第6講機械能功和功率（4考點6題型）（原卷版）

第6講機械能功和功率TOC\o"13"\h\z\u考點一、能量的相互轉(zhuǎn)化 1考點二、機械能 2考點三、物體做功 3考點四、物體做功的快慢——功率 3TOC\o"44"\h\z\u題型1動能勢能的大小的影響因素 4題型2機械能守恒定律 6題型3恒力做功和功率的計算 9題型4利用“功是能量轉(zhuǎn)化量度”解決非恒力做功問題 13題型5功率的計算 15題型6汽車勻速運動時功率問題 16考點一、能量的相互轉(zhuǎn)化1．各種形式的能量有：電能、熱能、化學能、生物能，機械能（包括動能和勢能）、光能、太陽能、水能、風能、原子核能、地熱能、潮汐能等。2．能量的相互轉(zhuǎn)化實質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程，包括“消耗能量”、“利用能量”和“獲得能量”。能量的轉(zhuǎn)化普遍存在，如動能轉(zhuǎn)化為勢能，化學能轉(zhuǎn)化為電能，生物能轉(zhuǎn)化為勢能，電能轉(zhuǎn)化為光能和熱能等。3．能量：一個物體能夠做功，這個物體就具有能量，能量的單位是焦耳。4．能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律①地球上大部分物質(zhì)的能量直接或間接來源于太陽能，原子核能、地熱能、潮汐能等的最終來源不是太陽。②能量守恒定律：能既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上，在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過程中，能的總量保持不變，這就是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。5.能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性①能量只能從高能量的物體傳向低能量的物體，而不能自發(fā)的逆向傳遞，這就是能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性；②能量守恒定律告訴我們能量總量是不變的，但方向性告訴我們有些有用能量會越來越少的。根據(jù)能量守恒定律，永動機不能制造成功。注意：自然界的事物的運動和變化都必須遵循能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，但符合能量和守恒定律的事件卻不一定能夠發(fā)生?？键c二、機械能1．機械能：動能和勢能的總和，叫機械能。2．動能：物體由于運動而具有的能。動能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，物體質(zhì)量越大．運動速度越快，其動能也就越大。3．勢能可分為重力勢能和彈性勢能。（1）重力勢能是指物體由于被舉高而具有的勢能．它與物體的質(zhì)量和物體被舉高的高度有關(guān)，質(zhì)量越大．被舉得越高，勢發(fā)生形變能越大。（2）彈性勢能：物體由于而具有的勢能，彈性形變越大，物體的勢能就越大。重要提示：1）.一切運動的物體都具有動能。2）.物體只要被舉高，就具有重力勢能；物體發(fā)生彈性形變，就具有彈性勢能。4．機械能守恒定律：動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而且在轉(zhuǎn)化過程中，如果不受阻力。機械能的總量保持不變。5．物體的動能和彈性勢能也可以相互轉(zhuǎn)化?？