专题11功和机械能（原卷版）

专题11功和机械能知识点一、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。不做功的情况图示实例分析有距离无力（不劳无功）某同学踢足球，足球离开脚后在地面上滚动的过程中，该同学对足球没有力的作用，不做功足球由于惯性移动一段距离，球滚动时踢足球的力不再对足球做功有力无距离（劳而无功）同学搬石头，但没有搬动，她对石头没有做功有力作用在物体上，但物体没有移动，即物体没有在力的方向上移动距离，力对物体没有做功力与移动方向垂直（垂直无功）滑板在水平方向上移动了一段距离，但在人的拉力方向上没有移动距离，拉力没有做功物体受到了力的作图，也移动了一段距离，但移动的方向与力的方向垂直，即物体在力的方向上没有移动距离，则这个力对物体没有做功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。考点一．力是否做功的判断1．（2023•聊城）杂技是我市对外文化交流的重要名片，也是国家级首批非物质文化遗产。如图是杂技表演中男演员举着头上顶碗的女演员，并在舞台上保持静止的情景。关于此情景下列说法正确的是（）A．女演员相对于男演员是运动的 B．女演员对头上的碗没有做功 C．男演员所受的重力与舞台对男演员的支持力是一对相互作用力 D．女演员对男演员的压力与男演员对女演员的支持力是一对平衡力考点二．比较功的大小2．（2023•海安市模拟）如下图的三种场景中，拉力F1、F2、F3大小相等，在拉力的作用下物体移动的距离相等。若拉力所做的功分别记为W1、W2、W3，下列关于它们大小关系的判断中正确的是（）A．W1＝W2＜W3 B．W1＝W2＝W3 C．W2＜W1＝W3 D．W1＜W2＜W3考点三．比较功率的大小3．（2023•扎兰屯市三模）如图1的物体在同一水平地面先后做直线运动。当物体运动的路程和时间图像如图2时，受到的水平推力为F1；当物体运动的速度和时间图像如图3时，受到的水平推力为F2，两次推力的功率分别为P1、P2。则下列关系正确的是（）A．F1＜F2 B．P1＜P2 C．F1＞F2 D．P1＞P24．（2023•合江县模拟）如图所示，用大小相等的拉力F，分别沿光滑的斜面和粗糙的水平面拉木箱，在力的作用下移动的距离sAB＝sCD，比较两种情况下拉力F所做的功及其功率（）A．AB段做的功较多 B．CD段做的功较多 C．AB段与CD段做的功一样多 D．AB段的功率比CD段的功率大5．（2023•抚远市三模）如图所示，光滑斜面AB＞AC，沿斜面AB和AC分别将同一重物从它们的底部匀速拉到顶部，所用时间相同，所需拉力分别为F1和F2，所做的功分别为W1和W2，所做功的功率分别为P1和P2，则（）A．F1＜F2，P1＞P2 B．F1＞F2，P1＜P2 C．W1＞W2，P1＝P2 D．W1＝W2，P1＝P2考点四．功率的计算及公式的应用6．（2023•德州）如图所示，A、B两个长方体物块叠放在水平桌面上，用F＝10N的水平向左的力作用在A物块上，使A、B一起向左做匀速直线运动，经过4s，两个物块一起移动了40cm的距离。下列说法中（）①物块B受到的重力和地面对物块B的支持力是一对平衡力②物块A对B的摩擦力大小是10N，方向水平向左③地面对B的摩擦力大小是10N，方向水平向左④物块A对B的摩擦力的功率为1WA．只有②④正确 B．只有③④正确 C．只有②③正确 D．只有①④正确7．（2023•西藏）2021年6月25日，西藏自治区首条电气化铁路拉林铁路开通运营，历史性地实现复兴号动车组对31个省区市的全覆盖，翻开了西藏和高原铁路建设发展新篇章。旦增乘坐某次列车从拉萨去林芝旅游，列车经过平直的藏木特大桥时，如图甲所示，他用手表测量了自己通过大桥的时间，上桥和离桥时的手表示数如图乙所示。通过查询资料得知列车功率约为5×106W，若列车过桥时速度保持25m/s不变。