专题01 第11章 机械功与机械能【考点清单】-2024-2025学年九年级物理上学期期末考点大串讲（沪粤版）

专题01 第11章 机械功和机械能 清单01 功和功率 一、功的概念 1．物理学中规定，作用在物体上的力，使物体在________________上通过________________，那么这个力就对物体做了机械功，简称做了________。 2．做功的两个必要因素是________________________和________________________。 二、功的计算 1．在力学中，把________________________________叫做功。 2．力学中的“功”的公式是________________。 3．“功”的单位是________；1焦耳的物理意义是________________________________________________。 三、物机械功原理 研究表明：人们使用机械工作时，省力必然________；省距离则一定________；即省力又省距离的机械是________。也就是说，使用任何机械能都________________。这个结论叫做________，在历史上被誉为“机械的黄金定律”。 四、功率的概念 1．比较物体做功快慢的方法：不同的物体做相同的功，所用的时间越________，做功越快；不同的物体做功的时间相同，做功越________的物体，做功越快。 1．功率的物理意义：描述物体做功________的物理量。 2．功率的定义：________________________________叫功率。 3．功率的公式：________________________。 4．功率的单位： （1）国际单位：________。1 W的意义是________________________。 （2）常用单位：1 kW=________W。 五、功率的计算 1．功率与功是两个不同的物理量，“功”表示做功的“多少”，而“功率”则表示做功的“快慢”，“多少”与“快慢”的意义不一样。只有在做功时间相同时，做功多的就做功快。否则，做功多，不一定做功就快，即“功率”不一定就大。也就是说:功率与功和时间两个因素有关。 2．功率的公式是指在t时间内的平均功率，而不是某一时刻的瞬时功率；当物体在力F作用下，沿力的方向以速度v匀速运动时，由W=Fs及，可得 由P=Fv可知，功率一定时，机械的牵引力和速度成反比。要使牵引力大，就要减速。这就是汽车在上坡时为什么要减速以获得较大的牵引力。 清单02 机械效率 一、有用功、额外功和总功 1．有用功概念：对人们________________功，符号________ ，单位________； 2．额外功概念：对人们________________但不得不做的功，符号________，单位________； 3．总功概念：________对________做的功，符号________，单位________。 4．有用功、额外功、总功三者的关系 总功包含有用功和额外功，总功=有用功+额外功，用字母表示：________________。 5．有用功和总功的大小 理论中有用功和总功大小可以相等，也就是没有额外功，但是在现实生活中有用功永远都要比总功小，因为现实生活当中对机械做功就不可避免的存在着阻力或者其他物体所造成的额外功。 二、测量滑轮组机械效率 原理 η＝＝ 器材 除钩码、铁架台、滑轮、细线外，还需________、________________ 测量物理量 钩码重G、钩码被提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离s 注意事项 必须________竖直拉动弹簧测力计使钩码升高，以保证测力计示数大小不变 如何提高滑轮组的机械效率 在滑轮组机械效率的探究中，提高滑轮组的机械效率有以下几个方法： （1）减小绳重和绳与滑轮间的摩擦，减小动滑轮重力； （2）增加滑轮组中重物的重力。 三、机械效率的计算 研究表明：人们使用机械工作时，省力必然________；省距离则一定________；即省力又省距离的机械是________________。也就是说，使用任何机械能都________________。这个结论叫做________________，在历史上被誉为“机械的黄金定律”。 四、功率的概念 1．机械效率定义：物理学中，我们把________________________的比值，叫机械效率；机械效率=有用功/总功 2．用符号表达：________________。 在物理学理论中，一个机械的机械效率可以达到100%，但是在我们的生活实际中所使用的机械不可避免的产生了额外功，因此在生活中机械效率永远小于1。 3．滑轮组机械效率变形公式 在滑轮组中：s=nh，W有用=Gh，W总=Fs，由以上带入到滑轮组中 竖直方向滑轮组 水平方向滑轮组 在杠杆机械中 在斜面机械中 清单03 机械能及其转化 一、什么是能 1．能量的定义：物体能够对________________，我们就说这个物体具有能量或者能。 2．能量的单位就是功的单位，国际单位用________来表达符号________。 3．能量属于一个广泛的词语，生活中能的形式多种多样例如，动能、重力势能、弹性势能、光能、热能、电能、风能、核能、水能、化学能等等，通常这些能都用符号W来表达。 二、动能的大小跟哪些因素有关 图示为探究“物体动能的大小跟哪些因素有关”的实验。实验步骤如下： Ⅰ．让________________从斜面上________________由静止滚下，观察木块被________________。 Ⅱ．让________________从斜面上________________由静止滚下，观察木块被撞击后移动的距离。 回答下列问题： （1）步骤Ⅰ是为了研究动能大小与________的关系。 （2）步骤Ⅱ是为了研究动能大小与________的关系。 （3）该实验中斜面的作用是为了控制钢球________的大小，木块的作用是为了比较钢球________的大小。[来源:学科 三、重力势能的大小与哪些因素有关 1．重力势能定义：________的物体具有的能叫做重力势能； 2．重力势能的影响因素：________________。 3．重力势能的实验 （1）重力势能的实验方法：________________________________； （2）如何观察物体重力势能大小：通过观察物体下落后沙盘的________________或者通过观察物体下落后沙盘的________________； （3）结论：当物体高度相同时，________越大，物体重力势能________；当物体质量相同时，________越大，物体重力势能越大。 注意：在表达动能实验结论时，要运用本实验的实验方法控制变量法来表达。 四、机械能的转化 1．机械能等于动能和势能之和。 2．物体具有的动能与势能是可以________________的。有摩擦等阻力时，在动能与势能的相互转化中，机械能会________。 实验一　探究比较做功快慢的方法 为了研究拉力做功的快慢，某同学设计了如下的实验进行研究。他把不同质量的物体匀速提升不同的高度，同时测出所用的时间，记录的实验数据如下表所示。已知表一实验拉力做功最快，表三实验拉力做功最慢。每一表格所示实验做功快慢相同。 表一 实验序号 拉力（N） 提升高度（m） 功（J） 所用时间（s） 1 25 0.8 20 2 2 60 0.5 30 3 3 200 0.2 40 4 表二 实验序号 拉力（N） 提升高度（m） 功（J） 所用时间（s） 4 50 0.2 10 2 5 80 0.25 20 4 6 100 0.3 30 6 表三 实验序号 拉力（N） 提升高度（m） 功（J） 所用时间（s） 7 10 0.5 5 2 8 40 0.25 10 4 9 100 0.2 20 8 （1）分析比较实验次数1、4、7/3、5、8 ，可得出的初步结论是：在时间相同的情况下，拉力所做的功越多，做功就越快。 （2）分析比较实验次数1和5和9（或2和6，或4和8），可得出的初步结论是：在拉力所做的功相同的情况下，所用时间越少，做功就越快。 （3）请进一步综合分析比较表一、表二、表三中的数据及相关条件，并归纳得出结论。 （a）分析比较表一、表二或表三中的数据及所给已知条件，可初步得出：当拉力所做的功与所用时间的比值相同时，拉力做功快慢相同。 （b）分析比较表一、表二和表三中的数据及所给已知条件，可初步得出：当拉力所做的功与所用时间的比值越大时，拉力做功越快。 （c）因此我们引入了功率这个物理量来表示物体做功快慢。 