专题16 功和机械能中考物理知识点分类突破必过题解析版.docx

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专题16功和机械能中考物理知识点分类突破必过题解析版

专题16功和机械能

命题热点透视：

近年来本专题的命题热点主要集中在考查以下几个方面

（1）判断物态是否做功；

（2）功、功率的大小比较；（3）功、功率的相关计算；（4）动能和势能及其相互转化；（5）有关动能和势能的实验探究；（6）有关功、功率的综合计算题。

本专题精选全国中考典型题型，通过考点深度详解、典例精讲、拔高集训，旨在让同学们能够系统地掌握解题规律、方法及技巧，帮助同学们轻松攻克解题难关，复习做到有的放矢，胸有成竹，对中考信心十足,轻松斩获高分！

考点深度详解

一、功

1、功

（1）力学中的功：

如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向移动了一段距离，这个力的作用就显示出成效，力学里就说这个力做了功。

（2）功的两个因素：

一个是作用在物体上的力，另一个是物体在这个力的方向上通过的距离。

两因素缺一不可。

（3）不做功的三种情况：

①有力无距离；②有距离无力；③有力有距离，但是力垂直距离。

2、功的计算

（1）计算公式：

物理学中，功等于力与力的方向上移动的距离的乘积。

即：

W=Fs。

（2）符号的意义及单位：

W表示功，单位是焦耳（J），1J=1N·m；F表示力，单位是牛顿（N）；s表示距离，单位是米（m）。

（3）计算时应注意的事项：

①分清是哪个力对物体做功，即明确公式中的F。

②公式中的“s”是在力F的方向上通过的距离，必须与“F”对应。

③F、s的单位分别是N、m，得出的功的单位才是J。

二、功率

1、功率的概念：

功率是表示物体做功快慢的物理量。

2、功率

（1）定义：

功与做功所用的时间叫做功率，用符号“P”表示。

单位是瓦特（W）常用单位还有kW。

1kW=103W。

（2）公式：

P=W/t。

式中P表示功率，单位是瓦特；W表示功，单位是焦耳；t表示时间，单位是秒。

三、动能和势能

1、能量

（1）物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称能。

（2）单位：

焦耳（J）

2、动能

（1）定义：

物体由于运动而具有的能，叫做功能。

（2）影响动能大小的因素：

①物体的质量；②物体运动的速度。

物体的质量越大，运动速度越大，物体具有的动能就越大。

3、重力势能

（1）定义：

物体由于被举高而具有的能，叫做重力势能。

（2）影响重力势能大小的因素：

①物体的质量；②物体被举高的高度。

物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。

4、弹性势能

（1）定义：

物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。

（2）影响弹性势能大小的因素：

物体发生弹性形变的程度。

物体的弹性形变程度越大，具有的弹性势能就越大。

四、机械能及其转化

1、机械能

（1）定义：

动能和势能统称为机械能。

机械能是最常见的一种形式的能量。

（2）单位：

J。

2、动能和势能的转化

（1）在一定的条件下，动能和势能可以互相转化。

（2）如果只有动能和势能香菇转化，尽管动能、势能的大小会变化，但是机械能的总和不变，或者说机械能是守恒的。

（3）在分析动能和势能转化的实例时，首先要明确研究对象是在哪一个过程中，再分析物体质量、运动速度、高度、弹性形变程度的变化情况，从而确定能的变化和转化情况。

3、水能和风能的利用

（1）从能量的角度来看，自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源。

让水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉；船靠风力鼓起帆来推动航行。

到19世纪，人类开始利用水能发电。

（2）修筑拦河坝来提高上游的水位，一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。

风能也可以用来发电，风吹动风车可以带动发电机发电。

4.人造地球卫星

（1）人造地球卫星沿椭圆轨道绕地运行，所以存在动能和势能。

（2）卫星在大气层外运行，不受空气阻力，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。

（3）当卫星从远地点向近地点运动时，它的势能减小、动能增大；当卫星从近地点向远地点运动时，它的势能增大、动能减小。

典例精讲

典例1.（2019安徽省卷）如图，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定。

右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。

