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第十三讲·功和机械能
考点一 功
定义 如果一个_____作用在物体上,物体在这个力的方向上移动了一段_______,就说这个力对物体做了功 两个必要因素 ①作用在物体上的_________; ②物体在________________上移动了距离 不 做 功 的 三 种 情 况 示 意 图
特 点 物体在水平方向没有受到力的作用,但由于惯性通过了一段距离 物体受到力的作用,但保持静止状态,即没有移动距离 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
举 例 脚对已经踢 出去的足球 不做功 推而未动, 搬而未起 人提水桶水平
前进,提水桶的
力和水桶的重
力不做功
力
距离
力
这个力的方向
功 的 计 算 表述 力与物体在力的方向上移动的距离的________________
公式 W=________
单位 __________(符号:J);1 J=1 N·m
大小 把两个鸡蛋举高1 m所做的功大约是_____ J
拓展 重力做功或克服重力做功W=Gh,摩擦力做功或克服摩擦力做功W=fs
说明 做功的过程实质上是能量转化的过程。计算做功多少时,要注意三个“同一”性:即力与物体移动的距离在方向上必须一致;力与物体移动的距离必须对应于同一物体和同一段时间
（续表）
乘积
Fs
焦耳
1
考点二 功率
定义 在物理学中,把______与____________之比叫做功率
意义 表示物体________________的物理量
公式 ________________
单位 基本单位是_______,符号是_____;工程技术上还常用_____,符号是_____。单位的换算关系:1 kW=______ W,1 W=1 J/s
公式 推导 当物体在力F 的作用下以速度v匀速运动时,由
W=Fs、 ,得________________
【提示】功率表示做功的快慢,功表示做功的多少。功率大的做功不一定多,做功多的功率也不一定大。在分析功和功率的关系时,必须考虑时间因素。
功
做功所用时间
做功快慢
瓦特
W
千瓦
kW
103
考点三 动能和势能
定义 物体能够对外________________,我们就说这个物体具有能量,简称_______
单位 能量的单位是___________,符号是_____
功与 能的 关系 一个物体能够做的功越多,表示这个物体的能量越大
1.能量
做功
能
焦耳
J
定义 物体由于________________而具有的能,叫做动能
探 究 物 体 动 能 的 大 小 与 什 么 因 素 有 关 探究 方法 控制变量法、转换法
实验 装置
实验 过程 ①让体积相同的钢球和木球从同一高度滚下,目的是使两球到达水平面时的_________相同,这是为了探究动能与物体_______的关系;
②让质量相同的两木球从不同高度滚下,是为了探究动能与物体_______的关系;
③通过观察___________________________来显示物体动能的大小
实验 结论 ①甲、乙说明:动能与质量有关,____________相同的物体,质量越大,动能______;
②乙、丙说明:动能与运动速度有关,_____相同的物体,运动速度越大,动能_____
2.动能
运动
速度
质量
速度
被撞物体移动距离的长短
运动速度
越大
质量
越大
重力 势能 定义 物体由于受到重力并处在一定________而具有的能,叫做重力势能
影响 因素 物体的________越大,__________越高,它具有的重力势能就______
比较 方法 质量相同时比较_________;高度相同时比较___________
弹性 势能 定义 物体由于________________而具有的能,叫做弹性势能
影响 因素 物体的________________越大,它具有的弹性势能就_______
3.势能
高度
质量
高度
越大
高度
物体的质量
发生弹性形变
弹性形变
越大
考点四 机械能及其转化
机械能 定义 ________、________________和弹性势能统称为机械能 单位 _______,符号:_______ 机械能 及其 转化 动能与重力势能之间相互转化 转化的规律是减少的能量转化为增加的能量
动能与弹性势能之间相互转化 人造地球卫星能量转化 从近地点→远地点:________能转化为______能
