tAB=tCD，则拉力在AB段做功较快C．若SAB=SCD且tAB>tCD，则拉力在AB段做功较快D．若VAB=VCD，则拉力在AB段和CD段做功一样多16．（2021九上·绍兴期中）如图五所示，将同一物体分别沿光滑的斜面AB、AC以相同的速度从底部匀速拉到顶点A，已知AB>AC，施加的力分别为F1、F2，拉力做的功为W1、W2，拉力做功的功率分别为P1、P2，则下列判断中正确的是（）A．F1<F2，W1=W2，P1<P2B．F1>F2，W1>W2，P1>P2C．F1<F2，W1<W2，P1<P2D．F1<F2，W1=W2，P1>P217．（2018九上·义乌月考）如图甲所示，水平地面上的一物体，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系和物体速度v与时间t的关系如图乙所示。则第2秒末时，物体处于状态，第6秒末到第9秒末，推力F做功是焦耳,3-6秒时物体受到的滑动摩擦力为牛。18．（2017九上·乐清月考）一个边长为10厘米的正方体木块，下表面通过一细线与容器底相连（容器足够高）。现向容器中慢慢加水，木块位置随加水深度的变化如图甲所示。用F浮表示木块受到的浮力，h表示容器中水的深度，细线长为20厘米，则图乙可以正确描述F浮随深度h变化的图象。（g取10N/kg）（整个过程木块克服重力所做的功是焦。19．（2022九上·杭州期中）某建设工地上，如图所示的塔吊正在起吊重为2.7×104牛的圆柱形重物，A为塔吊的配重，塔吊的起重臂OB长20米，C为能在起重臂上移动的载重小车，载重小车下挂有滑轮组，当载重小车在B点时，能安全起吊最大为1.35×104牛的重物。(不计挂钩、滑轮组及钢丝重和摩擦，g=10N/kg)：（1）为保持平衡，起重臂的长度越长的塔吊，配备的平衡重的质量应越（2）起吊时，当重物匀速上升时，载重小车下每段钢丝绳受到的拉力为多大？（3）如果以0.4米/秒的速度将重物匀速升高20米，拉力的功率有多大？（4）现在载重小车C从距离O点8米处的起重臂D点，将重为2.7×104牛的圆柱形重物提起后，为保证安全，载重小车C最多能从D点出发再向B点方向移动多少米？20．（2021九上·镇海期末）如图甲所示，电动卷扬机通过滑轮组提升重物，卷扬机有两个档位可以调节对绳子自由端施加的力F大小；在某一次提升重物过程中其拉力F随时间变化的关系如图乙所示，重物上升高度随时间变化的关系如图丙所示，不计钢丝绳重和摩擦力大小。求：（1）0～2s拉力F所做的功是多少？（2）2～4s，提升重物过程中，滑轮组机械效率为75%，则重物和动滑轮的重力分别是多少？21．（2020九上·慈溪月考）如图所示是我国自主研制的新型气垫两栖登陆艇。它的质量约为1.0´106kg，底面积约为500m2(海水密度约为1.0´103kg/m3)。问：（1）它漂浮在海面上时，排开水的体积是多少？（2）若登陆艇用3.0´104N的推进力，在10min内匀速航行了1.2km，则登陆艇的功率是多少？（3）登陆艇在水中慢速航行时，两侧的浪花会靠近登陆艇，请解释原因。22．（2019九上·江干月考）全球首段光伏路面在济南投入运营，该路面发电可为公路照明设备供电。（1）已知光伏路面太阳能电池板总面积为6000m2，1m2面积接受太阳平均辐射功率为1kW，光电转化效率为20%，若每天光照时间为6h，高速公路照明设备功率为720kW，则光伏发电可供照明设备正常工作多少h？（2）在未来，电动汽车可在光伏路面移动充电（图甲），当汽车经过充电区域时，充电垫发出高频电磁波，汽车底盘上的接受装置将电磁波能量转化为电能为电池充电。一辆电量不足的汽车，以速度v匀速通过充电区域（图乙），已知充电区域长度S1为100m，两段充电区域之间距离S2为10km，由于S1远小于S2，忽略汽车在充电过程中消耗的电能；接收装置接受到的电磁波功率P0为5000kW，它将电磁波能量转化为电能并存储在电池中的效率为20%，汽车行驶时受到的阻力为1000N。若汽车电池消耗电能全部用于维持汽车行驶，为了使汽车能顺利到达下一段充电区域，汽车在充电时速度不能大于多少？（3）为了提高汽车充电时移动速度，你有哪些合理的建议？（写出一条）23．