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3.3 能量转化的量度（2）
一、单选题
1.下列关于功率的说法，正确的是( ) 。
A.做功多的功率大 B.做相同的功， 所用时间越长功率越大
C.做功所用时间越短，功率越大 D.用相同的时间，做的功越多功率越大
2.（2021·余姚模拟）放在水平地面上的一物块，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系如图甲所示，物块速度v与时间t的关系如图乙所示，下列说法正确的是( )
A. 0~2s内物块没有推动，推力小于摩擦力 B. 2~4s内物块受到的摩擦力与水平推力是对平衡力
C. t=3s时，物块受到的摩擦力为f=3N D. 物块在4s- 6s时间内水平推力做功为16J
3.（2020九上·温州期中）科学中常用数学方法表示某些量的关系。下列图像中能用阴影面积表示相应的量的是（ ）
A. 力 B. 功率
C. 路程 D. 时间
4.（2020九上·长兴期中）如图所示，物体在相同力F的作用下，分别在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上沿着力的方向移动了相同的距离s，力F做的功分别为W1、W2、W3 ， 则下列说法中正确的是（ ）
A. W1=W2=W3 B. W1＜W2=W3
C. W1＜W2＜W3 D. W1=W2＜W3
5.（2021·慈溪模拟）悠悠球是除洋娃娃之外世界上最古老的玩具，它由轮与轴(含绕轴上的线)两部分组成(如图甲)。一悠悠球，轮半径为R，轴半径为r，线为细线，如图乙是玩悠悠球的两种不同方式，小科用拉力F使球在水平方向匀速运动距离s，则下列说法正确的是( )
A. 两种方式拉力F做功均为Fs B. a方式拉力F所做的功大于b方式拉力F所做的功
C. a方式拉力F所做的功小于b方式拉力F所做的功 D. 无法判断
6.（2021九下·台州月考）重为80Ｎ的物体在大小为20Ｎ，方向水平向右的拉力F1作用下，在水平面上以2m/s速度做匀速直线运动。当撤去拉力F1 ， 物体静止后，改用方向水平向左，大小为30N的拉力F2使物体向左运动10m，在力F 2作用的过程中 ( )
A. 物体与地面之间的摩擦力大小为30Ｎ B. 拉力F2做功为200Ｊ
C. 物体克服摩擦做功200J D. 物体运动的速度大小仍为2m/s
7.（2020九上·西湖期中）在甲、乙两图中，地面的粗糙程度相同。质量分别为m、2m的两个相同材质物体在大小分别为F1和F2的力作用下，在力的方向上匀速前进了相同的距离，则下列结论正确的是（ ）
A. 甲图中F1做的功小于乙图中F2做的功 B. 甲图中F1做的功等于乙图中F2做的功
C. 甲图中F1做功的功率等于乙图中F2做功的功率 D. 甲、乙两图中物体所受的摩擦力相等
8.（2020九上·新昌期末）如图所示，水平地面G点两侧粗糙程度不同，物体一直受到沿水平方向5N的拉力F。物体经过E点开始计时，每经过相同时间，用虚线框记录物体的位置，物体在EG段做匀速直线运动，则( )
A. 物体在GK段受到的摩擦力等于5N B. 物体在EF段的速度大于GH段的速度
C. 拉力F在EF段所做的功大于在GH段所做的功 D. 拉力F在EF段的功率小于在GK段的功率
9.（2020九上·兰溪期中）物体在水平地面上做直线运动，当物体运动的路程和时间图像如图甲时，受到的水平推力为F1;当物体运动的速度和时间图像如图乙时，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 P1>P2 B. F1=F2 P1
F2 P1>P2 D. .F1P2
10.（2020九上·西湖期中）跳绳是大家喜爱的体育运动之一，小金的质量为50千克，每次跳起高度约为6厘米（人整体上升，如图所示），一分钟跳100次，下列说法正确的是（ ）
A. 向上起跳过程中小金的动能持续增大 B. 在整个跳绳过程中小金的机械能守恒
C. 小金跳一次克服重力做功约3焦 D. 小金跳绳的功率约为50瓦
