备战2021 中考科学 精讲精练 专题20 功和功率 机械能（学生版）

备战2021 中考科学 精讲精练 专题20 功和功率 机械能（学生版）

专题20功和功率　机械能【知识点回顾】一、机械能1．动能是物体由于________而具有的能。2．势能①重力势能：物体由于________而具有的能叫做重力势能。②弹性势能：物体由于________而具有的能叫做弹性势能。动能的大小与物体的________及物体运动的________有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越________；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越________。考点3　知道重力势能大小跟质量、举高高度的定性关系　重力势能的大小与物体的________及物体所处的________有关。弹性势能的大小跟物体的材料以及________的大小有关，弹性形变越大，物体的弹性势能就越________。单摆：将摆锤拉高一定的高度后放手。摆锤在向下摆动的过程中________转化为________，在摆锤摆过中点后向上摆动的过程中________转化为________。 动能和势能统称为________。动能和势能之间可以________。如果没有摩擦等阻力，那么在势能和动能的相互转化中，机械能的________，即机械能守恒。(注意不考虑阻力)1．如果没有摩擦阻力，动能和势能在相互转化的过程中，机械能总量________。2．如果存在摩擦阻力，动能和势能在相互转化的过程中，机械能的总量会减少。减少的机械能转化为摩擦产生的________能。二、机械功1．做功的两个必要因素：________和________。2．功是作用于物体的力和物体在力的方向上移动的________的________。功的单位：________，简称焦，符号是J。1焦＝1牛·米。公式：功＝力×距离，即________。力没有做功的三种情况：①物体受到力的作用，但没有移动距离；②物体不受外力，由于惯性做匀速直线运动；③物体通过的距离跟它受到的力的方向垂直。注意：物体做功的多少与物体是否做匀速直线运动、速度多大、接触面是否粗糙均无关。三、功率1．定义：________内做的功叫功率。2．意义：功率是用来描述物体________的物理量。 功率的单位：________，简称瓦，符号是W。1瓦＝1焦/秒　功率的公式：________　P＝Fv________，所以做功快慢也就是能量转化的快慢。因此，功率是表示能量转化快慢的物理量。【例题精析】例1．（2020•舟山）乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球，若不计空气阻力，则落到水平桌面时三者的速度大小关系是（　　）A．va＞vb＞vcB．vb＞vc＞vaC．va＞vc＞vbD．va＝vb＝vc例2．（2020•湖州）在无风的环境中雨滴的降落可简化为两个过程，先加速竖直降落，后匀速竖直降落。雨滴（忽略质量变化）在（　　）A．加速降落过程中只受重力作用B．加速降落过程中机械能逐渐增大C．匀速降落过程中减少的重力势能全都转化成内能D．匀速降落过程中机械能保持不变例3．（2019•雅安）如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定在水平面，一小球由A点以一定的速度υ沿轨道滚下，经另一侧与A等高点B后到达最高点C．下列分析正确是（　　） A．整个过程只有重力在对小球做功B．小球在A点的惯性比在C点的惯性大C．小球在A点的动能比在B点的动能大D．