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第三部分　能量
第14讲　功和机械能
分析考试要求，呈现近三年中考物理考查趋势
课标要求 1.知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化，用实例说明机械能和其他形式能量的相互转化。 2.理解机械功和功率，能用生活中的实例解释机械功和功率的含义。
近三年广东省中考 考查情况分析 年份 题型 考点 分值
2021年 填空题 机械能转化 3分
2022年 填空题、计算题 机械能转化，功的计算 10分
2023年 未考查
1.(2021·广东)如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的　 　大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为 _
能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能　 　(选填“守恒”或“不守恒”)。
不守恒　
内
近三年广东真题汇总
热值　
2.(2022·广东)图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E点。图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，则过山车的动能在　 　点最大，B点重力势能的大小　 　E点动能的大小。在这个过程中，过山车的机械能是　 　(选填“变化”或“不变”)的。
变化　
等于　
C　
3.(2022·广东)图中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：(取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。
(1)1.6×106 Pa　
(2)40 N　
(3)1 200 J
1.功
(1)概念：如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功。
(2)做功的两个必要因素：(缺一不可)
①作用在物体上的　 　； ②物体在　 　移动了一段距离。
(3)功的计算公式：W＝　 　。
(4)功的单位：　 　，简称焦，符号是　 　。
单位换算：1 J＝　 　N·m。
1　
J　
焦耳　
Fs　
这个力的方向　
梳理课本必备知识，明确考什么
力　
(5)不做功的三种情况：
注意：①重力做功W＝Gh，克服摩擦力做功W＝fs。
②常见功的估算：将物理课本从地面捡起放到桌面上，克服重力做的功约为2 J；中学生从一楼走到二楼克服自身重力做功约为1 500 J。
③在利用功的计算公式时，F的单位是牛(N)，s的单位是米(m)，W的单位是焦(J)。
2.功率
(1)定义：　 　与　 　之比叫做功率，数值上等于单位时间内所做的功。
(2)公式：P＝ 　(注：P、W、t必须对应于同一时间的同一物体)。
可变形求功的公式：W＝　 　；求时间的公式：t＝ 　。
(3)功率的单位：　 　，符号是W，单位换算：1 kW＝1 000 W。
(4)推导式：当物体在力F的作用下，以速度v做匀速直线运动时，P＝＝Fv。在功率一定时，F与v成反比。(特别提醒：速度单位必为 m/s)
瓦特　
Pt　
做功所用时间　
功　
3.能量：物体能够　 　，就说这个物体具有能量，简称能。
能量的单位是　 　。
注意：一个物体具有能量，是说物体具有做功的能力，不一定要做功。例如静止在高山上的石头，具有重力势能(能量)，但是没有做功。
实质：能量是表示物体做功本领大小的物理量。一个物体能够做的功越多，表示这个物体具有的能量越大。
焦耳(J)　
对外做功　
类型 动能 势能
重力势能 弹性势能
定义 物体由于　 而具有的能 物体由于受到 并处在一定高度时所具有的能 物体由于发生
　 　而具有的能
决定因素 　 　和 　 _ 　 　和 　 _ 　 　的大小(同一物体)
存在标志 正在运动的物体 位于高处的物体 发生弹性形变的物体
高度
速度
弹性形变　
弹性形变　
质量　
重力
质量　
运动
4.动能和势能(10年8考)
注意：一般而言，规定物体在“水平地面”上的重力势能为零。
5.机械能(10年4考)
(1)机械能及其转化
机械能及其转化
弹性
重力
动能
(2)机械能守恒条件：只有动能和势能相互转化，机械能的总和
，或者说，机械能是守恒的。若在转化过程中存在摩擦力等消耗能量的因素，则机械能总量会　 　，机械能不守恒。
注意：若在转化中存在摩擦力等消耗能量的因素，则机械能总和会
　 　，机械能不守恒。
(3)水能和风能：水电站是利用水的　 　能来发电的；风力发电机是利用风的　 　能来发电的。
动　
重力势　
减小　
减小　
保持不变
A.起重机吊起大象 B.马拉车前进　 C.运动员从跳台跳下 D.杠铃纹丝不动
考点精讲、对应训练
考点一　功和功率的理解
●典型例题
【例 1】下图所示实例中，力对物体没有做功的是( )
D
技巧点拨
1.做功的两个因素：力+该力方向上的距离。
2.常见的三种不做功的情况：
图示