11.（2020九上·西湖期中）在水平地面上有一长方体木箱。小林用水平推力F把木箱向前推动，如图甲所示。此过程中，推力F随时间t的变化情况如图乙所示，木块前进的速度v的大小随时间t的变化情况如图丙所示，下列说法不正确的是（ ）
A. 1-3s内，木箱受到的滑动摩擦力为200N B. 0-1s内，推力不做功
C. 3-5s内，推力做功为400J D. 1-3s内，推力的功率恒为300W
二、填空题
12.甲、乙两位同学参加爬山活动。甲同学的体重为450牛，乙同学的体重为500牛。当他们爬到离地面100米的高度时，甲同学克服自身的重力做功 焦。如果该过程甲同学用了5分钟的时间，乙同学用了6分钟的时间，那么 同学的功率大。
13.（2020九上·越城期末）如图，将同一物体分别沿斜面AB、AC以相同的速度从底部匀速拉到顶点A，已知AB> AC。如果F1=F2 ，沿着AB、AC上升的摩擦力分别为f1、f2 ， 拉力所做的功率分别为P1、P2 ，则f1 f2 ，P1 P2 (选填“>”、“<”或“=")。
14.如图所示，某同学在做俯卧撑运动，此时可将他视为一个杠杆。他的重心在A'点，受到的重力为500牛，O为支点。已知OA为0.9米，B到A点的距离BA为0.6米。当他将身体撑起时，双手对地面的压力至少为 牛。若他在1分钟内做了30个俯卧撑，每次肩部上升的距离均为0.4米，则他做俯卧撑过程中的功率为 瓦。
15.（2020九上·镇海期末）步行是一种简易的健身运动，深受运动爱好者的喜爱。
（1）步行时，落地缓冲阶段鞋底发生形变，离地蹬伸时鞋底恢复原状，这一过程中动能与________相互转化。
（2）如图为步行示意图。当两脚一前一后着地时重心降低，而单脚着地迈步时重心升高，每走一步要克服重力做功。小科质量为 60kg，每分钟行走 100 步，他步行所消耗的功率是________W。
（3）人步行时消耗的能量大于克服自身重力所做功的原因是________。（答一点即可）
三、实验探究题
16.（2020九上·镇海期末）风车是利用风力做功的装置。小科制作了一架小风车，他想粗略测定风车在一定风速下做功的功率，实验装置如图所示。
（1）除了图中的实验器材，还必需的测量工具有：天平、________和________；
（2）实验时，逐渐增加挂在细线下的回形针数量，直到细线恰好缓慢匀速提升回形针为止。若测得回形针匀速上升的高度 h、所用的时间 t、回形针的总质量 m，则风车做功的功率 P＝________（表达式中的物理量均用符号表示）；
（3）如果选用较________（填“粗重”或“细轻）的线做实验，则测得风车的功率值将偏小；风车做功过程中，回形针获得了动能和________能。
17.（2020九上·拱墅期中）小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系如图所示。她首先测出小车重，然后用弹簧测力计沿斜面匀速拉动小车，调节斜面倾斜角θ的大小并多次测量，得表中所示的数据：
实验次数 斜面倾斜角 小车重G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 有用功 总功 机械效率
① 12° 5 0.2 1 2.1 1.0 2.1 ______
② 30° 5 0.5 1 3.6 2.5 ______ 69.4%
③ 45° 5 0.7 1 4.3 3.5 4.3
（1）根据表格中数据，第①次实验斜面的机械效率为________（计算结果小数点后保留一位）；第②次实验中总功为________；第③次实验中斜面对物体的摩擦力为________。
（2）分析表中的数据，可以得出的探究结论：斜面倾斜角θ越________，斜面越省力，斜面的机械效率越________。
（3）若斜面的倾斜程度、粗糙程度和物重都保持不变，只增加物体在斜面上运动的长度，则所测斜面的机械效率将________（填“变大”、 “变小”或 “不变”）
四、解答题