从远地点→近地点:______能转化为________能
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_________,或者说,机械能是守恒的 动能
重力势能
焦耳
J
动
重力势
重力势
动
不变
课堂练习
1.(2021·常德)下面四幅图中所描述的力,对物体做了功的是 ( )
A
2.(2022·齐齐哈尔)如图所示,人沿水平方向推水平地面上的箱子,但没有推动。下列说法正确的是( )
A.人对箱子的推力没有做功
B.箱子对地面的压力和地面对箱子的支持力是一对平衡力
C.箱子受到的重力和地面对箱子的支持力是相互作用力
D.人对箱子的推力小于地面对箱子的摩擦力
A
3.(2021·十堰)某汽车公司对自主研发的无人驾驶汽车性能进行测试,甲、乙两辆完全相同的汽车在同一水平路面上做匀速直线运动,且v甲A.F甲B.F甲>F乙,W甲>W乙
C.F甲=F乙,W甲D.F甲=F乙,W甲=W乙
C
4.下列有关功和功率的说法中,正确的是 ( )
A.机械做功少,功率一定小
B.功率小的机械做功不一定慢
C.功率大的机械做功一定快
D.功率大的机械一定比功率小的机械做功多
C
5.妈妈与小明进行爬山比赛,他们选择的起点、路径和终点都相同,全程设为匀速运动,妈妈的体重是小明的2倍,妈妈所用的时间是小明的3倍,若妈妈克服自身重力做功为W1、功率为P1,小明克服自身重力做功为W2、功率为P2,则下列关系正确的是 ( )
A.W1∶W2=1∶1
B.W1∶W2=2∶3
C.P1∶P2=1∶1
D.P1∶P2=2∶3
D
6.如图所示,小红同学正在做“引体向上”。她先两手握住单杠,两脚离地,两臂及身体自然下垂伸直,然后缓缓曲肘,将身体向上拉起,直到下巴超过横杠。这个过程中,小红做的功最接近 ( )
A.2 000 J B.200 J
D.2 J C.20 J
B
7.(2022·北京)如图所示的是“神舟十三号”载人飞船返回舱返回地面时的情景。打开降落伞后,若返回舱在一段时间内的运动可看作竖直向下的匀速运动,则关于返回舱在这段时间内,下列说法正确的是( )
A.返回舱的动能不变
B.返回舱的重力势能不变
C.返回舱的机械能不变
D.返回舱所受重力不做功
A
8.(2022·百色)北京时间2022年6月5日10时44分,“神舟十四号”载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射。关于飞船在离地加速升空过程中能量的变化,下列说法正确的是 ( )
A.动能增大,势能增大,机械能增大
B.动能增大,势能不变,机械能增大
C.动能增大,势能减小,机械能不变
D.动能减小,势能增大,机械能不变
A
9.(2022·海南)2022年4月16日,“神舟十三号”载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。返回舱在减速下降过程中( )
A.动能增加
B.重力势能增加
C.机械能增加
D.机械能减少
D
10.如图所示,为游乐园的过山车运行的情景,下列说法正确的是( )
A.过山车从高处加速滑下的过程中,机械能增加
B.过山车从高处加速滑下是由于受到惯性的作用
C.过山车从低处上升的过程中,重力势能增加
D.过山车从低处上升的过程中,重力势能转化为动能
C
11.(2020·鄂尔多斯)蹦床运动(如图所示)逐渐进入了大众生活。下列有关对蹦床者的分析,正确的是 ( )
A.下落到与蹦床接触的瞬间,动能最大
B.被蹦床弹起的过程中,弹性势能转化为重力势能
C.从接触蹦床到下落至最低处的过程中,弹性势能转化为动能
D.在空中上升过程中,动能转化为重力势能
D
12.(2022·安徽)如图所示,在2022年北京冬奥会开幕式上,质量约为3 t的奥运五环缓缓升起。若将升起过程看成匀速直线运动,则该过程中奥运五环的 ( )
A.重力势能不变 B.动能增大
C.机械能不变 D.机械能增大
D
13.(2022·河北)2022年5月14日,一架国产C919大飞机(如图所示)从浦东机场起飞,经过3个多小时的飞行后安全降落,这标志着即将交付的首架C919大飞机首飞试验成功。下列说法正确的是( )
A.飞机在升空过程中,飞行员的重力势能逐渐增大
B.飞机从起飞到安全降落的整个过程中,飞行员的动能一直保持不变
C.飞机从起飞到安全降落的整个过程中,飞机的机械能一直保持不变
D.飞机降落后,在水平道上滑行过程中,飞机的动能转化为重力势能
