第6节 功和机械能
考点管理
考点1 功、功率
1.如果一个力作用在物体上,物体在 ________ 上移动了一段距离,就说这个力对物体做了功。
2.做功的两个必要因素: ________ , ____________________ 。
3.力不做功的情况:有力无 ____ (如:推而不动);有距离无 __ (如:因惯性而继续向前运动);力的方向与运动方向 ____ (如:提着水桶移动)。
4.功的计算公式: ____ ,单位: ____ 。
5.功率是表示物体 __________ 的物理量,功与做功所用时间之比叫功率。
6.功率的计算公式: ____ ,单位: ____ 。
01 经典例题
例 小军用的水平推力,推放在水平地面上重的物体,使其做匀速直线运动。若该物体在内移动,小军水平推力做的功是_ _ _ _ ,推力做功功率是_ _ _ _ ,该过程中重力所做的功是_ _ _ _ 。
02 实战演练
1 下列关于功和功率的说法正确的是( )
A.功率越小,物体做功不一定越慢
B.功率越大,物体做功越多
C.功率越小,物体做功时间越短
D.功率越大,物体做功越快
2 [2025四川南充]日常生活 (多选)新学期,老师组织同学们进行了一场有意义的劳动——搬新书。在下列过程中,同学们对书做功的是( )
A.图甲中将书从地面提起的过程
B.图乙中在水平路面推车的过程
C.图丙中将书搬上教学楼的过程
D.图丁中将书堆放在桌面的过程
3 汽车爬坡时,驾驶员的操作是:加大油门,同时将变速器换成低速挡。加大油门是使发动机发挥最大的功率,换用低速挡是为了减速。那么,在爬坡时,减少汽车的速度是为了( )
A.增大动能 B.获取更大的动力
C.省距离 D.增大惯性
4 [2025四川凉山]模型建构 甲、乙两车同时同地在水平路面上向北沿直线行驶,它们的图像如图所示。已知甲车总重,若甲车内受到的牵引力大小恒为,则( )
A.乙车速度大小为
B.内,以甲车为参照物,乙车向北运动
C.内,甲车重力做功为
D.内,甲车牵引力功率为
5 [2025广东广州]在如图所示的粗糙程度相同的水平冰面上,运动员用水平推力从点推动冰壶,经过点时松手,冰壶到达点停止运动,由到和由到的过程中,设冰壶受到的滑动摩擦力分别为和,运动员对冰壶做的功分别为和,则( )
A. B. C. D.
6 [2025广西玉林模拟]一款智能送餐机器人的重力是,如果机器人在水平路面上以的速度沿直线匀速运动,它所受到的阻力为,牵引力对机器人做功_ _ _ _ ,功率为_ _ _ _ 。
7 [2025河南模拟]_ _ _ _ _ _ _ _ 如图是汉代画像砖上描绘的《史记》中“泗水取鼎”画面,两边各有数人用绳子通过滑轮拉起掉落在水中的鼎。图中的这种滑轮_ _ _ _ (选填“能”或“不能”)省力。若鼎的重力为,鼎被拉出水面后在内沿竖直方向匀速上升,其中一边绳子上拉力做功的功率为_ _ _ _ 。
8 [2025四川乐山]如图所示,在斜面上将一个重的物体匀速拉到高处,沿斜面向上的拉力,斜面长、高,则拉力所做的功为_ _ _ _ ;把重物直接提升所做的功作为有用功,忽略弹簧测力计的重力和空气阻力,则斜面对物体的摩擦力为_ _ _ _ 。
9 [2024广西]一艘货轮在长江某河段行驶,内匀速通过的路程,其牵引力为,求:
(1) 货轮行驶的速度;
(2) 牵引力做的功;
(3) 牵引力的功率。
10 [2025江苏苏州]叉车常用于货物的转运。叉车在内将质量为的货箱匀速竖直提升,取,求此过程中:
(1) 货箱的速度;
(2) 叉车对货箱所做的功;
(3) 叉车对货箱所做功的功率。
11 跳绳者妙妙同学的质量为,直立站在水平地面准备时,每只脚与地面的接触面积为;妙妙同学跳绳时,跳绳者的重心高度随时间变化的情况如图所示,跳绳的质量忽略不计,取。求:
(1) 妙妙同学直立站在水平地面准备时,对地面产生的压强;