求：（1）旦增过桥所用的时间；（2）大桥的长度；（3）列车过桥时所受阻力的大小。8．（2023•东营）2023年5月，世界智能大会在天津的成功举办，将进一步推动我国人工智能技术的研发和应用。图甲为某款智能机器人，质量为30kg，底部轮与地面接触总面积为150cm2，它在某次引领接待工作中沿直线行走的速度随时间变化的图象如图乙所示。（g取10N/kg）（1）求智能机器人静止在水平地面上时，对地面产生的压强。（2）求智能机器人在0～6s内行走的距离和0～10s内的平均速度。（3）在0～6s内，智能机器人受到的水平阻力为重力的倍，求此段时间内智能机器人牵引力做功的功率。9．（2023•曲阜市一模）有人为曲阜建设献策：充分利用廖河与大沂河水上资源，打造水上旅游路线，让游客乘坐画舫游船穿行其间，就可以尽享“不出城郭而获山水之怡，身居闹市而有林泉之致”的都市休闲意趣。如图所示，若画舫游船质量为2t，从廖河公园出发以的速度匀速行驶到四德广场，所用时间约为10min，牵引力是5×106N。通过计算回答：（1）从廖河公园到四德广场河段大约多长？（2）游船在河中排开水的体积多大？（3）这次水上航行中，牵引力对游船做功的功率多大？10．（2023•根河市校级二模）爸爸开满载质量为×103kg的小轿车带小明去旅行，如图所示，汽车行驶过程中牵引力的功率恒为×105W。汽车从启动到匀速运动之前行驶的路程为150m，汽车匀速运动过程中受到的阻力保持不变，运动的速度v与时间t的关系如图所示，则：（g＝10N/kg）（1）在10s内，牵引力做了多少功？（2）小轿车匀速运动时，牵引力是多少？（3）当汽车牵引力做功×106J时，汽车行驶路程多少米。考点五．动能和势能的转化11．（2023•泰州）如图所示，小明沿滑道从顶端匀速下滑的过程中，小明的（）A．重力势能减小，机械能减小 B．动能不变，机械能不变 C．重力势能减小，动能增大 D．重力势能不变，机械能减小12．（2023•德阳）第31届世界大学生夏季运动会将在成都隆重举行。运动会将设体操比赛，体操比赛中的自由体操运动员空中翻滚非常精彩。关于翻滚过程中体操运动员的动能与重力势能的变化正确的是（）A．体操运动员上升过程中动能增大，重力势能增大 B．体操运动员下降过程中动能增大，重力势能增大 C．体操运动员上升过程中动能减小，重力势能增大 D．体操运动员下降到最低点时重力势能最大13．（2023•襄阳）如图所示是足球从A处落到地面后反复弹起落下的示意图，图中虚线为足球的运动轨迹。以下说法正确的是（）A．从A点到E点的过程中机械能守恒 B．从C点到D点的过程中重力势能在变大 C．从D点到E点的过程中弹性势能变大 D．足球在整个运动过程中机械能逐渐减小14．（2023•常州模拟）11月29日，搭载神舟十五号载人飞船的运载火箭成功发射。如图所示，火箭在加速升空过程中，神舟十五号飞船的（）A．动能不变，势能变大 B．动能变小，势能变小 C．动能变大，势能变大 D．动能变小，势能变大15．（2023•天宁区校级模拟）4月16日，“神舟十三号”载人飞船返回舱接近地面时，反推发动机点火，返回舱减速下降，安全降落在着陆预定区域。在此过程中，对于返回舱能量变化描述正确的是（）A．返回舱动能减小，重力势能减小，机械能不变 B．返回舱动能不变，重力势能减小，机械能减小 C．返回舱动能减小，重力势能增加，机械能不变 D．返回舱动能减小，重力势能减小，机械能减小16．（2023•高新区一模）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（不考虑空气阻力）。已知该轻质橡皮筋每受到的拉力就伸长1cm，经测量小球从P点下落到a、b、c三点的距离分别为：ha＝，hb＝，hc＝。（1）小球从a点到c点的过程中，小球动能变化情况是（变大/变小/先变大再变小/不变/先变小再变大）；（2）当橡皮筋弹性势能最大时，小球处于状态（平衡/非平衡）；（3）实验中所用小球的重力为N。