18.（2021九上·平阳月考）一辆质量2t的汽车，在平直公路上以额定功率80kW从静止开始运动，经l5s运动200m恰好达到最大速度，接着匀速运动25s关闭发动机，滑行100m停下。其ν﹣t图象如图所示。已知汽车在运动过程中受到的阻力恰为车重的0.2倍，求：
（1）.整个过程中发动机做的功；
（2）.汽车的最大速度ν最大
19.在立定跳远项目的测试时，体重为500牛的某同学从最高点到落地点的过程中，重心下降的最大距离是为0.3米，用时0.5秒，运动轨迹如图所示。
（1）此过程人的重力做的功为多少焦？
（2）人的重力的平均功率为多少瓦？
20.（2021·婺城模拟）如图甲，氦气球和热气球都是利用浮力升空的装置。请阅读材料回答问题：
材料一： 2017 年，国家明令禁止使用的氢气灌装手持气球，应改为使用氦气。
材料二：热气球由一个巨大的气囊、一个吊篮和用于加热空气的燃烧器组成。热气球上升前，对气囊充入足够多的空气使其鼓起来，然后用燃烧器对气囊内的空气加热一段时间，就可以实现升空，飞行过程中其体积基本不变。
（1）国家明令禁止使用的氢气灌装手持气球是因为氢气具有________的性质。
（2）分折材料二回答，该过程如何调节力的大小实现热气球升空？
（3）某热气球气囊外壳、吊篮以及加热器的总质量为460千克，货物和人总质量2000干克。热气球上升过程中速度与时间的关系如图乙所示，计算热气球在匀速上升阶段克服货物和人的重力做的功。
21.（2021·婺城模拟）无人机以高分辨率高速摄像机、轻型光学相机、激光扫描仪等设备获取信息，广泛应用在航拍、交通等领域。如图为某型号无人机，整机质量2千克，停放时与水平地面总接触面积0.002米2 ， 摄像机拍摄速度11000帧/秒。在轿车限速120千米/时的某高速公路上，交警利用该无人机进行道路通行情况实时监测。
（1）在60米高空，以24千米/小时的速度水平匀速跟拍过程中。判断该过程中无人机动能不变的理由是________。
（2）无人机竖直向上爬升60米的过程中克服重力做了多少功？
（3）无人机在某轿车通行0.6米的过程中拍摄220帧，通过计算判断该轿车是否超速。
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3.3 能量转化的量度（2）
一、单选题
1.下列关于功率的说法，正确的是( ) 。
A.做功多的功率大 B.做相同的功， 所用时间越长功率越大
C.做功所用时间越短，功率越大 D.用相同的时间，做的功越多功率越大
【答案】 D
【解答】根据可知，当时间相同时，做功越多，功率越大，题目没有限制时间相同，故A错误，D正确；
根据可知，做相同的功，所用时间越长，功率越小，故B错误；
根据可知，做相同的功，所用时间越短，功率越大，题目没有限制做功相同，故C错误。
故选D。
2.（2021·余姚模拟）放在水平地面上的一物块，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系如图甲所示，物块速度v与时间t的关系如图乙所示，下列说法正确的是( )
A. 0~2s内物块没有推动，推力小于摩擦力 B. 2~4s内物块受到的摩擦力与水平推力是对平衡力
C. t=3s时，物块受到的摩擦力为f=3N D. 物块在4s- 6s时间内水平推力做功为16J
【答案】 D
【解答】A.根据乙图可知，0~2s内物体的速度为零，即处于静止状态，此时它受到的推力和摩擦力相互平衡，即二者大小相等，故A错误；
B.根据乙图可知，2~4s内物体做加速运动，此时它受到合力的方向与运动方向相同，即F-f>0，也就是F>f，肯定不是平衡力，故B错误；
C.根据图乙可知，4~6s内物块做匀速直线运动，此时它受到的摩擦力等于推力2N。再t=3s时，物体做加速运动，它对地面的压力和接触面的粗糙程度不变，因此摩擦力不变，还是2N，故C错误；
D.根据乙图可知，4~6s内物块做匀速直线运动，速度为4m/s，那么物块通过的距离：s=vt=4m/s×2s=8m，推力做功：W=Fs=2N×8m=16J，故D正确。
故选D。
3.（2020九上·温州期中）科学中常用数学方法表示某些量的关系。下列图像中能用阴影面积表示相应的量的是（ ）