(2) 妙妙同学跳绳时,跳动一次克服自身的重所做的功;
(3) 妙妙同学在内克服自身的重力做功的平均功率;
(4) 从物理学角度分析,如何提高跳绳的成绩(写两点)。
考点2 动能和势能
1.能量:物体能够 ________ ,我们就说这个物体具有能量,简称能。
2.动能:物体由于 ____ 而具有的能,一切运动的物体都具有动能。动能的影响因素是 ____ 和 ____ 。
3.重力势能:物体由于受到 ____ 并处于一定 ____ 时具有的能。重力势能的影响因素是 ____ 和 ____ 。
4.弹性势能:物体由于发生 ________ 而具有的能。弹性势能与物体的 ________ 有关。
01 经典例题
例 日常生活 2022年北京冬奥会赛场上,我国选手摘得自由式滑雪大跳台比赛的金牌。运动员离开跳台后,从低处向高处跃起后下落,在此过程中( )
A.动能一直减小 B.重力势能一直减小
C.动能先减小后增大 D.重力势能先减小后增大
02 实战演练
1 [2025广西]科技发展 如图所示,驮着货物匀速上山过程中的智能机器狗( )
A.动能增大 B.动能减小
C.重力势能增大 D.重力势能减小
2 [2025湖北]民族特色 如图是我国古代水力鼓风机示意图。水轮驱动装置推动杆压缩皮橐(音,口袋)送风,带动连接杆的绳拉弯竹子,随后竹子恢复原状带动皮橐张开吸气。下列说法错误的是( )
A.绳对竹子的拉力改变了竹子的形状
B.送风时竹子的弹性势能增大
C.送风时杆对皮橐不做功
D.竹子恢复过程弹力减小
3 [2025青海]跨学科实践 如图所示,下列措施中有利于顿钻碎石的是( )
①增大加重杆的重量
②减小加重杆的重量
③增加钻头的锋利程度
④尽量让钻从低的地方下落
A.①② B.②③ C.③④ D.①③
4 如图所示,一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在进行洒水作业,下列说法正确的是( )
A.质量不变,重力势能不变 B.质量变小,重力势能变小
C.重力势能变小,动能不变 D.重力势能不变,动能不变
5 [2024广西改编]科技发展 如图所示,我国空间站环绕地球飞行。当它靠近地球的过程中,速度越来越大,则它的动能越来越_ _ _ _ 。天舟八号货运飞船发射升空,成功对接在空间站,天舟八号加速升空时,动能_ _ _ _ ,重力势能_ _ _ _ (以上两空均选填“增大”“减小”或“不变”)。
6 [2025江苏淮安]如图所示是小明用弹弓射出小石子的场景。橡皮筋被拉时发生的形变越大,小石子弹出时的速度越_ _ _ _ ,该过程中橡皮筋的_ _ _ _ _ _ 能转化为小石子的_ _ _ _ 能。弹出的小石子能继续向前飞行,是因为小石子具有_ _ _ _ 。
7 [2025江苏无锡]用如图所示的装置探究物体的动能大小与速度的关系时,应让同一辆小车从斜面_ _ _ _ 高度处由静止滑下,撞击置于水平面上_ _ _ _ (选填“相同”或“不同”)位置的同一木块。通过比较木块_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 来比较小车动能的大小。
8 在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中,让不同质量的钢球从斜槽同一高度由静止开始滚下,将静止在水平面上的木块撞出一段距离,如图所示:
(1) 在钢球从斜槽滚下的过程中,钢球的重力势能转化为_ _ _ _ 。
(2) 实验表明,钢球质量越大,将木块撞得越远,对木块做功越_ _ _ _ ,钢球的动能就越_ _ _ _ 。
(3) 在水平面上,被撞出的木块由于受到_ _ _ _ 力的作用而停下。假如水平面光滑且足够长,它将做匀速直线运动。
考点3 机械能及其转化