键c三、物體做功(1)功：一個力作用在物體上，并且物體在力的方向上通過了一段距離，則這個力有了“成效”，就說這個力對物體做了功。(2)做功的兩個必要因素做功包含兩個必要因素：一是作用在物體上的力；二是物體在力的方向上通過的路程。這兩個因素缺一不可。特別提醒：不做功有三種情況：①物體受到了力，但保持靜止；②物體由于慣性運動了距離，但不受力，③物體受力的方向與運動的方向相互垂直，這個力不做功。(3)功的計算①計算公式力學中規(guī)定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積，即W＝Fs。②功的單位功的單位是焦，符號為J,1J＝1N·m。③計算時的注意事項a．分清是哪個力對物體做功，即明確公式中的F；b．公式中的“s”是在力F的方向上通過的距離，必須與“F”對應(yīng)；c．F、s的單位分別是N、m，得出功的單位才是J?？键c四、物體做功的快慢——功率(1)定義單位時間內(nèi)所做的功叫做功率，用符號“P”表示；功率是表示物體做功快慢的物理量。(2)公式：P＝eq\f(W,t)(其中W是物體所做的功，單位是J；t是做功所用的時間，單位是s)(3)單位功率P的國際單位是瓦特，符號是W,1W＝1J/s；常用單位還有kW,1kW＝103W。(4)變形P=w題型1動能勢能的大小的影響因素（2024?瑞安市模擬）如圖，甲、乙是完全相同的小球，處于同一水平面上。甲以速度v豎直上拋，乙以與水平面成一定角度、大小也是v的速度斜向右上拋出，到達最高點時小球的動能分別為E1、E2，重力勢能分別為E3、E4。若上述運動過程中均不計空氣阻力和一切摩擦，比較達到最高點時小球具有的動能E1、E2和重力勢能E3、E4，正確的是（）A．E1＝E2，E3＝E4 B．E1＝E2，E3＞E4 C．E1＜E2，E3＝E4 D．E1＜E2，E3＞E4（2023秋?西湖區(qū)校級期中）多功能霧炮車又稱抑塵車、霧霾車、農(nóng)藥噴灑車，今年2020疫情突降，又多了個名字叫多功能消毒車。這些天消毒車活躍在各個城市和小區(qū)，為阻止病毒蔓延也立下了汗馬功勞。在水平路面上勻速行駛的消毒車作業(yè)時，消毒車受到地面的摩擦力如何改變，消毒車的動能將如何改變（）A．摩擦力不變，動能不變 B．摩擦力減小，動能減小 C．摩擦力減小，動能不變 D．摩擦力不變，動能減?。?023?蕭山區(qū)模擬）如圖，甲、乙、丙是完全相同的小球，處于同一水平面上。甲以速度v豎直上拋，乙以與水平面成θ角、大小也是v的速度斜向右上拋出，丙球沿傾角為θ的足夠長斜面以速度v上滑。上述運動過程中均不計空氣阻力和一切摩擦，比較達到最高點時小球具有的動能和重力勢能，正確的是（）A．動能：E甲＝E丙＜E乙 B．動能：E甲＝E乙＝E丙 C．重力勢能：E甲＝E丙＜E乙 D．重力勢能：E甲＝E乙＝E丙（2020秋?蒼南縣期中）在水平地面上鋪一張白紙，將一只皮球表面涂黑，使其先后從h1、h2高度處由靜止自由下落，分別在紙上留下黑色圓斑A、B，如圖所示。（1）分析圖中兩個圓斑大小，可推斷h1h2（選填“大于”、“小于”或“等于”）。（2）皮球落地后反彈高度比原來下落時高度低，由此判斷，皮球的機械能總量（選填“不變”、“減少”或“增大”）。題型2機械能守恒定律（2023秋?鄞州區(qū)期末）2023年5月30日，搭載“神舟十六號”載人飛船的運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，如圖所示。下列說法正確的是（）A．發(fā)射前，飛船重力勢能為零 B．火箭加速上升過程中，燃料化學能全部轉(zhuǎn)化成重力勢能 C．火箭加速上升過程中，飛船動能增大 D．在整個發(fā)射過程中，火箭機械能守恒（2024?