特点 物体受力但是没有移动 物体脱离了力由于惯性继续运动，该力对物体不做功 物体受到的力的方向与运动的方向垂直
举例 踢出去的足球在球场上滚动时，脚对足球不做功 足球在水平地面上滚动时，重力对足球不做功
A.小明同学从准备状态发力到上拉状态过程中对杠铃做了功
B.小明同学从上拉状态发力到上挺状态过程中对杠铃做了功
C.小明同学从上挺状态发力到站立状态过程中对杠铃做了功
D.小明同学在站立状态过程中对杠铃做了功
●举一反三
1.(RJ八下P64练习3改编)如图所示为小明同学做挺举连续动作的几个状态图，下列说法不正确的是( )
D
2.如图甲所示，物体A分别在水平推力F1、F2的作用下，在粗糙程度不变的水平地面上做直线运动。物体A运动的路程和时间图象如图乙所示，两次推力的功率分别为P1、P2。则( )
A.F1＝F2，P1＞P2
B.F1＝F2，P1＜P2
C.F1＞F2，P1＞P2
D.F1＜F2，P1＞P2
A
考点二　功和功率的计算及比较
●典型例题
【例 2】新能源汽车因节能、环保等优点深受广大家庭的喜爱。小明爸爸驾驶电动汽车在平直公路上以72 km/h 的速度匀速行驶，已知该车的总质量为1.6×103 kg，行驶中阻力为车重的0.05倍，此过程中该车牵引力为　 　N，牵引力做功的功率为　 　W，保持发动机功率不变，行驶10 min，牵引力做的功为　 　J。(g取10 N/kg)
9.6×106　
1.6×104　
800　
技巧点拨　
1.根据运动状态判断物体的受力情况，根据二力平衡求牵引力。
2.根据P= ==Fv求牵引力的功率。
3.根据W=Pt或W=Fs求牵引力做的功。
3.如图甲所示，一台塔式起重机将500 kg的货物吊着先升高10 m，然后将其在水平方向上移动 5 m，货物的h－t曲线如图乙所示，则整个过程中起重机钢丝绳的拉力对货物做功　 　J，0~10 s内起重机对货物做功的功率为　 　W。(g取10 N/kg)
5×103　
●举一反三
5×104　
4.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
技巧点拨　要能从能的转化理解冰雹的机械能变化，因为冰雹下落过程中克服阻力做功，最终转化为内能，所以机械能必定是减小的。
考点三　动能、势能及机械能的转化
●典型例题
【例 3】在我市下了一场冰雹。已知冰雹在下落过程中受到的空气阻力随下落速度的增大而增大，且落地前已做匀速运动。关于冰雹的下落过程，下面说法正确的是 ( )
A.冰雹的重力势能越来越大
B.冰雹的机械能越来越小
C.当冰雹匀速下落时空气阻力对冰雹不做功
D.冰雹受到的空气阻力越来越大，可能大于重力
B
5.(RJ素材)如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行，卫星在大气层外运行不受空气阻力，只有动能和势能的相互转化，因此机械能
　 　(选填“守恒”或“不守恒”)；当卫星从近地点向远地点运行时，动能会　 　(选填“增大”“不变”或“减小”)。
减小　
●举一反三
守恒　
A.小球在A、B两点具有的动能相同
B.小球在A、B、C三点的速度大小关系是vA＞vB＞vC
C.从B点到C点减小的动能全部转化为小球的重力势能
D.小球在A点具有的机械能等于它在C点具有的机械能
6.(2022·深圳模拟)如图所示，光滑的弧形轨道竖直固定于水平面上，一小球由A点以速度v沿轨道滚下，经另一侧等高点B点后到达最高点C点。(不计空气阻力)下列分析中不正确的是( )
B
实验剖析，加深理解
实验　探究物体的动能与哪些因素有关
【例 】如图所示是“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置，让钢球从高度为h的斜槽上由静止开始滚下，运动的钢球碰到水平面上的木块后，能将木块撞出一段距离，实验数据如表。请你完成下列问题。
次数 钢球的质量m/kg 钢球下落的高度h/cm 木块移动的距离s/cm
1 0.1 10 8
2 0.1 25 19
3 0.2 10 15
4 0.3 10 22
5 0.3 15 30
6 0.3 20 34
(1)实验中探究的动能是指　 　(选填字母)，钢球动能是由　 　能转化来的，实验中通过观察　 　来判断动能的大小。
A.钢球撞击木块时的动能　B.钢球撞击木块后的动能　C.木块被钢球撞击后的动能
(2)本实验用同一个钢球是为了控制　 　相同，让同一钢球从斜面的不同高度由静止开始滚下是探究动能大小与　 　关系的。
(3)比较第1、3、4次实验数据，可以得出结论：
　 　。
速度相同时，质量越大，物体的动能越大　
运动速度　
质量　
木块被推动距离的大小　
重力势　
A　
(4)比较第　 　、　 　、　 　次实验数据，可以得出的结论是：质量相同时，速度越大，物体的动能越大。
(5)木块最终会停下来的主要原因是　 　，在此过程中木块通过　 　的方式把动能转化为内能。
(6)如果木块在运动过程中所受的摩擦阻力为零，木块将
　 　。
(7)实验中应用的研究方法主要有　 　法和　 　法。
控制变量　
转换　
做匀速直线运动　
做功　
受到摩擦力的作用　
6　
5　
4　
(9)如图丙所示为某段道路的标志牌，请结合所学知识解释：
①对机动车限定最高行驶速度：