压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动（已知AO＝OB）。

小球从A位置运动到B位置的过程中，下列判断正确的是（）

A.小球的动能不断增加

B.弹簧的弹性势能不断减少

C.小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等

D.在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变

【答案】D

考点：

机械能的相互转化

【解析】由题知，O点是弹簧保持原长时小球的位置，则AO段弹簧处于压缩状态，OB段弹簧处于拉伸状态；小球从A运动到O的过程中，弹簧逐渐恢复原状，形变程度变小，弹性势能变小，小球所受弹力方向向右、速度不断增大，动能变大，此过程中弹性势能转化为动能；到达O点时，弹簧恢复原长，弹性势能为零，小球所受弹力为零，此时速度最大，动能最大；小球从O运动到B的过程中，弹簧被拉长，形变程度变大，弹性势能变大，此时小球所受弹力方向向左、速度不断减小，动能变小，此过程中动能转化为弹性势能；则小球从A位置运动到B位置的过程中：

A.小球的动能先增加后减少，A不符合题意；

B.弹簧的弹性势能先减少后增大，B不符合题意；

C.小球运动到O点时的动能（最大）与此时弹簧的弹性势能（为零）不相等，C不符合题意；

D.水平台面光滑，且AO＝OB，说明没有机械能转化为内能，小球和弹簧组成的整体机械能守恒，所以在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变，D符合题意。

典例2.庆祝中国人民解放军海军成立70周年海上阅兵活动在青岛附近海域举行，图中093改进型攻击核潜艇于2019年4月27日公开亮相,进行了战略巡航。

该潜艇最大核动力功率为2.8×104kW,完全下潜到海面下后的排水量为6.8×103t（取海水密度ρ=1×103kg/m3、g=10N/kg）。

问：

（1）该潜艇悬浮时,其上一面积为0.05m2的整流罩距海面深度为200m，此时整流罩受到海水的压力为多少?

（2）若最大核动力功率转化为水平推力功率的效率为80%，该潜艇在海面下以最大核动力功率水平巡航时，受到的水平推力为1.6×106N，此时潜艇的巡航速度为多少?

（3）该潜艇浮出海面处于漂浮时,露出海面的体积为1.5×103m3，此时潜艇的总重量是多少?

【答案】

（1）1×105N；

（2）14m/s；（3）5.3×107N

【解析】

考点：

液体的压强的计算，物体的浮沉条件及其应用，功率计算公式的应用

分析：

（1）运用液体压强公式p=ρgh，可求压强大小。

再根据F=pS可求压力。

（2）根据η=P有用/P总，求出有用功率，根据P=Fv即可求出潜艇的巡航速度。

（3）潜艇浮出海面处于漂浮时，求出排开水的体积，利用阿基米德原理和漂浮条件即可求出艇的总重量。

解答：

（1）潜艇下潜到200m深处时，h=200m；

此时整流罩所受海水的压强：

p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×200m=2×106Pa。

整流罩的面积：

S=0.05m2，

由p=FS变形得,整流罩所受压力为：

F=pS=2×106Pa×0.05m2=1×105N。

（2）最大核动力功率：

P总=2.8×104kW=2.8×107W；

根据η=P有用/P总可得：

有用功率：

P有用=ηP总=80%×2.8×107W=2.24×107W；

由P=Fv得潜艇的巡航速度：

v=P有用/F=2.24×107W/1.6×106N=14m/s；

（3）完全下潜到海面下后的排水量为6.8×103t,则V=V排=m排/ρ水=6.8×103×103kg/1×103kg/m3=6.8×103m3。

潜艇浮出海面处于漂浮时,排开水的体积V′排=V−V露=6.8×103m3−1.5×103m3=5.3×103m3

根据漂浮条件和F浮=ρ液gV排可得，此时潜艇的总重量：

G=F浮=ρ水gV′排=1.0×103kg/m3×10N/kg×5.3×103m3=5.3×107N。

故答案为：

（1）整流罩受到海水的压力为1×105N；

（2）潜艇的巡航速度为14m/s；（3）该潜艇浮出海面处于漂浮时,潜艇的总重量是5.3×107N。

拔高集训

考查点1判断物态是否做功

1.（2019北京市）如图为一名举重运动员做挺举连续动作时的几个状态图。

下列说法中正确的是（　　）

A．从发力到上拉的过程中，运动员对杠铃不做功

B．从上拉到翻站的过程中，运动员对杠铃不做功

C．从翻站到上挺的过程中，运动员对杠铃不做功

D．举着杠铃稳定站立的过程中，运动员对杠铃不做功

【答案】D

【解析】A、从发力到上拉的过程中，运动员对杠铃施加一个向上的力，杠铃向上移动了距离，所以人对杠铃做了功，故A错；B、从上拉到翻站的过程中，运动员对杠铃施加一个向上的力，杠铃向上移动了距离，所以人对杠铃做了功，故B错；C、从翻站到上挺的过程中，运动员对杠铃施加一个向上的力，杠铃向上移动了距离，所以人对杠铃做了功，故C错；D、举着杠铃稳定站立的过程中，运动员施加了力，但杠铃没移动距离，所以人对杠铃不做功，故D正确。

