学年广东高中学业水平测试物理第6章 机械能和能源.docx
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学年广东高中学业水平测试物理第6章机械能和能源
功和功率
[基础知识填充]
1.功
(1)做功的两个不可缺少的因素:
力和在力的方向上发生的位移.
(2)公式:
W=Fscosα,式中α是力与位移的夹角,此式主要用于求恒力的功或F随s做线性变化的变力功(此时对应的是力的平均值).当α=90°时,力对物体不做功,当α<90°时,力对物体做正功,当90°<α<180°时力对物体做负功.
(3)单位:
焦耳(J).1J=1N·m.
(4)矢量性:
功是标量,但有正负之分,正功表示动力对物体做功,负功表示阻力对物体做功.
2.功率
(1)定义:
功跟完成这些功所用时间的比值.
(2)物理意义:
功率描述做功的快慢.功率大则做功快,功率小则做功慢.
(3)公式
①P=
;
②P=Fvcosα(α为F与v的夹角,其中v若为平均速度,则对应的P为平均功率;若v为瞬时速度,则相对应的P为瞬时功率).
(4)额定功率:
机械正常工作时的最大输出功率.
(5)实际功率:
机械实际工作时输出的功率,机械在工作时并不是任何时候发动机的功率都等于额定功率,实际输出功率在零和额定值之间.
[学考真题对练]
1.(2019·广东学业水平考试)在下列情景中,重力对物体M做了功的是( )
A B
C D
答案:
B
2.(2019·广东学业水平测评)如图所示,货物放在自动扶梯的水平台阶上,随扶梯一起向斜上方做匀速直线运动,下列说法正确的是( )
A.重力对货物做正功
B.摩擦力对货物做正功
C.支持力对货物做正功
D.合外力对货物做正功
答案:
C
3.(2019·广东学业水平考试)如图所示,重为20N的物体,沿固定的斜面由静止开始下滑,经过1s下降了1m的高度,在此过程中重力做功的平均功率为( )
A.20W B.40W C.30W D.50W
答案:
A
4.(2018·广东学业水平考试)用力将重物竖直提起,先匀加速上升,再匀速上升.若前后两过程上升的高度相等,则( )
A.加速过程中重力做功与匀速过程中重力做功一样多
B.加速过程中拉力做功比匀速过程中拉力做功少
C.加速过程中重力做功比匀速过程中重力做功多
D.加速过程中拉力做功与匀速过程中拉力做功一样多
A [由重力做功WG=-mgh,得两次重力做功一样多,加速过程中拉力做功比匀速过程中拉力做功多.]
(2018·广东学业水平考试)如图所示,拖着旧橡皮轮胎跑步是身体耐力训练的一种有效方法.如果某受训者拖着轮胎在水平直道上加速跑了50m,下列说法正确的是( )
A.拉力对轮胎不做功
B.重力对轮胎做正功
C.摩擦力对轮胎做负功
D.合外力对轮胎做负功
C [轮胎受到重力、支持力、拉力、摩擦力,拉力对轮胎做正功;重力对轮胎不做功;摩擦力对轮胎做负功;合外力对轮胎做正功.]
5.(2018·广东学业水平考试)汽车在恒定牵引力的作用下沿平直路面行驶,速度为v时,发动机的输出功率为P,当汽车速度为2v时,若发动机的输出功率仍未超出额定功率,则发动机的输出功率为( )
A.3P B.P
C.4PD.2P
D [牵引力不变,故当速度为v时,此时的功率为P=Fv,当速度为2v时,此时的功率为P′=F·2v=2P.]
6.(2017·广东学业水平考试1月)如图所示,木箱在与水平方向成α角的拉力F作用下,沿水平地面向右移动了距离l,此过程中拉力F对木箱所做的功为( )
A.0B.Fl
C.FlcosαD.Flsinα
答案:
C
7.(2017·广东学业水平考试)(多选)如图所示,一木块从固定的粗糙斜面顶端沿斜面加速下滑,在下滑过程中,下列说法正确的有( )
A.重力对木块做正功
B.重力对木块做负功
C.摩擦力对木块做正功
D.摩擦力对木块做负功
AD [一木块从固定的粗糙斜面顶端沿斜面加速下滑,受竖直向下的重力,垂直斜面向上的支持力及沿斜面向上的摩擦力,根据力做正负功的条件可知,重力对木块做正功,摩擦力对木块做负功,A、D正确.]
