專題20 功和功率　機械能（原卷版）

專題20功和功率機械能【思維導圖】【知識點回顧】一、機械能eq\a\vs4\al(考點1識別動能、重力勢能和彈性勢能)1．動能是物體由于________而具有的能。2．勢能①重力勢能：物體由于________而具有的能叫做重力勢能。②彈性勢能：物體由于________而具有的能叫做彈性勢能。eq\a\vs4\al(考點2知道動能大小跟質(zhì)量、速度的定性關(guān)系)動能的大小與物體的________及物體運動的________有關(guān)。質(zhì)量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越________；運動速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動能也越________?？键c3知道重力勢能大小跟質(zhì)量、舉高高度的定性關(guān)系重力勢能的大小與物體的________及物體所處的________有關(guān)。eq\a\vs4\al(考點4知道彈性勢能大小跟彈性形變的定性關(guān)系)彈性勢能的大小跟物體的材料以及________的大小有關(guān)，彈性形變越大，物體的彈性勢能就越________。eq\a\vs4\al(考點5舉例說出動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化)單擺：將擺錘拉高一定的高度后放手。擺錘在向下擺動的過程中________轉(zhuǎn)化為________，在擺錘擺過中點后向上擺動的過程中________轉(zhuǎn)化為________。eq\a\vs4\al(考點6描述機械能守恒的含義)動能和勢能統(tǒng)稱為________。動能和勢能之間可以________。如果沒有摩擦等阻力，那么在勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化中，機械能的________，即機械能守恒。(注意不考慮阻力)eq\a\vs4\al(考點7利用機械能守恒解釋簡單的現(xiàn)象)1．如果沒有摩擦阻力，動能和勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中，機械能總量________。2．如果存在摩擦阻力，動能和勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中，機械能的總量會減少。減少的機械能轉(zhuǎn)化為摩擦產(chǎn)生的________能。二、機械功eq\a\vs4\al(考點8理解功的概念)1．做功的兩個必要因素：________和________。2．功是作用于物體的力和物體在力的方向上移動的________的________。eq\a\vs4\al(考點9知道功的單位)功的單位：________，簡稱焦，符號是J。1焦＝1牛·米。eq\a\vs4\al(考點10運用功的公式進行簡單的計算)公式：功＝力×距離，即________。力沒有做功的三種情況：①物體受到力的作用，但沒有移動距離；②物體不受外力，由于慣性做勻速直線運動；③物體通過的距離跟它受到的力的方向垂直。注意：物體做功的多少與物體是否做勻速直線運動、速度多大、接觸面是否粗糙均無關(guān)。三、功率eq\a\vs4\al(考點11說明功率的概念)1．定義：________內(nèi)做的功叫功率。2．意義：功率是用來描述物體________的物理量。eq\a\vs4\al(考點12知道功率的單位)功率的單位：________，簡稱瓦，符號是W。