2.（2019广东广州）如图所示的摆设,正常运行时,小轮在支架上来回滚动,每次到达的最大高度相同,小明发现摆设上有一电源,关掉电源后,小轮逐渐停下来（）

A.小轮滚动过程中没有力对其做功

B.正常运行时，小轮的速度一直不变

C.断电后小轮会停下，说明能量守定律不一定成立

D.正常运行时，小轮往返一次，摆设一定需要消耗电能

【答案】D

【解析】A.小轮滚动过程中受到竖直向下的重力，小轮也在竖直方向上移动了距离，所以重力对小轮做功，并且小轮受到摩擦力的作用，摩擦力也对小轮做了功，故A说法错误。

B.在正常运行时小轮到达两端最高点时速度为零，在最低点时速度最大，速度不停的变化，故B说法错误。

C.在任何时候能量守恒定律都是成立的，故C说法错误。

D.关掉电源后，小轮逐渐停下来，是因为小轮受到摩擦力的作用，小轮的机械能转化为内能，机械能逐渐减小；当通电时小轮能运动到相同高度，说明电能转化为机械能，即在小轮运行时需要消耗电能，故D说法正确。

故选D。

3.（2019·湖北怀化）下列所示现象中，对物体做功的是（）

A.搬而未起B.提着滑板在水平路面上前行

C.人将木箱推到斜面的顶端D.举着杠铃在空中不动

【答案】C

【解析】A．用力搬石头，石头未搬起，石头没有在力的方向上运动一段距离，力对石头没有做功。

故A错误。

B．提着滑板在水平路面上前行，提滑板的力竖直向上，但滑板在水平方向运动，即滑板没有在力的方向上运动一段距离，力对滑板没有做功。

故B错误。

C．人将木箱推到斜面的顶端，推力沿斜面向上作用在木箱上，木箱也沿斜面向上运动，符合做功的两个必要条件，所以推力对木箱做功。

故C正确。

D．举着杠铃在空中不动，杠铃没有在力的方向移动一段距离，力对杠铃没有做功。

故D错误。

考查点2功、功率的大小比较

4.（2019江苏连云港）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象如图甲时,受到的水平推力为F1；当物体运动的速度和时间图象如图乙时,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=F2P1>P2

B.F1=F2P1

C.F1>F2P1>P2

D.F1P2

【答案】B

【解析】由图象甲可知,物体作匀速直线运动,速度大小为v甲=s甲/t甲=4m/2s=2m/s；由v−t图象乙可知,物体的速度保持不变,即物体做匀速直线运动,速度大小为v乙=4m/s；因为两次都是匀速直线运动，根据二力平衡条件可知,推力都等于摩擦力，摩擦力没变，故受到的水平推力为F1=F2；已知v甲

故选B。

5.（2019海南省卷）用大小相同的力F，作用在质量不同的物体上，使它们分别在同一水平面上沿力的方向

移动相同的距离s（如图所示），F所做的功分别为W1和W2，则（）

A．W1＝

W2B．W1＝W2

C．W1＝2W2D．W1＝4W2

【答案】B

【解析】两个物体受到的力都是F，通过的距离都是s，根据W＝Fs可以判断两个力做功相等，即W1＝W2。

故选B。

6．（2019湖南株洲）甲、乙、丙、丁四个同学进行攀岩比赛，他们做的功W与时间t的关系如图所示。

若

规定做功最快的获胜，则最后胜出的一定是（）

A．甲B．乙

C．丙D．丁

【答案】A

【解析】在相同时间内，做功越多，功率越大，也就是做功越快。

由图象知，当时间相同时，甲做功最多，所以由公式P＝W/p知，甲功率最大，做功最快。

考查点3功、功率的相关计算

7.（2019天津市）小华把装有30个鸡蛋的塑料袋从1楼提到3楼的家里，他提鸡蛋的力做功最接近（）

A．9JB．30J

C．90JD．300J

【答案】C

【解析】由题知，托起两个鸡蛋的力大约是1N，则提30个鸡蛋的力大约为F＝30/2N＝15N；每层楼的高度大约为3米，家住3楼，则小华实际爬楼的高度h＝3m×2＝6m；小华提鸡蛋的力做功约为：

