广东省2024年中考物理一轮复习考点探究 学案 第10讲 功与机械能（含答案）

第10讲 功与机械能
【回归教材】
知识清单
考点1 功、功率
1.功
(1)两个必要因素:一是作用在物体上的 ;二是物体在 上移动的距离。
(2)功的计算:功等于 与 的乘积,表达式: 。
(3)单位: ,符号为 ;1 J=1 N·m。
(4)三种不做功的情况
①不劳无功:物体没有受到力的作用,但由于惯性通过了一段距离。例如踢出去的足球在空中运动,脚对球不做功。
②不动无功:物体受到力的作用,但保持静止状态,即没有移动距离。例如“推而不动”“搬而未起”。
③垂直无功:物体受到力的作用,也移动了一段距离,但移动方向与力的方向垂直。例如手提物体沿水平方向移动,手对物体不做功。
2.功率
(1)定义:在物理学中,把 与 之比叫作功率。它是表示物体 的物理量。
(2)公式及推导:P=,若物体在力F的作用下以速度v匀速运动,由W=Fs得,P===Fv。
(3)单位:基本单位是 ,符号是 ;工程技术上还常用 ,符号是 。单位之间的换算关系:1 kW= W,1 W=1 J/s。
【提示】　一个力做功的多少由功率和时间两个因素决定,功率大的做功不一定多,做功多的功率也不一定大。
考点公关
例题1 下列说法正确的是 ( )
A.物体做的功越多,则功率就越大
B.物体做功的时间越短,则功率越大
C.在相同的时间内做的功越多,功率越大
D.功率越大,则做功越多
思路点拨
功率是单位时间内做功的多少,是表示做功快慢的物理量。功率的大小与做功多少和所用时间都有关系。
【答案】1.(1)力　这个力的方向
(2)力　物体在力的方向上移动的距离　W=Fs
(3)焦耳　J
2.(1)功　做功所用时间　做功快慢
(3)瓦特　W　千瓦　kW　103
例题1　C
考点2 动能、势能
1.能量
(1)定义:物体能够对外 ,我们就说这个物体具有能量,简称 。
(2)单位:能量的单位是 ,符号是 。
(3)功与能量的关系:一个物体能够做的功越多,表示这个物体的能量越大。
2.动能
(1)定义:物体由于 而具有的能,叫作动能。
(2)影响因素:质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能越 ;运动速度相同的物体, 越大,它的动能越大。
3.重力势能
(1)定义:物体由于受到重力并处在一定 而具有的能,叫作重力势能。
(2)影响因素:物体的 越大, 越高,它具有的重力势能就 。
(3)比较方法:质量相同时比较 ;高度相同时比较 。
4.弹性势能
(1)定义:物体由于 而具有的能,叫作弹性势能。
(2)影响因素:物体的 越大,它具有的弹性势能 。
考点公关
例题2 在水平面上放置着一轻质弹簧,有一物体在它正上方自由落下,在物体压缩弹簧到速度为零时( )
A.物体的重力势能最大
B.物体的动能最大
C.弹簧的弹性势能最大
D.弹簧的弹性势能最小
思路点拨
(1)动能大小的影响因素:质量、速度。质量越大,速度越大,动能越大。(2)重力势能大小的影响因素:质量、被举的高度。质量越大,高度越高,重力势能越大。(3)弹性势能与弹性形变有关,弹性形变越大,弹性势能就越大。
【答案】1.(1)做功　能
(2)焦耳　J
2.(1)运动
(2)大　质量
3.(1)高度
(2)质量　高度　越大
(3)高度　质量
4.(1)发生弹性形变
(2)弹性形变　越大
例题2　C
考点3 机械能及其转化
1.机械能
(1)定义: 、 和弹性势能统称为机械能。
(2)单位: ,符号 。
2.机械能的转化
(1)转化的规律:减少的能量转化为增加的能量。