A. 力 B. 功率
C. 路程 D. 时间
【答案】 B
【解析】长方形的面积公式：S=ab，即等于长×宽，结合常见物理量的计算公式分析即可。
【解答】A.根据公式W=Fs可知，功等于力和距离的乘积，而不是力等于功和距离的乘积，故A错误；
B.根据P=Fv可知，功率等于力和速度的乘积，故B正确；
C.根据s=vt可知，路程等于速度和时间的乘积，而不是功和时间的乘积，故C错误；
D.根据W=Pt可知，功等于功率和时间的乘积，而不是时间等于功和功率的乘积，故D错误。
故选B。
4.（2020九上·长兴期中）如图所示，物体在相同力F的作用下，分别在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上沿着力的方向移动了相同的距离s，力F做的功分别为W1、W2、W3 ， 则下列说法中正确的是（ ）
A. W1=W2=W3 B. W1＜W2=W3
C. W1＜W2＜W3 D. W1=W2＜W3
【答案】 A
【解析】根据功的计算式W=Fs分析判断。
【解答】根据W=Fs可知，功的大小由作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离决定，与其它因素无关，因此力F做的功相等，即W1=W2=W3 ， 故A正确，而B、C、D错误。
故选A。
5.（2021·慈溪模拟）悠悠球是除洋娃娃之外世界上最古老的玩具，它由轮与轴(含绕轴上的线)两部分组成(如图甲)。一悠悠球，轮半径为R，轴半径为r，线为细线，如图乙是玩悠悠球的两种不同方式，小科用拉力F使球在水平方向匀速运动距离s，则下列说法正确的是( )
A. 两种方式拉力F做功均为Fs B. a方式拉力F所做的功大于b方式拉力F所做的功
C. a方式拉力F所做的功小于b方式拉力F所做的功 D. 无法判断
【答案】 C
【解析】（a）图受力F后悠悠球将向前滚动，利用W=Fs求F做功的大小；（b）图受力F后悠悠球将向前滚动，滚动s后求滚动的圈数，再乘以轴周长得出拉力移动的距离，再利用W=Fs求F做功的大小，最后比较做功的大小即可。
【解答】当悠悠球向前滚动的距离为s时，轮滚动的圈数为：；
轴滚动的圈数与轮相同，则轴向前滚动的距离为：；
（a）图，拉力作用在轴的下端时，轴向前滚动会使细线“收缩”，
拉力端实际移动的距离为：s1=s-s′=；F做功大小为：W1=F s1=；
（b）图，拉力F作用在轴的上端，轴向前滚动会使细线“拉长”，
拉力端实际移动的距离：s2=s+s′=；F做功大小：W2=F s2=；
则a方式拉力做的功小于b方式拉力做的功。
6.（2021九下·台州月考）重为80Ｎ的物体在大小为20Ｎ，方向水平向右的拉力F1作用下，在水平面上以2m/s速度做匀速直线运动。当撤去拉力F1 ， 物体静止后，改用方向水平向左，大小为30N的拉力F2使物体向左运动10m，在力F 2作用的过程中 ( )
A. 物体与地面之间的摩擦力大小为30Ｎ B. 拉力F2做功为200Ｊ
C. 物体克服摩擦做功200J D. 物体运动的速度大小仍为2m/s
【答案】 C
【解答】A.当物体做匀速直线运动时，它受到的摩擦力与拉力相互平衡，即f=F1=20N，故A错误；
B.拉力F2做功W=F2s=30N×10m=300J，故B错误；
C.物体克服摩擦力做功W'=fs=20N×10m=200J，故C正确；
D.因为拉力F2>f，所以物体做加速运动，故D错误。
故选C。
7.（2020九上·西湖期中）在甲、乙两图中，地面的粗糙程度相同。质量分别为m、2m的两个相同材质物体在大小分别为F1和F2的力作用下，在力的方向上匀速前进了相同的距离，则下列结论正确的是（ ）
A. 甲图中F1做的功小于乙图中F2做的功 B. 甲图中F1做的功等于乙图中F2做的功
C. 甲图中F1做功的功率等于乙图中F2做功的功率 D. 甲、乙两图中物体所受的摩擦力相等
【答案】 A
【解答】物体的材质相同，则接触面的粗糙程度相同，
因为甲的重力大于乙的重力，所以甲对地面的压力小于乙对地面的压力，
因此甲受到的摩擦力小于乙受到的摩擦力，故D错误；
