第十一章 功和机械能（基础卷）-2024-2025学年人教版物理八年级下册

第十一章 功和机械能 （基础卷） 一、填空题（本题共6小题，每空3分，共42分） 1．当鱼儿悬停在水中时，水产生的浮力对鱼儿      做功。当鱼儿向前加速游动，水的“推”力对鱼儿      做功。（均选填“有”或“没有”） 2．我们可以用两种方法来判断物体做功的快慢。如图所示，表示用挖掘机挖土与人力挖土做功的快慢不同，它所用的判断方法是：做功时间相同，比较      ，另一种判断方法是：      。用来表示物体做功快慢的物理量用字母      来表示。 3．功率是用来表示物体做功     的物理量。某机器功率为20W，它表示的物理意义是该机器              。大量实验表明，使用任何机械都不能         。 4．如图所示是小朋友玩蹦蹦床的情景。小朋友在蹦床发生最大形变处到向上运动再到刚离开蹦床的过程中，他的重力势能    ，动能    。当上升到最高点时，他的速度为零，此时他处于    （选填“平衡”或“非平衡”）状态。（不计空气阻力） 5．在水平面地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由落下时，能在纸上留下黑色圆斑A、B。球从较高处下落形成的圆斑是图中的       。 6．如图所示，在学校组织的踢毽子比赛中，在同一高度以大小相同的速度v0分别沿竖直向上和斜向上方将毽子抛出，忽略空气阻力，小球上升到最高点时距地面的高度分别为h1和h2，则h1     （选填“大于”“小于”或“等于”）h2，你判断的依据是      。 二、选择题（本题共8小题，每小题3分，共24分。第7～12题每小题只有一个选项符合题目要求；第13、14题每小题有两个选项符合题目要求，全部选对得3分，选对但不全得1分，有错选的得0分） 7．在国际单位制中，功率的单位是（  ） A．牛顿    B．瓦特 C．焦耳    D．帕斯卡     8．曲明用100N的力踢一个重5N的足球，球离脚后在水平草地上向前滚动了20m。在球滚动的过程中，下列说法正确的是（  ） A．曲明对足球做了2000J的功 B．重力对足球做了100J的功 C．曲明和足球的重力对足球做功都是0J D．条件不足，无法判断 9．苏翊鸣在2022北京冬奥会单板滑雪男子大跳台决赛中夺得金牌。在空中加速下落过程中，下列说法中正确的是（　　） A．运动状态不变 B．惯性变大 C．重力势能不变 D．动能变大 10．放学回家的路上，孟萌和靳津两位同学进行爬竹杆比赛，如图所示。假如他们同时从相同的竹杆的底端匀速爬到相同的高度。如果要粗略比较一下两人做功的大小，需要知道的物理量是（  ）     A．爬杆的速度 B．爬杆的时间 C．两人的体重 D．杆的具体高度 11．如图所示，在A点静止的铁块分别沿AB、AC、AD三个光滑斜面下滑到斜面底端，则（  ） A．沿AB滑到底端时的动能大 B．沿AC滑到底端时的动能大 C．沿AD滑到底端时的动能大 D．沿三个面滑到底端时的动能一样大 12．下列关于功和能的关系的说法中，正确的是（  ） A．一个物体没有做功，它一定不具有能量 B．一个物体能够做的功越多，其动能一定越大 C．一个物体具有能量，说明它正在做功 D．一个物体能够做功，说明它具有能量 13．（双选）同学们小时候都玩过秋千吧，闭上眼睛，那种时高时低的感觉如同在飞……，如图所示。你知道其中能量的转化吗？对于图中荡秋千的小孩，下列分析错误的是（  ）     A．小孩在A点具有的动能最大 B．小孩在B点的重力势能最小 C．小孩从B荡到C的过程中，重力势能转化为动能 D．如果没有能量损失，他将一直荡下去 14．（双选）两次水平拉动同一物体在同一水平面上做匀速直 线运动，两次物体运动的s-t图象如图所示，根据图象，下列 判断正确的是（　　） A．两次物体运动的速度v1＜v2 B．两次物体所受的拉力F1＝F2 C．0-6s两次拉力对物体所做的功W1＝W2 D．0-6s两次拉力对物体做功的功率P1＞P2     三、作图题（本题共2小题，每小题3分，共6分） 15．