(2)人造地球卫星的能量转化:近地点→远地点: 能转化为 能;远地点→近地点: 能转化为 能。
3.机械能守恒:如果只有动能和势能的相互转化,机械能的总和保持 。
【提示】　题中如果有“在光滑斜面上滑动”,则“光滑”表示没有能量损失——机械能守恒;“在斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。
考点公关
例题3 将皮球从离地某一高度O点处水平抛出,球落地后又弹起。它的部分运动轨迹如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.若将皮球表面涂黑,则会在地面M、N两点留下两个大小相等的黑色圆斑
B.皮球第一次反弹后到达最高点P点时速度为零
C.皮球在D点时的机械能小于在C点时的机械能
D.皮球经过同一高度的A、B两点时动能相等
思路点拨
弹性势能大小与弹性形变程度有关,黑色圆斑的大小能反应小球弹性形变程度,圆斑越大,形变越大,故A错误。从轨迹来看,小球既有竖直方向的速度又有水平方向的速度,故B错误。由图可知,每次小球反弹后到的最高点都比上一次的最高点要低,说明小球受到空气阻力,机械能逐渐变小。机械能是物体动能与势能的总和,AB两点高度相同则重力势能相同,故C正确、D错误。
【答案】1.(1)动能　重力势能
(2)焦耳　J
2.(2)动　重力势　重力势　动
3.不变
例题3　C
核心突破
功、功率大小的计算
例题 “绿色环保,低碳出行。”一辆纯电动公交车在水平路面上匀速行驶,发动机的功率为200 kW,速度为72 km/h。公交车行驶1 h,发动机做的功为 J,公交车行驶的平均牵引力为
N。
解题思维导图
变式训练
1.我国自行设计的新型履带式水陆两栖坦克,如图所示,它既可像普通坦克一样在陆地上高速行驶,又能像船一样在水中航行。该坦克的质量为22 t,配备发动机的最大功率为420 kW。若在水中匀速航行时,最大速度为18 km/h,此时受到的阻力 N。
2.如图所示,一木块沿固定光滑斜面下滑,木块(不计大小)的重力为10 N,所受支持力为8 N,则木块由斜面顶端滑到底端的过程中,重力做功为 J,支持力做功为 J。
【答案】例题　7.2×108　1×104
变式训练　
1.8.4×104
【解析】坦克在水中航行时,最大速度v=18 km/h=5 m/s,发动机的最大功率P=420 kW=4.2×105 W,由P===Fv得,坦克的牵引力F===8.4×104 N,因为坦克匀速航行,所以坦克受到的牵引力和阻力是一对平衡力,大小相等,即坦克受到的阻力f=F=8.4×104 N。
2.0.6　0
【解析】木块由斜面顶端滑到底端的过程中,受到重力和支持力的作用,在重力的方向上通过了距离,在支持力的方向没有通过距离,所以重力对木块做功,支持力对木块不做功,即做功为0 J。木块在重力的方向上通过的距离h=6 cm=0.06 m,则重力做功W=Gh=10 N×0.06 m=0.6 J。
【实验探究】
回归教材——图说物理
教材图片 考查内容
如图所示的交通标志牌,在同样的道路上对不同的车型设定不一样的最高行驶速度,是因为车的 相同时, 大的车动能更大,行驶时危险性就更大
网球拍由于发生弹性形变而具有 ,被击打出去的网球能在空中继续飞行是由于网球具有
如图所示,滚摆沿着悬线向下运动的过程中, 能转化为 能;滚摆每次上升的最大高度逐渐减小,这说明滚摆的机械能
如图所示,一个铁锁用绳子悬挂起来,将铁锁拉到刚贴到自己的鼻子的位置,然后从静止释放。铁锁摆回时 (选填“会”或“不会”)打到鼻子