1瓦＝1焦/秒eq\a\vs4\al(考點13運用功率公式進行簡單的計算)功率的公式：________P＝Fveq\a\vs4\al(考點14從能的轉(zhuǎn)化來說明功率)________，所以做功快慢也就是能量轉(zhuǎn)化的快慢。因此，功率是表示能量轉(zhuǎn)化快慢的物理量?！纠}精析】（2022?杭州）現(xiàn)有甲、乙、丙三個質(zhì)量不同的物體（m甲＞m乙＞m丙），在相等的恒力F作用下，分別在水平方向、沿斜面向上、豎直方向通過了相等的距離s，如圖所示。F在三種情況下做的功分別為W甲、W乙、W丙，三者大小判斷正確的是（）A．W甲＞W(wǎng)乙＞W(wǎng)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）甲物體放在粗糙程度不變的水平地面上，在大小為6牛的水平推力F作用下，向右做速度為5米/秒的勻速直線運動，如圖所示（忽略空氣阻力）。下列敘述中，錯誤的是（）A．甲物體在豎直方向上受到重力和支持力的作用 B．甲物體受到水平向左的摩擦力大小為6牛 C．當F的大小為6牛時，做功的功率為30瓦 D．當F的大小為10牛時，甲物體將做速度大于5米/秒的勻速直線運動（2021?浙江）如圖是雨滴在空中下落過程中速度與時間的關(guān)系圖。雨滴在t1–t3三個時刻中具有的動能分別是E1、E2、E3，不考慮下落過程中雨滴的質(zhì)量變化，則動能的大小關(guān)系是（）A．E1＜E2＜E3 B．E1＞E2＞E3 C．E1＜E2＝E3 D．E1＝E2＜E3（2021?溫州）一顆番茄從手中由靜止開始下落，撞擊水面時濺起許多水珠（如圖），同時番茄仍有較大速度并繼續(xù)下沉。若不計一切機械能損耗，番茄從開始下落至剛好浸沒時減少的勢能（）A．等于所有濺起的水珠在撞擊過程中增加的機械能總和 B．大于所有濺起的水珠在撞擊過程中增加的機械能總和 C．等于所有濺起的水珠在空中上升過程中增加的機械能總和 D．小于所有濺起的水珠在空中上升過程中增加的機械能總和（2021?湖州）一端封閉的兩個完全相同的玻璃管（如圖所示），甲中裝水，乙中裝食用油。兩個完全相同的金屬小球從O處靜止釋放，下落到P處，小球在食用油中下落的時間更長。比較兩小球從O處到P處的下落情況，則小球（）A．重力勢能變化量不相同 B．獲得的動能相同 C．在食用油中重力做功慢 D．機械能不變（2022?杭州）如圖所示為蹦極運動的簡化示意圖，彈性繩一端系在運動員雙腳上，另一端固定在跳臺O點。運動員由靜止開始自由下落，A點處彈性繩正好處于原長；B點處運動員受到的重力與彈性繩對運動員的拉力大小相等；C點處是蹦極運動員到達的最低點。（整個過程忽略空氣阻力，彈性繩的自重不計）（1）從O點到A點的過程中，運動員的機械能（選填“增大”“減小”“不變”或“先增大后減小”）。（2）從A點到C點的過程中，彈性繩的彈性勢能（選填“增大”“減小”“不變”或“先增大后減小”，下同）；運動員的動能。（2022?紹興）長度均為20厘米的相同均質(zhì)木塊A、B平放在水平桌面上，從圖示位置開始推木塊。當F為3牛時，木塊靜止；當F為6牛時，木塊A、B開始沿桌面做勻速直線運動，2秒后木塊A掉落；繼續(xù)推木塊B使其仍做勻速直線運動直到掉落。（1）推力為3牛時，AB整體受到摩擦力為牛。（2）木塊A在桌面上勻速運動的速度大小為米/秒。（3）從開始推動到木塊B掉落的過程中，推力共做功焦。（2022?溫州）如圖是小明在做俯臥撐和引體向上的鍛煉場景。（1）圖甲中小明靜止時地面對雙手的支持力為F1，圖乙中小明靜止懸掛在單杠上時，單杠對他的作用力為F2，則F1F2（選填“大于”“小于”“等于”）。（2）重為600牛的小明按圖乙做一個引體向上，需克服自身重力做功約為焦。（3）運動時，人體產(chǎn)熱增加，散熱也加快，使體溫維持穩(wěn)定。