中考物理专题考点精讲及典型真题详解 功和机械能.docx
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中考物理专题考点精讲及典型真题详解功和机械能
中考物理专题考点精讲及典型真题详解:
功和机械能
考点1:
功
1.定义:
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,就说这个力对物体做了功.
2.做功的两个必要因素:
(1)有力作用在物体上;
(2)物体在力的方向上通过距离.
3.功的计算公式是W=Fs,单位是焦耳,符号是J,1J=1N·m.
注意:
力不做功有以下三种情况:
(1)“劳而无功”,有力作用在物体上,物体没有移动距离,即F≠0,s=0.
(2)“不劳无功”,物体移动了距离,但没有力作用在物体上,即s≠0,F=0.
(3)“垂直无功”,有力作用在物体上,物体移动了距离,但是力的方向和距离垂直.
【例1】(2021·浙江丽水市·中考真题)科技改变生活,某餐馆用智能送菜机器人(如图)替代人工送菜。
(1)该机器人以1米/秒的速度运行30米将菜送到客人桌前,用时___________秒;
(2)若机器人工作时牵引力恒为50牛,完成本次送菜,牵引力做功___________焦。
【答案】301500
【详解】
[1]该机器人以1米/秒的速度运行30米将菜送到客人桌前,所用时间
[2]若机器人工作时牵引力恒为50牛,完成本次送菜,牵引力做功
【例2】如图所示为小明同学做挺举连续动作的几个状态图,说法不正确的是( )
A.小明同学从准备状态发力到上拉状态过程中对杠铃做了功
B.小明同学从上拉状态发力到上挺状态过程中对杠铃做了功
C.小明同学从上挺状态发力到站立状态过程中对杠铃做了功
D.小明同学在站立状态过程中对杠铃做了功
【详解】做功的两个因素,1.要有力作用在物体上,2.物体在力的方向上通过的距离。
A.小明同学从准备状态发力到上拉状态过程中,小明对杠铃施加一个向上的力,杠铃向上移动了距离,所以对杠铃做了功,A正确,故A不符合题意;
B.小明同学从上拉状态发力到上挺状态过程中,对杠铃施加一个向上的力,杠铃向上移动了距离,所以对杠铃做了功,B正确,故B不符合题意;
C.小明同学从上挺状态发力到站立状态过程中,对杠铃施加一个向上的力,杠铃向上移动了距离,所以对杠铃做了功,C正确,故C不符合题意;
D.小明同学在站立状态过程中,对杠铃有一个向上的力,但杠铃没有移动距离,所以没有对杠铃做功,D错误,故D符合题意。
故选D。
1.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.
不做功的三种情况:
①有力,没有距离;②有距离,没有力;③有力,也有距离,但二者方向互相垂直.
2.功的计算:
利用公式W=Fs求解,关键是认真审题分别求出F和s.
①F表示力,单位是牛顿(符号:
N);s表示力的方向上通过的距离,单位是米(符号:
m);W表示功,单位是焦耳(符号:
J).代入公式时,单位要对应.
②公式中的F与s在同一直线上.
③F与s互相垂直时,F不做功;F与s在同一直线上,F所做功的大小可以用公式W=Fs计算;F与s既不垂直,又不在同一直线上,F也做功,但公式W=Fs不再适用进行计算.