小球在A具有的机械能等于它在C点具有的重力势能例4．（2018•湖州）在某次演习中，解放军在海拔6000米的高空空投重达8吨的新型履带式伞兵战车，如图。空投下来的战车在后阶段可认为与降落伞一起匀速竖直掉向地面。下列观点正确的是（　　）A．伞兵战车出机舱后在水平方向仍会向前运动，这是由于战车受到惯性的作用B．后阶段匀速下降的过程中机械能守恒C．空投战车后，若飞机仍在原高度水平飞行，则飞机的势能比空投前减小D．伞兵战车从出机舱到地面的整个过程中，重力做功4.8×107焦例5．（2018•绍兴）如图，木块以一定的速度滑过A、B点，到C点滑出下落至D点，A和B、C和D之间的垂直距离均为h。若空气阻力忽略不计，则对木块在运动过程中能量变化的分析，正确的是（　　）A．D点与A点相比，动能增加，势能减少，机械能不变 B．A点到C点减少的重力势能大于C点到D点减少的重力势能C．B点的动能可能等于A点的动能，但一定大于C点的动能D．B点的动能可能等于D点的动能，但一定大于A点的动能例6．（2019•绍兴）某工厂发货传输分拣线示意如图，等间距排列的相同货物先被传送带匀速运送到工作台，在工作台AB上匀速下滑时被扫描，后滑至水平工作台BC，最后在C点静止时被机械手臂取走进行分类。传送带与AB、AB与BC都平滑连接，AB与BC材料相同，且长度均为1米，空气阻力忽略不计。（1）若货物对AB的压力小于对BC的压力，则货物在AB上减小的机械能　　（选填“大于”、“等于”或“小于”）在BC上减小的机械能。（2）若机械手臂每隔3秒钟取走一件货物，传送带运动的速度为0.8米/秒，为防止货物的碰撞与堆积，货物之间的距离d至少为　　米。例7．（2019•衢州）2019年衢江抽水蓄能电站开建，其工作原理如图，用电低谷时（如深夜），电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来；用电高峰时，再利用上水库中的水发电。（1）蓄能时，水被抽到上水库，此过程是将　　能转化为水的机械能。（2）抽水蓄能电站选址衢江黄坛口，不仅因当地水资源丰富，同时还考虑到当地地势较陡，这样建成的电站上、下水库的高度差比较　　，有利于蓄能与发电。例 8．（2020•温州）在做“探究动能大小与质量关系”的实验时，小明想：小球从相同高度滚下，若小球材质和斜面倾角不同，到达水平位置时的速度会相同吗？（1）图甲是用挡板控制大小不同的两个小球在斜面上起始位置的两种方案，小明实验时选择A方案而不能选择B方案的原因是　　。（2）小明选择大钢球、小钢球、木球以及可调整倾角的斜面进行实验。分别让球从斜面同一高度由静止开始释放，利用测速仪测出球到达水平位置时的速度如表所示。10°20°30°40°50°60°大钢球2.672.672.672.752.882.97小钢球2.672.672.672.752.882.97木球2.672.672.672.672.742.89分析表中数据可知：要使球到达水平位置时的速度与球是钢质或木质无关，则斜面倾角不可能是　　。A.15°B.25°C.35°D.45°（3）小明利用图乙装置做“探究动能大小与质量关系”的实验时，通过观察球撞击相同塑料软片的数目来比较球的动能大小（图中未画出固定塑料软片的装置）。老师指出此装置不适合体积不同的两个球做实验，原因是　　。 例9．（2020•温州）某跳伞运动员从飞机上跳下，沿竖直方向降落，一段时间后打开降落伞，最后安全着地。已知运动员和跳伞设备的总重力为700牛，跳伞过程中下降的速度与时间的关系如图甲所示。（1）图甲中曲线OA段速度越来越大的原因是　　。（2）图乙是跳伞过程中部分阶段的情景及受力示意图，其中与图甲曲线中CD阶段对应的是　　。（3）计算运动员和跳伞设备的总重力在AB段所做的功。