实验二　探究滑轮组的机械效率 在“探究滑轮组的机械效率”时，小明利用如图所示的两组滑轮组进行了4次测量（其中一个钩码重为2N甲图中使用的滑轮重为0.5N，乙图中使用的滑轮重为1N），测得数据如表： 实验次数 动滑轮重 钩码总重 钩码上升高度h/m 测力计示数F/N 测力计移动距离s/m 机械效率η/% 1 0.5 2 0.1 1.4 0.3 47.6 2 0.5 2 0.2 1.4 0.6 47.6 3 0.5 4 0.1 2.2 0.3 60.6 4 1 4 0.1 3.6 0.2 ① (1)测量原理：； (2)测量工具：弹簧测力计和刻度尺； (3)请依照上表第3组数据在甲图中画出滑轮组的连线方式： (4)通过第1、2两组数据对比分析可知：滑轮组的机械效率与物体被提高的高度无关； (5)经过计算发现第1次测量中的额外功为0.22J，第3次测量中的额外功大于第1次额外功，其原因可能是第 3 次测量中物重更大，克服摩擦力做的额外功增加； (6)表格中编号①处数据为55.6； (7)分析表格中3、4两次的数据，得到了提高滑轮组机械效率的另一种方法。生活中汽车作为一种“机械”，提高效率对节能减排有重要意义，请指出以下三种提高效率的方法中，方法二采用了与此相同的方法： 方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量满员出行； 方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量： 方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑； (8)用如图乙所示的滑轮组提升重物，若不计摩擦和绳重，绳子能承受的最大拉力为5N，则该滑轮组的最大机械效率为90%。 实验三　探究重力势能的大小与哪些因素有关 在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物A、B、C的质量关系为mA=mB<mC，木桩相同。木桩和重物位置如图甲所示。重物静止释放后，木桩被打击陷入沙中的情形如图乙所示，重物B、C将木桩打入沙中的深度相同。 (1)重物自由下落打击木桩，通过观察木桩陷入沙中的深度判断重物的重力势能大小； (2)比较AB两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和重物下落高度的关系，得出的结论是：当重物质量相同时，高度越高，重力势能越大； (3)结合（2）中的实验结论，通过比较B和C两个重物将木桩打入沙中的深度，我们能得出物体的重力势能与其质量有关的结论； (4)如图丙所示，是某一重物从某高度处由静止下落的过程中，下落高度与时间的关系图。在下面的四个选项中，描述重力对该重物做功大小与下落时间关系最接近正确的图线是C； A． B． C． D． (5)结合本实验和所学知识，分析图丁所示的水坝，水力发电机安装在D位置较为合理；水力发电站、风力发电站等都是有效地利用了绿色能源，最终将其他形式的能量转化成电能。 实验四　探究物体的动能大小与哪些因素有关 如图是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图，让钢球从斜槽上由静止释放，与放在水平面上的木块相撞并滑行一段距离后静止，依次完成了甲、乙、丙三次实验。 (1)实验中小球动能的大小是通过观察比较木块移动的距离反映出来的，三次实验中木块的起始位置相同； (2)交通事故中高速公路上高速行驶的汽车造成的伤害事故一般比较大，为了帮助小明提供实验依据，应选择甲、乙、丙中的甲、乙两个实验进行对比，得到的实验结论是当物体的质量一定时，速度越大，动能越大； (3)完成实验后，联想到探究牛顿第一定律时也用到斜面，让小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，表中列出小车在不同的表面滑行的距离，实验中，小车在棉布、木板表面克服阻力做功的功率分别是 P1、P2，则P1＞P2； 表面 毛巾 棉布 木板 摩擦力 最大 较大 最小 小车运动距离 最近 较远 最远 (4)北京冬奥会滑雪比赛中，运动员从A 点静止出发，在空中完成了一次超高难度的1620度旋转，获得本项目的金牌，现将运动轨迹简化如图所示，若不考虑能量损失，她的运动轨迹最符合实际的是c。 【练习1】（23-24九年级上·广西梧州·期末）2018年12月9日，“复兴号”中国标准动车组项目获第五届中国工业大奖。正在京沪高速上水平匀速运行的“复兴号”动车（如图），其机械能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），以运行的“复兴号”为参照物，站在站台的列车员是 （选填“运动”或“静止”）的；到达终点站前，关闭动力系统的列车会继续前进，这是因为列车具有 。 【练习2】（23-24九年级上·江苏南京·期末）木棒在日常生活中有很多用途。 （1）钻木取火的一种方法如图甲所示，将削尖的木棒伸到木板的洞里，一只手用力压住木棒，另一只手来回拉动钻弓。木棒在木板的洞里转动时，板与棒互相摩擦，机械能转化为内能，当温度达到约260℃时木棒便开始燃烧。已知：弓长为，人拉钻弓的力为16N。人来回拉满一次钻弓克服摩擦力所做的功为 J； （2）将质量均匀的木棒切割并组装成两个形状相同、质量均为的木模，用三根竖直细线a、b、c连接，在水平面上按照“互”字型静置，上方木模呈现悬浮效果，如图乙所示，这是利用了建筑学中的“张拉整体”结构原理。细线a的拉力 （选填“大于”、“小于”或“等于”）细线b的拉力，沿左右方向平移三根细线在上方木模的接线点，线仍竖直，线上拉力会 （选填“改变”或“不变”）。 【练习3】（23-24九年级上·陕西渭南·期中）著名作家冯骥才在《挑山工》中描述了挑山工用扁担将货物运送上山的情景，如图所示。在这个过程中，挑山工做的有用功是对 做的功，挑山工做的总功是对 做的功。挑扁担时，左右两边都放上货物，这是利用了 的原理。 【练习4】（23-24九年级上·陕西西安·期末）小伟在水平地面上拖着一个重物前进，则拉力 ，重力 （前两空均选填“做功”或“不做功”）；如图所示，轻质木杆AB可以绕O点转动，，木杆A端通过细线与地面上重为200N的物体相连，为把物体提离地面，在B点至少需要施加一个 N的拉力。 【练习5】（2024·山东日照·中考真题）物理课上，喜欢动手的小明帮助老师搬运实验器材，器材所受的重力为，距离讲台的水平距离，距离讲台面的竖直高度，如图所示。小明先用的时间在M点将器材匀速竖直搬起，再匀速直线运动到达讲台的N点。小明水平移动器材时，速度大小为 、对器材做的功为 J。 【练习6】（23-24九年级上·陕西西安·期末）丰收的季节，小明想帮家里人将玉米运送到高为3m的粮仓架上，为了省力他设计了如图所示的滑轮组装置，用此装置将一袋质量为51kg的玉米以0.15m/s的速度运送到粮仓架上，绳子自由端的拉力为182N，（不计绳重、袋子重和滑轮与绳子之间的摩擦，g取10N/kg） （1）图中属于动滑轮的是 （选填“A”“B”或“C”），其作用是 ； （2）整个运送过程中，小明所做的有用功是多少 ？小明的拉力的功率是多少 ？ （3）已知一袋玉米的质量一定，为了使滑轮组的机械效率提升至95%以上，则动滑轮的重力不应超过多少 ？（结果保留1位小数） 【练习7】（23-24九年级上·广东肇庆·期末）小铭骑自行车沿笔直街道做直线运动，其s-t图像如图所示；已知人的质量为52kg，自行车的质量为20kg，摩擦力大小是人和自行车所受总重力的2%；（g=10N/kg） （1）在0~2s内，小铭做 运动，他对自行车产生的动力大小为 N； （2）小铭在2~4s运动状态是 ，在0~8s内的平均速度 m/s； （3）小铭在最后4s内，做功 J。 一、单选题 1．2024年4月23日的世界读书日，主题为“阅读推动未来”。如图是读者从书架上取下图书的情景，若读者所取的书重量与6枚鸡蛋相当，读者从书架上取下书的过程中，对书做的功最接近的是（    ） A．300J B．30J C．3J D．0.3J 2．如图所示是贵州玉屏山地自行车比赛的场景，关于运动员骑自行车转弯时的情况，下列说法正确的是（　　） A．运动员此时惯性增大 B．自行车可以转弯说明力能改变物体的运动状态 C．转弯时运动员的动能一定增大 D．自行车和运动员整体受平衡力作用 3．小明对学过的物理知识进行总结，归纳出以下说法，其中符合实际的是（　　） A．选择合适的机械，可以达到省功的目的 B．将焦耳的名字命名为功率的单位 C．一个鸡蛋从饭桌上掉到地上的过程中，重力做功了 D．通过改良机械可以使机械效率提高到100% 4．用水平的力和，分别推着甲、乙两个物体在水平面上作直线运动。如图a、b分别是甲、乙运动的路程与时间的关系图像，已知甲的质量是乙的2倍，两个力做功的功率相等，则和的大小关系是（　　） A． B． C． D． 5．2024年7月30日，中国乒乓球运动员王楚钦和孙颖莎在巴黎奥运会乒乓球混双决赛中获得混双冠军。如图所示，是某次击球中乒乓球的运动轨迹。