1.(2021·湖南娄星·八年级期末)如图所示,mA>mB>mC三个物体在同样大的力F作用下,都沿着F的方向移动距离s,比较力F对三个物体所做的功( )
A.一样多B.对A做的功多
C.对B做的功多D.对C做的功多
【详解】
因为对三个物体的作用力都是大小相等的力F,三个物体在力F的方向上移动的距离都是s,根据功的计算公式W=Fs可知,F对三个物体所做的功一样多。
故选A。
2.(2021·辽宁辽宁·中考真题)如图所示,物体A重150N,物体B重15N,此时物体A沿着水平桌面以0.2m/s的速度向右做匀速直线运动(不计绳重、滑轮重、绳轮及轮轴间的摩擦),物体B匀速下降的速度是_______m/s,物体A与水平桌面间的摩擦力是_______N,10s内物体A克服摩擦力做功_____J。
【答案】0.43060
【详解】
[1]由图可知绳子的段数n为2,已知物体A的速度,则物体B下滑的速度为
vB=2vA=2×0.2m/s=0.4m/s
[2]物体B施加在绳端的拉力
F=GB=15N
不计摩擦、绳重及滑轮重,物体A、B均做匀速直线运动,物体A受到的拉力与摩擦力是一对大小相等的平衡力,则
所以物体A受到的水平向左的摩擦力
f=2F=2×15N=30N
[3]由
可得10s内物体A
sA=vAt=0.2m/s×10s=2m
则10s内,物体A克服摩擦力做功
W=fs=30N×2m=60J
3.(2021·重庆中考真题)珠峰的最新高程为8848.86m。
体重为500N的小海同学想一睹珠峰的雄伟魅力,从重庆坐火车经过约40h行驶了约3080km到达拉萨,然后坐汽车到达珠峰大本营。
(1)求火车的平均速度;
(2)从拉萨到珠峰大本营海拔升高了1600m,求该过程中克服小海重力做的功。
【答案】
(1)77km/h;
(2)8×105J
【详解】
解:
(1)火车的平均速度
v=
=
=77km/h
(2)克服小海重力做的功
W=Gh=500N×1600m=8×105J
答:
(1)求火车的平均速度是77km/h;
(2)该过程中克服小海重力做的功是8×105J。
考点2:
功率
1.意义:
功率是用来表示做功快慢的物理量.
2.定义:
物理学中,把功和完成功的时间之比叫功率,公式是P=
.变形可得另两个公式,分别是W=Pt和t=
.
3.单位:
功率的国际单位是瓦特,符号是W,常用单位还有千瓦,符号是W,两者的换算关系是1kW=1000W.
注意:
利用推导公式P=Fv进行计算时,v的单位必须是国际主单位.1m/s=3.6km/h.
【例3】(2021·四川泸州市)绵泸高铁内自泸段即将建成通车,据了解泸州乘高铁经内江到成都大约需要84min。
其中泸州至内江约130km,按照设计速度250km/h运行,泸州到内江列车大约需要______h。
内江至成都约150km,从泸州经内江到成都全程的平均速度约为______km/h。
某牵引力为9×104N的动车组在一段平直轨道上匀速行驶时速度为216km/h,则该动车组的输出功率为______W。
【答案】0.522005.4×106
【详解】
[1]从泸州到内江列车需要的时间
[2]内江到成都所需时间
从泸州经内江到成都的总路程
s=s1+s2=130km+150km=280km
则全程平均速度
[3]该动车组的输出功率
P=Fv1=9×104N×216×
m/s=5.4×106W
【例4】(2021·安徽)如图所示,小明在单杠上做引体向上运动,每次引体向上身体上升的高度为握拳时手臂的长度。
已知小明的体重为500N,握拳时手臂的长度为0.6m,完成4次引体向上所用的时间为10s。
求:
(1)小明完成1次引体向上所做的功;
(2)10s内小明做引体向上的功率。
【答案】
(1)300J;
(2)120W
【详解】
解:
(1)小明完成1次引体向上使身体上升的高度等于握拳时手臂的长度,则所做的功为
W=Gh=500N×0.6m=300J
(2)10s内小明做了4次引体向上,则做引体向上的功率为
P=
120W
功率:
考查的重点是功率的简单计算,做题时要认真审题并运用公式P=
=Fv来进行解答.
①W表示力F所做的功,单位是焦耳(符号:
J);t表示力F做功所用的时间,单位是秒(符号:
s);P表示功率,单位是瓦特(符号:
W);F表示力,单位是牛顿(符号:
N);v表示速度,单位是米/秒(符号:
m/s).代入公式时,单位要对应。
②公式中的W与t表示同一个力所做的功和做功所用的时间。
③F与v必须在同一直线上.