例10．（2020•绍兴）2020年5月27日，中国珠峰高程测量登山队从北坡成功登顶，圆满完成峰顶测量任务，亿万民众共同见证这一极限挑战，激起国人满腔豪情。（1）登顶的一大难关是“第二台阶”，这段垂直高度4米的岩壁上架着“中国梯”（图甲），登山队员的质量为75千克，爬完岩壁至少需要克服重力做功多少焦耳？（2）科学家在珠峰底部设立了多个观测点（图乙）来测量珠峰高度的目的是　　。 （3）受到测量珠峰高度的启发，小敏用激光笔来测量校内的旗杆高度（图丙）；打开激光笔开关，让激光对准旗杆的顶端，要测算出旗杆高度H，需测出的数据有　　。 【习题巩固】一．选择题（共15小题）1．蹦床运动有“空中芭蕾”之称，运动时利用蹦床中的弹簧反弹让人在空中表演动作技巧。下列对蹦床运动员的叙述正确的是（　　）A．离开蹦床后的速度是先变大后变小B．从最高点到落到蹦床最低点速度是一直变大C．从接触蹦床至到达最低点，只有人的动能转化为蹦床的弹性势能D．后一次比前一次“蹦”得更高，一定是做了功2．如图，重物P放在一长木板OA上，将长木板绕O端匀速缓慢转动一定角度，重物P相对于木板始终保持静止。匀速转动过程中，下列说法错误的是（　　）A．外力对木板做了功B．木板对重物P做了功C．重物P的机械能不断变大D．长木板和重物的总机械能保持不变3．如图甲，木块在恒定不变的拉力F的作用下沿斜面作匀速直线运动，随时间变化规律如图乙所示的科学量是（　　） A．动能B．距离C．重力势能D．拉力做的功4．为了证明高空抛物的危害，专家进行了实验测试，从30米的高处掉下的瓶装水可以将5毫米木板压碎，出现很长的裂缝。专家认为，高空抛物的效果相当于将物体本身的质量放大。下列关于高空抛物物体下落过程中说法正确的是（　　）A．下落过程中物体的质量在增大B．下落过程中物体的重力在增大C．下落过程中物体的动能在增大D．下落过程中物体的势能在增大5．超期服役的“天宫一号”空间站于2018年4月2日在大气层坠落烧毁，走完了它辉煌的一生。下列有关说法正确的是（　　）A．“天宫一号”坠毁时将依次通过外层、中间层、平流层和对流层B．“天宫一号”坠落时重力势能转化为动能，且机械能守恒C．“天宫一号”燃烧所得产物的总质量和“天宫一号”的总质量相同D．浙江地区4月2日昼长夜短6．如图所示，乘客站在水平台阶上随自动扶梯匀速上楼，在此过程中蕴含着许多科学知识。下列说法正确的是（　　）A．乘客的机械能增加B．乘客的重力势能不变 C．扶梯台阶不对乘客做功D．扶梯上乘客受到重力、支持力和摩擦力的作用7．如图所示，A、B两球质量相等，A球用不可伸长的轻绳系于O点，B球用轻弹簧系于O′点，O与O′点在同一水平面上。分别将A、B球拉到与悬点等高处，细绳和轻弹簧均处于水平，弹簧处于自然状态，将两球分别由静止开始释放，当两球第一次达到各自悬点的正下方时，两球仍处在同一水平面上，则两球各自第一次到达悬点正下方时（不计空气阻力）（　　）A．A球的速度较大B．B球的动能较大C．两球的动能相等D．两球的机械能相等8．如图所示，小晨用拴在细线下的小球在竖直平面内来回摆动做实验，A、C是小球能摆到的最高点，B点是小球的最低点，忽略空气阻力，下列分析不正确的是（　　）A．如在B点把绳子剪断，小球此后至落地前的运动状态都将时刻在改变，机械能不变B．如在D点绳子突然断了，小球不可能落到E点，如果落到E点左侧，则小球脱离绳子后动能先减小后增大C．小球在整个运动过程中受到2个力的作用，这2个力都对小球做功，其中小球在B点受到平衡力的作用D．A、C距地面高度相同，小球在A、C两点速度为零，但小球受到的力不平衡9．如图所示是体能测试中掷出的实心球运动的情景，下列说法正确的是（　　） A．实心球从a点运动到b点的运动过程中，惯性越来越小B．