1.机械能: ____ , ________ 和 ________ ,统称为机械能。
2.机械能守恒:如果只有 ____ 和 ____ 相互转化,机械能守恒。
01 经典例题
例1 [2025江苏连云港]科技发展 2025年4月24日,搭载神舟二十号载人飞船的长征二号运载火箭成功将三名航天员送入中国空间站。关于神舟二十号飞船加速升空的过程,下列说法正确的是( )
A.动能增加,重力势能不变,机械能增加
B.动能增加,重力势能增加,机械能增加
C.动能不变,重力势能减小,机械能减小
D.动能减小,重力势能增加,机械能不变
例2 [2025安徽]日常生活 网球比赛中,高速飞行的网球撞击球拍使球拍发生形变,如图所示,则在球拍恢复原状的过程中,球拍的弹性势能转化为网球的_ _ _ _ 。
02 实战演练
1 [2025四川巴中]日常生活 图甲是小朋友荡秋千的情景,其过程可简化为图乙所示,下列描述正确的是( )
A.到的过程小朋友重力势能变大
B.到的过程小朋友动能变大
C.点处小朋友的机械能最大
D.整个过程小朋友机械能一直在减小
2 [2025山东济南]科技发展 科技赋能正深刻改变着传统农业的生产方式,大大减轻了农民的负担,提高了生产效率。如图所示,一架无人机正在进行农药喷洒作业,随着农药的减少,下列情形中无人机(包括水箱和箱中农药)的机械能可能保持不变的是( )
A.水平向前匀速飞行 B.竖直向下匀速飞行
C.斜向上匀速飞行 D.斜向下匀速飞行
3 [2025山东潍坊]我国网球运动员在巴黎奥运会上为我国赢得了首枚奥运网球单打项目金牌。某次发球,她在点将球击出,击球后网球运动的频闪照片如图所示,球触地弹起后运动的最高点为,触地过程中有一部分机械能转化成了内能,点与点等高,则( )
A.网球在点的动能为零
B.网球在点的机械能等于在点的机械能
C.网球在点的动能大于在点的动能
D.网球由点运动到点,减小的重力势能全部转化为动能
4 [2025河北]跨学科实践 图为河北丰宁抽水蓄能电站(目前世界装机容量最大)的示意图。用电低谷时,通过电力将水从下水库抽到上水库;用电高峰时,再由上水库放水至下水库发电。下列说法正确的是( )
A.水从下水库被抽到上水库,重力势能减小
B.物料运输车沿盘山路行驶,速度增大时,动能减小
C.放水发电时,水由上水库至下水库,水的机械能变大
D.水沿自流排水洞自动向下流动时,重力势能转化为动能
5 [2025福建]教材改编 抽水蓄能电站被称为“超级充电宝”,用电低谷时段利用电网多余电能抽水至上水库,用电高峰时段再放水至下水库发电,如图所示。关于抽水蓄能电站,下列说法正确的是( )
A.用电低谷时,以电能的形式储能
B.用电高峰时,机械能转化为电能
C.选址时,上下水库的高度差要小
D.存储的能量可以全部转化为电能
6 [2025江苏无锡]如图所示,将弹簧、小车置于水平木板面上,被压缩后的弹簧将小车弹出,这一过程中,弹簧的弹性势能转化为小车的_ _ _ _ 能。实验表明,弹簧被压缩得越短,小车被弹开的距离越远,这说明,弹簧的弹性形变越大,弹性势能越_ _ _ _ 。小车在水平木板上运动时,所受重力对小车_ _ _ _ _ _ (选填“做功”或“不做功”)。
7 科技发展 我国独立自主研制的火星探测器“天问一号”沿椭圆轨道绕火星运动时,不考虑空气阻力,只有动能和势能的相互转化,由近火点向远火点运动时,探测器的动能_ _ _ _ ,机械能_ _ _ _ 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
8 在“研究动能大小与速度关系”实验中,小敏利用图甲中的装置进行研究,在水平面铺上材料制成的粗糙平板,同一小球从斜面不同高度静止释放,运动一段距离后停止,位置如图。
(1) 根据图甲实验结果,可得出的结论是:质量相同时,物体的速度越大,_ _ _ _ _ _ _ _ 。