1.(2021·湖南·衡阳市华新实验中学八年级期末)举重是我国的优势体育项目.一位身高170cm的运动员和一位身高160cm的运动员,在挺举项目中用相同时间,把同样重的杠铃举起,如图所示.如果他们对杠铃所做的功分别为W1和W2,功率分别为P1和P2,则下列关系式中正确的是( )
A.W1=W2、P1=P2B.W1>W2、P1=P2
C.W1>W2、P1>P2D.W1<W2、P1<P2
【详解】
由题知身高170cm的运动员和身高160cm的运动员举起杠铃的重力相同,
身高170cm的运动员比身高160cm的运动员将杠铃举得高,
根据W=Gh可知,W1>W2;
因为两运动员举起杠铃的时间相同,
根据P=
可知,P1>P2.所以ABD错误,C正确.
故选C.
2.(2021·黑龙江大庆)小明同学设计了如图甲所示的滑轮组装置,当施加图乙所示随时间变化的水平拉力F时,重物的速度v随时间t变化的关系如图丙所示。
不计绳与滑轮的重量及滑轮转动时的摩擦,绳对滑轮的拉力方向近似看成水平方向。
在0-1s内,重物受到地面的摩擦力为______N,在2s-3s内,拉力F做功的功率为______W。
【答案】300300
【详解】
[1]由丙图可知,在0-1s内,物体静止,整个装置处于平衡状态,以动滑轮和物体为整体受力分析,水平方向物体受到的摩擦力等于动滑轮受到绳子的拉力,所以物体所受的摩擦力为
[2]由丙图可知,在2s-3s内,物体以0.5m/s的速度做匀速直线运动,根据乙图,此时拉力为200N,绳子移动的速度为
拉力的功率为
3.(2021·广西贺州)随着科技的发展,低碳环保电瓶车的出现极大地方便了人们的出行。
一天,小明的妈妈驾驶电瓶车送小明上学。
假设小明的妈妈驾驶电瓶车是匀速行驶的,电瓶车的牵引力恒为100N,从家到学校的路程是1.5km,用时5min。
求:
(1)电瓶车行驶的速度是多少m/s;
(2)电瓶车受到地面的摩擦力;
(3)电瓶车牵引力的功率。
【答案】
(1)5m/s;
(2)100N;(3)500W
【详解】
解:
(1)电瓶车的速度
(2)因为电瓶车匀速行驶,由二力平衡可知,电瓶车受到地面的摩擦力
(3)因为电瓶车匀速行驶,电瓶车牵引力的功率
答:
(1)电瓶车行驶的速度是
;
(2)电瓶车受到地面的摩擦力
;
(3)电瓶车牵引力的功率
。
考点3:
机械能及其转化
1.能量:
一个物体能够做功,我们就说它具有能,物体做功越多,它具有的能也越大.
2.动能:
(1)定义:
物体由于运动而具有的能叫做动能,一切运动的物体都具有动能.
(2)影响因素:
物体动能的大小与物体的质量和速度有关.
3.势能:
包含重力势能和弹性势能两种.
(1)重力势能:
①定义:
物体由于被举高而具有的能叫做重力势能.
②影响因素:
物体的重力势能与物体的质量和高度有关.
(2)弹性势能:
①定义:
物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能.
②影响因素:
物体的弹性势能与物体的弹性形变程度有关.
4.机械能定义:
动能和势能统称为机械能,能的单位是焦耳。
动能与势能可以相互转化,机械能与其他形式的能也可以相互转化.
注意:
若不考虑阻力,机械能的总量不变.
【例5】(2021·浙江温州市·中考真题)一颗番茄从手中由静止开始下落,撞击水面时溅起许多水珠如图,同时番茄仍有较大速度并继续下沉。
若不计一切机械能损耗,番茄从开始下落至刚好浸没时减少的势能( )
A.等于所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能总和
B.大于所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能总和
C.等于所有溅起的水珠在空中上升过程中增加的机械能总和
D.小于所有溅起的水珠在空中上升过程中增加的机械能总和
【答案】B
【详解】
若不计一切机械能损耗,番茄从开始下落至刚好浸没时,番茄具有一定的速度,具有一定的动能,所有减少的势能一部分转化为动能,另一部分转化为所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能,所以番茄从开始下落至刚好浸没时减少的势能大于所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能总和。
故选B。
(1)影响动能大小的因素:
物体的质量和物体的速度.物体的质量越大,速度越大,物体的动能越大.