A
14.(2020·鄂尔多斯)某实验小组在“探究影响动能大小的因素”实验中,准备的器材有:质量分别为m、2m的两个钢球,木块和斜面等。实验过程如图所示。
(1)本实验是通过____________________来反映钢球动能大小的。
(2)为了探究物体动能大小与质量的关系,应选择__________两图进行实验分析。
木块移动的距离
乙、丙
(3)实验中为了探究动能大小与速度的关系,应让质量相同的钢球,从同一斜面_____________(选填“相同高度”或“不同高度”)由静止滚下。实验现象表明:当质量一定时,钢球速度越大,动能越___。这个结论可用于解释汽车______(选填“超速”或“超载”)带来的危害。
(4)实验装置中,如果水平面光滑,能否完成本实验的探究内容 并说明理由。
不同高度
大
超速
不能。木块将做匀速直线运动,无法停下来。
15.(2022·重庆A)“共建卫生城市,构建美好家园。”如图所示的是“雾炮车”喷洒水雾以减少扬尘的情景。某次喷洒完后,该车在4×103 N的牵引力作用下,匀速通过200 m的平直道路用时20 s。求:
(1)此过程中该车的速度;
(2)此过程中该车牵引力的功率。
16.(2022·广东)如图所示的某智能机器人的质量为80 kg,其轮子与水平地面接触的总面积为5×10-4 m2。在水平地面上工作时,该机器人匀速直线移动的速度为1 m/s,所受阻力是机器人重力的0.05倍。求:(g=10 N/kg)
(1)机器人对水平地面的压强;
(2)机器人在水平地面上匀速直线移动时的牵引力;
(3)机器人在水平地面上匀速直线移动30 s,此过程
中牵引力做的功。
17.(2022·齐齐哈尔)如图所示的是我国研发生产的某型号航拍无人机。无人机起飞前,放在地面上要确保四脚着地。启动后,利用遥控器可对它进行控制。无人机的参数如下表:
求:(g取10 N/kg)
(1)无人机所受重力是多少
(2)无人机启动前,四脚着地静止停放在水平地面上,此时无人机对地面的压强是多少
(3)无人机以最大上升速度匀速竖直升高30 m,要飞行多长时间
机身总质量/kg 3.6 四脚着地总面积 /cm2 12
电池充满电后储存的电能/J 108 000 最大水平速度 /(m·s-1) 6
机身尺寸/mm 400× 300× 200 最大上升速度 /(m·s-1) 1.5
(4)无人机从50 m高空降落到地面,重力做功是多少
18.(2022·怀化)2022年北京冬奥会示范运营1 000多辆氢燃料电池车(如图所示),该车的排放物是水,不产生任何污染物,是当前世界新能源汽车重要的发展方向。假设某国产氢燃料电池车总质量为5×103 kg,在某次测试中该车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍,在0.5 h内行驶了28 km的路程,消耗的氢能源为0.4 kg(不考虑氢能源燃料消耗对车质量的影响)。求该测试过程中氢燃料电池车:(已知q氢=1.4×108 J/kg,g取10 N/kg)
(1)行驶的平均速度为多少千米每小时
(2)牵引力做的功;
(3)氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率。
19.(2021·眉山)改革开放以来,我国人民的生活水平不断提高,汽车已成为多数人的代步工具。某品牌国产汽车以72 km/h的速度在平直公路上匀速行驶100 km,消耗了6 L汽油,汽车发动机的功率为12 kW。已知:汽油的热值为q=4.6×107 J/kg,汽油的密度为ρ=0.7×。求该汽车匀速行驶100 km的过程中:
(1)消耗汽油的质量;
(2)发动机所做的功;
(3)发动机的效率(百分号前保留整数)。
课后训练
1.(2023·连云港)下列有关功的说法正确的是 ( )
A.用力推车没有推动,人对车也做了功
B.足球在水平地面上滚动时重力对足球没有做功
C.运动员举起杠铃在空中静止不动时对杠铃做了功
D.学生背着书包在水平路面匀速前进时对书包做了功
B
2.(2023·长沙)如图,大人和小孩分别将5块相同的砖从一楼搬到二楼,在这个过程中,下列说法正确的是 ( )
A.小孩对砖做功更多
B.小孩对砖做功更快
C.大人对砖做功更多
D.大人对砖做功更快
B
3.(2023·福建)东南海域水质的改善,给了中华白海豚一个温馨的家。如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.海豚跃出海面减速上升过程,动能不变