实心球在b点时，受推力和重力的作用C．实心球从b点运动到c点的过程中，重力势能转化为动能D．实心球在c点时，内能为零10．在同一斜面上先后用相同大小的拉力F，平行于斜面拉动质量为m和2m的物体，使它们在斜面上移动相同的距s，如图甲和乙所示。若拉力F在前后两个过程中所做的功分别为W甲和W乙，则W甲和W乙的大小关系是（　　）A．W甲＞W乙B．W甲＝W乙C．W甲＜W乙D．无法确定11．2019年5月17日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭成功发射第45颗北斗导航卫星。如图所示是北斗卫星随火箭加速上升与沿椭圆轨道绕地球运行时的情景。下列说法错误的是（　　）A．运载火箭加速上升过程中，重力势能变大，动能增大B．运载火箭加速升空是利用了物体间力的作用是相互的C．北斗卫星绕轨道运行时受到非平衡力的作用 D．北斗卫星绕轨道从近地点向远地点运动时，动能变大，机械能守恒12．济南市中小学田径比赛中，运动员跳远运动的几个阶段如图所示，则运动员（　　）A．助跑阶段机械能不变B．经过最高点时重力势能最大C．经过最高点时动能最大D．起跳时机械能为零13．如图所示，图中速度υ的方向是小强同学在体育中考“原地掷实心球”项目测试中球出手时的飞行方向。对从球出手到落地的过程，下面关于机械能的一些说法中正确的是（空气阻力忽略不计）（　　）A．球出手时动能最大B．球出手时势能最大C．球落地时机械能最大D．球的机械能保持不变14．如图所示，一轻质弹簧一端系在墙上的O点，自由伸长到B点，今将一小物体m连在弹簧上，并把弹簧压缩到A点，然后释放，小物体能运动到C点静止，物体与水平地面间的摩擦力恒定，下列说法中正确的是（　　）A．物体从A到B动能越来越大，从B到C动能越来越小 B．物体从A到B动能越来越小，从B到C所受合力不变C．物体从A到B动能先增大后减小，从B到C动能一直减小D．物体在B点动能最大15．一个物体由A点自由下落时，相继经过B、C两点，如图所示，已知AB＝BC，物体在AB段重力做功W1，功率P1；在BC段重力做功W2，功率P2，则下列关系正确的是（　　）A．W1＝W2，P1＞P2B．W1＝W2，P1＝P2C．W1＝W2，P1＜P2D．W1≠W2，P1≠P2二．实验探究题（共3小题）16．为了研究动能的大小与哪些因素有关，教材中设计了“小钢球撞木块”的实验（如图所示），让静止的小钢球从斜面滚下，观察木块被推动的距离。（1）该实验的设计思路是采用　　法，用木块移动的距离来表示动能的大小；（2）该实验“物体的动能”是指物体　　（选填“A”或“B”）的动能；（3）若要研究物体动能与物体质量的关系，实验中让质量不同的物体从斜面同一高度上静止滚下的目的是　　。17．李老师利用如图甲所示的装置演示动能与重力势能的相互转化后，小沈想：小球在摆动过程中的机械能的大小是否与细线的长度有关呢？为了探究此问题，她设计了以下实验装置：将无弹性的细线上端固定在铁架台上，下端拴住小球，使小球摆动到最低点时恰好撞击静止在水平桌面上的木块，如图乙所示。（不计细线固定端的摩擦与空气阻力）（1）小沈将长为l的细线拉至水平状态静止时，小球具有的机械能是以　　 能的形式存在；（2）释放小球后，木块被小球撞击并在水平桌面上滑动了一段距离s后停下，写出被撞击后木块的能量转化形式：　　。（3）小沈多次改变拴小球的细线长度，并调整细线固定端的位置，每次均将小球拉至细线处于水平状态时自由释放，使它摆动到相同的最低点撞击同一木块，测出木块被撞击后运动的距离，通过比较运动距离的长短来判断小球具有的机械能大小。请你分析小沈的实验方案是否可行？并说明理由。　　。18．