下列说法正确的是（    ） A．从B点运动到C点的过程中，乒乓球的重力势能转化为动能 B．在空中，乒乓球处于平衡状态 C．乒乓球能继续向前运动是受到惯性的作用 D．乒乓球速度越大，惯性越大 6．将一个物体竖直向上抛出，过程中物体所受空气阻力大小与速度大小成正比，且始终小于重力，下列说法正确的是（　　） A．物体上升过程中动能减小，重力势能增加，所以机械能不变 B．物体从抛出点开始到落回抛出点的过程，所受合力一直减小 C．物体上升到最高点时，若重力突然消失，由于受到空气阻力，所以小球将加速下落 D．抛出时，由于物体做加速运动，所以手给物体的推力大于物体给手的推力 二、多选题 7．实验小组用同一物体做了图所示的两次实验，图甲中物体静止在空中，图乙中物体10s内沿竖直方向被匀速提升了0.1m。在此过程中，下列说法正确的是（　　） A．该滑轮是省力杠杆 B．该滑轮对物体做功0.32J C．该滑轮的机械效率为80% D．图乙中弹簧测力计的拉力的功率为0.02W 8．用一根长为1m重为G的均匀铁棒，插入一个边长为0.9m、重为300N的正方体物块的底部，在另一端施加一个向上的力，将物块撬起一个很小的角度（如图所示，图中的角度已被放大）。如果铁棒插入物块底部的长度为物块边长的三分之一，杠杆的效率为75％，则要撬动物块，作用在铁捧最右端的力和铁棒重可能是（　　） A．60N，60N B．120N，60N C．60N，30N D．100N，50N 9．如图甲所示装置，小欢用力F向下拉绳子，使物体M在水平地面匀速移动，地面ab、bc粗糙程度不同。物体M重为400N，动滑轮重为5N，ab=2m，bc=3m。物体M从a点到c点过程中，拉力F与M移动距离的关系如图乙，不考虑物体大小对运动的影响，忽略绳子重力及滑轮转轴摩擦，对此过程的分析，下列结论正确的是（    ）    A．绳子自由端移动的距离为15m B．拉力F做的功为840J C．拉力F在ab段做的额外功等于在bc段做的额外功 D．物体从ab段到bc段，滑轮组的机械效率变大 三、填空题 10．2024年8月6日，巴黎奥运会女子10米跳台决赛，全红婵第一跳丝滑入水，全部裁判给出10分，再现全满分名场面，最终以425.60分获得金牌成为中国奥运历史上最年轻的三金得主。下图是跳水过程中分解图。 (1)跳水运功员在起跳时，需要注意身体姿势的协调，同时要控制好起跳的力度和角度。在起跳过程中是跳板的 能转化为运动员的 能，帮助运动员起跳的； (2)某跳水运动员质量是42kg，从10米跳台跳下，用时1.4秒。在整个跳水过程中，运动员的重力做功为 J，重力做功的功率为 W。 11．重2N的书静置在水平桌面上，小明用大小为0.5N的水平拉力使书沿桌面加速前进0.2m，在此过程中书的动能 （增大/不变/减小）、重力势能 （增大/不变/减小）；该过程书受到的重力做功为 J，拉力所做的功 （大于/等于/小于）摩擦力所做的功。 12．2022北京冬奥会首次基于5G自动驾驶汽车实现火炬接力，开启了自动驾驶汽车的里程碑。如图甲为一款自动驾驶汽车，其控制系统能根据路面情况作出应对，确保车辆正常行驶，上坡时，会自动切换到低速挡，目的是 ；并根据斜坡陡峭程度选择是否沿S型轨迹行驶，选择沿S型轨迹行驶是为了 ；车轮遇到小石块时会自动改变牵引力越过障碍，如图乙所示，可将图中 点看作支点（选填O1或O2），设车轮受到的水平牵引力为F1，阻力为F2可以推断，石块越高（不高于车轮半径），所需水平牵引力越 （选填“大”或“小”）。、 13．2024年8月26日9时许，G347通江大道快速化改造工程（市区段） 项目实现主线通车。该工程全长18公里，将无为市至芜湖市区的通行时间缩短到30min左右。一辆汽车，在该快速化公路上以72km/h的速度匀速行驶5min，受到的阻力是3000N，这辆汽车的发动机的功率为 kW。 14．如图所示，两个正方体A、B，它们的重力。当用两组滑轮组分别匀速提升A、B两物体，拉力分别为、，机械效率分别为、。两动滑轮重均为，忽略绳重和摩擦，，，。则 N。 四、实验题 15．跳绳是长春市初中毕业生体育测试的自选项目之一，祎南同学想利用所学的物理知识评估自己平时跳绳时克服重力的平均功率（不计绳重）。 （1）用磅秤测量自己的 （填物理量与其对应字母）。 （2）估测自己平均每次跳起的高度h。 （3）用秒表测量跳n次绳所用的时间t。 （4）则跳绳的平均功率P= （用上述物理量符号表示）。 （5）若他要比较和其他同学跳绳的平均功率大小（设跳起的平均高度相同），则 。 A．跳绳快的功率一定大 B．跳绳的快慢相同，体重大的功率大 C．体重相同，跳的个数越多的功率越大 D．体重相同，跳的时间越长的功率越大 16．在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，小梦设计了如下实验：将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆动到竖直位置时，撞击水平面上的木块，木块在水平面上移动的距离为s。改变钢球的质量，分别测量木块在水平面上移动的距离，测量结果记录如下表。 实验次数 钢球的质量m/g 钢球由静止释放的高度h/cm 木块被撞后移动的距离s/cm 1 10 20 26 2 20 20 41 3 30 20 62 (1)让钢球从同一高度由静止释放，目的是让钢球摆动到竖直位置时的 相同。 (2)实验是通过观察 来反映钢球动能的大小。 (3)分析实验数据可得出的结论是 。 (4)某路段限速牌上标有“100”和“80”的字样，表示该路段内不同车辆限制的最高行驶速度（单位为km/h），由此实验可知，80km/h应该是 （选填“大客车”或“小轿车”）的限速。 (5)小梦想探究动能与速度的关系，她应该让质量 的钢球，从 高度由静止释放，然后观察现象。（均选填“相同”或“不同”） 17．小红找来了几个质量不同的木块、装有细沙的容器和三脚小桌如图所示，她利用这些器材探究“重力势能大小与哪些因素有关”的实验。 (1)该实验是通过观察比较 来间接判断物体重力势能大小的，下列实验中与上述研究方法相同的有 （填写实验前的序号）； a.研究物体温度时，通过观察温度计液柱高低来判断物体温度的高低； b.探究平面镜成像的特点时用两只等大的蜡烛； c.在研究光的传播时引入光线； d.用木块滑动的距离反映物体动能的大小。 (2)实验过程中选用质量不等的木块由 的高度自由落下，是探究重力势能大小与 的关系，得到的实验结论是： ； (3)小红发现先前学习的探究压力作用效果的实验也能用上述器材探究，对比“探究影响压力作用效果因素”与“探究影响重力势能大小因素”两个实验，以下关于两个实验的四个判断中错误的是______。 A．都需要观察小桌陷入沙中深度 B．前者实验不需要将木块从小桌正上方一定高度自由释放 C．都选用大小不同的木块是为了改变相同的物理量 D．后者实验中小桌不需要倒放 五、综合题 18．在探究“机械效率、功率、机械能”的课外兴趣小组活动中： (1)用相同的滑轮绕成甲、乙两个不同的滑轮组，分别将物体M、N匀速提升相同的高度，拉力分别为F甲、F乙，此过程相关数据如图丙，则两个滑轮组此过程的机械效率的大小关系是甲 乙；若不计绳重及摩擦，物体M、N质量相等，则两滑轮组的机械效率甲 乙（均选填“>”、“<”或“=”）； (2)如图所示，质量为m的小明做引体向上，完成10个用时为t，每次匀速上拉，身体重心上升为h，则小明做引体向上的平均功率P= （用题中的量表示）； (3)如图是卫星沿椭圆轨道绕地球运动，由近地点向远地点运动时，卫星的动能 ，机械能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）； (4)小张同学在探究斜面的机械效率实验中，将重为G的物体沿斜面从底端匀速拉到顶端，测力计的拉力为F，斜面的高度为 h ，长度为 s，如图所示，物体与斜面的摩擦力f = （用题中的量表示）。 19．“龙骨水车”是我国古代江南地区主要的灌溉农具之一，是一种历史悠久的提水设施，相当于现代的抽水机，其构造如图（a） 所示：《天工开物》中有“数尺之车，一人两手疾转，竟日之功可灌二亩而已”的记载。如图（b） 所示， 将水车一端浸入水中，另一端固定于岸上。使用时摇动长柄摇杆，使轮轴转动，带动嵌满刮水板的链条运动，槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田中。 (1)使用时，人对长摇杆施加力的作用使轮轴转动，相当于在使用一个 （省力/费力）杠杆。木链条运动起来，一定质量的水被水车提升到高处重力势能 （增大/减小）； (2)若工人踩动龙骨水车旋转一周可将0.03m3 的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为50W，则该过程中龙骨水车所做的有用功为 J，工人做的总功为 J，机械效率为 % 。