如图所示为某城市轻轨车，请从节能角度为其设计一个停靠车站内轨道示意图，在虚线框内画出。 16．如下左图所示，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。开始时通过小球压缩弹簧到A位置（已知AO＝OB），释放小球，研究小球在水平方向上的受力和运动情况，请在下右图中粗略画出小球从A运动以B过程中，小球受到弹力的大小F与小球离开A点距离x的关系图。 四、实验探究题（本题共2小题，第17题6分，第18题10分，共16分） 17．为了研究物体动能由什么因素决定，小明用如图所示装置来开展实验： （1）他让同一小球在同一斜面不同高度由静止开始滑下去撞击水平木板上的木块。小明打算探究动能与     的关系； （2）小明观察木块滑动的距离，从而得出结论。其中观察木块被撞击后移动距离的长短，是为了比较      ；     （3）若水平面绝对光滑，本实验将    （选填“能”或“不能”）达到探究的目的。 18．在研究物体的重力势能与哪些因素有关的实验中，三个相同的木桩被从空中静止释放的铁块撞击，陷入沙坑中的情况如图所示。 （1）在此实验中，研究对象是        （选填“铁块”或“木桩”），我们是通过观察         来比较研究对象重力势能的大小。 （2）若A、B两铁块质量相等，则两铁块下落高度的关系是hA     hB。 （3）若A、C两铁块下落的高度相同，则两铁块的质量关系是mA     mC。 （4）下列实验用到的方法和问题（1）中方法相同的是     。 A．研究滑动摩擦力跟什么因素有关； B．探究正在发声的音叉放入水中溅起水花； C．力的作用效果的得出； D．牛顿第一定律的得出。 五、综合应用题（本题共1小题，共12分） 19．葛洲坝水利枢纽工程是一项综合利用长江水利资源的工程，具有发电、航运、泄洪、灌溉等综合效益。拦河大坝使上游的水位升高，提高水的重力势能，水从大坝的上游流下时冲击水轮机发电，水的重力势能最终转化为电能。     （1）水从大坝的上游流下时冲击水轮机发电的过程中，机械能的转化过程是      。 （2）小明要到葛洲坝去旅游，于是提前从资料中获知，葛洲坝水电站拦河坝高70m，现在每分钟有100m3的水从高处落下冲击水轮机，水轮机到上游水面的落差为60m，水轮机与大坝水库内侧底部约在同一水平面上。则：水从高处落下时，重力每分钟做多少功？（g＝10N/kg） （3）瑞士的大笛克桑斯大坝（如图）高285m，对比我国葛洲坝水电站的拦河坝高。有人说前者水的重力势能比后者的大，能够这样简单地得出结论吗?说出你的理由。 参考答案及解析点评 一、填空题（每空3分，共42分） 1．没有；有 【考点】力是否做功的判断 【解析】物理学中的做功的两个必要条件：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上移动一段距离，二者缺一不可。 当鱼儿悬停在水中时，在浮力的方向上没有移动距离，所以水产生的浮力对鱼儿没有做功；当鱼儿向前加速游动，有力，在力的方向上移动一段距离，所以水的“推”力对鱼儿做功。 【点评】此题考查力是否做功的判断，明确三种情况不做功：一是有力无距离（例如：推而未动），二是有距离无力（靠惯性运动），三是力的方向与运动方向垂直。 2．做功的多少；做相同的功，比较做功时间的长短；P 【考点】比较做功的快慢 【解析】图中挖掘机挖土与人力挖土做功的快慢不同，它所用的判断方法是：做功时间相同，比较做功的多少（挖土的多少）； 还可以用另一种判断方法，即做相同的功（挖同样多的土），比较做功时间的长短。     用来表示物体做功快慢的物理量是功率，用字母P表示。 【点评】本题考查了比较做功快慢的方法以及功率的物理意义，是一道基础题。但很多同学不注意物理量的表示符号和书写方法，记住物理量的符号很重要，大写P表示功率，小写p表示压强，书写时都用斜体，正体表示单位符号，如W表示功这个物理量，W表示功率这个物理量的单位瓦特的符号。 3．