　 　。
②对不同车型限定不一样的最高行驶速度：
　 　。
速度相同时，质量越大，动能越大　
(8)调节图乙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，下列最符合实际的是　 　(选填字母) 。
质量一定时，速度越大，动能越大　
B　
1.(2023·常州)初中生小明回家上楼，用30 s从一楼走到三楼，他上楼过程的功率大约为( )
A.1 W B.10 W C.100 W D.1 000 W
以近年中考物理试题为例
C
(1)在MN、PQ段，A的速度分别为v1、v2，A所受摩擦力分别为f1、f2，
则v1　 　v2，f1　 　f2。(均选填“＞”“＝”或“＜”)
(2)A从M运动到N，F1做的功为　 　J、功率为　 　W，A所受重力做的功为　 　J。
0　
0.1　
0.3　
＞　
2.(2023·广州)物体A重5 N，如图1，A在水平拉力F1作用下，在水平面从M匀速直线运动到N用时3 s；如图2，在A上放置一个钩码，A在水平拉力F2作用下，在另一水平面从P匀速直线运动到Q用时2 s。
＜　
A.飞船在升空过程中，只存在动能和势能的相互转化
B.漂浮在空间站中的宇航员重力势能为零
C.空间站组合体在轨稳定运行过程中机械能守恒
D.空间站组合体在太空中沿椭圆轨道绕地球运行，在近地点时动能最小
3.(2023·荆州)2023年5月30日，景海鹏、朱杨柱、桂海潮三名航天员乘坐神舟十六号载人飞船，成功进入中国空间站，与神舟十五号航天员乘组会师天宫，如图所示。下列说法正确的是( )
C
A.实心球在空中运动时没有惯性
B.实心球在最高点A时处于平衡状态
C.实心球从A运动到B过程中动能逐渐增大
D.实心球从O运动到B过程中重力势能逐渐减小
4.(2023·大庆)掷实心球是大庆市中考体育考试项目之一，某同学掷出的实心球的运动轨迹如图所示，O点是实心球刚离开手的位置，A点是实心球运动到最高点的位置，B点是实心球落地前瞬间的位置。在不计空气阻力的情况下，下列说法正确的是( )
C
5.(2023·威海)小明探究重力势能大小与物体质量和高度的关系，实验装置如图甲所示。
(1)将铁球从斜面由静止释放后到压缩弹簧，记录铁球速度减为0时弹簧的长度。整个过程涉及的能量转化情况为　 _
　，铁球重力势能的大小可以用被压缩后弹簧的长度来反映，长度越长，则说明铁球的重力势能越　 　(选填“大”或“小”)。
小　
动能再转化为弹性势能　
重力势能先转化为动能，
(2)将同一铁球先后从同一斜面的不同高度h1、h2(h1＜h2)处由静止释放，弹簧被压缩后的长度分别为l1、l2(l1＞l2)，则你能得出的结论是
　 　。
(3)若要探究重力势能大小与物体质量的关系，请简要写出你的设计思
路：　 _
　。
(4)结合本实验和所学知识，分析图乙所示的水坝，发电机安装在　 _
位置较为合理(选填“C”或“D”)，你认为适合建造大型水力发电站的地方应该具备哪些条件： 　。
水资源丰富(或水量大)和地势高度差大　
D
缩后的长度　
质量不同的小球从同一斜面的同一高度静止释放，比较弹簧压
质量相同，高度越低，重力势能越小　
根据新的物理情境，将功、功率、新的物理量定义等知识综合考查，主要体现在综合能力题上。
【例】(2023·龙岗期末)阅读短文，回答问题。
材料一　《天工开物》是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作。其中关于一种叫“筒车”的古代农业机械这样记载道：“凡河滨有制筒车者，堰陂障流绕于车下，激轮使转，挽水入筒，一一顷于机内，流入亩中，昼夜不息，百亩无忧。”图甲为文中记载的筒车，图乙为筒车的简化示意图。
材料二　现代灌溉系统具有定时、循环灌溉功能，结合土壤检测系统和气象监控站，可实现设施农业和大田农业自动灌溉需求，高效又节省人力资源。使用水泵灌溉梯田时，如图丙，水泵依靠电机运转抽水浇灌秧苗，利用电机做功是为了对水产生稳定的压力，可以将水以一定速度推到高处。某水泵出水管横截面积为1.2×10－2 m2，出水速度恒定为2 m/s，灌溉不同高度所需的水压和电机效率如表所示。
灌溉高度h/m 所需压强p/×106 Pa 电机效率η/%
8 0.25 62.5
40 0.55 85
50 0.65 80
(1)材料一中，筒车工作时是把　 　能转化为重力势能。
(2)取水筒的容积越大，筒车旋转一周提升的水就越多，那么对进入接水槽的水所做的功越　 　，当水流变湍急后，筒车提升水的功率会变
　 　。
(3)若接水槽离取水处高4 m，水轮上有12个取水筒，一个取水筒每次可取水4 kg，筒车旋转一周所用时间为60 s，水流冲击筒车的总功率为40 W，水流做的总功为　 　J，筒车旋转一周取水的机械效率为
　 　(接水槽离倒水处的高度忽略不计， g取10 N/kg)。
(4)材料二中，分析表中信息可知，灌溉高度为　 　m时，电机效率最高。若用水泵灌溉50 m高的田地，需要电机提供的压力为 N，此时电机的总功率为　 　W。
1.95×104　
7.8×103
40　
80%　
2 400　
大　
多　
动　

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