专题11 功和机械能（原卷版）

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（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（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（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（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（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（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m/s；4s内志愿者克服摩擦力做功的功率为W；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（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倍。（物体在空间站所受的引力约是在地球表面的0.9倍）（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W，8s～10s内木箱受到的摩擦力是N（忽略空气阻力）。（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：。（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：。（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•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。（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（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（选填“正确”或“错误”），理由是。（4）通过比较步骤和可以判断动能大小与物体质量的关系。（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，本实验中通过比较反映小球撞击木块C前的动能大小，这种研究方法叫（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（选填“相等”或“不相等”），该方案（选填“正确”或“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。（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。

【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．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2：18．（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＜W211．（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（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：。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（用所测物理量的符号表示）；（2）弹簧弹性势能的大小是通过来间接反映的；（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（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m；（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（选填“增大”或“减小”或“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来判断的。这种研究问题的方法叫；（2）实验中通过甲、乙两图，可以得出的结论是在质量一定时，物体的越大，动能越；（3）实验中通过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；（4）用此实验探究超载安全隐患时，我们应该选择两个图所示的实验进行比较。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（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/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；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