在探究“物体的动能与质量和速度是否有关”实验中，小蔡先探究“物体的动能与质量是否有关”，所用的器材有：一个用长木板搭成的斜面、三个质量不同的铁球、一个木块。各器材的组装示意图如图1所示。（1）如图1，每一次实验时都应将铁球从同一斜面的　　处由静止释放，通过观察比较木块移动的距离来判断铁球动能大小。（2）小金对小蔡的实验方案进行改进：不用木块，在木块的位置上固定一个面积较大的挡板，在挡板前面贴上足够厚的长方体橡皮泥，如图2所示，每次实验后都要换上另一块相同的橡皮泥，通过观察比较　　来判断铁球动能大小。此外，他还需要调整　　相同。（3）探究完成后，小蔡看到右图3，如果小球从A点静止释放运动到C点时，若一切外力消失，则小球会沿哪条路线继续运动，并写出你判断的依据　　。 三．计算题（共4小题）19．如图所示为某款质量为2.5千克的4翼“无人机”。它可邇过无线电进行操控，在拍摄调查、无人配送等方面具有广阔的前景。（1）无人机起飞时，增大4个旋翼的转速，使吹向下方的风量增加，它就会上升，这是因为　　。（2）若该机在50秒内匀速竖直上升100米进行空中拍摄，则此过程中无人机克服自身重力做功多少焦？（3）当该无人机静止在水平地面上时，与地面的接触面积为40厘米2，此时无人机对水平地面的压强为多少帕？20．一种常见的电动自行车，使用前要先对车上的蓄电池充电。骑行时，蓄电池对车上的电动机供电，电动机为车提供动力。如表是这种品牌电动自行车的一些主要技术参数。请回答：最高车速≤30km/h一次充电连续行驶里程50km蓄电池36V/10Ah充电时间8h一次充电耗电量0.6kW•h电动机效率80%整车质量40kg最大骑行噪声≤62dB（1）若质量是60kg的人骑电动自行车在水平路面上以6m/s的速度匀速行驶时，受到的阻力是人与车总重的0.02倍。求：行驶10min，电动机对自行车做的功。（2）若摩托车每行驶10km耗油0.5L，油价约6元/升，照明用电的电费约0.6元/千瓦时，请通过计算说明使用电动自行车与摩托车哪种更经济。（3）该电动自行车的一个轮胎与地面的接触面积为0.005m2，则一个60kg的人骑该电动自行车在公路上行驶时对路面的压强是多少？ 21．“半潜船”是一种专门从事运输大型设备的工作船舶，船身水舱中水量可以调节。装载运输货物有两种方式，方式一：类似普通船只，货物直接放置露天甲板上，如图甲；方式二：运载更重货物时，先调整水舱水量，让船甲板潜入水下，只露出船楼建筑，如图乙，然后将重物移至半潜船甲板上，适当排放水舱里的水，直至半潜船上浮至预定水线。中国“海洋石油278号”半潜船，部分参数如下：（ρ海水取1.0×103千克/米3）海洋石油278号方式一最大载货/万吨2方式二最大载货/万吨3最大航速/千米/小时25.2发动机功率/千瓦1.4×104（1）该半潜船以最大航速匀速航行时，求所受阻力大小。（2）分别以方式一和方式二来运载货物，若水舱里水量相同，则它们在各自最大载货量的情况下，排开海水的体积差值为多少？ 22．2017年2月28日5“蛟龙号”载人潜水器在西北印度洋完成中国大洋38航次首次下潜。这是我国首次对西北印度洋开展深潜调查。“蛟龙号”的相关标准参数为：质量22000kg，最大荷载240kg，最大潜水深度7062m，最大航速46.3km/h（海水密度ρ取1.0×103kg/m3）。（1）如某次“蛟龙号”在海水中由3062m处下潜至最大潜水深度时，共耗时1h40min。①“蛟龙号”下潜过程中受到海水的压强是　　（填“增大”“减小”或“保持不变”）的。 ②此次“蛟龙号”下潜的平均速度是多少？（2）若完成下潜任务后满载的“蛟龙号”漂浮在海面，由起重装置将其匀速竖直吊离海面。起重装置拉力的功率随时间变化的图象如图所示，图中P2＝2P1．求t1时刻起重装置对“蚊龙号”的拉力。（不考虑水的阻力）