B.海豚跃起到最高点时,重力势能最大
C.海豚从高处落回海面过程,重力势能不变
D.海豚在海面下加速下潜过程,动能变小
B
4.(2023·北京) 如图所示,人们修筑拦河坝来提高上游的水位,在坝底安装水轮机带动发电机发电。上游一定量的水,经水轮机流到下游的过程中,下列说法正确的是 ( )
A.水的机械能不变
B.水的重力势能增大,动能减小
C.水轮机带动发电机发电,电能转化成机械能
D.上游水位越高,能够发出的电能越多
D
5.(2023·吉林)下列关于力学知识的描述中,说法正确的是 ( )
A.静止在地面上的人受到的重力和人对地面的压力是一对平衡力
B.太空中的空间站受到浮力
C.用注射器注射药液时利用了大气压强
D.雨滴下落过程中重力对其做功
D
6.(2023·北京)如图所示,小京用水平推力推着购物车在水平地面上做匀速直线运动,下列说法正确的是 ( )
A.小京对车的水平推力大于车受到的阻力
B.车受到的支持力与车对地面的压力是一对平衡力
C.若小京撤去对车的水平推力,车的运动状态将会发生改变
D.若小京撤去对车的水平推力,小京仍对车做功
C
7.(2023·河南)踢毽子是一项常见的健身运动,如图为一同学踢毽子的情景,毽子在向上运动的过程中,下列关于毽子的说法正确的是( )
A.重力势能减小 B.运动状态改变
C.受到惯性作用 D.在最高点时受力平衡
B
8.(2023·宜昌)2023年5月30日9时31分,搭载“神舟十六号”载人飞船的“长征二号F遥十六”运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射,如图所示。由景海鹏、朱杨柱、桂海潮三名宇航员组成的全新飞行乘组,将与“神舟十五号”乘组在空间站胜利会师。火箭发射过程中,下列说法正确的是 ( )
A. 以火箭为参照物,“神舟十六号”飞船是运动的
B.火箭在加速上升过程中,运动状态发生了变化
C.火箭飞行方向改变时,受到平衡力的作用
D.加速上升过程中,“神舟十六号”飞船动能保持不变
B
9.(2023·成都)2023年5月10日在文昌航天发射场,搭载“天舟六号”货运飞船的长征七号遥七运载火箭发射升空,如图所示。在火箭加速升空过程中,下列说法正确的是( )
A.“天舟六号”货运飞船的重力势能增大
B.“天舟六号”货运飞船的动能保持不变
C.“天舟六号”货运飞船的机械能不变
D.“天舟六号”货运飞船的动能转化为重力势能
A
10.(2023·天津)体育运动中蕴含着物理知识,下列运动现象所涉及的物理知识正确的是 ( )
A.① B.② C.③ D.④
序号现象物理知识
①跳远时助跑增大惯力
②穿滑雪板滑雪增大压强
③向前游泳时向后划水力的作用是相互的
④跳远运动员越过横杆下落重力势能增大
C
11.(2023·云南 )(多选)2023年3月30日,长征二号丁运载火箭将宏图一号01组卫星发射升空,该组卫星是国际上首个四星编队飞行的对地成像系统。下列说法正确的是( )
A.火箭用液态氢作燃料,因为氢的热值较大
B.火箭升空过程中,以火箭为参照物,发射台是运动的
C.卫星在绕地球运行过程中运动状态不变
D.卫星升空过程中,动能增大,重力势能不变
AB
12.(2023·上海)用大小为10牛的水平方向的推力F使重力为20牛的物体在5秒内匀速运动4米,求这段时间里物体推力F做的功W和功率P。
13.(2023·苏州)如图甲所示,重500 N、底面积为0.2 m2的箱子放在水平地面上。现用一块直木板将该箱子匀速拉上平台(图乙)。已知拉力为350 N,箱子沿板移动了2 m,升高1 m,用时20 s。求:
(1)箱子对水平地面的压强;
(2)上移过程中拉力做功的功率;
(3)箱子克服木板摩擦力所做的功。
14.(2023·自贡)为保家卫国,加强国防建设,我国自主研制了一款两栖坦克,坦克发动机最大功率为440 kW,满载时质量是24 t,在野外陆地的最大速度是60 km/h,在水中的最大速度是14 km/h。已知ρ水=1×,g=10 N/kg,请完成下列问题:
(1)坦克满载在水中行进时,排开水的体积是多少
(2)坦克每条履带与地面的接触面积是2 m2,满载时对水平地面的压强多大
(3)在某次演习中,坦克以最大功率在水中行驶10 min,发动机所做的功是多少

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