(2) 图乙中,水平面铺上不同材料的平板,其中材料、、粗糙程度依次减小。小敏先后三次将同一小球从同一高度静止释放,刚到底部时用频闪相机(间隔相同时间自动拍摄)开始记录小球在平板上的位置情况。
请在材料平板上画出第2、3次频闪相机拍摄到小球的大致位置。
(3) 小敏调节图甲中的平板呈不同角度,重现伽利略斜面实验。不考虑底部转折处的能量损失,下列最符合实际的现象是_ _ _ _ 。(填字母)
考点4 实验突破
1 小超在高速路上看到了许多限载、限速标志,由此想“探究物体动能大小与哪些因素有关”,于是他利用质量不同的钢球,相同的木块做了如图所示的实验。
(1) 该实验探究的是钢球_ _ _ _ _ _ _ _ (选填“碰撞木块前”或“碰撞木块后”)的动能。
(2) 实验中让钢球从同一斜面的同一高度由静止释放,目的是控制钢球到达水平面时的_ _ _ _ 相同。
(3) 甲、丙实验是探究钢球动能的大小与_ _ _ _ 的关系,实验中通过观察_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ,从而间接判断钢球的动能大小,这种探究方法是_ _ _ _ _ _ (选填“控制变量法”或“转换法”)。由甲、丙实验可得,运动速度相同的物体,质量越大,具有的动能_ _ _ _ 。
(4) 由甲、乙两次实验可以得出的结论是:物体质量相同时,运动的速度越大,具有的动能_ _ _ _ 。
2 小聪设计如图所示的实验探究“动能大小跟哪些因素有关”,将一个小铁球系在点,小球自然悬挂时刚好与水平台上的长方体木块的左面接触。
(1) 水平台应选择_ _ _ _ (选填“粗糙”或“光滑”)的水平面。
(2) 将小球分别拉到、位置后由静止释放,通过观察每次木块被撞击后的_ _ _ _ _ _ _ _ ,从而判断小球动能的大小,这一操作研究运动物体动能大小跟_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 的关系。
(3) 若要探究动能大小与质量的关系,接下来的操作是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
(4) 小明认为根据_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 的转化,该实验也能够探究影响重力势能大小的因素。
3 图甲是我国古代的水力机械装置——水碓。水碓广泛应用于舂米(脱壳)、研磨谷物、舂捣药材、加工手工业原料等。工作时通过水流冲击水轮带动转轴和木板转动,使碓头反复抬升,在重力作用下,碓头下落舂捣碓窝中放置的物体。课外小组想探究舂捣效果与哪些因素有关,并作出如下猜想:
猜想一:舂捣效果可能与碓头质量有关;
猜想二:舂捣效果可能与碓头抬升高度有关。
小组同学制作了图乙所示的水碓模型(碓头可更换且抬升高度可调),用碓头冲击沙坑模拟舂捣的过程,碓头下陷深度反映舂捣效果,进行实验获得了下表中的数据:
实验组别 抬升高度/ 碓头质量/ 实验1深度/ 实验2深度/ 实验3深度/ 平均深度/
1 1.0 0.5 4.8 5.0 4.9 4.9
2 0.5 1.0 3.5 3.3 3.4 3.4
3 1.0 1.0 7.1 7.3 7.0 7.1
4 2.0 1.0 12.2 12.5 12.3 12.3
5 1.0 1.5 9.5 9.7 9.6 9.6
(1) 实验中,每组实验均重复三次测出下陷深度并求平均值是为了_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
(2) 分析表格中的2、3、4三组实验数据可知,水碓舂捣效果与碓头抬升高度有关,当碓头质量相同时,碓头抬升高度越高,舂捣效果越_ _ _ _ 。
(3) 分析表格中的_ _ _ _ 三组实验数据可知,水碓舂捣效果与碓头质量有关,当碓头抬升高度相同时,碓头质量越大,舂捣效果越好。