(2)影响重力势能大小的因素:
物体的质量和物体所处的高度.物体的质量越大,被举得越高,物体的重力势能越大.
(3)影响弹性势能大小的因素:
物体的材料和物体的形变程度等.对于同一物体,弹性形变程度越大,弹性势能越大.
(4)分析动能和势能的变化时,要注意下面的问题:
①质量对动能和重力势能均有影响,所以对动能和重力势能的大小作出判断时,首先要确定物体的质量大小是否发生变化.
例:
a.在平直公路上行驶着,不断洒水的洒水车,动能、重力势能、机械能都减小.
b.空中正在给战斗机加油的加油机,加油机的动能、重力势能、机械能都减小;战斗机的动能、重力势能、机械能都增大.
②对于同一物体,加速时,动能变大;减速时,动能变小;匀速运动时,动能不变.
对于同一物体,上升时,重力势能变大;下降时,重力势能变小.
例:
木块从斜面上匀速下滑,木块质量不变,“匀速”即速度不变,故动能不变;“下滑”即高度降低,故重力势能减小;机械能减小.
1.(2021·安徽)图示为游乐场中在竖直面内转动的摩天轮,小红乘坐该摩天轮时速度大小不变,则她从最低点上升到最高点的过程中( )
A.动能减少B.重力势能不变C.机械能增大D.机械能不变
【答案】C
【详解】
A.小红的质量不变,乘坐该摩天轮时速度大小不变,则她从最低点上升到最高点的过程中动能不变,故A不符合题意;
B.小红的质量不变,她从最低点上升到最高点的过程中高度升高,则重力势能变大,故B不符合题意;
CD.机械能等于动能与势能之和,从最低点上升到最高点的过程中,小红的动能不变,重力势能变大,则机械能变大,故C符合题意,D不符合题意。
故选C。
2.(2021·贵州贵州)关于功和机械能,下列说法正确的是( )
A.吊车吊着重物沿水平方向匀速运动一段距离,吊车的拉力对重物做了功
B.卫星从远地点向近地点运行时,重力势能减小,动能增大
C.电梯匀速上升过程中,电梯的动能转化为重力势能
D.力对物体做功的功率越大,做功越多
【答案】B
【详解】
A.吊车吊着重物沿水平方向匀速运动一段距离时,力的方向竖直向上,距离的方向水平向前,方向垂直,所以吊车的拉力对重物没有做功,故A错误;
B.卫星在大气层外运行,不受空气阻力,其机械能是守恒的,卫星从远地点运行到近地点过程中,质量不变,相对高度减小,所以重力势能减小,同时速度增大,动能增大,故B正确;
C.电梯匀速上升的过程中,质量不变、速度不变,高度增大,所以电梯的动能保持不变,重力势能增大,但不是动能转化来的,故C错误;
D.功率大,是做功快,不一定做功多,故D错误。
故选B。
3.(2021·湖南张家界)不考虑空气阻力,关于人在蹦极下降过程中的能量分析,下列选项中正确的是( )
A.弹性绳绷直前,人的重力势能减小,动能增大,机械能增大
B.弹性绳刚好绷直时,人的重力势能最小,动能最大
C.下降到最低点的过程中人的机械能守恒
D.下降到最低点时,人的重力势能最小,弹性绳的弹性势能最大
【答案】D
【详解】
A.弹性绳绷直前,人在重力的作用下向下做加速运动,人的质量不变,高度变小,人的重力势能减小,人的质量不变,速度变大,动能增大,不计空气阻力,人的机械能是守恒的,保持不变,故A错误;
B.弹性绳刚好绷直时,人继续向下运动,人的重力大于弹性绳的弹力,向下做加速运动当弹力等于人的重力时,速度最大,动能最大,故B错误;
C.下降到最低点的过程中,人的机械能转化为弹性绳的弹性势能,所以人的机械能不守恒,故C错误;
D.下降到最低点时,高度最小,所以人的重力势能最小,此时弹性绳发生的形变程度最大,弹性绳的弹性势能最大,故D正确。
故选D
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