根据二力平衡的条件可知，两个物体受到的拉力都等于受到的摩擦力。因此拉力F1两个物体前进的距离相等，根据公式W=Fs可知，F1做的功小于F2做的功，故A正确，B错误；
由于W18.（2020九上·新昌期末）如图所示，水平地面G点两侧粗糙程度不同，物体一直受到沿水平方向5N的拉力F。物体经过E点开始计时，每经过相同时间，用虚线框记录物体的位置，物体在EG段做匀速直线运动，则( )
A. 物体在GK段受到的摩擦力等于5N B. 物体在EF段的速度大于GH段的速度
C. 拉力F在EF段所做的功大于在GH段所做的功 D. 拉力F在EF段的功率小于在GK段的功率
【答案】 D
【解答】A.物体在EG段做匀速直线运动，那么它受到的摩擦力等于拉力5N。G点两侧的粗糙程度不同，而物体对表面的压力相同，因此物体受到的摩擦力不同，故A错误；
B.根据图片可知，时间tEF=2tGH ， 路程sEF=sGH ， 根据公式可知，物体在EF段的速度小于GH段的速度，故B错误；
C.拉力相等，都是5N，且距离s相等，根据W=Fs可知，拉力在EF段和GH段做功相等，故C错误；
D.已知速度vEF故选D。
9.（2020九上·兰溪期中）物体在水平地面上做直线运动，当物体运动的路程和时间图像如图甲时，受到的水平推力为F1;当物体运动的速度和时间图像如图乙时，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 P1>P2 B. F1=F2 P1 F2 P1>P2 D. .F1P2
【答案】 B
【解析】根据影响滑动摩擦力的因素分析两次运动中摩擦力大小是否发生变化，根据二力平衡的知识比较两次拉力的大小，根据公式P=Fv比较功率的大小。
【解答】（1）在两次运动中，物体对地面的压力和接触面的粗糙程度保持不变，那么它受到的摩擦力保持不变。根据甲图可知，路程和时间的变化图像为一条斜线，那么做匀速直线运动，即拉力等于摩擦力；根据乙图可知，物体仍然做匀速直线运动，拉力还等于摩擦力。因为摩擦力保持不变，所以拉力相等，即F1=F2；
（2）根据甲图可知，第一次运动的速度为：；根据乙图可知，第二次的速度为4m/s，即v1故选B。
10.（2020九上·西湖期中）跳绳是大家喜爱的体育运动之一，小金的质量为50千克，每次跳起高度约为6厘米（人整体上升，如图所示），一分钟跳100次，下列说法正确的是（ ）
A. 向上起跳过程中小金的动能持续增大 B. 在整个跳绳过程中小金的机械能守恒
C. 小金跳一次克服重力做功约3焦 D. 小金跳绳的功率约为50瓦
【答案】 D
【解答】A.向上起跳过程中小金的动能转化为重力势能和内能，速度减小，即动能减小，故A错误；
B. 在整个跳绳过程中小金的机械能会部分转化为内能，即机械能减小，故B错误；
C. 小金跳一次克服重力做功约：W=Gh=50kg×10N/kg×0.06m=30J，故C错误；
D.小金跳绳的功率约为： ，故D正确。
11.（2020九上·西湖期中）在水平地面上有一长方体木箱。小林用水平推力F把木箱向前推动，如图甲所示。此过程中，推力F随时间t的变化情况如图乙所示，木块前进的速度v的大小随时间t的变化情况如图丙所示，下列说法不正确的是（ ）
A. 1-3s内，木箱受到的滑动摩擦力为200N B. 0-1s内，推力不做功
C. 3-5s内，推力做功为400J D. 1-3s内，推力的功率恒为300W
【答案】 D
【解答】根据丙图可知，在3~5s内物体做匀速直线运动，此时物体受到的摩擦力等于推力。根据乙图可知，此时受到的推力F=200N，那么摩擦力f=F=200N。1-3s内，木箱对地面的压力和接触面的粗糙程度不变，那么摩擦力保持不变，即f=200N，故A正确不合题意；
根据丙图可知，0~1s内，物体处于静止状态，即运动的距离为零，根据公式W=Fs可知，此时推力不做功，故B正确不合题意；
3·5s内，物体前进的距离s=vt=1m/s×2s=2m，那么推力做功W=Fs=200N×2m=400J，故C正确不合题意；
