重难点05 机械功和机械能-2023年高考物理【热点·重点·难点】专练（上海专用）

重难点05 机械功和机械能 一、功的计算 （1）合力的功 ①先求出合力，然后求总功，表达式为：∑W＝∑Fscosθ（θ为合力与位移方向的夹角） ②合力的功等于各分力所做功的代数和，即：∑W＝W1+W2+… （2）变力做功：对于变力做功不能依定义式W＝Fscosα直接求解，但可由物理规律通过技巧的转化间接求解。 ①可用无限分小法（微元法）来求，过程无限分小后，可认为每小段是恒力做功。 ②平均力法：若变力大小随位移是线性变化，且方向不变时，可将变力的平均值求出后用公式：计算。 ③利用F﹣s图象，F﹣s图线与坐标轴所包围的面积即是力F做功的数值。 ④已知变力做功的平均功率P，则功W＝Pt。 ⑤用动能定理进行求解：由动能定理W＝△EK可知，将变力的功转换为物体动能的变化量，可将问题轻易解决。 ⑥用功能关系进行求解。 二、重力做功特点 （1）重点做功与路径无关，只与物体的始末位置高度差有关。 （2）重力做功的大小：W＝mgh。 （3）重力做功与重力势能的关系：WG＝﹣△Ep＝Ep1﹣Ep2。此外，做功多少与路径无关的力还有：匀强电场中的电场力做功，液体的浮力做功等。 三、摩擦力做功的特点 （1）静摩擦力做功的特点 ①静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。 ②在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移（静摩擦力起着传递机械能的作用），而没有机械能转化为其他形式的能。 ③相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的代数和总为零。 （2）滑动摩擦力做功的特点 ①滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，也可以不做功。 ②一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的转化有两个方面：一是相互摩擦的物体之间机械能的转移；二是机械能转化为内能。 ③一对滑动摩擦力的总功等于﹣f△s，式中△s指物体间的相对位移。 ④转化为内能的量值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即W＝Q（即摩擦生热）。 ⑤滑动摩擦力、空气摩擦阻力等，在曲线运动或往返运动时等于力和路程的乘积。 四、机车起动的两种方式 对机车启动问题应首先弄清是功率恒定还是加速度恒定。 对于机车以恒定加速度启动问题，机车匀加速运动能维持的时间，一定是机车功率达到额定功率的时间。弄清了这一点，利用牛顿第二定律和运动学公式就很容易求出机车匀加速运动能维持的时间。 （1）汽车在平直路面上保持发动机功率不变，即以恒定功率启动，其加速过程如下所示： 其P﹣t图和v﹣t图如下： （2）汽车以恒定加速度起动，汽车的功率逐渐增大，当功率增大到额定功率时，匀加速运动结束，此时汽车的速度为匀加速运动的末速度，但并不是汽车所能达到的最大速度，此后汽车还可以保持功率不变做加速度逐渐减小的加速运动，直到加速度减小到零时速度才达到最大，具体变化过程及运动中v与t关系如图所示。 在现行的上海市物理等级考中，虽然功和能这一章节里动能定理不做要求，但依旧需要同学们切实掌握功和能之间的其他各种关系。如果能通过对各种功能关系的深入理解，掌握求解做功、功率、各种能量之间的相互转化和转移关系，对解题过程中思路的厘清将会有很好的促进作用。 （建议用时：40分钟） 一、单选题 1．单位为J/m的物理量是（　　） A．力 B．功 C．动能 D．电场强度 2．风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为时，输出电功率为，风速在范围内，转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为，空气密度为，风场风速为，并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是（　　） A．该风力发电机的输出电功率与风速成正比 B．单位时间流过面积的流动空气动能为 C．若每天平均有的风能资源，则每天发电量为 D．若风场每年有风速在范围内，则该发电机年发电量至少为 3．某滑雪赛道如图所示，滑雪运动员从静止开始沿斜面下滑，经圆弧滑道起跳。将运动员视为质点，不计摩擦力及空气阻力，此过程中，运动员的动能与水平位移x的关系图像正确的是（　　） A． B． C． D． 4．中国制造的某一型号泵车如图所示，表中列出了其部分技术参数。已知混凝土密度为，假设泵车的泵送系统以的输送量给高处输送混凝土，则每小时泵送系统对混凝土做的功至少为（　　） 发动机最大输出功率（） 332 最大输送高度（m） 63 整车满载质量（） 最大输送量（） 180 A． B． C． D． 5．如图所示，高速公路上汽车定速巡航（即保持汽车的速率不变）通过路面abcd，其中ab段为平直上坡路面，bc段为水平路面，cd段为平直下坡路面。不考虑整个过程中空气阻力和摩擦阻力的大小变化。下列说法正确的是（　　） A．在ab段汽车的输出功率逐渐减小 B．汽车在ab段的输出功率比bc段的大 C．在cd段汽车的输出功率逐渐减小 D．汽