（ρ水=1.0×10³kg/m³，g取10N/kg） (3)写出一条提高“龙骨水车”提水功率的方法： ；写出一条提高“龙骨水车”提水效率的方法 六、计算题 20．常州地铁2号线于2021年6月28日开通运营，图为2号线所用列车——“蓝精灵”。其最大速度为72km/h，列车最大牵引功率为2.5×103kW。列车匀速行驶时，受到的阻力为车总重的0.05倍（g取10N/kg），根据上述信息，回答以下问题： (1)空载测试时，列车以最大速度匀速行驶，其空载功率为1.5×103kW，则列车的质量为多少？ (2)在第（1）小题的条件下，该型号列车若以最大速度匀速行驶，最多可以装载的物体的质量为多少？ 21．如图甲是自贡市燊海井竖于在井口的天车，是自贡盐场奇观之一，是盐井凿挖和汲取盐卤的地面设施，其顶端悬挂天辊和地面固定地辊（滑轮），可用于提取井下的卤水，燊海井是世界上第一口超千米的大井，井深约1100m。其提取卤水过程可简化为如图乙所示装置，已知吸卤桶一次取卤90L，吸卤桶在10s内匀速上升5m。吸卤桶出水后，牛作用在绳端的拉力大小为1200N，此时（已知卤水密度为）求： (1)吸卤桶取卤一次的有用功； (2)拉力做功的功率； (3)该装置的机械效率。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题01 第11章 机械功和机械能 清单01 功和功率 一、功的概念 1．物理学中规定，作用在物体上的力，使物体在力的方向上通过一段距离，那么这个力就对物体做了机械功，简称做了功。 2．做功的两个必要因素是作用在物体上的力和物体在这个力的方向上移动的距离。 二、功的计算 1．在力学中，把力与在力的方向上移动的距离的乘积叫做功。 2．力学中的“功”的公式是　W=Fs　。 3．“功”的单位是焦耳(J)；1焦耳的物理意义是物体在1 N的力的作用下沿这个力的方向移动了1 m。 三、物机械功原理 研究表明：人们使用机械工作时,省力必然　费距离　；省距离则一定　费力　；即省力又省距离的机械是　不存在的　。也就是说,使用任何机械能都　不能省功　。这个结论叫做　机械功原理　,在历史上被誉为“机械的黄金定律”。 四、功率的概念 1．比较物体做功快慢的方法：不同的物体做相同的功，所用的时间越　短　，做功越快；不同的物体做功的时间相同，做功越　多　的物体，做功越快。 1．功率的物理意义：描述物体做功　快慢　的物理量。 2．功率的定义：　单位时间内所做的功　叫功率。 3．功率的公式：　　。 4．功率的单位： （1）国际单位：　瓦特(W)　。1 W的意义是　1 s内所做的功为1 J　。 （2）常用单位：1 kW=　103　W。 五、功率的计算 1．功率与功是两个不同的物理量，“功”表示做功的“多少”，而“功率”则表示做功的“快慢”，“多少”与“快慢”的意义不一样。只有在做功时间相同时，做功多的就做功快。否则，做功多，不一定做功就快，即“功率”不一定就大。也就是说:功率与功和时间两个因素有关。 2．功率的公式是指在t时间内的平均功率，而不是某一时刻的瞬时功率；当物体在力F作用下，沿力的方向以速度v匀速运动时，由W=Fs及，可得 由P=Fv可知，功率一定时，机械的牵引力和速度成反比。要使牵引力大，就要减速。这就是汽车在上坡时为什么要减速以获得较大的牵引力。 清单02 机械效率 一、有用功、额外功和总功 1．有用功概念：对人们需要的、有价值的功，符号W有用 ，单位 J ； 2．额外功概念：对人们无利用价值但不得不做的功，符号 W额外 ，单位 J ； 3．总功概念：动力对机械做的功，符号 W总 ，单位 J 。 4．有用功、额外功、总功三者的关系 总功包含有用功和额外功，总功=有用功+额外功，用字母表示：W总=W有用+W额外。 5．有用功和总功的大小 理论中有用功和总功大小可以相等，也就是没有额外功，但是在现实生活中有用功永远都要比总功小，因为现实生活当中对机械做功就不可避免的存在着阻力或者其他物体所造成的额外功。 二、测量滑轮组机械效率 原理 η＝＝ 器材 除钩码、铁架台、滑轮、细线外，还需刻度尺、弹簧测力计 测量物理量 钩码重G、钩码被提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离s 注意事项 必须匀速竖直拉动弹簧测力计使钩码升高，以保证测力计示数大小不变 如何提高滑轮组的机械效率 在滑轮组机械效率的探究中，提高滑轮组的机械效率有以下几个方法： （1）减小绳重和绳与滑轮间的摩擦，减小动滑轮重力； （2）增加滑轮组中重物的重力。 三、机械效率的计算 研究表明：人们使用机械工作时,省力必然　费距离　；省距离则一定　费力　；即省力又省距离的机械是　不存在的　。也就是说,使用任何机械能都　不能省功　。这个结论叫做　机械功原理　,在历史上被誉为“机械的黄金定律”。 四、功率的概念 1．机械效率定义：物理学中，我们把有用功W有用与总功W总的比值，叫机械效率；机械效率=有用功/总功 2．用符号表达：。 在物理学理论中，一个机械的机械效率可以达到100%，但是在我们的生活实际中所使用的机械不可避免的产生了额外功，因此在生活中机械效率永远小于1。 3．滑轮组机械效率变形公式 在滑轮组中：s=nh，W有用=Gh，W总=Fs，由以上带入到滑轮组中 竖直方向滑轮组 水平方向滑轮组 在杠杆机械中 在斜面机械中 清单03 机械能及其转化 一、什么是能 1．能量的定义：物体能够对物体做功，我们就说这个物体具有能量或者能。 2．能量的单位就是功的单位，国际单位用焦耳来表达符号J。 3．能量属于一个广泛的词语，生活中能的形式多种多样例如，动能、重力势能、弹性势能、光能、热能、电能、风能、核能、水能、化学能等等，通常这些能都用符号W来表达。 二、动能的大小跟哪些因素有关 图示为探究“物体动能的大小跟哪些因素有关”的实验。实验步骤如下： Ⅰ．让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，观察木块被撞击后移动的距离。 Ⅱ．让不同质量的钢球从斜面上相同的高度由静止滚下，观察木块被撞击后移动的距离。 回答下列问题： （1）步骤Ⅰ是为了研究动能大小与速度的关系。 （2）步骤Ⅱ是为了研究动能大小与质量的关系。 （3）该实验中斜面的作用是为了控制钢球速度的大小，木块的作用是为了比较钢球动能的大小。[来源:学科 三、重力势能的大小与哪些因素有关 1．重力势能定义：被举高的物体具有的能叫做重力势能； 2．重力势能的影响因素：质量和高度。 3．重力势能的实验 （1）重力势能的实验方法：转换法和控制变量法； （2）如何观察物体重力势能大小：通过观察物体下落后沙盘的凹陷程度或者通过观察物体下落后沙盘的形变程度； （3）结论：当物体高度相同时，质量越大，物体重力势能越大；当物体质量相同时，高度越大，物体重力势能越大。 注意：在表达动能实验结论时，要运用本实验的实验方法控制变量法来表达。 四、机械能的转化 1．机械能等于动能和势能之和。 2．物体具有的动能与势能是可以相互转化的。有摩擦等阻力时，在动能与势能的相互转化中，机械能会减小。 实验一　探究比较做功快慢的方法 为了研究拉力做功的快慢，某同学设计了如下的实验进行研究。他把不同质量的物体匀速提升不同的高度，同时测出所用的时间，记录的实验数据如下表所示。已知表一实验拉力做功最快，表三实验拉力做功最慢。每一表格所示实验做功快慢相同。 表一 实验序号 拉力（N） 提升高度（m） 功（J） 所用时间（s） 1 25 0.8 20 2 2 60 0.5 30 3 3 200 0.2 40 4 表二 实验序号 拉力（N） 提升高度（m） 功（J） 所用时间（s） 4 50 0.2 10 2 5 80 0.25 20 4 6 100 0.3 30 6 表三 实验序号 拉力（N） 提升高度（m） 功（J） 所用时间（s） 7 10 0.5 5 2 8 40 0.25 10 4 9 100 0.2 20 8 （1）分析比较实验次数1、4、7/3、5、8 ，可得出的初步结论是：在时间相同的情况下，拉力所做的功越多，做功就越快。 （2）分析比较实验次数1和5和9（或2和6，或4和8），可得出的初步结论是：在拉力所做的功相同的情况下，所用时间越少，做功就越快。 （3）请进一步综合分析比较表一、表二、表三中的数据及相关条件，并归纳得出结论。 （a）分析比较表一、表二或表三中的数据及所给已知条件，可初步得出：当拉力所做的功与所用时间的比值相同时，拉力做功快慢相同。 （b）分析比较表一、表二和表三中的数据及所给已知条件，可初步得出：当拉力所做的功与所用时间的比值越大时，拉力做功越快。 （c）因此我们引入了功率这个物理量来表示物体做功快慢。 