由a点到b点，动能变化量（大于/小于/等于）重力势能变化量。考点六．探究影响物体动能大小的因素17．（2023•淄博）利用如图所示实验装置探究“动能的大小与哪些因素有关”。实验时让小车A从斜面上由静止开始滑下在水平面上将物体B推出一段距离。（1）实验运用了控制变量法：让质量不同的小车从斜面的同一高度滑下，探究动能与质量的关系；让同一个小车从斜面的高度滑下，探究动能与速度的关系。实验中动能的大小无法测量，我们通过来判断小车动能的大小。（2）小车从斜面上滑下，它的转化为动能，碰上物体B后，小车的部分转移给了物体B，这个能量的转化转移过程机械能总量。（3）小车在水平面上推动物体B前进时受到4个力：①重力、②摩擦力、③物体B对小车的压力、④水平面对小车的支持力，其中是一对平衡力，方向相同（两空均填序号）。拿走物体B，如果小车滑到水平面时，它受的力全部消失，小车将。（4）下表是一些物体的动能大小，分析表中数据，请你提出一个可以探究的物理问题：。物体动能/J物体动能/J步行的人约30百米跑中的运动员约3×103行走的牛约160刚射出的步枪子弹约5×103中速行驶的小汽车约2×105高速行驶的小汽车约6×10318．（2023•郴州）小明通过下面的实验，研究“动能的大小与物体运动的速度有关”的问题。质量相同的小球，从斜面上不同高度处自由滚下，小球到达水平面时的速度是的（选填“相同”或“不同”）。实验1将小球从斜面顶端自由滚下（图甲），观察到木块被撞出了一段距离。实验2将小球从斜面中间自由滚下（图乙），观察到木块被撞出的距离比实验1的距离（选填“短”、“长”或“相等”）。由上述实验现象，我们可以得出结论：同一物体，，动能越大。实验3将小球从一光滑斜槽轨道（OAB）O点自由滚下（图丙），依次经过A、B两点到达C点（忽略空气阻力），设A、B两点的机械能分别为EA和EB，则EAEB（选填“＞”、“＝”或“＜”）。当小球从B点做斜抛运动到达最高点C时，假设小球所受的外力全部消失，则小球将。A.沿a轨迹运动B.沿b轨迹运动C.沿c轨迹运动D.保持静止19．（2023•梁溪区二模）如图是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验示意图。小明同学让同一钢球分别从斜面由静止开始滚下，撞击木块。（1）该实验是通过观察木块移动的距离来判断（选填“钢球”或“木块”）动能的大小；（2）利用如图所示的实验情景，可以得到的结论是：；（3）在探究动能的大小与质量关系时，当换用另一个钢球实验时，发现它将木块撞出了木板，要继续完成此实验，下列措施中可行的是：（选填序号）。①换质量更大的木块：②降低第二次钢球的高度；③换质量更大的钢球；④换质量更小的钢球；（4）小明由此实验还联想到探究牛顿第一﹣定律的实验，让同一个小车沿同一斜面的同一个高度由静止开始向下运动，到达毛巾、棉布、玻璃三种不同水平面上继续向前运动直到停止，在水平面运动的整个过程中，克服摩擦力做的功（选填“相等”或“不相等”）。小车在玻璃、毛巾表面克服阻力做功的功率分别是P1、P2，则P1P2。（选填“＞”或“＝”或“＜”）（5）小明同学尝试改用如图丙所示装置探究物体动能大小与哪些因素有关”，经过思考设计了以下两个实.验方案：实验方案一：探究动能大小与速度的关系：用同一钢球将同一弹簧压缩至不同程度后由静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击的距离；实验方案二：探究动能大小与质量的关系：用质量不同的钢球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击的距离。关于小明的实验方案，。（填序号）A.只有实验方案一可行B.只有实验方案二可行C.两个实验方案均可行D.两个实验方案均不可行考点七．机械能的转化20．