8.(2016·广东学业水平考试)某同学用两种不同方式搬动哑铃,Ⅰ:
缓慢将哑铃举过头顶;Ⅱ:
托着哑铃沿水平方向匀速前进.下列说法正确的是( )
A.在Ⅰ中他对哑铃做负功
B.在Ⅱ中他对哑铃做正功
C.在Ⅰ和Ⅱ中他对哑铃都做正功
D.在Ⅰ中他对哑铃做正功,Ⅱ中他对哑铃不做功
D [学生对哑铃的力竖直向上,当向上缓慢举起时,对哑铃做正功;当水平匀速前进时,对哑铃不做功.]
1.正功和负功:
从公式W=Fscosα中α的可能值入手,得出功W可能为正值、负值或零,如下表:
α的取值
cosα的值
W的值
物理意义
0≤α<π/2
大于0
W>0
力对物体做正功,力是动力
α=π/2
0
W=0
力和位移垂直时,做功为零
π/2<α≤π
小于0
W<0
力对物体做负功,力是阻力
2.功的计算
(1)恒力的功,直接利用W=Fscosα来计算,变力的功可用动能定理或功能关系计算.
(2)求总功的两种基本方法:
其一是先求合力再求功,即:
W合=F合scosα;其二是先求各力的功再求各力功的代数和,即:
W合=W1+W2+W3….
3.机器不一定在额定功率下工作,机器正常工作时实际功率总是小于或等于额定功率,机器只能在短时间内实际功率略大于额定功率,但不允许也不能够长时间超过额定功率.发动机的额定功率P额=Fv,反映机械的额定功率对机械的动力与速度的制约关系,这个制约关系在机器设计制造时就已确定了,所以当机器的功率达到额定功率时,要增大动力则必须减小速度.
4.功率的计算
功率公式P=
与P=Fv的选择使用:
公式P=
是物体在时间t内的平均功率,表示做功的平均快慢程度.公式P=Fv中,当v为时间t内的平均速度时,P表示力F在时间t内的平均功率;当v为物体某一时刻的瞬时速度时,P表示该时刻的瞬时功率.
由上述可知,在计算力F在某段时间内的平均功率时,可用P=
,也可用P=Fv,计算瞬时功率时只能用P=Fv.
[最新模拟快练]
1.(2019·江门学测模拟)关于功的概念,以下说法正确的是( )
A.力是矢量,位移是矢量,所以功也是矢量
B.功有正、负之分,所以功可能有方向性
C.若某一个力对物体不做功,说明该物体一定没有位移
D.恒力对物体做的功等于这个力的大小、物体位移的大小及力和位移间夹角的余弦三者的乘积
答案:
D
2.(2018·韶关学考模拟)如图所示,高速列车在平直轨道上匀速运行.对列车所受力的做功情况,下列判断正确的是( )
A.重力做正功B.牵引力做正功
C.牵引力做负功D.空气阻力做正功
答案:
B
3.(2019·江门学测模拟)如图所示,质量为m的小车在与竖直方向成α角的恒定拉力F作用下,沿水平地面向左运动一段距离l.在此过程中,小车受到的阻力大小恒为Ff,则( )
A.拉力对小车做功为Flcosα
B.支持力对小车做功为Flsinα
C.阻力对小车做功为-Ffl
D.重力对小车做功为mgl
答案:
C
4.(2018·信宜学考模拟)一辆汽车在水平公路上行驶,设汽车在行驶过程中所受阻力不变,汽车的发动机始终以额定功率输出.关于牵引力和汽车速度,下列说法中正确的是( )
A.汽车加速行驶时,牵引力不变,速度增大
B.汽车加速行驶时,牵引力增大,速度增大
C.汽车加速行驶时,牵引力减小,速度减小
D.当牵引力等于阻力时,速度达到最大值
答案:
D
5.(2018·河源学考模拟)汽车以额定功率从水平路面上坡时,司机换挡是为了( )
A.增大速度,增大牵引力
B.减小速度,减小牵引力
C.增大速度,减小牵引力
D.减小速度,增大牵引力
答案:
D
6.(2019·东莞学测模拟)质量为1kg的物体从某一高度自由下落,设5s内物体未着地,则该物体下落5s内重力做功的平均功率是(取g=10m/s2,空气阻力不计)( )
A.50WB.100W
C.250WD.500W
答案:
C
7.某同学参加引体向上体能测试,如图所示,在20s内完成10次标准动作,每次引体向上的高度约为50cm,则此过程中该同学克服重力做功的平均功率最接近于(g取10m/s2)( )
A.0B.150W
C.300WD.450W
B [该同学的质量约为60kg,引体向上的高度为50cm,该同学做功的平均功率为P=
=n
=150W,选项B正确.]