实验二　探究滑轮组的机械效率 在“探究滑轮组的机械效率”时，小明利用如图所示的两组滑轮组进行了4次测量（其中一个钩码重为2N甲图中使用的滑轮重为0.5N，乙图中使用的滑轮重为1N），测得数据如表： 实验次数 动滑轮重 钩码总重 钩码上升高度h/m 测力计示数F/N 测力计移动距离s/m 机械效率η/% 1 0.5 2 0.1 1.4 0.3 47.6 2 0.5 2 0.2 1.4 0.6 47.6 3 0.5 4 0.1 2.2 0.3 60.6 4 1 4 0.1 3.6 0.2 ① (1)测量原理：； (2)测量工具：弹簧测力计和刻度尺； (3)请依照上表第3组数据在甲图中画出滑轮组的连线方式： (4)通过第1、2两组数据对比分析可知：滑轮组的机械效率与物体被提高的高度无关； (5)经过计算发现第1次测量中的额外功为0.22J，第3次测量中的额外功大于第1次额外功，其原因可能是第 3 次测量中物重更大，克服摩擦力做的额外功增加； (6)表格中编号①处数据为55.6； (7)分析表格中3、4两次的数据，得到了提高滑轮组机械效率的另一种方法。生活中汽车作为一种“机械”，提高效率对节能减排有重要意义，请指出以下三种提高效率的方法中，方法二采用了与此相同的方法： 方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量满员出行； 方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量： 方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑； (8)用如图乙所示的滑轮组提升重物，若不计摩擦和绳重，绳子能承受的最大拉力为5N，则该滑轮组的最大机械效率为90%。 实验三　探究重力势能的大小与哪些因素有关 在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物A、B、C的质量关系为mA=mB<mC，木桩相同。木桩和重物位置如图甲所示。重物静止释放后，木桩被打击陷入沙中的情形如图乙所示，重物B、C将木桩打入沙中的深度相同。 (1)重物自由下落打击木桩，通过观察木桩陷入沙中的深度判断重物的重力势能大小； (2)比较AB两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和重物下落高度的关系，得出的结论是：当重物质量相同时，高度越高，重力势能越大； (3)结合（2）中的实验结论，通过比较B和C两个重物将木桩打入沙中的深度，我们能得出物体的重力势能与其质量有关的结论； (4)如图丙所示，是某一重物从某高度处由静止下落的过程中，下落高度与时间的关系图。在下面的四个选项中，描述重力对该重物做功大小与下落时间关系最接近正确的图线是C； A． B． C． D． (5)结合本实验和所学知识，分析图丁所示的水坝，水力发电机安装在D位置较为合理；水力发电站、风力发电站等都是有效地利用了绿色能源，最终将其他形式的能量转化成电能。 实验四　探究物体的动能大小与哪些因素有关 如图是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图，让钢球从斜槽上由静止释放，与放在水平面上的木块相撞并滑行一段距离后静止，依次完成了甲、乙、丙三次实验。 (1)实验中小球动能的大小是通过观察比较木块移动的距离反映出来的，三次实验中木块的起始位置相同； (2)交通事故中高速公路上高速行驶的汽车造成的伤害事故一般比较大，为了帮助小明提供实验依据，应选择甲、乙、丙中的甲、乙两个实验进行对比，得到的实验结论是当物体的质量一定时，速度越大，动能越大； (3)完成实验后，联想到探究牛顿第一定律时也用到斜面，让小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，表中列出小车在不同的表面滑行的距离，实验中，小车在棉布、木板表面克服阻力做功的功率分别是 P1、P2，则P1＞P2； 表面 毛巾 棉布 木板 摩擦力 最大 较大 最小 小车运动距离 最近 较远 最远 (4)北京冬奥会滑雪比赛中，运动员从A 点静止出发，在空中完成了一次超高难度的1620度旋转，获得本项目的金牌，现将运动轨迹简化如图所示，若不考虑能量损失，她的运动轨迹最符合实际的是c。 【练习1】（23-24九年级上·广西梧州·期末）2018年12月9日，“复兴号”中国标准动车组项目获第五届中国工业大奖。正在京沪高速上水平匀速运行的“复兴号”动车（如图），其机械能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），以运行的“复兴号”为参照物，站在站台的列车员是 （选填“运动”或“静止”）的；到达终点站前，关闭动力系统的列车会继续前进，这是因为列车具有 。 【答案】 不变 运动 惯性 【解析】[1]“复兴号”动车水平匀速运行，质量不变，速度和高度不变，动能和重力势能不变，机械能不变。 [2]以运行的“复兴号”为参照物，站在站台的列车员发生位置变化，是运动的。 [3]到达终点站前，关闭动力系统的列车会继续前进，因为列车具有惯性，继续保持原来的状态。 【练习2】（23-24九年级上·江苏南京·期末）木棒在日常生活中有很多用途。 （1）钻木取火的一种方法如图甲所示，将削尖的木棒伸到木板的洞里，一只手用力压住木棒，另一只手来回拉动钻弓。木棒在木板的洞里转动时，板与棒互相摩擦，机械能转化为内能，当温度达到约260℃时木棒便开始燃烧。已知：弓长为，人拉钻弓的力为16N。人来回拉满一次钻弓克服摩擦力所做的功为 J； （2）将质量均匀的木棒切割并组装成两个形状相同、质量均为的木模，用三根竖直细线a、b、c连接，在水平面上按照“互”字型静置，上方木模呈现悬浮效果，如图乙所示，这是利用了建筑学中的“张拉整体”结构原理。细线a的拉力 （选填“大于”、“小于”或“等于”）细线b的拉力，沿左右方向平移三根细线在上方木模的接线点，线仍竖直，线上拉力会 （选填“改变”或“不变”）。 【答案】 8 大于 改变 【解析】（1）[1]人来回拉一次钻弓移动的距离 s′=2s=2×0.25m=0.5m 人来回拉一次钻弓克服摩擦力所做的功 W=Fs′=16N×0.5m=8J （2）[2]对上方木模受力分析有 Fa=mg+Fb+Fc 则细线ab的拉力大小关系 Fa>Fb [3]以a下方的连接点为支点，根据杠杆平衡条件可得 FbLb+FcLc=GLG 沿左右方向平移三根细线在上方木模的接线点，线仍竖直，但重力G的力臂LG（支点到重力作用线的距离）会发生改变，则GLG变化，而Fb和Fc的力臂Lb、Lc不变（a、b、c同时平移），根据 FbLb+FcLc=GLG 可知Fb和Fc会发生改变，相应地Fa也会改变，即线上拉力会改变。 【练习3】（23-24九年级上·陕西渭南·期中）著名作家冯骥才在《挑山工》中描述了挑山工用扁担将货物运送上山的情景，如图所示。在这个过程中，挑山工做的有用功是对 做的功，挑山工做的总功是对 做的功。挑扁担时，左右两边都放上货物，这是利用了 的原理。 【答案】 货物 人、扁担 杠杆平衡 【解析】[1][2]根据题意可知，挑山工对货物做的功是有用功，挑山工对人、扁担做的功是总功。 [3]根据杠杆的平衡的原理可知，挑扁担时，左右两边都放上货物，即使货物不等重也能平衡，这是利用杠杆的平衡原理。 【练习4】（23-24九年级上·陕西西安·期末）小伟在水平地面上拖着一个重物前进，则拉力 ，重力 （前两空均选填“做功”或“不做功”）；如图所示，轻质木杆AB可以绕O点转动，，木杆A端通过细线与地面上重为200N的物体相连，为把物体提离地面，在B点至少需要施加一个 N的拉力。 【答案】 做功 不做功 600 【解析】[1]小伟在水平地面上拖着一个重物前进，物体在拉力的方向上通过了距离，所以拉力做了功。 [2]重力的方向是竖直向下的，物体在重力的方向上没有通过距离，所以重力不做功。 [3]当重物刚离开地面时，则A端受到的拉力 由杠杆平衡条件可得 则B点的拉力 【练习5】（2024·山东日照·中考真题）物理课上，喜欢动手的小明帮助老师搬运实验器材，器材所受的重力为，距离讲台的水平距离，距离讲台面的竖直高度，如图所示。小明先用的时间在M点将器材匀速竖直搬起，再匀速直线运动到达讲台的N点。小明水平移动器材时，速度大小为 、对器材做的功为 J。 【答案】 24 0 【解析】[1]小明水平移动器材时运动的距离 速度大小为 [2]小明水平移动器材时，小明对器材的作用力竖直向上，器材在力的方向上没有移动距离，因此小明水平移动器材时不对器材做功，故对器材做的功为0。 【练习6】（23-24九年级上·陕西西安·期末）丰收的季节，小明想帮家里人将玉米运送到高为3m的粮仓架上，为了省力他设计了如图所示的滑轮组装置，用此装置将一袋质量为51kg的玉米以0.15m/s的速度运送到粮仓架上，绳子自由端的拉力为182N，（不计绳重、袋子重和滑轮与绳子之间的摩擦，g取10N/kg） （1）图中属于动滑轮的是 （选填“A”“B”或“C”），其作用是 ； （2）整个运送过程中，小明所做的有用功是多少 ？