快慢；1s内完成20J的功；省功 【考点】功率的概念与单位；功的原理 【解析】功率是表示物体做功快慢的物理量，做功快不一定做功多；功率是物体在1s内完成的功，机器的功率是20W＝20J/s，表示机器在1s内完成20J的功；根据功的原理的内容可知：使用机械时人们所做的功都相等，也就是说使用任何机械都不能省功，这个结论叫做功的原理。 【点评】本题考查了功率的定义、功率的含义、功的原理。是比较基础性的习题，一定要夯实基础知识。 4．增大；先增大再减小；非平衡 【考点】动能和势能的转化；平衡状态的判断 【解析】小朋友在蹦床发生最大形变处到向上运动到刚离开蹦床的过程中，历经了两个阶段，首先是最大形变处到向上弹力等于重力阶段，这个阶段弹力大于重力小朋友的速度是增加的。其次是从向上弹力等于重力到离开蹦床阶段，这个阶段小朋友重力大于弹力，小朋友的速度减小。所以整个过程小朋友的速度是先增加再减小的。小朋友的质量不变，所以动能是先增加再减小的；     而在整个过程中，小朋友的高度是增加的，质量不变，所以重力势能增大； 当上升到最高点时，他的速度为零，不计空气阻力，此时只受到重力作用，所以出于非平衡状态。 【点评】掌握动能、重力势能的影响因素，理解重力势能和动能的转化可从高度和速度来理解，可以帮助我们更好的理解能量的转化。 5．B 【考点】势能大小的比较 【解析】重力势能的大小与物体的质量和下落高度有关，下落高度相同时，质量越大，重力势能越大；质量相同时，下落高度越大，重力势能越大；皮球下落过程中，具有的重力势能转化为动能，与地面碰撞接触时又转化为弹性势能，弹性势能的大小与物体的形变大小有关，形变越大，弹性势能越大。 从图中A、B的印迹看出，B球的形变大，说明在质量相同的情况下，高度越高，重力势能越大，转变成的弹性势能大，球的形变大。 【点评】解答本题注意所用的研究方法：控制变量法，转换法；掌握重力势能与弹性势能的影响因素以及重力势能、动能、弹性势能的转化情况。 6．大于；斜向上的毽子运动到最高点时，动能没有全部转化为重力势能     【考点】机械能的转化；力与运动的关系 【解析】忽略空气阻力，毽子在运动的过程中，机械能是守恒的，保持不变；两毽子踢出后，斜向上的毽子运动到最高点时，水平方向上有一定的速度，具有一定的动能，动能没有全部转化为重力势能；竖直向上的毽子上升到最高点时，动能全部转化为重力势能，因此竖直上升的毽子的重力势能大，两个毽子的质量相同，所以竖直上升的毽子的高度高，则h1＞h2. 故答案为：大于；斜向上的毽子运动到最高点时，动能没有全部转化为重力势能。 【点评】本题考查影响物体动能与重力势能的转化，只有动能和重力势能相互转化时，机械能守恒，难度适中。 二、选择题（每小题3分，共24分） 7．B 【考点】物理量的单位及单位换算 【解析】根据对常见物理量及其单位的掌握作答。在物理学中，牛顿是力的单位，故A不符合题意；瓦特是功率的单位，故B符合题意；焦耳是功和各种能量的单位，故C不符合题意；帕斯卡是压强的单位，故D不符合题意。 【点评】本题考查的是我们对常见物理量及其单位的掌握情况，属于识记性知识的考查，比较简单，容易解答。 8．C     【考点】功的计算和公式的应用 【解析】做功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是在力的方向上移动的距离，二者缺一不可；据此分析判断。 球离脚后，在水平草地上向前滚动的过程中，靠惯性运动了20m，球脱离了脚，脚没有给球施加力，所以对球不做功，而重力却没有移动距离，所以足球的重力也没有做功。故曲明和足球的重力对足球做功都是0J。 【点评】本题考查了做功的两个必要因素，抓住“球离脚后，脚、球之间没有力的作用”是本题的关键。 9．D 【考点】动能和势能的转化；物体运动状态变化的判断；惯性与惯性现象 【解析】运动员苏翊鸣在空中加速下落时，其运动的速度发生了变化，运动状态发生了改变，故A错误；运动员苏翊鸣在空中加速下落时，质量不变，惯性不变，故B错误；运动员苏翊鸣在空中加速下落时，质量不变，高度变小，重力势能变小，速度变大，动能变大，故C错误，D正确。 