8.(2018·阳江学考模拟)(多选)某人用同一水平力F先后两次拉同一物体,第一次使此物体从静止开始在光滑水平面上前进l距离,第二次使此物体从静止开始在粗糙水平面上前进l距离.若先后两次拉力做的功分别为W1和W2,拉力做功的平均功率分别为P1和P2,则( )
A.W1=W2B.W1>W2
C.P1>P2D.P1=P2
答案:
AC
动能和动能定理
[基础知识填充]
1.动能
(1)定义:
物体由于运动而具有的能.
(2)公式:
Ek=
mv2.
(3)单位:
焦耳,1J=1N·m=1kg·m2/s2.
(4)矢标性:
动能是标量,只有正值.
(5)动能是状态量,因为v是瞬时速度.
2.动能定理
内容
合外力对物体所做的功等于物体动能的变化
表达式
W=ΔEk=
mv
-
mv
对定理的理解
W>0,物体的动能增加
W<0,物体的动能减少
W=0,物体的动能不变
适用条件
(1)动能定理既适用于直线运动,也适用于曲线运动
(2)既适用于恒力做功,也适用于变力做功
(3)力可以是各种性质的力,既可以同时作用,也可以不同时作用
[学考真题对练]
1.(2017·广东学业水平考试)篮球由静止开始下落至地面,经多次反弹后静止在地面上,从篮球开始下落到最终静止的过程,下列说法正确的是( )
A.机械能不守恒B.重力一直做正功
C.重力势能时刻在减少D.重力一直做负功
A [篮球由静止开始下落至地面,经多次反弹后静止在地面上,从篮球开始下落到最终静止的过程,机械能不守恒,篮球向下运动时,重力做正功,重力势能减少,向上运动时,重力做负功,重力势能增大,A正确.]
2.(2015·广东学业水平考试)如图所示,悬挂在天花板上的摆球在空气中摆动,摆幅越来越小.摆球在摆动过程中( )
A.机械能守恒
B.动能全部转化为重力势能
C.重力势能保持不变
D.机械能逐渐减少
D [摆幅越来越小说明受到空气阻力的作用.]
3.(2015·广东学业水平考试1月)赛道上的赛车做加速运动,速度为v和速度为2v时赛车动能之比是( )
A.1∶1B.1∶2
C.1∶4D.1∶3
C [由动能公式E=
mv2可知动能大小与速度的平方成正比,故C项正确.]
4.(2015·广东学业水平考试1月)距离水平地面3m高处以2m/s的速度抛出一个小球.若不计空气阻力,则小球落到水平地面时的速度大小为(g取10m/s2)( )
A.0m/sB.5.6m/s
C.8m/sD.32m/s
C [根据动能定理有mgh=
mv
-
mv
,可求得末速度vt=8m/s.]