小明的拉力的功率是多少 ？ （3）已知一袋玉米的质量一定，为了使滑轮组的机械效率提升至95%以上，则动滑轮的重力不应超过多少 ？（结果保留1位小数） 【答案】 A 省力 1530J 81.9W 26.8N 【解析】解：（1）[1][2]定滑轮是轴固定不动的滑轮；动滑轮的轴跟被拉起的物体一起运动。由图可知，A滑轮会随物体一起运动，故A是动滑轮；动滑轮相当于省力杠杆，其作用是省力。 （2）[3]玉米重为 整个运送过程中，小明所做的有用功是 [4]由图可知，滑轮组由3股绳承担物重，绳子自由端移动的速度 小明的拉力的功率是 （3）[5]由 可得 解得G动=26.8N。动滑轮的重力不应超过26.8N。 答：（1）图中属于动滑轮的是A，其作用是省力。 （2）整个运送过程中，小明所做的有用功是1530J，小明的拉力的功率是81.9W； （3）已知一袋玉米的质量一定，为了使滑轮组的机械效率提升至95％以上，则动滑轮的重力不应超过26.8N。 【练习7】（23-24九年级上·广东肇庆·期末）小铭骑自行车沿笔直街道做直线运动，其s-t图像如图所示；已知人的质量为52kg，自行车的质量为20kg，摩擦力大小是人和自行车所受总重力的2%；（g=10N/kg） （1）在0~2s内，小铭做 运动，他对自行车产生的动力大小为 N； （2）小铭在2~4s运动状态是 ，在0~8s内的平均速度 m/s； （3）小铭在最后4s内，做功 J。 【答案】 匀速直线 14.4 静止 2.5 172.8 【解析】解：（1）[1]在0~2s内，其s-t图像为倾斜直线，小铭做匀速直线运动。 [2]自行车处于平衡状态，他对自行车产生的动力与自行车受到的摩擦力是一对平衡力，由题意可知则动力 F=f=2%G总=2%m总g=2%×(52kg+20kg)×10N/kg=14.4N （2）[3]在2~4s的s-t图像为水平直线，故小铭的运动状态是静止。 [4]在0~2s内小铭运动的路程为 12m-4m=8m 在2~4s内小铭运动的路程为0m，在4~8s内小铭运动的路程为12m，在0~8s内的总路程 s=8m+12m=20m 平均速度 （3）[5]在最后4s内，其s-t图像为倾斜直线，小铭做匀速直线运动，处于平衡状态，他对自行车产生的动力不变，即 F=f=14.4N 做功 W=Fs′=14.4N×12m=172.8J 答：（1）在0~2s内，小铭做匀速直线运动，他对自行车产生的动力大小为14.4N； （2）小铭在2~4s运动状态是静止，在0~8s内的平均速度2.5m/s； （3）小铭在最后4s内，做功172.8J。 一、单选题 1．2024年4月23日的世界读书日，主题为“阅读推动未来”。如图是读者从书架上取下图书的情景，若读者所取的书重量与6枚鸡蛋相当，读者从书架上取下书的过程中，对书做的功最接近的是（    ） A．300J B．30J C．3J D．0.3J 【答案】C 【解析】书重量与6枚鸡蛋相当，约为3N，读者从书架上取下书的过程对书做的功约为 W=Gh=3N×1m=3J 由此可知，C最接近，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 2．如图所示是贵州玉屏山地自行车比赛的场景，关于运动员骑自行车转弯时的情况，下列说法正确的是（　　） A．运动员此时惯性增大 B．自行车可以转弯说明力能改变物体的运动状态 C．转弯时运动员的动能一定增大 D．自行车和运动员整体受平衡力作用 【答案】B 【解析】A．惯性是物体的属性，与物体的质量有关，运动员骑自行车转弯时，质量不变，则惯性不变，故A错误； B．运动员调整骑自行车施加力的方向，使自行车的运动状态发生改变，说明力可以改变物体的运动状态，故B正确； C．动能的影响因素有质量和速度，转弯时不确定速度怎样变化，因此物体的动能不一定增加，故C错误； D．自行车和运动员整体运动状态发生改变，因此不受平衡力的作用，故D错误。 故选B。 3．小明对学过的物理知识进行总结，归纳出以下说法，其中符合实际的是（　　） A．选择合适的机械，可以达到省功的目的 B．将焦耳的名字命名为功率的单位 C．一个鸡蛋从饭桌上掉到地上的过程中，重力做功了 D．通过改良机械可以使机械效率提高到100% 【答案】C 【解析】A．根据功的原理知，使用任何机器，可以省力，可以省距离，但不能省功，所以选择合适的机械，都不能达到省功的目的，故A不符合题意； B．为了纪念瓦特，将瓦特的名字命名为功率的单位，故B不符合题意； C．重力的方向竖直向下。一个鸡蛋从饭桌上掉到地上的过程中，鸡蛋沿重力方向移动一段距离，根据做功的两个必要因素知，重力做功了，故C符合题意； D．通过改良机械，可以减小额外功，但不能减小为0，有用功总小于总功，不会将机械效率提高到100%，故D不符合题意。 故选C。 4．用水平的力和，分别推着甲、乙两个物体在水平面上作直线运动。如图a、b分别是甲、乙运动的路程与时间的关系图像，已知甲的质量是乙的2倍，两个力做功的功率相等，则和的大小关系是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】由图可知相同时间内，b的路程大于a的路程可得，，根据题意两个力做功的功率相等，由可得，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 5．2024年7月30日，中国乒乓球运动员王楚钦和孙颖莎在巴黎奥运会乒乓球混双决赛中获得混双冠军。如图所示，是某次击球中乒乓球的运动轨迹。下列说法正确的是（    ） A．从B点运动到C点的过程中，乒乓球的重力势能转化为动能 B．在空中，乒乓球处于平衡状态 C．乒乓球能继续向前运动是受到惯性的作用 D．乒乓球速度越大，惯性越大 【答案】A 【解析】A．从B点运动到C点的过程中，乒乓球质量不变，高度变小，重力势能变小，速度变大，动能变大，它的重力势能转化为动能，故A正确； B．在空中，乒乓球受到重力和空气阻力作用，这两个力大小不相等，不是平衡力，乒乓球处于非平衡状态，故B错误； C．乒乓球能继续向前运动是因为它具有惯性，要保持原来的运动状态，故C错误； D．乒乓球的惯性大小只与质量有关，与速度无关，故D错误。 故选A。 6．将一个物体竖直向上抛出，过程中物体所受空气阻力大小与速度大小成正比，且始终小于重力，下列说法正确的是（　　） A．物体上升过程中动能减小，重力势能增加，所以机械能不变 B．物体从抛出点开始到落回抛出点的过程，所受合力一直减小 C．物体上升到最高点时，若重力突然消失，由于受到空气阻力，所以小球将加速下落 D．抛出时，由于物体做加速运动，所以手给物体的推力大于物体给手的推力 【答案】B 【解析】A．物体上升过程中，速度变小，动能减小，高度增大，重力势能增加，由于克服摩擦做功，机械能转化为内能，所以机械能减小，故A错误； B．物体在上升过程中，重力和阻力的方向都是竖直向下的，物体的速度减小，由题意可知阻力减小 ，根据可知物体受到的合力减小；物体落回抛出点的过程中，重力的方向是竖直向下的，阻力的方向是竖直向上的，物体的速度会变大，由题意可知阻力变大，根据可知，物体受到的合力会减小，所以整个过程中，物体受到的合力一直减小，故B正确； C．物体上升到最高点时，速度为0，此时空气阻力为0，若重力突然消失，则物体不受任何力的作用 ，根据牛顿第一定律可知，物体将保持静止，故C错误； D．手给物体的推力与物体给手的推力是一对相互作用力，其大小相等，故D错误。 故选B。 二、多选题 7．实验小组用同一物体做了图所示的两次实验，图甲中物体静止在空中，图乙中物体10s内沿竖直方向被匀速提升了0.1m。在此过程中，下列说法正确的是（　　） A．该滑轮是省力杠杆 B．该滑轮对物体做功0.32J C．该滑轮的机械效率为80% D．图乙中弹簧测力计的拉力的功率为0.02W 【答案】ABC 【解析】A．由图乙可知，当提升物体时，滑轮和物体一起移动，此滑轮是动滑轮，属于省力杠杆，故A正确； B．由图甲可知，物体的重力为，物体竖直方向被匀速提升了0.1m，该滑轮对物体做功为有用功，为 故B正确； C．由图乙可知，绳端拉力为，绳子自由端移动距离为 总功为 该滑轮的机械效率为 故C正确； D．图乙中弹簧测力计的拉力的功率为 故D错误。 故选ABC。 8．用一根长为1m重为G的均匀铁棒，插入一个边长为0.9m、重为300N的正方体物块的底部，在另一端施加一个向上的力，将物块撬起一个很小的角度（如图所示，图中的角度已被放大）。如果铁棒插入物块底部的长度为物块边长的三分之一，杠杆的效率为75％，则要撬动物块，作用在铁捧最右端的力和铁棒重可能是（　　） A．60N，60N B．120N，60N C．60N，30N D．