（2023•无锡）在水平地面上铺一张白纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B，如图所示。下列说法中正确的是（）A．皮球下落过程中动能转化为重力势能 B．皮球落地发生形变的过程中动能转化为弹性势能 C．形成圆斑B时皮球是从更高处下落的 D．形成圆斑A时皮球接触地面后形变程度更小一．选择题（共15小题）1．（2023•雁塔区校级模拟）近年来，中国科技成就让世人瞩目，探月“嫦娥”、入海“蛟龙”、中国高铁、“天舟一号”、国产大飞机C919等一大批对国民经济和社会发展有重大影响的标志性成果不断涌现。下列说法中正确的是（）A．高铁因为速度快所以惯性大 B．国产大飞机减速下降时，其机械能守恒 C．绕月飞行的“嫦娥”探测器，运动状态不断发生变化 D．“天舟一号”发射上升的过程中，受平衡力的作用2．（2023•新民市校级模拟）如图所示，弹簧的左端固定，将小球套在水平杆上，装置的各种摩擦均不计。a点是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b点是弹簧原长时小球的位置，c点是小球到达最右端的位置。小球由a点运动到c点的过程中（水平面光滑），下列说法中错误的是（）A．在a点时，弹簧的弹性势能最大 B．在b点时，小球的运动速度最大 C．从a点到b点，小球的机械能逐渐增大 D．从b点到c点，小球处于加速滑动过程3．（2023•老河口市模拟）一个篮球从A点由静止下落，下落的速度与时间图象如图甲所示。篮球相继经过B、C两个位置，且AB＝BC，如图乙所示。在篮球从A下落到C过程中，考虑空气阻力的影响，下列说法正确的是（）A．重力在BC段做功比在AB段做功快 B．重力在BC段做功比在AB段做功多 C．篮球在A点的重力势能小于在B点的重力势能 D．在运动过程中，篮球的机械能不变4．（2023•新城区校级模拟）如图，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I0．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5．（2023•虎林市校级一模）人造地球卫星在大气层外环绕地球运行（不受空气阻力），当它从远地点向近地点运动时（）A．动能减小，势能增大，机械能不变 B．动能增大，势能减小，机械能不变 C．动能减小，势能减小，机械能减小 D．动能增大，势能减小，机械能减小6．（2023•孝义市三模）农民在精选谷种时，常用一种叫“风车”的农具进行分选。在同一风力作用下，谷种和瘪谷都从洞口水平飞出，结果谷种和瘪谷落地点不同，自然分开，如图所示。关于谷种下列分析正确的是（）A．飞出洞口加速下落是因为受到了非平衡力 B．在下落过程中运动状态保持不变 C．飞出洞口到落地的过程中重力势能变大 D．在下落过程中如果所受外力全部消失，将静止在空中7．（2023•株洲二模）在探究“物体的动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让质量相同的小车从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，能将木块撞出一段距离，如图所示，下列说法错误的是（）A．小车在光滑斜面上往下滑，重力势能减小，动能增大 B．小车在斜面上自由释放时位置越高，到达水平面时初速度越快 C．该实验的目的是探究小车的动能大小与高度的关系 D．木块被撞击后滑行距离不同，但滑行时所受摩擦力相同8．（2023•白银一模）无人机已被应用于诸多领域。如图所示，是一款我国具有完全自主知识产权的某品牌无人机，在无人机匀速上升的过程中，对其分析正确的是（）A．动能不变，重力势能增大 B．动能减小，重力势能增大 C．动能增大，重力势能增大 D．动能增大，重力势能减小9．（2023•西乡塘区二模）现代农业用无人机喷洒农药，安全又高效。