W＝Fs＝15N×6m＝90J。

8.（2019四川眉山）如图甲所示，水平地面上的物体，受到方向不变的推力F的作用，其F−t和v−t的图象分别如图乙、丙所示。

由图象可知：

9∼12s内，推力对物体做功___J，t=5s时，物体受到的摩擦力是___N。

【答案】180；60

【解析】

（1）由丙图知，9∼12s时，物体做匀速运动，且v=1m/s，由乙图知，9−12s时的推力F=60N，推力F做功：

W=Fs=Fvt=60N×1m/s×3s=180J；

（2）由丙图知，9∼12s时，物体做匀速运动，水平方向上的摩擦力与推力F平衡，则摩擦力f=F=60N。

由丙图知，t=5s时，物体做加速运动，由于物体对地面的压力和接触面的粗糙程度都没有改变，所以摩擦力大小不变，仍为60N。

故答案为：

180；60。

9.（2019四川攀枝花）如图所示，木块放在水平面上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块使其做直线运动，

两次拉动木块得到的s﹣t图象分别是图乙中的图线①②，两次对应的弹簧测力计示数分别为F1、F2，两次

拉力的功率分别为P1、P2，则F1F2，P1P2（均选填“＜”、“＝”、或“＞”）

【答案】＝；＞

【解析】

（1）木块两次都进行匀速直线运动，拉力等于滑动摩擦力，滑动摩擦力相等，拉力F相等，即F1＝F2。

（2）从图象中可以判断出，第②次的运动速度v较小，根据公式P＝Fv，当拉力相等时，速度越大，拉力的功率越大，即P1＞P2。

故答案为：

＝；＞

10.（2019湖南邵阳）参加今年邵阳市初中毕业学业考试的王小鹏同学听到考试预备铃响了，考室还在四楼呀!

一口气从一楼跑到四楼考室,所用时间为30秒。

他上楼过程克服自身重力做功的功率最接近（）

A.1.5WB.15W

C.150WD.1500W

【答案】

【解析】王小鹏同学的体重约为500N，一层楼高约为3m，从一楼跑到四楼上升了三层楼的高度约9m，所用时间为30s；则克服自己重力做功的功率约为：

P=W/t=Gh/t=500N×9m/30s=150W。

故选C。

11.（2019海南省卷）用大小相同的力F，作用在质量不同的物体上，使它们分别在同一水平面上沿力的方向移动相同的距离s（如图所示），F所做的功分别为W1和W2，则

A.W1=

W2B.W1=W2

C.W1=2W2D.W1=4W2

【答案】B

【解析】两个物体受到的力都是F，通过的距离都是s，根据W=Fs可以得到两个力做功相等，即W1=W2。

考查点4动能和势能及其相互转化

12.（2019福建省卷）踢毽子是一项有益的休育活动。

如图,毽子某次被踢出后,竖直上升经过某一位置时，毽子的动能和重力势能分别为EK1和EP1，下落经过同一位置时毽子的动能和重力势能分别为Ek2和EP2,则（）

A.EK2>EK1B.EK2

C.EP2>EP1D.EP2

【答案】B

【解析】毽子某次被踢出后，竖直上升经过某一位置时，毽子的动能和重力势能分别为EK1和EP1；下落经过同一位置时，毽子的动能和重力势能分别为EK2和EP2，由于此时的高度是相同的,质量也相同，故重力势能是相同的,即EP1=EP2；毽子在上升、下落的过程中,由于存在摩擦,机械能转化为内能,机械能减小，由于重力势能是相同的,则EK1>EK2；故B正确，ACD错误。

故选B。

13.（2019山东东营）某汽车在平直公路上由于行驶速度过快，能大，危害性就大，为防止意外，汽车不能超速行驶。

乘客必须使用安全带，一旦发生碰撞，车身就停止运动，而乘客身体由于会继续向前运动造成伤害。

【答案】动；惯性

【解析】

（1）汽车在平直公路上由于行驶速度过快，质量不变，速度很大，动能很大，危害性很大，所以要控制车速。

（2）汽车在行驶过程中，乘客和汽车一起运动，一旦发生碰撞，车身就停止运动，而乘客身由于惯性保持原来的运动状态会继续向前运动，容易造成伤害，所以乘客必须系好安全带。