100N，50N 【答案】BCD 【解析】杠杆的效率为75％，则额外功占总功的比值为25%，克服铁棒重力做功为额外功，设铁棒重心提高h，则有 解得 由题可知，铁棒的重力提供一部分阻力，作用点在铁棒的重心上，阻力臂为；铁棒插入物体底部，物体重力的一半提供阻力，阻力臂是 力F提供动力，动力臂为，当力F垂直于杠杆时，动力最小；由杠杆平衡条件可得 代入数据解得最小的动力F为 则要撬动物块，动力，结合，故BCD符合题意，A不符合题意。 故选BCD。 9．如图甲所示装置，小欢用力F向下拉绳子，使物体M在水平地面匀速移动，地面ab、bc粗糙程度不同。物体M重为400N，动滑轮重为5N，ab=2m，bc=3m。物体M从a点到c点过程中，拉力F与M移动距离的关系如图乙，不考虑物体大小对运动的影响，忽略绳子重力及滑轮转轴摩擦，对此过程的分析，下列结论正确的是（    ）    A．绳子自由端移动的距离为15m B．拉力F做的功为840J C．拉力F在ab段做的额外功等于在bc段做的额外功 D．物体从ab段到bc段，滑轮组的机械效率变大 【答案】BD 【解析】A．由图可知，绳子段数有2段，物体移动的距离 s物=2m+3m=5m 则绳子自由端移动的距离为 s=5m×2=10m 故A错误； B．由图乙可知，物体M从a点到b点过程中，拉力F'=60N，绳子自由端移动距离 s'=2m×2=4m 拉力F做的功为 W'=F's'=60N×4m=240J 物体M从b点到c点过程中，拉力F"=100N，绳子自由端移动距离 s"=3m×2=6m 拉力F做的功为 W"=F"s"=100N×6m=600J 则拉力F做的总功为 W=240J+600J=840J 故B正确； C．忽略绳子重力及滑轮转轴摩擦，拉力F在ab段做的额外功 W额'=G动sab=5N×2m=10J 拉力F在bc段做的额外功 W额"=G动sbc=5N×3m=15J 所以拉力F在ab段做的额外功小于在bc段做的额外功，故C错误； D．在ab段，滑轮组的机械效率 在bc段，滑轮组的机械效率 故D正确。 故选BD。 三、填空题 10．2024年8月6日，巴黎奥运会女子10米跳台决赛，全红婵第一跳丝滑入水，全部裁判给出10分，再现全满分名场面，最终以425.60分获得金牌成为中国奥运历史上最年轻的三金得主。下图是跳水过程中分解图。 (1)跳水运功员在起跳时，需要注意身体姿势的协调，同时要控制好起跳的力度和角度。在起跳过程中是跳板的 能转化为运动员的 能，帮助运动员起跳的； (2)某跳水运动员质量是42kg，从10米跳台跳下，用时1.4秒。在整个跳水过程中，运动员的重力做功为 J，重力做功的功率为 W。 【答案】(1)弹性势 动 (2)4200 3000 【解析】（1）[1][2]运动员向下用力是为了使跳板发生弹性形变，在起跳过程中，跳板恢复原状的过程中，弹性势能减小，将跳板的弹性势能转化为运动员的动能。 （2）[1][2]在整个跳水过程中，运动员的重力做功为 W=Gh=mgh=42kg×10N/kg×10m=4200J 重力做功的功率为 11．重2N的书静置在水平桌面上，小明用大小为0.5N的水平拉力使书沿桌面加速前进0.2m，在此过程中书的动能 （增大/不变/减小）、重力势能 （增大/不变/减小）；该过程书受到的重力做功为 J，拉力所做的功 （大于/等于/小于）摩擦力所做的功。 【答案】 增大 不变 0 大于 【解析】[1][2]书在水平拉力的作用下沿水平桌面加速运动，质量不变，速度增大，书的动能增大；书的高度不变，重力势能不变。 [3][4]重力与书的运动方向垂直，书在重力方向上没有移动距离，书受到的重力做功为0J；由于书加速运动，拉力大于摩擦力，由可知，拉力做的功大于摩擦力做的功。 12．2022北京冬奥会首次基于5G自动驾驶汽车实现火炬接力，开启了自动驾驶汽车的里程碑。如图甲为一款自动驾驶汽车，其控制系统能根据路面情况作出应对，确保车辆正常行驶，上坡时，会自动切换到低速挡，目的是 ；并根据斜坡陡峭程度选择是否沿S型轨迹行驶，选择沿S型轨迹行驶是为了 ；车轮遇到小石块时会自动改变牵引力越过障碍，如图乙所示，可将图中 点看作支点（选填O1或O2），设车轮受到的水平牵引力为F1，阻力为F2可以推断，石块越高（不高于车轮半径），所需水平牵引力越 （选填“大”或“小”）。、 【答案】 增大牵引力 省力 O2 大 【解析】[1]上坡时，汽车输出的功率是一定的，根据可知，自动切换到低速挡，目的是增加发动机的牵引力。 [2]选择沿S型轨迹行驶，利用了斜面原理，目的是为了省力。 [3]车轮遇到小石块时，轮胎绕O2转动，因此O2为支点。 [4]由图可知，石块越高，此时动力臂越小，阻力和阻力臂不变，根据杠杆平衡的条件可知，动力变大，即所需水平牵引力变大。 13．2024年8月26日9时许，G347通江大道快速化改造工程（市区段） 项目实现主线通车。该工程全长18公里，将无为市至芜湖市区的通行时间缩短到30min左右。一辆汽车，在该快速化公路上以72km/h的速度匀速行驶5min，受到的阻力是3000N，这辆汽车的发动机的功率为 kW。 【答案】60 【解析】汽车的速度 汽车匀速行驶时，所受的牵引力等于所受的阻力，发动机的功率 14．如图所示，两个正方体A、B，它们的重力。当用两组滑轮组分别匀速提升A、B两物体，拉力分别为、，机械效率分别为、。两动滑轮重均为，忽略绳重和摩擦，，，。则 N。 【答案】225 【解析】正方体A、B的重力，可得 由于忽略绳重和摩擦，则 可得 则 解得 由于，即 解得 故B物体的重力 则A物体的重力 由图可知 由于忽略绳重和摩擦，故 解得动滑轮的重力为 故B物体的重力为 可得 四、实验题 15．跳绳是长春市初中毕业生体育测试的自选项目之一，祎南同学想利用所学的物理知识评估自己平时跳绳时克服重力的平均功率（不计绳重）。 （1）用磅秤测量自己的 （填物理量与其对应字母）。 （2）估测自己平均每次跳起的高度h。 （3）用秒表测量跳n次绳所用的时间t。 （4）则跳绳的平均功率P= （用上述物理量符号表示）。 （5）若他要比较和其他同学跳绳的平均功率大小（设跳起的平均高度相同），则 。 A．跳绳快的功率一定大 B．跳绳的快慢相同，体重大的功率大 C．体重相同，跳的个数越多的功率越大 D．体重相同，跳的时间越长的功率越大 【答案】 质量m B 【解析】（1）[1]计算重力做功，实验中需要用磅秤测量自己的质量m。 （2）[2]自己所受的重力为 G=mg 每次克服重力所做的功 W=Gh=mgh 则跳n次所做的总功 W总=nmgh 则跳绳的平均功率 （3）[3]A．起跳的高度相同，不知道体重的大小，无法根据跳绳的快慢比较功率的大小，故A不符合题意； B．起跳的高度相同，跳绳的快慢相同，体重越大，所做的功越多，时间相同，根据可知，体重大的功率大，故B符合题意； C．体重相同，起跳的高度相同，跳的个数越多的功越多，但不知道时间，无法判定功率的大小，故C不符合题意； D．体重相同，起跳的高度相同，由于不知道跳绳的个数无法判定功的大小，所以根据跳的时间无法判定功率的大小，故D不符合题意。 故选B。 16．在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，小梦设计了如下实验：将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆动到竖直位置时，撞击水平面上的木块，木块在水平面上移动的距离为s。改变钢球的质量，分别测量木块在水平面上移动的距离，测量结果记录如下表。 实验次数 钢球的质量m/g 钢球由静止释放的高度h/cm 木块被撞后移动的距离s/cm 1 10 20 26 2 20 20 41 3 30 20 62 (1)让钢球从同一高度由静止释放，目的是让钢球摆动到竖直位置时的 相同。 (2)实验是通过观察 来反映钢球动能的大小。 (3)分析实验数据可得出的结论是 。 (4)某路段限速牌上标有“100”和“80”的字样，表示该路段内不同车辆限制的最高行驶速度（单位为km/h），由此实验可知，80km/h应该是 （选填“大客车”或“小轿车”）的限速。 (5)小梦想探究动能与速度的关系，她应该让质量 的钢球，从 高度由静止释放，然后观察现象。（均选填“相同”或“不同”） 【答案】(1)速度 (2)木块被钢球撞击后移动的距离 (3)速度一定时，物体的质量越大，动能越大 (4)大客车 (5)相同 不同 【解析】（1）[1]在实验探究中，让钢球从同一高度由静止释放，根据能量转化知识，重力势能转化为动能，同一高度意味着钢球的重力势能相同，那么转化为动能后，钢球摆动到竖直位置时的速度相同； （2）[2]实验中是通过观察木块被撞后在水平面上移动的距离来反映钢球动能的大小。因为钢球撞击木块，对木块做功，动能越大，对木块做的功就越多，木块移动的距离就越远； （3）[3]根据表格中的数据，当钢球由静止释放的高度不变时： 当钢球质量时，木块移动的距离； 当钢球质量时，木块移动的距离； 当钢球质量时，木块移动的距离； 可以看出，在速度相同（高度相同）的情况下，钢球的质量越大，木块被撞后移动的距离越远，钢球的动能就越大； （4）[4]大客车的质量比小轿车的大，在速度相同时，质量越大，动能越大。