5.(2015·广东学业水平考试1月)一质量为2kg的物体在外力作用下,由静止开始做直线运动,到达某点时速度为2m/s,在此过程中外力对物体做的功是( )
A.2JB.4J
C.8JD.16J
B [外力做功等于物体动能的变化量,W=
mv2=
×2kg×(2m/s)2=4J.]
6.(2013·广东学业水平考试)如图所示,将滑块置于固定的粗糙斜面上,释放后沿斜面加速下滑,在下滑过程中( )
A.重力对滑块做负功
B.摩擦力对滑块做负功
C.合外力对滑块不做功
D.斜面对滑块的支持力做正功
B [重力与位移夹角小于90°,重力做正功,A错误.摩擦力与位移方向相反,做负功,B正确.滑块加速下滑,合外力对滑块做正功,C错误.支持力与位移方向垂直,不做功,D错误.]
1.对动能的理解
动能是一个状态量,它与物体的运动状态相对应.动能是标量.它只有大小,没有方向,而且物体的动能总是大于或等于零,不会出现负值.
2.应用动能定理解题的一般步骤
(1)确定研究对象及运动过程.
(2)在全过程中对研究对象进行受力分析.
(3)写出研究过程中合力做的功,或分别写出各个力做的功(注意功的正负)再求代数和.如果研究过程中物体受力情况有变化,就要分别写出各力在各个阶段做的功再求代数和.
(4)确定初、末状态并写出初、末状态的动能.
(5)利用动能定理列方程求解.
[最新模拟快练]
1.(2019·河源学测模拟)以下关于物体的动能的叙述中,正确的是( )
A.速度不变、运动物体的质量发生变化,它的动能不一定变化
B.质量不变、运动物体的速度大小发生变化,它的动能不一定会变化
C.速度减半,质量增大到原来的4倍,物体的动能是原来的2倍
D.质量减半,速度增大到原来的2倍,物体的动能是原来的2倍
答案:
D
2.(2018·吴川学考模拟)做匀加速直线运动的物体,速度从0增大到v,动能增加了ΔE1,速度从v增大到2v,动能增加了ΔE2,则( )
A.
=1B.
=
C.
=
D.
=
答案:
B
3.(2018·肇庆学考模拟)小华在1s内将质量为1kg的静止物体匀加速向上提起2m,则此过程中(取g=10m/s2)( )
A.物体克服重力做功-10J
B.合力对物体做功10J
C.该人对物体做功8J
D.该人对物体做功28J
答案:
D
4.(2019·江门学测模拟)有一质量为m的木块,从半径为r的圆弧曲面上的a点滑向b点,如图所示,如果由于摩擦使木块的运动速率保持不变,则以下叙述正确的是( )
A.木块所受的合力为零
B.因木块所受的力都不对其做功,所以合力做的功为零
C.重力和摩擦力做功的代数和为零
D.重力和摩擦力的合力为零
答案:
C
5.(2018·清远学考模拟)质点所受的力F随时间变化的规律如图所示,力的方向始终在一直线上.已知t=0时质点的速度为零.在图中t1、t2、t3和t4各时刻,质点动能最大的时刻是( )
A.t1B.t2
C.t3D.t4
答案:
B
6.(2019·茂名学测模拟)如图所示,左端固定的轻质弹簧被物块压缩,物块被释放后,由静止开始从A点沿粗糙水平面向右运动,离开弹簧后,经过B点的动能为Ek,该过程中,弹簧对物块做的功为W,则物块克服摩擦力做的功Wf为( )
A.Wf=EkB.Wf=Ek+W
C.Wf+Ek=WD.Wf=W-Ek
D [由动能定理有W-Wf=Ek-0,则Wf=W-Ek.]