【点评】本题考查了惯性、运动状态的判定、动能和势能的变化，属于基础题。 10．C 【考点】功的计算 【解析】两人爬杆过程中需要克服重力做功，由W＝mgh可知做功的多少与他们的体重和爬杆的高度有关，题中所给的条件是他们先后从同一根杆的底端匀速爬到顶端，即他们爬杆的高度相等，那么需要知道的物理量就是两人的体重，故C正确，A、B、D错误。     【点评】两人做功主要是克服重力做功，所以需要根据重力做功的特点进行判断。 11．D 【考点】机械能守恒定律；动能与势能的相互转化 【解析】光滑斜面说明没有摩擦力，铁块在从斜面上滚下时，只存在动能和重力势能的相互转化，机械能是守恒的；小球从同一高度上滚下，重力势能是相等的，滚下时转化为相同的动能。 【点评】此题考查了机械能的守恒．机械能的守恒是有一定条件的：只存在动能与势能的相互转化。 12．D 【考点】功的概念；能量的概念；功与能的关系 【解析】一个物体没有做功，可能具有能量。例如：静止在高处的苹果具有重力势能，A选项错误；物体能够做功，表示这个物体具有能量，能够做功越多，说明该物体具有的能量就越大，并不一定是动能越大，也有可能是重力势能，或其他形式的能，B选项错误；一个物体具有能量，说明它具有做功本领，但物体不一定做功，C选项错误；一个物体能够做功，具有做功的本领，说明它一定具有能，D选项正确。     【点评】功是能量转化的量度：即做了多少功必然伴随多少能量发生了转化，反之转化了多少能量必定同时做了多少功。即能量是通过做功反映的，没有做功不一定没有能量，但做功一定有能量（的改变），这就好比物体的长度是通过刻度尺测量出来的，但没有刻度尺不能说物体没有长度。 13．A、C 【考点】机械能的转化；动能的影响因素；势能的影响因素 【解析】从A到B的下降过程和从C到B的下降过程、都是将重力势能转化为动能的过程，在这个过程中，A、C两点位置最高，重力势能最大，此时小孩是静止的，所以动能为零；B点的动能最大，由于位置最低，所以重力势能最小。从B到C的上升过程和从B到A的上升过程是将动能转化为重力势能的过程。 小孩在A点的重力势能最大，动能为零，故A的说法错误；小孩在B点的动能最大，重力势能最小，故B的说法正确；从B到C的上升过程中，小孩的动能转化为重力势能，故C的说法错误；在现实中，小孩的高度是越来越低，最后停下来，那是因为在运动的过程中有能量的损失。若没有能量的损失，他将一直运动下去，故D的说法正确。 【点评】此题考查动能和势能的转化与守恒，可将荡秋千的过程分为两个过程，即上升过程、下降过程去分析。 14．B、D 【考点】比较功和功率的大小；速度的计算和公式的应用；力与运动的关系     【解析】从图像看出，在相同的时间内，物体①的路程比物体②更大，故它们的速度关系为v1＞v2，故A错误；匀速运动过程中，拉力与摩擦力为平衡力，两个相同的物体，在同一水平面上运动，对地面的压力和接触面的粗糙程度都相同，故受到的滑动摩擦力大小相等，与物体运动速度无关。两物受到的摩擦力大小相等，故拉力大小也相等，即：F1＝F2，故B正确；拉力所做的功为W＝Fs,在相同的0～6s内，拉力大小相等，但物体①的距离大于物体②的距离，故有W1＞W2，故C错误；已知0～6s内，两次拉力对物体所做的功W1＞W2，根据P＝W/t可知0-6s两次拉力对物体做功的功率P1＞P2，故D正确。 【点评】本题考查速度、功、功率和二力平衡的知识，关键是从图中得出有用信息。 三、简答题（每小题3分，共6分） 15．如图所示 【考点】机械能的转化及其应用 【解析】火车质量大，速度大，具有很大的动能。火车进站时，可使其爬坡，将动能转化为重力势能，可尽快停下来，减小动力的制动而节约能量；在出站时，火车下坡，再将重力势能转化为动能，减少牵引力使火车短时间内提速，从而节约能量。故火车站台可设计成高出地面的形状。     【点评】合理地利用动能与重力势能的转化，从而避免能量的消耗，是解答本题的关键。 16．