寫出此時散熱的一種方式：。（2022?金華）跳臺滑雪是冬奧會比賽項目之一。（1）北京冬奧會上某運動員在跳臺滑雪比賽時的運動軌跡如圖所示，該運動員沿跳臺從A點到B點的下滑過程中，重力勢能大小的變化是；（2）跳臺采用的人造雪可循環(huán)利用，體現(xiàn)綠色奧運理念。造雪時不斷吸入水，噴出粉狀雪，該造雪過程中水發(fā)生的主要物態(tài)變化是。（2021?杭州）如圖所示，為兩個光滑的圓弧槽和一段粗糙的水平面相連接的裝置。將質(zhì)量為m的物體從左側(cè)圓弧槽A點由靜止釋放，最高到達右側(cè)圓弧槽B點處；然后再次滑下，最高到達左側(cè)圓弧槽C點處。其中A、B兩點距離水平面的高度分別為H、h（忽略空氣阻力）。（1）物體從A點滑到水平面時，重力所做的功為。（2）物體從A點滑到B點的過程中，損失的機械能轉(zhuǎn)化為物體內(nèi)能的效率為η，則物體到達B點時溫度升高了。（物體比熱容用c表示）（3）C點距離水平面的高度為。（2021?溫州）2021年5月，我國“天問一號”著陸巡視器成功著陸于火星烏托邦平原（如圖甲），實現(xiàn)了我國首次地外行星著陸。圖乙是其階段Ⅲ著陸過程中的高度隨時間的變化關(guān)系。（1）火星大氣密度是地球的1%，大氣中氧氣含量為0.15%且沒有液態(tài)水，表面平均溫度為﹣55℃，繞日公轉(zhuǎn)周期為687天。下列關(guān)于火星的說法不合理的是。A.表面平均溫度比地球低B.公轉(zhuǎn)周期比地球長C.大氣中氧氣含量比地球低D.雨、雪天數(shù)比地球多（2）圖乙中t1～t2時段，著陸巡視器在豎直向上推力作用下，豎直下落的速度減小，該過程中推力F與重力G的大小關(guān)系是。（不計大氣阻力）（3）著陸巡視器在火星上總重為4888牛，其重力在t2～t4時段做功焦。（2022?紹興）在“研究動能大小與速度關(guān)系”實驗中，小敏利用圖甲中的裝置進行研究，在水平面鋪上材料A制成的粗糙平板，同一小球從斜面不同高度靜止釋放，運動一段距離后停止，位置如圖。（1）根據(jù)圖甲實驗結(jié)果，可得出的結(jié)論是：質(zhì)量相同時，物體的速度越大，。（2）圖乙中，水平面鋪上不同材料的平板，其中材料A、B、C粗糙程度依次減小。小敏先后三次將同一小球從同一高度靜止釋放，剛到底部時用頻閃相機（間隔相同時間自動拍攝）開始記錄小球在平板上的位置情況。請在材料C平板上畫出第2、3次頻閃相機拍攝到小球的大致位置。（3）小敏調(diào)節(jié)圖甲中的平板呈不同角度，重現(xiàn)伽利略斜面實驗。不考慮底部轉(zhuǎn)折處的能量損失，下列最符合實際的現(xiàn)象是。（2022?麗水）如圖甲是清代的手持消防水槍，它在消防滅火中發(fā)揮過一定作用，其部分結(jié)構(gòu)如圖乙：槍身由內(nèi)外兩個套筒組成，外筒底部是進水口，內(nèi)筒頂端是噴水口、底部有活塞。使用時將進水口浸沒在水中，先向上提內(nèi)筒吸水，再向下壓內(nèi)筒噴水，如此反復。【原理分析】使用消防水槍吸水時，主要是利用了；【方案設(shè)計】如圖丙和丁是小麗設(shè)計的消防水槍進水口的兩種結(jié)構(gòu)，合理的是；【嘗試實踐】為了解消防水槍的使用效果，小麗和小科仿制了消防水槍并進行演示，用30秒將20千克水噴到15米高處，求他們對水做功的功率。