7.(2018·惠州学考模拟)一个质量为0.3kg的弹性小球,在光滑水平面上以6m/s的速度垂直撞到墙上,碰撞后小球沿相反方向运动,反弹后的速度大小与碰撞前相同.则碰撞前后小球速度变化量的大小Δv和碰撞过程中墙对小球做功的大小W为( )
A.Δv=0B.Δv=6m/s
C.W=0D.W=10.8J
答案:
C
8.(2018·雷州学考模拟)(多选)如图所示,某小孩从滑梯上滑下,其中在BC段是匀速直线运动,忽略空气阻力.对于这段匀速运动过程的受力,下列说法正确的有( )
A.小孩只受到重力与支持力的作用
B.小孩只受到重力与摩擦力的作用
C.小孩受到重力、支持力和摩擦力的作用
D.小孩受到的合外力做功为零
答案:
CD
重力做功与重力势能
[基础知识填充]
1.概念:
物体的重力势能等于它所受的重力与所处位置高度的乘积.公式:
Ep=mgh.
2.重力势能是标量,但有正、负,其意义是表示物体的重力势能比它在参考平面上大还是小,这与功的正、负的物理意义不同.
3.重力势能具有相对性,选择不同参考平面,物体的重力势能的数值是不同的,但重力势能的差值是确定的.
4.重力做功与重力势能的关系
(1)重力做功的特点:
重力做功与路径无关,只与物体运动的起点与终点的位置有关.
(2)重力做功与重力势能变化的关系:
物体高度下降,重力做正功,重力势能减小;物体高度上升,重力做负功,重力势能增加.
(3)重力做了多少功,重力势能就减少多少.
5.弹性势能的大小与弹力和形变量有关.
[学考真题对练]
1.(2017·广东学业水平考试)如图所示,质量为m的小孩,从长为l、倾角为30°的固定斜面顶端下滑至底端,此过程重力对小孩做的功为( )
A.mgl B.mgltan30°
C.mglcos30°D.mglsin30°
D [重力对小孩做的功W=mglsin30°,D正确.]
2.(2017·广东学业水平考试)如图所示,跳水运动员向下压跳板,随跳板一起从位置P1运动到位置P2,则此过程中( )
A.运动员受到的重力对他做负功
B.跳板的弹性势能一直在增加
C.运动员的重力势能一直在增加
D.运动员受到跳板的弹力对他做正功
B [运动员随跳板一起从位置P1运动到位置P2过程中,运动员受到的重力对他做正功,运动员的重力势能一直在减小,A、C错误.跳板的弹性势能一直在增加,B正确.运动员受到跳板的弹力对他做负功,D错误.]
3.(2016·广东学业水平考试)(多选)用拉力F将一个重为50N的物体匀速升高3m,则下列说法正确的有( )
A.物体克服重力做的功是0
B.合力对物体做的功是150J
C.物体的重力势能增加了150J
D.拉力F对物体做的功是150J
CD [WG=-mgh=-150J,克服重力做了150J的功,重力势能增加了150J,A错误,C正确.拉力做功为150J,D正确.合力做功为零,B错误.]
4.(2016·广东学业水平考试1月)(多选)如图所示,“蹦蹦跳”杆中的弹簧向上弹起,在弹簧恢复原长之前(图中从1到2),小孩的重力势能和弹簧的弹性势能的变化下列描述正确的有( )
A.重力势能增加B.重力势能减少
C.弹性势能增加D.弹性势能减少
AD [向上弹起的时候,弹簧的形变量减少,弹性势能减少,小孩的高度升高,重力势能增加.]
5.(2015·广东学业水平考试)(多选)平抛运动中,关于物体重力做功,下列说法正确的有( )
A.重力做正功
B.重力不做功
C.重力做负功
D.重力做功与路径无关
AD [从高处到低处,重力做正功.重力做功与路径无关.]
6.(2014·广东学业水平考试)汽车从山脚行驶到山顶的过程中,下列说法正确的是( )
A.重力对汽车做正功
B.牵引力对汽车做正功
C.支持力对汽车做正功
D.汽车重力势能减小
B [汽车的位置升高,重力对汽车做负功,汽车重力势能增大,选项A、D错误.牵引力与汽车前进的方向相同,对汽车做正功,选项B正确.支持力与汽车速度始终垂直,不做功,选项C错误.]
1.对重力势能的理解
(1)重力势能是标量,它的国际单位是:
焦耳,符号为J.