嘉善縣一模）我國探月工程“嫦娥五號”返回器采用“打水漂”的方式返回，返回軌道如圖所示。通過多次進入大氣層成功降低速度，避免了返回器燃燒破損的風險。下列說法錯誤的是（）A．進入大氣層前，返回艙機械能減小 B．進入大氣層時，返回艙會與大氣摩擦產(chǎn)生內(nèi)能 C．跳出大氣層時，返回艙的部分動能轉(zhuǎn)化為勢能 D．第二次進入大氣層時返回艙的動能比第一次進入時小（2024?江干區(qū)校級三模）彈跳桿運動是一項廣受歡迎的運動。其結(jié)構(gòu)如圖甲所示。圖乙是小金玩彈跳桿時由最低位置上升到最高位置的過程，其中b是彈簧處在原長的狀態(tài)，針對此過程分析正確的是（）A．a(chǎn)→b，小金的機械能不斷增加，在b時動能最大 B．a(chǎn)→c，彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為小金的重力勢能 C．在a狀態(tài)時彈簧的彈性勢能最大 D．在c狀態(tài)時小金的機械能達到最大（2024?寧波模擬）籃球運球是寧波市體育中考項目之一，其中投籃時可采用打擊籃板進籃的方法，如圖所示。忽略空氣阻力，下列關(guān)于打板進籃的說法正確的是（）A．籃球拋出后向上運動，打板的一瞬間，籃球的動能最大 B．籃球打板進籃筐的過程中，籃球的能量沒有損失 C．籃球離開籃筐下落到地面的過程中，球的機械能不變 D．籃球在地面上越彈越低，最終靜止，說明能量消失，不符合能量守恒定律題型3恒力做功和功率的計算（2024?吳興區(qū)校級模擬）如圖甲所示，重為5N的鐵塊吸附在豎直放置的足夠長的磁性平板上，在豎直向上拉力F的作用下鐵塊沿直線豎直向上運動，鐵塊運動過程中速度v的大小隨時間t變化的圖像如圖乙所示，若鐵塊受到的摩擦力為2N。下列說法中正確的是（）A．磁性平板對鐵塊的吸引力等于5N B．0～2s內(nèi)拉力F等于7N C．2～6s內(nèi)拉力F等于5N D．2～6s內(nèi)拉力F做了84J的功（2024?寧波自主招生）隨著城市建設(shè)進程的加快，寧波市內(nèi)出現(xiàn)了許多高層建筑，電梯是高層建筑的重要組成部分。某公寓的電梯在某次豎直向上運行的過程中，速度隨時間變化的情況如圖所示，忽略電梯受到的空氣阻力和摩擦阻力，向上運行的動力只有豎直向上的電動機拉力，電梯箱和乘客的總質(zhì)量為800千克。（1）電梯在勻速運動階段拉力做了焦耳的功。（2）電梯開始向上運動后經(jīng)過64秒內(nèi)的平均速度是米/秒。（2024?海曙區(qū)模擬）小寧家新買了一臺自動擦窗機器人，解決了高層擦窗的難題，機器人的質(zhì)量為1.2kg，研究發(fā)現(xiàn)它的“腹部”有吸盤，工作時，電動真空泵將吸盤內(nèi)的空氣抽出，使其能吸在豎直玻璃表面，如圖甲所示。某次機器人擦窗時，大氣壓為1.0×103Pa，小寧觀察其工作情況并繪制出路程s與時間t圖象如圖乙，利用傳感器測得吸盤內(nèi)氣壓p與時間t圖象如圖丙。（1）其中運動階段，機器人沿玻璃表面豎直向上運動，求機器人在4～7s內(nèi)克服重力做了多少功？（2）吸盤與玻璃接觸總面積為0.04m2在0～4s內(nèi)吸盤對玻璃的壓力是N。（3）0～4s與7～10s對比，自動擦窗機器人受到的摩擦力是否發(fā)生變化，并說明理由。（2024?鹿城區(qū)模擬）如圖所示是我國研發(fā)生產(chǎn)的某型號航拍無人機。無人機起飛前，放在地面上要確保四腳著地。啟動后，利用遙控器可對它進行控制。無人機的部分參數(shù)如表：機身總質(zhì)量/kg3.6四腳著地總面積cm212最大上升速度/（m?s﹣1）1.5最大水平速度/（m?s﹣1）6求：（1）無人機啟動前，四腳著地靜止停放在水平地面上，此時無人機對地面的壓強。