【習題鞏固】一．選擇題（共13小題）1．（2022?甌海區(qū)一模）圖甲為自由式滑雪大跳臺示意圖，比賽中選手的部分運動軌跡如圖乙，其中a點為滑上跳臺前的最低點，在b點離開跳臺，c為離開跳臺后運動的最高點，d為落地點。若空氣阻力不計，下列關(guān)于選手在相應位置能量變化示意圖正確的是（）A． B． C． D．2．（2022?杭州模擬）2020年12月，”嫦娥5號”探測器從月球上采樣并順利返回地球，如圖所示為返回的兩種返回技術(shù)示意圖。下列分析正確的是（）A．采用“跳躍式返回”可使返回器的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能更多 B．用“跳躍式返回”可使返回器與大氣摩擦通過的距離更短 C．采用“直接進入返回”可使返回器著陸前的速度更小 D．采用“直接進入返回”可使返回器著陸前具有的機械能更小3．（2022?玉環(huán)市一模）公交單車為廣大市民提供了一種“低碳環(huán)?！钡某鲂蟹绞?。下列關(guān)于自行車結(jié)構(gòu)及使用中，說法正確的是（）A．自行車轉(zhuǎn)彎時受到平衡力的作用 B．增大座墊面積能減小坐墊對人的壓強 C．下坡過程中自行車機械能守恒 D．把手的花紋是為了增大接觸面積，從而增大摩擦力4．（2022?奉化區(qū)模擬）小王系好安全彈性繩玩蹦極，他從最高點下落到最低點過程的v﹣t圖像如圖甲所示（忽略空氣阻力）。（忽略空氣阻力）。已知：在t1時，彈性繩處于自然伸直狀態(tài)；t3時，小王到最低點。則下列說法正確的是（）A．0～t3，小王的動能不斷增大 B．0～t3，小王的重力勢能不斷減少 C．0～t1，小王的機械能不斷增大 D．t1～t2，小王的機械能轉(zhuǎn)化為繩的彈性勢能，小王的速度逐漸變小5．（2022?鎮(zhèn)海區(qū)二模）如圖所示，一根質(zhì)量不計的彈簧，上端固定，下端掛一個小球，小球靜止時距地面高度為h，現(xiàn)用力向下拉小球使其與地面接觸，然后從靜止釋放小球，不計空氣阻力，且彈簧始終在彈性限度內(nèi)，下列說法錯誤的是（）A．小球上升到最高點時受力方向豎直向下 B．小球上升到距離地面高度為h時，速度最大 C．小球上升過程中，整個系統(tǒng)的勢能不斷增大 D．小球運動過程中，整個系統(tǒng)的機械能守恒6．（2022?杭州二模）如圖所示，質(zhì)量為40g的金屬小球從導軌的a處自由滑下，依次經(jīng)過b處、c處，最后到達d處時恰好停下。下列有關(guān)說法正確的是（）A．小球從a到b的過程中勢能全部轉(zhuǎn)化為動能 B．小球到達c處不具有動能 C．小球停在d處勢能減小0.12焦 D．這一過程能量不守恒7．（2022?拱墅區(qū)二模）如圖所示，一名中學生做一次引體向上，克服重力做的功約為（）A．3J B．30J C．300J D．3000J8．（2022?上城區(qū)一模）生活中經(jīng)?？梢娙鐖D甲、乙兩類電梯。當人站在勻速運行的電梯上，并與電梯一同上行，以下分析合理的是（）A．甲圖中人受到的支持力與重力是一對平衡力 B．甲圖中電梯對人沒有做功 C．乙圖中人受到的摩擦力沿斜面向下 D．乙圖中人受到的摩擦力與重力大小相等9．（2022?拱墅區(qū)校級一模）關(guān)于機械能守恒，下列說法正確的是（）A．沒有外力做功的情況下，機械能才會守恒 B．只有一個力做功時，機械能一定不守恒 C．物體受平衡力作用時，物體的機械能一定會守恒 D．物體受非平衡力作用時，物體的機械能可能會守恒10．（2022?樂清市一模）科學中常用數(shù)學方法來表示某些量的關(guān)系。下列物理量中能用陰影面積表示相應的量是（）A．功率 B．壓力 C．速度 D．密度11．（2022?紹興模擬）在某次跳傘訓練過程中，一體重為500N的運動員從空中懸停的直升機上由靜止開始豎直跳下，速度與時間的關(guān)系如圖，經(jīng)15s下落210m后，開始做勻速直線運動直至落地，整個過程用時30s。在這個過程中運動員（）A．受到的重力小于阻力 B．下落的平均速度20m/s C．機械能先增加再減小最后保持不變 D．