图为人造地球卫星的轨道示意图。卫星在大气层外运行,不受空气阻力,可视为只有动能和势能的转化,因此机械能 。卫星在远地点时 (选填“动能”或“势能”,下同)最大;从远地点向近地点运动时,它的势能减小, 增大,速度也就增大
【答案】速度　质量　弹性势能　惯性　重力势　动　减小　不会
守恒　势能　动能
围绕课标——课标重点实验
实验导航
实验:探究动能大小的影响因素
实验装置
实验方法
(1)转换法的应用:通过木块 来反映钢球动能的大小。
(2)控制变量法的应用:
a.探究动能的大小与速度的关系:让同一钢球从斜面的 由静止释放,观察木块被推动的距离。
b.探究动能的大小与质量的关系:让质量不同的钢球从斜面的 由静止释放,观察木块被推动的距离。
实验结论
当物体的运动速度相同时,物体的质量越大,动能 ;当物体的质量相同时,物体的运动速度越大,动能 。
【答案】实验方法
(1)被推动的距离
(2)a.不同高度　b.同一高度
实验结论
越大　越大
实验母题串考点
母题 小明在探究“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=mBh2),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。
制订计划与设计实验
(1)该实验探究的是 (选填“木块”或“钢球”)的动能。
(2)实验通过控制 ,来控制钢球到达斜面底部的速度大小。
(3)实验通过观察木块 ,来判断钢球动能的大小,这种研究问题的方法叫 。
分析论证
(4)比较 两图进行的实验,可以探究钢球动能的大小与速度的关系。
(5)分析比较甲和丙两组实验可得出结论: 。此探究过程中两球刚好运动到水平面时的速度 (选填“相等”或“不相等”)。
评估
(6)若水平面绝对光滑,本实验 (选填“能”或“不能”)达到探究目的。
(7)在上述甲、乙两组实验中,木块被撞击后最终在木板表面静止,木块两次克服摩擦力做的功分别W甲和W乙,则两者的大小关系为W甲 (选填“>”、“<”或“=”)W乙。
拓展设问
　　(8)为进一步探究哪个因素对物体动能的影响更大,小明进行了相关的实验,实验数据如下表所示。分析数据可知,物体的 对物体动能的影响较大,依据是 。
次数 钢球质量/g 钢球撞击速度v/(cm·s-1) 木块移动的距离/cm
1 100 8 20
2 100 16 80
3 200 8 40
【答案】(1)钢球
(2)钢球在斜面由静止开始滚下的高度
(3)被钢球撞出距离的长短　转换法
(4)甲、乙
(5)在速度相同时,质量越大,动能越大　相等
(6)不能
(7)>
拓展设问　速度　在质量不变时,速度变为原来的2倍,动能变为原来的4倍,在速度不变时,质量变为原来的2倍,动能也变为原来的2倍
【真题精粹】
考向1 做功的判断　
1.(2017·江西)如图所示,这是台球比赛中球杆击球后两球相撞的场景,此现象说明力能改变物体的 ,台球在桌面上滚动的过程中,球杆对台球 (选填“做功”或“不做功”)。
2.(2023·江西)我国无人机技术世界领先,应用广泛。如图所示,送快递的无人机匀速下降时,它相对于地面是 的,机械能 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】1.运动状态　不做功
【解析】由题图知两球相撞后,打出的球运动方向发生改变,运动状态发生变化,被打的球由静止变为运动,运动状态也发生变化,此现象说明力能改变物体的运动状态;台球在桌面上滚动的过程中,球杆对台球不再有力的作用,所以球杆对台球不做功。
2.运动　减小
【解析】无人机匀速下降时,无人机相对于地面的位置在不断发生变化,是运动的;无人机匀速下降时,质量不变,速度不变,动能不变,高度不断减小,重力势能减小,故它的机械能减小。