(2)重力势能的相对性:
选择不同的参考面,同一物体在空间同一位置的重力势能就不同.
2.重力做功的特点和与重力势能的关系
(1)重力做功的特点:
只与运动物体的起点和终点的位置高度有关,而与运动物体所经过的路径无关.
(2)重力做功与重力势能的关系:
重力做多少正功,重力势能就减少多少;克服重力做多少功,重力势能就增加多少.
[最新模拟快练]
1.(2018·佛山模拟)物体克服重力做了5J的功,则它的重力势能( )
A.增加5JB.减小了5J
C.增加了-5JD.不能确定
答案:
A
2.(2019·韶关学测模拟)如图所示,斜坡式自动扶梯将质量为50kg的小华从地面送到4m高的二楼,g取10m/s2,在此过程中小华的( )
A.重力做功为2000J,重力势能增加了2000J
B.重力做功为-2000J,重力势能增加了2000J
C.重力做功为2000J,重力势能减小了2000J
D.重力做功为-2000J,重力势能减小了2000J
B [小华上升过程重力做负功WG=-mgh=-2000J,重力势能增加ΔEp=mgh=2000J.]
3.(2018·汕尾学考模拟)关于重力势能,下列说法中正确的是( )
A.物体的位置一旦确定,它的重力势能的大小也随之确定
B.物体与零势能面的距离越大,它的重力势能也越大
C.一个物体的重力势能从-5J变化到-3J,重力势能减少了
D.重力势能的减少量等于重力对物体做的功
答案:
D
4.(2018·信宜学考模拟)如图所示,质量为20kg的小孩沿高5m的滑梯由静止滑下,取g=10m/s2,在此过程中( )
A.重力做功为100J,重力势能减小了100J
B.重力做功为-100J,重力势能增加了100J
C.重力做功为1000J,重力势能减小了1000J
D.重力做功为-1000J,重力势能增加了1000J
答案:
C
5.(2018·揭阳学考模拟)关于弹性势能的下列说法中正确的是( )
A.发生了形变的物体,一定具有弹性势能
B.拉开弓射箭,箭射得越远,说明弓的弹性势能越小
C.弹簧的弹性势能只与形变量的大小有关,与其他物理量无关
D.我们通常说物体具有的弹性势能是包含了弹簧在内的,是弹簧和物体共有的
答案:
D
6.(2019·云浮学测模拟)如图所示,小朋友在玩蹦蹦杆游戏的过程中,关于杆上弹簧,下列说法中不正确的是( )
A.弹簧恢复到原长时,弹性势能为零
B.弹簧恢复原长过程中,弹性势能转化为其他形式的能
C.弹簧形变量最大时,弹性势能不一定最大
D.弹簧压缩过程中,其他形式的能转化为弹性势能
答案:
C
7.(2019·汕头学测模拟)如图所示,两个相同的弹簧悬挂在天花板上.弹簧A下端挂一重物M,弹簧B受一竖直拉力F作用,两弹簧的伸长量相等,未超过弹性限度.则两弹簧弹性势能的关系为( )
A.EpA>EpBB.EpAC.EpA=EpBD.无法比较
答案:
C
8.(2018·中山学考模拟)(多选)质量为m的小物块,从离桌面高H处由静止下落,桌面离地面高为h,如图所示.如果以桌面为参考平面,那么小物块落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化是( )
A.mghB.-mgh
C.增加mg(H+h)D.减少mg(H+h)
答案:
BD
机械能守恒定律及其应用、能量守恒与能量转化和转移
[基础知识填充]
1.机械能包括动能和势能,重力做功时重力势能和动能可以转化,弹力做功时弹性势能和动能可以转化.
2.机械能守恒定律:
在只有重力做功的物体系统内,重力势能与动能可以相互转化,而总的机械能保持不变.
3.能量守恒定律
内容:
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化成另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中其总量不变.
4.能源和能源的利用
(1)非再生能源
不能再次产生,也不可能重复使用的能源.
(2)人类利用的能源
①常规能源:
煤炭、石油、天然气.
②有待开发和利用的新能源主要指