如图所示 【考点】弹力的概念；机械能的转换 【解析】小球从A运动到O的过程中，弹簧恢复原状，将弹性势能转化为动能，此时弹簧的弹性势能减小，小球受到的弹力减小；小球运动到O时，弹簧恢复原状弹性势能为0，小球受到的弹力为0；小球从O运动到B的过程中，弹簧被拉开，球的动能转化为弹簧的弹性势能，此时弹簧的弹性势能增大，小球受到的弹力增大，所以小球受到弹力的大小F与小球离开A点距离x的关系，如答案图2所示。 【点评】此题考查学生对于影响弹性势能大小的影响、物体运动中受力的分析和理解，能判断出弹簧弹性势能在小球运动过程中的变化是解题的关键。 四、实验探究题（17题6分，18题10分，共16分） 17．（1）速度；（2）动能的大小；（3）不能 【考点】探究影响物体动能大小的因素 【解析】（1）本实验研究的是小球的动能，而动能与质量和速度有关。由于是质量相同的小球分别从同一斜面上的不同高度由静止开始下滑，因此探究的是动能与物体速度的关系；     （2）物体动能的多少是通过它能够对外做功的多少来确定的，钢球在对木块做功，木块移动距离的长度体现了钢球动能的大小； （3）若木块在光滑的水平面上，无论钢球给木块一个多大的初速度，木块将永远运动下去。所以，木块通过的距离无法确定。从而，钢球对木块做功的多少无法确定，即钢球动能的大小就无法比较。 【点评】此题是探究影响动能大小的因素实验，由于动能大小与质量和速度有关，所以实验中要用控制变量法，同时要掌握转换法在实验中的应用。同时，明确钢球的动能的多少是由木块移动的距离来体现的是此题的突破点。因此能否比较木块在水平面移动的距离的长度是能否得出结论的关键。 18．（1）铁块；木桩陷入沙坑中的深度； （2）＜；（3）＜；（4）B 【考点】探究影响物体势能大小的因素 【解析】（1）在此实验中，铁块撞击木桩时，铁块的重力势能转化为木桩的动能，故研究对象是铁块；铁块的重力势能就越大，说明木桩获得的能量就越多，木桩陷入沙坑越深，即我们是通过观察木桩陷入沙坑中的深度来比较铁块重力势能的大小； （2）由图可知，B撞击木桩陷入沙坑的深度大，说明B的重力势能大，若A、B两铁块质量相等，则铁块B下落的高度大，即hA＜hB；     （3）若A、C两铁块下落的高度相等，C撞击木桩陷入沙坑的深度大，说明C的重力势能大，则铁块C的质量大，即mA＜mC； （4）由（1）知此实验用到了转换法，而影响滑动摩擦力的因素有：压力和接触面的粗糙程度，则研究滑动摩擦力跟什么因素有关时，用到的是控制变量法，故A不符合题意；音叉的振动看不见，用看得见的“水花溅起”来说明音叉的振动，用到了转换法，故B符合题意；力的作用效果的得出用到的是大量的事实归纳的方法，故C不符合题意；牛顿第一定律的得出用到的是实验推理法，故D不符合题意，故选B。 【点评】解决此类问题时，通常是利用转换法和控制变量法来探究物体的重力势能的大小与质量和高度的关系。 五、综合应用题（共12分） 19．见解析 【考点】机械能及其转化；功的计算；决定重力势能的因素 【解析】解：（1）水从上游流下来时水的重力势能减小，动能增加，重力势能转化为动能； （2）每分钟下落水的重力： G＝mg＝ρVg＝1×103kg/m3×100m3×10N/kg＝106N， 每分钟重力做的功： W＝Gh＝106N×60m＝6×107J；     （3）不能。因为水库中水的重力势能大小与水的质量和高度有关，虽然大笛克桑斯大坝比葛洲坝拦河坝高，但我们并不知道水库中水量的多少，所以不能简单地得出结论。 答：（1）重力势能转化为动能； （2）每分钟重力做的功： W＝Gh＝106N×60m＝6×107J； （3）不能。因为水库中水的重力势能大小与水的质量和高度有关，虽然大笛克桑斯大坝比葛洲坝拦河坝高，但我们并不知道水库中水量的多少，所以不能简单地得出结论。 【点评】本题为一道力学综合性较强的题目，需要用到的公式很多：有密度计算公式的应用，重力计算公式，功的计算公式。物理量之间通过公式紧紧相连，逻辑计算较强，这类题比较典型。计算时注意单位统一。同时考查了利用机械能的转化分析实际问题的能力。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$