（2018九上·温岭期中）如图甲所示，放在水平地面上的物体A受到水平向右的力F的作用，力F的大小以及物体A的运动速度大小V随时间t的变化情况如图乙所示。（1）当t=7s时，物体A受到的摩擦力f的大小为N，方向为。（2）根据图乙有关信息，请用公式P=Fv，求F=10N时该力的功率。（3）如图丙所示，在A的两侧分别挂上柱状重物B、C，且C的一部分浸人水中。已知GB=20N，Gc=50N，C的横截面积为30cm2，长度足够，水够深。则当物体A不受摩擦力作用时，C的下底面受到的水的压强是多少?（4）若物体A移动就会触发报警装置(图中未画出)，当物体A不移动时，最高水位与最低水位的差是多少?(g取10N／kg)24．（2018九上·天台期中）电梯是高层住宅必备的交通工具，如图甲所示是某种升降电梯工作原理图，它由轿厢、对重、电动机、钢丝绳、滑轮等部件连接组成。电动机和对重通过钢丝绳分别给轿厢施加拉力，连接轿厢的两根钢丝绳非常靠近，轿厢与对重的运动方向始终相反。对重的质量为400kg，空轿厢的质量是500kg，额定载重量是1000kg，某次电梯满载上升时的v﹣t图象如图乙所示。不计钢丝绳重力和一切摩擦。（1）电梯匀速上升的高度是多少？（2）电梯匀速运动阶段，对重的重力做的功是多少？（3）电梯满载匀速上升时，电动机钢丝绳对轿厢拉力的功率是多少？25．公交公司最近更换了一批新型混合动力公交车，在进行新车测试时获得一些数据：新型公交车总质量为4×103kg，轮胎与地面总接触面积为0.4m2，车匀速行驶时所受阻力是车总重的0.5倍，公交车在牵引力作用下在平直公路上匀速行驶，2min内行驶了1200m(g取10N/kg，忽略司机的质量)。求：（1）新型公交车静止时对水平地面的压强是多少？（2）2min内牵引力所做功及功率各是多少？26．（2016九上·三门期中）如图所示为CRH2型动车组，最大运营速度为200km／h。①当该动车组用4800kW的牵引功率使列车以50m／s的速度匀速直线行驶时，动车组所受到的阻力f多大？②该动车组的每节车厢上都配有电热水器。在标准大气压下，用它把10kg、20℃的水烧开．若该热水器电能转化为热能的效率为70%，则电流至少要做多少功？若它工作时的电功率为40kW，至少需要多少时间？[水的比热为4.2X103焦／（千克·℃）]三、机械能和功、功率公式推导27．已知雨滴在空中竖直下落时所受空气阻力与速度大小的二次方成正比，且不同质量的雨滴所受空气阻力与速度大小的二次方的比值相同。现有两滴质量分别为m1和m2的雨滴从空中竖直下落，在落到地面之前都已做匀速直线运动，那么在两滴雨滴落地之前做匀速直线运动的过程中，其重力的功率之比为（）A．m1:m2 B．m1:m2 C．m2:m1 28．（2019九上·德清期末）光滑斜面甲与水平面AB平滑连接，从斜面甲高H处静止释放小球，小球运动到B点静止，如图①所示。在AB上的C点平滑拼接另一光滑斜面乙，已知AB=3AC，如图②所示。则（1）如果小球从斜面甲高H处静止释放，则小球到达乙斜面的最大高度h=H；（2）要使小球在乙斜面上到达的最大高度变为2h，小球应从甲斜面高处静止释放。29．（2021九上·萧山月考）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。30．（2021九上·杭州月考）如图甲所示，有一半径为R的光滑的1/4圆弧槽与一粗糙的水平面相连接，将质量为m的物体从斜面顶端由静止释放，停下后测出物块在水平面上滑行距离为S1。图乙中有一个半径为R的粗糙的1/4圆弧槽与和图甲中同样粗糙的水平面相连接，将图甲中质量为m的物体也从图乙中斜槽顶端由静止释放，停下后测出物块在水平面上滑行距离为S2。则乙图中物体在水平面上的摩擦力f为。乙中物体在粗糙的1/4弧槽上运动这段时间内，若克服摩擦力做的功全部转化为内能并被该物体吸收，物体能上升温度℃（物体比热为c）。31．（2021九上·乐清期中）如图甲所示，有一半径为R的光滑的1/4圆弧槽与一粗糙的水平面相连接，将质量为m的物体从斜面顶端由静止释放，停下后测出物块在水平面上滑行距离为S1.图乙中有一个半径为R的粗糙的1/4圆弧槽与和图甲中同样粗糙的水平面相连接，将图甲中质量为m的物体也从图乙中斜槽顶端由静止释放，停下后测出物