为了保证安全，质量大的大客车需要限制较低的速度，所以应该是大客车的限速； （5）[5]要探究动能与速度的关系，根据控制变量法，实验中应该需要质量相同的钢球； [6]要探究动能与速度的关系，根据控制变量法，应该让质量相同的钢球，从不同高度由静止释放，这样钢球到达水平面时的速度不同，然后观察现象。 17．小红找来了几个质量不同的木块、装有细沙的容器和三脚小桌如图所示，她利用这些器材探究“重力势能大小与哪些因素有关”的实验。 (1)该实验是通过观察比较 来间接判断物体重力势能大小的，下列实验中与上述研究方法相同的有 （填写实验前的序号）； a.研究物体温度时，通过观察温度计液柱高低来判断物体温度的高低； b.探究平面镜成像的特点时用两只等大的蜡烛； c.在研究光的传播时引入光线； d.用木块滑动的距离反映物体动能的大小。 (2)实验过程中选用质量不等的木块由 的高度自由落下，是探究重力势能大小与 的关系，得到的实验结论是： ； (3)小红发现先前学习的探究压力作用效果的实验也能用上述器材探究，对比“探究影响压力作用效果因素”与“探究影响重力势能大小因素”两个实验，以下关于两个实验的四个判断中错误的是______。 A．都需要观察小桌陷入沙中深度 B．前者实验不需要将木块从小桌正上方一定高度自由释放 C．都选用大小不同的木块是为了改变相同的物理量 D．后者实验中小桌不需要倒放 【答案】(1)小桌在沙子中下陷的深度 ad (2)相同 质量 高度一定时，质量越大，重力势能越大 (3)C 【解析】（1）[1][2]由题意知，实验是通过观察比较小桌在沙子中下陷的深度来间接判断物体重力势能大小的；采用的是转换法。 a．研究物体温度时，通过观察温度计液柱高低来判断物体温度的高低，而温度计是根据液体的热胀冷缩原理制成的，采用的是转换法，故a符合题意； b．探究平面镜成像的特点时用两只等大的蜡烛，采用的是等效替代法，故b不符合题意； c．在研究光的传播现象时，引入实际不存在的光线描述光的传播特点，采用的是模型法，故c不符合题意； d．小球动能的大小是通过物体B被推动移动的距离体现的，采用的是转换法，故d符合题意。 故选ad。 （2）[1][2][3]根据控制变量法可知，实验中采用质量不同的物块，是为了探究重力势能与质量的关系，在探究过程中要注意保持物体从同一高度由静止落下；可得出的结论是：高度一定时，质量越大，重力势能越大。 （3）A．根据转换法可知，这两个实验中都是根据小桌陷入沙中的深度来反映压力的作用效果或者重力势能的大小，故A正确，不符合题意； B．水平面上的物体对水平面的压力等于自身的重力，所以“探究影响压力作用效果因素”时，不需要将木块从小桌正上方一定高度自由释放，故B正确，不符合题意； C．“探究影响压力作用效果因素”时，选用大小不同的木块，是为了改变压力的大小；“探究影响重力势能大小因素”时，选用大小不同的木块，是为了改变质量的大小，所以改变的量是不同的，故C错误，符合题意； D．“探究影响重力势能大小因素”时，不需要改变受力面积的大小，所以小桌不需要倒放，故D正确，不符合题意。 故选C。 五、综合题 18．在探究“机械效率、功率、机械能”的课外兴趣小组活动中： (1)用相同的滑轮绕成甲、乙两个不同的滑轮组，分别将物体M、N匀速提升相同的高度，拉力分别为F甲、F乙，此过程相关数据如图丙，则两个滑轮组此过程的机械效率的大小关系是甲 乙；若不计绳重及摩擦，物体M、N质量相等，则两滑轮组的机械效率甲 乙（均选填“>”、“<”或“=”）； (2)如图所示，质量为m的小明做引体向上，完成10个用时为t，每次匀速上拉，身体重心上升为h，则小明做引体向上的平均功率P= （用题中的量表示）； (3)如图是卫星沿椭圆轨道绕地球运动，由近地点向远地点运动时，卫星的动能 ，机械能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）； (4)小张同学在探究斜面的机械效率实验中，将重为G的物体沿斜面从底端匀速拉到顶端，测力计的拉力为F，斜面的高度为 h ，长度为 s，如图所示，物体与斜面的摩擦力f = （用题中的量表示）。 【答案】(1)> = (2) (3)变小 不变 (4) 【解析】（1）[1]由图丙可知，甲乙的额外功相同，甲的总功更大，由有用功等于总功减去额外功可知，甲的有用功更大，由可知，甲的机械效率更大，即。 [2]若不计绳重及摩擦，额外功为克服动滑轮重力所做的功，物体M、N质量相等，由 可知，甲乙的机械效率相等，即。 （2）小明做引体向上的平均功率 （3）[1][2]太空中没有大气，卫星的机械能守恒，即机械能不变，由近地点向远地点运动时，卫星的质量不变，与地球间的距离变大，动能转化为重力势能，所以动能变小。 （4）克服摩擦力做的功为额外功，则 摩擦力为 19．“龙骨水车”是我国古代江南地区主要的灌溉农具之一，是一种历史悠久的提水设施，相当于现代的抽水机，其构造如图（a） 所示：《天工开物》中有“数尺之车，一人两手疾转，竟日之功可灌二亩而已”的记载。如图（b） 所示， 将水车一端浸入水中，另一端固定于岸上。使用时摇动长柄摇杆，使轮轴转动，带动嵌满刮水板的链条运动，槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田中。 (1)使用时，人对长摇杆施加力的作用使轮轴转动，相当于在使用一个 （省力/费力）杠杆。木链条运动起来，一定质量的水被水车提升到高处重力势能 （增大/减小）； (2)若工人踩动龙骨水车旋转一周可将0.03m3 的水提升到4m高的田地中，所用时间为60s，工人做功的总功率为50W，则该过程中龙骨水车所做的有用功为 J，工人做的总功为 J，机械效率为 % 。（ρ水=1.0×10³kg/m³，g取10N/kg） (3)写出一条提高“龙骨水车”提水功率的方法： ；写出一条提高“龙骨水车”提水效率的方法 【答案】(1)省力 增大 (2)1200 3000 40 (3)减小踩动龙骨水车旋转一周的时间 减小各部件之间的摩擦 【解析】（1）[1]使用时长柄摇杆相当于轮轴工作时的轮，轮半径大于轴半径，相当于省力杠杆。 [2]一定质量的水被水车提升到高处，质量不变，高度增加，则重力势能增大。 （2）[1]该过程中龙骨水车所做的有用功为 [2]工人做的总功为 [3]机械效率为 （3）[1]根据可知在总功不变的情况下，通过减小踩动龙骨水车旋转一周的时间即可增大功率。 [2]要提高提水效率，可以减小各部件之间的摩擦或减小木链条、刮水板的重力，这样在做相同的总功时，额外功在总功中所占的比值变小，则有用功在总功中所占的比值增大，能提高提水效率。 六、计算题 20．常州地铁2号线于2021年6月28日开通运营，图为2号线所用列车——“蓝精灵”。其最大速度为72km/h，列车最大牵引功率为2.5×103kW。列车匀速行驶时，受到的阻力为车总重的0.05倍（g取10N/kg），根据上述信息，回答以下问题： (1)空载测试时，列车以最大速度匀速行驶，其空载功率为1.5×103kW，则列车的质量为多少？ (2)在第（1）小题的条件下，该型号列车若以最大速度匀速行驶，最多可以装载的物体的质量为多少？ 【答案】(1) (2) 【解析】（1）空载测试时，牵引力为 因为做匀速直线运动，受力平衡，则阻力为 列车的重力为 则列车的质量为 （2）满载时，牵引力为 因为做匀速直线运动，受力平衡，则此时阻力为 列车和货物的总重力为 则列车和货物的总质量为 所以最多可以装载的物体的质量为 21．如图甲是自贡市燊海井竖于在井口的天车，是自贡盐场奇观之一，是盐井凿挖和汲取盐卤的地面设施，其顶端悬挂天辊和地面固定地辊（滑轮），可用于提取井下的卤水，燊海井是世界上第一口超千米的大井，井深约1100m。其提取卤水过程可简化为如图乙所示装置，已知吸卤桶一次取卤90L，吸卤桶在10s内匀速上升5m。吸卤桶出水后，牛作用在绳端的拉力大小为1200N，此时（已知卤水密度为）求： (1)吸卤桶取卤一次的有用功； (2)拉力做功的功率； (3)该装置的机械效率。 【答案】(1)1.188×106J (2)600w (3)90% 【解析】【小题1】一次取卤的体积 90L=9×10-2m3 卤的重力 G卤=mg=ρ卤V卤g=1.2×103kg/m3×9×10-2m3×10N/kg=1080N 则吸卤桶取卤一次的有用功 W有=Gh=1080N×1100m=1.188×106J 【小题2】吸卤桶的速度 拉力做功的功率 【小题3】拉力做的总功 W总=Fs=1200N×1100m=1.32×106J 此装置机械效率为 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$