故答案为：

动；惯性。

14.（2019江苏常德）如图所示，斜面与水平面在M点相连，弹簧左端固定。

小物块从斜面上

P点由静止滑下，与弹簧碰撞后最高返回到T点。

则下列说法中正确的是（）

A．小物块从P向M运动过程中，机械能减小

B．小物块从P向M运动过程中，重力势能增大

C．弹簧被压缩到最短时，小物块动能最大

D．小物块从M向T运动过程中，速度变快

【答案】A

【解析】A、小物块从斜面上P点由静止滑下，与弹簧碰撞后最高返回到T点，说明接触面不光滑，则小物块从P向M运动过程中，需要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，所以小物块的机械能减小，故A正确。

B、小物块从P向M运动过程中，质量不变，高度变小，其重力势能减小，故B错误；C、弹簧被压缩的过程，小物块的动能转化为弹簧的弹性势能，弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性形变达到最大，其弹性势能最大，此时小物块的动能最小，故C错误；D、小物块从M向T运动过程中，动能不断转化为重力势能和内能，所以小物块的动能减小、速度变慢，故D错误。

15.（2019湖北黄石）专业蹦床运动逐渐进入大众生活，下列对蹦床运动的表述错误的是（）

A.下落到蹦床前运动员的重力势能转化为动能

B.运动员下降到最低点时，蹦床的弹性势能最大

C.运动员想弹得更高，就要在蹦床上发力，消耗体能

D.若运动员不发力，会一直运动下去，因为能量是守恒的

【答案】D

【解析】A.运动员下落到蹦床前，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能，故A正确；B.运动员下落到最低点时，蹦床的弹性形变程度最大，所以蹦床的弹性势能最大，故B正确；C.运动员在蹦床上发力，消耗体能，使蹦床获得更大的弹性势能，运动员弹得更高，故C正确；D.运动员蹦床接触时有摩擦，部分机械能转化为内能，运动员不发力，最终会停下来。

故D错误。

考查点5有关动能和势能的实验探究

16.（2019天津市）小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出如下猜想：

猜想一：

物体的重力势能与物体的质量有关

猜想二：

物体的重力势能与物体所在高度有关

为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：

如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。

按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。

实验

序号

铁块质量

m/g

铁块距桌面高度

H/cm

桌腿进入沙子

的深度h/cm

①

1.9

②

2.9

③

3.8

④

2.9

⑤

4.1

（1）实验中通过比较______来判断物体重力势能的大小；

（2）为了验证猜想一，需选择表中______（填实验序号）三组数据进行分析；

（3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：

______。

【答案】桌腿进入沙子的深度；①④⑤；质量相同的物体，高度越大，重力势能越大

【解析】

（1）通过小明设计的实验可以知道，他是通过比较桌腿进入沙子的深浅来比较重力势能的大小的。

桌腿进入沙堆越深说明物体做的功越多，它原来具有的重力势能越大；

（2）根据控制变量法，要验证物体

的重力势能与物体的质量有关，应控制物体的高度相同，改变物体质量的大小，故小明要完成探究，需要

找数个质量不同的物体进行实验；故①④⑤三组数据符合，所以应利用①④⑤三组数据分析得出结论。

（3）

比较表中①②③的实验数据，可以发现，高度相同，③中桌腿进入沙子的深度更深，所以，③中的物体具

有重力势能大，即可以得出的初步结论是：

质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。

17.（2019湖南娄底）如图是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图，其中，mA＝mB＜mC，

hA＝hC＞hB。

（1）实验中，探究的动能是指（填序号）

A．小球在斜面上的动能

B．小球撞击木块时的动能

C．小球撞击木块后的动能

D．木块被小球撞击的动能

（2）使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下，是为了研究动能大小与的关系。

（3）在做了探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验后，有些同学对“质量不同的小球从同一光滑斜面同一高度由静止开始滚下，刚到达底部时的速度大小相等”有疑惑，小明设计了如图所示的实验：

让质量不同的小球A、C同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若C球相对于A球（选填“运动”或“静止”），就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。

表面

毛巾

棉布

木板

摩擦力

最大

较大

最小

小车运动距离