1-3s内，物体做加速运动，最终速度1m/s，推力为300N，根据公式P=Fv可知，推力的平均功率肯定小于300W，故D错误符合题意。
二、填空题
12.甲、乙两位同学参加爬山活动。甲同学的体重为450牛，乙同学的体重为500牛。当他们爬到离地面100米的高度时，甲同学克服自身的重力做功 焦。如果该过程甲同学用了5分钟的时间，乙同学用了6分钟的时间，那么 同学的功率大。
【答案】 4.5×104；甲
【解析】根据W=Gh计算出克服重力做的功，根据计算功率，然后比较大小即可。
【解答】甲同学克服自身的重力做功W甲=G甲h甲=450N×100m=4.5×104J；
甲同学的功率；
乙同学克服自身的重力做功W乙=G乙h乙=500N×100m=5×104J；
甲同学的功率；
比较可知，甲同学的功率大。
13.（2020九上·越城期末）如图，将同一物体分别沿斜面AB、AC以相同的速度从底部匀速拉到顶点A，已知AB> AC。如果F1=F2 ，沿着AB、AC上升的摩擦力分别为f1、f2 ，拉力所做的功率分别为P1、P2 ，则f1 f2 ，P1 P2 (选填“>”、“<”或“=")。
【答案】 >；=
【解析】（1）对物体进行受力分析，然后根据二力平衡的知识比较摩擦力的大小；
（2）根据功率的计算式P=Fv比较两个功率的大小关系。
【解答】（1）根据图片可知，左边斜面倾斜角度小，因此物体的重力在斜面上的分力G分较小。
当物体在斜面上匀速上升时，它受到沿斜面向上的拉力F，沿斜面向下的摩擦力f和重力的分力G分 ， 即F=f+G分；
因为左边斜面上物体重力的分力偏小，所以左边斜面对物体的摩擦力较大；
即f1>f2。
（2）已知F1=F2 ，且v1=v2 ，根据公式P=Fv可知，功率P1=P2。
14.如图所示，某同学在做俯卧撑运动，此时可将他视为一个杠杆。他的重心在A'点，受到的重力为500牛，O为支点。已知OA为0.9米，B到A点的距离BA为0.6米。当他将身体撑起时，双手对地面的压力至少为 牛。若他在1分钟内做了30个俯卧撑，每次肩部上升的距离均为0.4米，则他做俯卧撑过程中的功率为 瓦。
【答案】 300；60
【解答】（1）根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2得到：F1×OB=G×OA；
F1×（0.9m+0.6m）=500N×0.9m；
解得：F1=300N；
（2）1min内做的总功W=Fs=300N×（0.4m×30）=3600J；
他做功的功率为：。
15.（2020九上·镇海期末）步行是一种简易的健身运动，深受运动爱好者的喜爱。
（1）步行时，落地缓冲阶段鞋底发生形变，离地蹬伸时鞋底恢复原状，这一过程中动能与________相互转化。
（2）如图为步行示意图。当两脚一前一后着地时重心降低，而单脚着地迈步时重心升高，每走一步要克服重力做功。小科质量为 60kg，每分钟行走 100 步，他步行所消耗的功率是________W。
（3）人步行时消耗的能量大于克服自身重力所做功的原因是________。（答一点即可）
【答案】 （1）(弹性)势能（2）50
（3）四肢运动需要消耗能量；身体肌肉的收缩和拉伸需要消耗能量；心脏推动血液循环需要消能量；人体向外散热需要消耗能量
【解答】（1）步行时，落地缓冲阶段鞋底发生形变，离地蹬伸时鞋底恢复原状，这一过程中动能与弹性势能相互转化。
（2）如下图所示，人迈步时重心到地面的距离：;
行走一步重心上升高度：△h=65cm-60cm=5cm=0.05m；
那么每分钟克服重力做功：W总=nW=nGh=60kg×10N/kg×0.05m×100=300J；
他步行的功率：。
（3）人步行时消耗的能量大于克服自身重力所做功的原因是：四肢运动需要消耗能量；身体肌肉的收缩和拉伸需要消耗能量；心脏推动血液循环需要消能量；人体向外散热需要消耗能量。
三、实验探究题
16.（2020九上·镇海期末）风车是利用风力做功的装置。小科制作了一架小风车，他想粗略测定风车在一定风速下做功的功率，实验装置如图所示。
（1）除了图中的实验器材，还必需的测量工具有：天平、________和________；