運動員的重力做功的平均功率為5×103W12．（2022?新昌縣模擬）如圖所示，甲、乙是兩個相同的小球，在同一高度將甲、乙兩球拋出：甲球以速度v豎直向下拋出后落地；乙球以速度v豎直向上拋出至最高點A后落地，若不考慮空氣阻力，下列說法正確的是（）A．拋出時刻，甲球的動能比乙球的動能小 B．拋出時刻，甲球的機械能比乙球的機械能大 C．乙球在上升至最高點的過程中動能逐漸減小為零 D．甲球落地時的速度大于乙球落地時的速度13．（2022?拱墅區(qū)校級一模）如圖所示，用不可伸長的輕質(zhì)細線和輕質(zhì)彈簧分別吊質(zhì)量相同的小球A、B，將兩球拉開使細線與彈簧都在水平方向上，且高度相同，此時彈簧處于原長狀態(tài)，而后由靜止放開A、B兩球，兩球在運動中空氣阻力不計，到最低點時兩球在同一水平面上，關(guān)于兩球在最低點時速度的大小正確的是（）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．無法判定二．填空題（共6小題）14．（2022?文成縣一模）自由式滑雪大跳臺是運動員從100米以上的出發(fā)臺助滑加速至起跳臺，依靠慣性躍向空中，做出一套空中動作后在著陸落地。（1）圖中標注的A、B、C三個位置中，假設(shè)運動員的姿勢變化不大，運動員重力勢值最小的是。（2）假設(shè)滑雪運動員及其裝備的總質(zhì)量為70千克，該運動員從出發(fā)臺到達水平面用時3分鐘，重力在這段時間內(nèi)做功為焦。（3）助滑時，把身體縮成“蹲狀”的姿勢可讓運動員獲得較大速度的原因。15．（2022?杭州模擬）如圖所示，在同一高度以大小相同的初速度V0分別豎直向上和斜向上將同一小球拋出，不計空氣阻力。小球上升時，小球的能轉(zhuǎn)化為重力勢能；小球豎直向上、斜向上到達最高點時到水平地面的高度分別為h1和h2，小球又下落到與拋出點等高度時的速度大小分別為v1和v2，則h1h2，v1v2（大于/等于/小于）16．（2022?杭州二模）如圖所示，F(xiàn)1＝4N，F(xiàn)2＝3N，此時物體A相對于地面靜止，物體B以0.1m/s的速度在物體A表面向左做勻速直線運動（不計彈簧測力計、滑輪和繩子的自重及滑輪和繩子之間的摩擦）。（1）F2的功率為W。（2）物體A和地面之間（填“有”或“無”）摩擦力。17．（2022?蕭山區(qū)一模）物體G和彈簧相連固定于墻壁上，當物體處于位置B處彈簧沒有形變，用力將其拉至C處，松手后物體從C點出發(fā)在CA之間往返運動并最終停留在某處，停留時彈簧彈性勢能為0。則（1）由C到B時，彈簧的彈性勢能。（填“不變”、“增大”或“減少”）（2）物體在CA之間運動過程中，物體動能最大的點位于。（選填“B點”、“AB之間”或“BC之間”）（3）物體最終停留在。（選填“B點”、“AB之間”、“BC之間”）18．（2022?濱江區(qū)一模）如圖甲所示，在粗糙的斜面底部固定一個可伸縮的輕質(zhì)彈簧?，F(xiàn)將質(zhì)量為m的物塊左側(cè)從高度為ha的A點沿斜面向下壓縮彈簧至高度為hb的B點并由靜止釋放，物塊沿斜面向上滑動，最終靜止在斜面上高度為hd的D點，此時彈簧的長度等于原長；若換成表面光滑、其它條件完全相同的斜面，仍將質(zhì)量為m的物塊左側(cè)從A點沿斜面向下壓縮彈簧至B點由靜止釋放（如圖乙所示），物塊沿斜面向上滑至高度為hc的最高處C點后，在斜面上的BC兩點之間來回滑動。已知斜面上AB的長度為s1，AD的長度為s2，AC的長度為s3，則：（1）甲圖中，物塊離開彈簧后，沿斜面向上滑動最終靜止在D點的過程中，受到的摩擦力方向為沿斜面。（選填“向上”、“向下”或“先向下后向上”）（2）甲圖中，物塊沿斜面向上滑動時受到的摩擦力大小為