如图所示，喷药无人机正在农田上方沿水平方向匀速飞行并喷洒农药，下列关于无人机的说法，正确的是（）A．动能与重力势能均不变 B．动能与重力势能均减小 C．动能不变，重力势能减小 D．动能减小，重力势能不变10．（2023•东河区校级四模）如图所示，质量一定的木块放在粗糙程度不同的水平桌面上，AB＝BC，木块在水平恒力F作用下从静止开始从A运动到C，AB过程中加速运动，BC过程中匀速运动，下列说法中正确的是（）A．木块在AB段所受的摩擦力等于在BC段所受的摩擦力 B．水平拉力F在AB段做的功大于在BC段做的功 C．木块在AB段与桌面有摩擦，它的机械能逐渐减小 D．水平拉力F在AB段的功率小于在BC段的功率11．（2023•高密市三模）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12．（2023•绵阳模拟）某运动员做蹦极运动，如图甲所示，从高处O点开始下落，A点是弹性绳的自由长度，在B点运动员所受弹力恰好等于重力，C点是第一次下落到达的最低点。运动员所受弹性绳弹力F的大小随时间t变化的情况如图乙所示（蹦极过程视为在竖直方向的运动）。下列判断错误的是（）A．运动员在B点的动能大于在C点动能 B．从B点到C点绳的弹性势能增大 C．运动员重力大小大于F0 D．t0时刻运动员动能为013．（2023•越秀区校级模拟）低空跳伞是一种极限运动。一名跳伞运动员背着伞包从某高层建筑顶层跳下，且一直沿竖直方向下落，整个运动过程的v﹣t图像如图所示，10s末时打开了降落伞。下列说法正确的是（）A．前10s内，运动员减少的重力势能全部转化为动能 B．10～15s，运动员和降落伞受到的空气阻力大于其总重力 C．15～30s，运动员和降落伞的动能增大 D．10～30s，运动员和降落伞的机械能总量保持不变14．（2023•保山二模）在“探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验中，如图甲所示，用同一弹簧测力计两次水平拉动同一木块，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象，则下列说法正确的是（）A．木块第一次和第二次运动的速度之比为1：2 B．木块两次受到的滑动摩擦力大小之比为2：1 C．相同时间内拉力两次对木块做功之比为4：1 D．木块两次所受拉力之比为1：115．（2023•宜州区一模）一车在平直的公路上做直线运动，其v﹣t图像如图所示，汽车在第10s时已行驶了150m，速度达到了20m/s，随后匀速前进.若汽车在行驶过程中所受阻力大小始终为2000N，以下说法正确的是（）A．在0～20s内汽车的平均速度为15m/s B．在10～20s内汽车的牵引力做的功为4×105J C．在0～10s内汽车牵引力大小恒为2000N D．在10～20s内汽车牵引力做功的功率为4×105W二．实验探究题（共2小题）16．（2023•曲阜市一模）热爱劳动的平平，在家帮妈妈做饭时，一个饮料瓶不小心落到了松软的玉米面团上，在面团上留下较深的痕迹。于是他灵机一动，利用玉米面团和装有水的饮料瓶，依次做了如图所示的一系列实验：（1）做实验①②③是为了探究；（2）利用实验④⑤可探究重力势能大小与是否有关；（3）《民法典》中规定“禁止从建筑物中抛掷物品”，生活中要杜绝“高空抛物”这种严重危害公共安全的行为，“高空抛物”危害性大的原因，可通过分析实验⑤⑥得出的结论来解释，请你写出该结论。17．（2023•西青区校级模拟）如图是“研究物体的动能与哪些因素有关”的实验装置示意图。请你完成下列内容。（1）通过观察来判断（选填“A”或“B”）动能的大小；（2）让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下，推动木块做功，目的是为了探究动能的大小与