（2）实验时，逐渐增加挂在细线下的回形针数量，直到细线恰好缓慢匀速提升回形针为止。若测得回形针匀速上升的高度 h、所用的时间 t、回形针的总质量 m，则风车做功的功率 P＝________（表达式中的物理量均用符号表示）；
（3）如果选用较________（填“粗重”或“细轻）的线做实验，则测得风车的功率值将偏小；风车做功过程中，回形针获得了动能和________能。
【答案】 （1）刻度尺；秒表（2）（3）粗重；重力势
【解析】（1）风车旋转，将下面的重物吊起，克服重物的重力做功。根据W=Gh=mgh可知，要计算出风车做的功必须测量物体的质量和上升高度；根据可知，要计算出风车做功的功率，就必须测量重物上升的时间，据此确定所需器材；
（2）根据功的计算式W=Gh=mgh和功率的计算式分析推导即可；
（3）当风车旋转时，风车对重物和细线都做功，即W总=W线+W物。如果细线的重力较大，那么对细线做的功就较大，而对重物做功变小，自然计算出的功率就变小。回形针向上运动具有动能，位置升高而具有重力势能，据此分析解答。
【解答】（1）除了图中的实验器材，还必需的测量工具有：天平、刻度尺和秒表；
（2）风车克服回形针的重力做功，那么W=Gh=mgh；
风车做功的功率为：。
（3）如果选用较粗重的线做实验，则测得风车的功率值将偏小；风车做功过程中，回形针获得了动能和重力势能。
17.（2020九上·拱墅期中）小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系如图所示。她首先测出小车重，然后用弹簧测力计沿斜面匀速拉动小车，调节斜面倾斜角θ的大小并多次测量，得表中所示的数据：
实验次数 斜面倾斜角 小车重G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 有用功 总功 机械效率
① 12° 5 0.2 1 2.1 1.0 2.1 ______
② 30° 5 0.5 1 3.6 2.5 ______ 69.4%
③ 45° 5 0.7 1 4.3 3.5 4.3
（1）根据表格中数据，第①次实验斜面的机械效率为________（计算结果小数点后保留一位）；第②次实验中总功为________；第③次实验中斜面对物体的摩擦力为________。
（2）分析表中的数据，可以得出的探究结论：斜面倾斜角θ越________，斜面越省力，斜面的机械效率越________。
（3）若斜面的倾斜程度、粗糙程度和物重都保持不变，只增加物体在斜面上运动的长度，则所测斜面的机械效率将________（填“变大”、 “变小”或 “不变”）
【答案】 （1）47.6%；3.6J；0.8N（2）小；低或小（3）不变
【解析】（1）根据计算第①次的机械效率；根据W总=Fs计算第②次实验中总功；根据W额=W总-W有计算第③次时做的额外功，最后根据计算第③次实验中对物体的摩擦力；
（2）根据表格数据，分析省力情况，机械效率与斜面倾角的关系；
（3）根据斜面机械效率的影响因素分析。
【解答】（1）第①次实验斜面的机械效率为：；
第②次实验的总功：W总=Fs=3.6N×1m=3.6J；
第③次实验中额外功W额=W总-W有=4.3J-3.5J=0.8J；
斜面对物体的摩擦力：。
（2）分析表中的数据，可以得出的探究结论：斜面倾斜角θ越小，斜面越省力，斜面的机械效率越小（或低）。
（3）根据表格可知，斜面的机械效率与倾斜程度有关，与斜面的长度无关，因此：若斜面的倾斜程度、粗糙程度和物重都保持不变，只增加物体在斜面上运动的长度，则所测斜面的机械效率将不变。
四、解答题
18.（2021九上·平阳月考）一辆质量2t的汽车，在平直公路上以额定功率80kW从静止开始运动，经l5s运动200m恰好达到最大速度，接着匀速运动25s关闭发动机，滑行100m停下。其ν﹣t图象如图所示。已知汽车在运动过程中受到的阻力恰为车重的0.2倍，求：
（1）.整个过程中发动机做的功；
（2）.汽车的最大速度ν最大
【答案】 （1）解：由题意可知，整个过程中发动机的工作时间：t=15s+25s=40s，