考向2 机械能及其转化(6年4考)
3.(2022·江西)图示为北京冬奥会钢架雪车比赛场景。运动员匍匐在钢架雪车上,沿冰道从山坡上快速滑降, 转化为动能;在此过程中,运动员相对于 是运动的。
4.(2019·江西)如图所示,天花板上悬挂着两个静止的易拉罐,一个装满湿沙子,另一个是空的。
(1)用相同的力分别推这两个处于静止状态的易拉罐,哪个更难被推动 为什么
(2)用一个较大的力推装满湿沙子的易拉罐,使它来回摆动起来,假如易拉罐摆动到最高位置的瞬间,绳子突然断了,此刻,易拉罐具有哪种形式的机械能
5.(2023·乐山)如图所示,用轻质细绳悬挂一小球在竖直平面内摆动。在某次摆动过程中,小球依次经过A、B、C三点,A、C两点高度相同,B点为最低点,不计空气阻力,下列说法正确的是 ( )
A.小球在B点动能最大
B.小球从B点运动到C点,重力势能转化为动能
C.A、C两点速度大小不同
D.小球的机械能不守恒
【答案】3.重力势能　冰道
【解析】运动员匍匐在钢架雪车上,沿冰道从山坡上快速滑降,所以重力势能转化为动能;钢架雪车在冰道上高速行驶,以冰道为参照物,运动员的位置不断变化,所以运动员是运动的。
4.(1)物体保持原来运动状态不变的性质叫惯性,质量越大,物体的惯性越大,装满湿沙子的易拉罐质量大,所以更容易保持之前的静止状态,故用相同的力分别推这两个处于静止状态的易拉罐,装满湿沙子的易拉罐更难被推动。
(2)易拉罐达到最高位置时,可知其速度为0,受到竖直向下的重力和绳子对其的拉力,绳子断开后,拉力为0,只受到竖直向下的重力,综上,易拉罐只具有重力势能。
5.A
考向3 功、功率的图像　
6.(2017·江西)(多选)如图所示,这是跳伞运动员在匀速下落过程中,下落的速度v、下落的路程s、重力做的功W和重力做功的功率P随时间t变化规律的图像,其中正确的是 ( )
【答案】6.AD　【解析】跳伞运动员在匀速下落过程中,做匀速直线运动,匀速直线运动中的速度不随时间变化,故v-t图线为平行于时间轴的直线,在s-t 图像中,匀速直线运动的图线为倾斜的直线,故A正确,B错误;W=Gh=Gvt,其中重力G、速度v均为定值,重力做的功W与时间t成正比,图线为倾斜的直线,故C错误;P=Fv=Gv,其中重力G、速度v均为定值,故功率P也为定值,图线为平行于时间轴的直线,故D正确。
考向4 功、功率大小的计算(6年3考)
7.(2020·江西)(多选)如图所示,将重6 N的物体匀速拉高20 cm,在此过程中,不计滑轮装置自重、绳重和摩擦,以下说法正确的是 ( )
A.绳子自由端被拉下1.2 m
B.绳子对地面的拉力为1 N
C.重力对物体所做的功为1.2 J
D.横梁受到的拉力为9 N
8.(2019·江西节选)王爷爷驾驶汽车在某段平直高速公路上行驶。若汽车以速度v匀速行驶时间t,已知汽车总重为G,匀速行驶时受到的阻力为汽车总重的,求汽车在这段时间内的功率。(温馨提示:计算结果请用字母表示)
【答案】7.CD　【解析】由题图可知,n=4,绳子自由端被拉下距离s=4h=4×20 cm=80 cm=0.8 m,故A错误;不计滑轮装置自重、绳重和摩擦,由F=G可得绳子对地面的拉力F=G=×6 N=1.5 N,故B错误;对物体所做的功W=Gh=6 N×0.2 m=1.2 J,故C正确;由题图可知,横梁受到6段绳子向下的拉力, 横梁受到的拉力F'=6F=6×1.5 N=9 N,故D正确。
8.【解】汽车匀速直线运动时,受力平衡,所以
F动=F阻=
所以其功率:P=F动v=
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