（2）無人機以最大上升速度勻速豎直升高30米，需要飛行的時間。（3）無人機從50米高空降落到地面，重力做功的大小。題型4利用“功是能量轉(zhuǎn)化量度”解決非恒力做功問題（2024?西湖區(qū)一模）彩虹滑道是近年來新興的游玩項目，如圖甲所示，游客只需坐在橡皮圈上，就能隨橡皮圈一起快速滑下。（1）圖甲中的游客在彩虹滑道上下滑的過程中，速度越來越快，則橡皮圈與滑道之間的摩擦力將（選填“變大”、“變小”或“不變”）。（2）圖乙是該游樂項目的簡化模型，AB段表示彩虹滑道，BC段表示水平的人工草皮減速帶，起點A與人工草皮減速帶之間的高度差為h，載人橡皮圈（包括橡皮圈和人）的總質(zhì)量為m。載人橡皮圈從起點A下滑至彩虹滑道底部后，會在水平的人工草皮減速帶上減速，直至停下。若該載人橡皮圈下滑時重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的效率為η，在水平減速帶上受到的摩擦力為f，則水平減速帶的長度至少為（用字母表示）。（2023秋?拱墅區(qū)校級月考）如圖甲所示，有一半徑為R的光滑的圓弧槽與一粗糙的水平面相連接，將重為G的物體從斜面頂端由靜止釋放，停下后測出物塊在水平面上滑行距離為s1。圖乙中有一個半徑為R的粗糙的14圓弧槽與和圖甲中同樣粗糙的水平面相連接，將圖甲中重為G的物體也從圖乙中斜槽頂端由靜止釋放，停下后測出物塊在水平面上滑行距離為s2（1）甲圖中重力對物體做的功W＝。（2）乙圖中物體在水平面上的摩擦力f為。（2023秋?杭州期中）如圖所示，為兩個光滑的圓弧槽和一段粗糙的水平面相連接的裝置。將質(zhì)量為m的物體從左側(cè)圓弧槽A點由靜止釋放，最高到達右側(cè)圓弧槽B點處，然后再次滑下，最高到達左側(cè)圓弧槽C點處，其中A、B兩點距離水平面的高度分別為H、h（忽略空氣阻力）。下列選項錯誤的是（）A．物體從A點滑到水平面時，重力所做的功為mgH B．C點距離水平面的高度為2h﹣H C．物體能返回至C點處，可推出H＜2h D．從A點到B點又回到C點過程中，克服水平面上摩擦力做功為mg（2h﹣H）（2024?臺州三模）研究人員對某型號的電動自行車進行了測試，他騎車在平直的路面上由靜止開始運動，獲得如圖所示的速度v和牽引力F隨時間t變化的關(guān)系圖象。（1）行駛過程中，0～2秒內(nèi)電動自行車受到的摩擦力為N。（2）電動自行車勻速行駛時牽引力做功的功率為W。題型5功率的計算（2024?寧波模擬）快捷酒店常用智能機器人為旅客送遞物品。如圖是一款質(zhì)量為80kg的智能機器人。工作時，該機器人在地面上勻速直線移動的速度為1m/s，所受阻力是機器人重力的0.05倍。求：（1）機器人所受重力。（2）機器人在水平地面上勻速直線移動時的牽引力。（3）機器人在水平地面上勻速直線移動30s，此過程中牽引力做功的功率。題型6汽車勻速運動時功率問題（2024?臺州一模）智能制造融合到快遞業(yè)，出現(xiàn)了智能快遞車，如圖甲。某次快遞運送，該車在粗糙程度相同的平直路面上由靜止開始運動，速度v隨時間t變化關(guān)系如圖乙。（1）第7～15分鐘，智能快遞車移動的距離是多少米？（2）該車輪胎與地面的總接觸面積為0.02米2，輪胎能承受的最大壓強為2×105帕，空載質(zhì)量為250千克。求該車的最大載重量是多少千克？（3）在7～15分鐘內(nèi)，該車動力做功的功率是150瓦。請在圖丙中畫出這段時間內(nèi)動力F隨時間t變化的關(guān)系圖像。（2024?舟山模擬）在“雙碳”目標背景下，2021年我國新能源汽車產(chǎn)銷量均超350萬輛。如圖所示是我國某品牌廠商生成的某款型號電動汽車，其部分參數(shù)如表。汽車的整備質(zhì)量1900kg電