1、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
2、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:有力无距离;有距离无力;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=1Nm;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:分清是哪个力对物体做功,即明确公式中的F。公式中的“s”是在力F的方向上通过的距离,必须与“F”对应。F、s的单位分别是N、m,
3、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:物体的质量;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,
4、叫做重力势能。(2)影响重力势能大小的因素:物体的质量;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
5、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
6、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AOOB)。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】
7、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
8、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AOOB,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2.8104kW,完全下潜到海面下后的排水量为6.8103t(取海水密度=1103kg/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
9、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1.6106N,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1.5103m3,此时潜艇的总重量是多少?【答案】(1)1105N;(2)14m/s;(3) 5.3107N 【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=gh,可求压强大小。再根据F=pS可求压力。(2)根据=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
10、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=gh=1.0103kg/m310N/kg200m=2106Pa。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=2106Pa0.05m2=1105N。(2)最大核动力功率:P总=2.8104kW=2.8107W;根据=P有用/P总可得:有用功率:P有用=P总=80%2.8107W=2.24107W;由P=Fv得潜艇的巡航速度:v=P有用/F=2.24107W/1.6106N=14m/s;(3)完全下潜到海面下后的排水量为6.81
11、03t,则V=V排=m排/水=6.8103103kg/1103kg/m3=6.8103m3。潜艇浮出海面处于漂浮时,排开水的体积V排=VV露=6.8103m31.5103m3=5.3103m3根据漂浮条件和F浮=液gV排可得,此时潜艇的总重量:G=F浮=水gV排=1.0103kg/m310N/kg5.3103m3=5.3107N。故答案为:(1)整流罩受到海水的压力为1105N;(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5.3107N。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
12、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
13、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
14、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
15、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=F2 P1P2B. F1=F2 P1F2 P1P2D. F1P2【答案】B【解
16、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vt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v乙,由P=W/t=Fs/t=Fv可得,两次推力的功率P1EK1 B. EK2EP1 D. EP2EK2;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
17、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
18、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
19、)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
20、,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/cm20201.920302.920403.830202.940204.1(
21、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)分析表中的实验数据,可得出的结论是:_。【答案】桌腿进入沙子的深度;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; 故三组数据符合,所以应利用三组数据分析得出结论。(3)比较表中
22、的实验数据,可以发现,高度相同,中桌腿进入沙子的深度更深,所以,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,mAmBmC,hAhChB。(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
23、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最近较远最远(4)完成实验后,同学们还联想到以前学习牛顿第一定律时,也用到了斜面:让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下,在三个不同的表面上能滑行的距离不同(如上表),小车在这三个表面上滑行的过程中克服摩擦力做功 (选填“相等”或“不相等”)【答案】(1)B;(2)速度;(3)静止;(4)相等【解析】(1)据题意可知,
24、实验中探究小球动能,即小球撞击木块时的动能的大小;故选B;(2)实验表明动能的大小与物体的速度和质量有关;使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下,则小球到达水平面时的速度不同,所以,这是为了研究动能大小与物体速度的关系;(3)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,若任一时刻两球的速度大小相等,即以任何一个小球为参照物,另一个小球都是静止的,所以若C球相对于A球静止,就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。(5)让小车从同一高度由静止下滑,根据决定重力势能大小的因素可知,最初小车的重力势能相同,下滑到水平面时的动能也相同,在不同的材料表面上运动时,最终停下来后,动能全部转为内能,克服摩擦力做了多少功就有多少动能转化为内能,所以,在三个表面克服摩擦力做功相等。18(2019广西贵港)如图是探究“动能的大小跟哪些因素有关”的实验装置图。(1)若让同一钢球分别从斜面不同的高度由静止开始滚下,高度h越高,钢球运动到水平面时速度越 ,木块B被撞得越 。(2)若让不同质量的钢球分别从斜面相同的高度h由静止开始滚下,比较木块B被
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