(4) 结合以上实验结论,请你提出一条可以提高舂捣效果的措施:_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
4 小红利用如图所示的装置探究“影响重力势能大小因素”的实验过程。(容器中装有沙子,和为实心铁块,的质量比的质量小)
(1) 实验时,通过观察_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 来比较_ _ _ _ (选填“小桌”或“铁块”)的重力势能大小。
(2) 由_ _ _ _ 两图可探究重力势能的大小与质量的关系。当物体高度相同时,质量越大,所具有的重力势能越_ _ _ _ (选填“大”或“小”)。
(3) 实验结束时,小红不经意将铁块轻轻放在静止的小桌上,如图丁所示,发现小桌也会陷入沙子中,但是比丙图实验过程下陷的深度浅很多。与同学讨论后,小红明白,小桌下降过程中,由于受到沙子对小桌腿摩擦力的作用,铁块和小桌的重力势能最终转化为_ _ _ _ 能。与图丁相比,丙图的铁块因为_ _ _ _ _ _ _ _ ,所以具有更大的重力势能,才能使小桌下陷的更深。
(4) 同组的小华在实验时,将沙子换成了海绵,其他器材都和小红的相同,你认为小华所选的材料_ _ _ _ _ _ (选填“合理”或“不合理”)。
第6节 功和机械能
考点管理
考点1 功、功率
01 经典例题
例 400; 50; 0
02 实战演练
1.D
2.ACD
3.B
4.D
5.B
6.3000; 48
7.传统文化; 不能; 800
8.3.6; 1
9.(1) 解:货轮的速度:;
答:货轮行驶的速度是;
(2) 牵引力做的功:;
答:牵引力做的功是;
(3) 牵引力的功率:。
答:牵引力的功率是。
10.(1) 解:货箱的速度:;
答:货箱的速度为;
(2) 叉车对货箱所做的功:;
答:叉车对货箱所做的功为;
(3) 叉车对货箱所做功的功率:。
答:叉车对货箱所做功的功率为。
11.(1) 解:妙妙同学的重力:,
妙妙同学对地面的压力:,
对地面产生的压强:;
答:妙妙同学直立站水平地面准备时,对地面产生的压强是;
(2) 跳绳一次做的功为;
答:妙妙同学跳绳时,跳动一次克服自身的重所做的功是;
(3) 由图像可得,跳绳一次所用的时间为,跳绳的次数为180次,
做的总功为,
在内克服自身的重力做功的平均功率:;
答:妙妙同学在内克服自身的重力做功的平均功率是;
(4) 相同时间里,跳的次数越多成绩越好。在时间相同,功率一定的情况下,所做的功是一样的。每次做的功越少,相同时间里跳的次数才越多,成绩才越好。所以想提高跳绳测试的成绩,可以降低跳起高度、减肥减轻体重等。
答:降低跳起的高度,减肥减轻体重。
考点2 动能和势能
01 经典例题
例 C
02 实战演练
1.C
2.C
3.D
4.B
5.大; 增大; 增大
6.大; 弹性势; 动; 惯性
7.不同; 相同; 被推动的距离
8.(1) 动能
(2) 多; 大
(3) 阻
考点3 机械能及其转化
01 经典例题
例1 B
例2 动能
02 实战演练
1.D
2.C
3.C
4.D
5.B
6.动; 大; 不做功
7.变小; 不变
8.(1) 动能越大
(2)
(3)
考点4 实验突破
1.(1) 碰撞木块前
(2) 速度
(3) 质量; 木块被撞击的距离; 转换法; 越大
(4) 越大
2.(1) 粗糙
(2) 移动距离; 物体运动速度
(3) 将质量不同的小球拉至同一高度静止释放,观察木块被撞击后移动的距离
(4) 重力势能和动能
3.(1) 减小实验误差
(2) 好
(3) 1、3、5
(4) 增加碓头的质量;抬升碓头高度
4.(1) 小桌陷入沙子中的深度; 铁块
(2) 乙、丙; 大
(3) 内; 高度更高
(4) 不合理