由P= 可得，整个过程中发动机做的功：W=Pt=80×103W×40s=3.2×106J
（2）解：汽车的重力：G=mg=2000kg×10N/kg=2×104N，
由题意和图象可知，15﹣40s汽车的速度最大且做匀速直线运动，
根据二力平衡条件和题意可得，汽车匀速运动时的牵引力：F=f=0.2G=0.2×2×104N=4000N，
由P= = =Fv可得，汽车的最大速度：v最大= = =20m/s
【解析】（1）根据图像确定发动机做功的时间，然后根据W=Pt计算出发动机所做的功；
（2）首先根据G=mg计算出汽车的重力，再根据F=f=0.2G计算出汽车受到的牵引力，最后根据计算出汽车的最大速度。
19.在立定跳远项目的测试时，体重为500牛的某同学从最高点到落地点的过程中，重心下降的最大距离是为0.3米，用时0.5秒，运动轨迹如图所示。
（1）此过程人的重力做的功为多少焦？
（2）人的重力的平均功率为多少瓦？
【答案】 （1）重力做的功W=Gh=500N×0.3m=150J；
（2）人的重力的平均功率。
【解析】（1）根据W=Gh计算重力做的功；
（2）根据计算做功的平均功率。
20.（2021·婺城模拟）如图甲，氦气球和热气球都是利用浮力升空的装置。请阅读材料回答问题：
材料一： 2017 年，国家明令禁止使用的氢气灌装手持气球，应改为使用氦气。
材料二：热气球由一个巨大的气囊、一个吊篮和用于加热空气的燃烧器组成。热气球上升前，对气囊充入足够多的空气使其鼓起来，然后用燃烧器对气囊内的空气加热一段时间，就可以实现升空，飞行过程中其体积基本不变。
（1）国家明令禁止使用的氢气灌装手持气球是因为氢气具有________的性质。
（2）分折材料二回答，该过程如何调节力的大小实现热气球升空？
（3）某热气球气囊外壳、吊篮以及加热器的总质量为460千克，货物和人总质量2000干克。热气球上升过程中速度与时间的关系如图乙所示，计算热气球在匀速上升阶段克服货物和人的重力做的功。
【答案】 （1）易燃烧（易燃易爆）（可燃性）
（2）通过减少气球的重力，使其重力小于浮力，从而实现热气球升空
（3）解：G=mg=2000千克×10牛/千克=2×104牛
s=vt=4米/秒×20秒=80米
W=Fs=Gs=2×104牛×80米=1.6×106焦
【解析】（1）氢气具有可燃性，如果混入空气，那么遇到明火很可能发生爆炸；
（2）根据浮沉条件可知，热气球升空时，它受到的浮力肯定大于重力。气球的体积不变，那么它受到的浮力不变，只能通过减小气球的重力实现升空。
（3）根据G=mg计算货物和人的总重力，根据s=vt计算气球上升的距离，最后根据W=Gh计算克服重力做的功。
21.（2021·婺城模拟）无人机以高分辨率高速摄像机、轻型光学相机、激光扫描仪等设备获取信息，广泛应用在航拍、交通等领域。如图为某型号无人机，整机质量2千克，停放时与水平地面总接触面积0.002米2 ， 摄像机拍摄速度11000帧/秒。在轿车限速120千米/时的某高速公路上，交警利用该无人机进行道路通行情况实时监测。
（1）在60米高空，以24千米/小时的速度水平匀速跟拍过程中。判断该过程中无人机动能不变的理由是________。
（2）无人机竖直向上爬升60米的过程中克服重力做了多少功？
（3）无人机在某轿车通行0.6米的过程中拍摄220帧，通过计算判断该轿车是否超速。
【答案】 （1）质量和速度不变
（2）解：G=mg=2千克×10牛/千克=20牛
W=Gh=20牛×60米=1200焦
（3）解：220帧/(11000帧/秒)=0.02秒
v=s/t=0.6米/0.02秒=30米/秒=108千米/时＜120千米/时，所以不超速
【解析】（1）动能与物体的质量和速度大小有关，即质量越大、速度越大，物体的动能越大。
（2）根据G=mg计算出无人机的重力，然后根据W=Gh计算克服重力做的功。
（3）根据时间即计算出轿车行驶的时间，再根据计算轿车的速度，最后与限速比较即可。
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