备战2023物理新中考二轮复习重难突破（广东专用）专题10 做功和机械能

重点讲解

重点一、功：

1. 功的概念：作用在物体上的力，使物体在力的方向上移动一段距离，就说这个力对物体做了机械功，简称做了功。

2. 做功的两个必要因素：作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离。

(1)判断一个力是否做了功，就要分析它是否具有做功的两个必要因素，两者缺一不可，否则就没有做功。例如：举重运动员举着杠铃不动时，虽然有力但是没有在这个力的方向上移动距离，所以不做功。

(2)物理学中的“做功”，跟日常生活中的“做工”不同，“做功”主要偏重于“成效、效果”，有着严格且明确的含义；而“做功”是指消耗了一定量的体力和脑力的人类活动。

(3)研究力做功问题时，要明确谁受力、谁施力，即谁对谁做功。如果是阻力对物体做功，通常说成是“物体克服阻力做功”。比如，提着包上楼，可以说成是“克服了包的重力做功”。

(4)三种不做功的情况：

①有力无距离(劳而无功)：如小孩费了很大力气推石头，推不动；

②有距离无力(不劳无功)：如足球由于惯性在草地上向前滚动；

③力与距离垂直(垂直无功)：如人提着水桶，沿水平路面行走一段距离。

重点二、功的计算

1. 功的计算公式：物理学中规定，力对物体做的功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积，即功＝力×距离，一般用W表示功，用F表示力，用s表示距离，那么功的计算公式是：W＝Fs。

2. 功的单位：在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，用符号J表示，1J＝1N·m。物体在1 N的力的作用下沿力的方向通过1 m的距离，则此力做的功是1J。

3. 应用公式计算时注意的三个问题：

(1)要明确是哪个力对哪个物体做功，或者是哪个施力物体对哪个受力物体做功。

(2)公式中的F是作用在物体上的力，公式中的s是物体在力的作用下“在力的方向上移动的距离”，即注意“F”和“s”的同体性和同向性，否则在计算功时容易出错。

(3)W＝Fs中的力F是使物体沿着力的方向移动距离s过程中，始终作用在物体上的力(同时性)，大小和方向是不变的。

机械功原理

1. 机械功原理内容：研究表明，省力的机械必然费距离；省距离的机械则一定费力；既省力又省距离的机械是不存在的，也就是说，使用任何机械都不能省功，这就是机械功原理。

2. 使用机械的目的：任何机械都不省功，但我们有时需要省力，有时需要省距离，因此经常使用各种机械是为了省力或省距离。

重点三、机械能

1.能：一个物体能够对另一个物体做功，就表明这个物体具有能量。做的功越多，就表明这个物体的能量越大。流动着的风、张开的弓、举高的重锤都可以对别的物体做功，说明它们都具有能。

动能

2.定义：运动的物体能对其他物体做功，它就具有能量。这种由于运动而具有的能量叫作动能，物体的动能越大，它能对其它物体做的功就越多。

影响因素：物体动能的大小与物体的速度和质量有关，速度越大，质量越大，物体具有的动能就越大。它能对其他物体做的功就越多。

实验：控制变量法探究动能大小与哪些因素有关

实验一：探究动能大小与速度的关系。

应控制物体的质量不变。同质量或同一小车（小球），分别从斜面的不同高度释放，撞击时速度不同，观察木块被撞击后移动的距离来比较动能的大小；

结论：在质量一定时，物体的速度越大，动能越大。（实验过程中注意，如果只用一套器材，第二次实验前要标注木块的最终位置）。

实验二：探究动能大小与质量的关系。

应保证物体具有相同的速度。质量不等的小车（小球）从斜坡的同一高度释放，目的是为了到达水平面时初始速度大小相等。

结论：在速度一定时，物体的质量越大，动能越大。

3.势能

（1）定义：重力势能和弹性势能是常见的两种势能。

（2）弹性势能：发生弹性形变的物体能对其他物体做功，形变物体所具有的能量。

*物体有弹性无形变或有形变无弹性都没有弹性势能，必须既有弹性又有形变。实例：拉伸的弹簧、拉弯的弓、压弯的树枝。

影响因素：同一物体形变量变大，弹性势能变大。

重力势能：被举高的物体同样具有做功的本领，所具有的势能。

影响因素：物体的重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大、高度越高，它具有的重力势能就越大。

实验：控制变量法探究重力势能大小与哪些因素有关

1.探究重力势能大小与质量的关系时，保持高度不变；

2.探究重力势能大小与高度的关系时，保持物体质量不变。

通过观察（小木桌）深入沙子的深度（或沙子、或橡皮泥的凹陷程度）来反应重力势能的大小。

3.动能和势能的转化

机械能：在物理学中，动能和势能统称为机械能。

机械能守恒定律：只有动能与势能相互转化的过程中，如忽略内能等损失时，即忽略摩擦力、不计空气阻力时，机械能的总和保持不变。

真题演练

一、单选题

1．（2021·广东深圳·中考真题）滑草是一项时尚的运动，以下说法正确的是（　　）

A．人行走时比脚站在草地上时，对草地压强更小

B．由于受到惯性的作用，滑行速度越来越大

C．越向下滑，重力势能越大

D．人受到滑动摩擦力的方向与运动方向相反

2．（2021·广东清远·二模）掷出去的实心球从a点出手后，在空中的运动轨迹如图所示，b为最高点，最终停在水平地面e点，以下说法正确的是（　　）

A．球在运动到最高点时，速度为零，处于平衡状态

B．球在水平地面上滚动过程所受摩擦力变小

C．球由a运动到c过程，动能先变小后变大

D．球在d点的机械能等于e点的机械能

3．（2021·广东广州·二模）如图所示，甲、乙两个质量相同的小球从相同高度静止释放，下落点到地面之间距离用虚线划分，相邻虚线间距相等。甲球下落过程中经过P、Q两点，乙球经过M、N两点。忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　）

A．甲球在P点的动能比它在Q点的动能大

B．乙球在M点与N点距离最高点、最低点距离相等，故重力势能相等

C．两球在Q点和M点的机械能相等

D．甲球在Q点的速度小于乙球在N点的速度

4．（2021·广东·佛山市三水区三水中学附属初中二模）将两个相同的带有电子显示的弹簧测力计如图放置在光滑的水平地面上，现将铁球把左边的弹簧压缩一定长度后自由释放，（不计阻力）则分析正确的是（　　）

A．铁球的速度一直增加

B．铁球在加速过程中受到平衡力的作用

C．两边弹簧的电子屏最大读数相同

D．小球接触右边弹簧后的电子屏读数一直增大

5．（2021·广东·惠州一中二模）如图所示，自动扶梯在越来越多的场所得到普及，陈萍在超市乘自动扶梯，她观察到许多物理现象，其中分析正确的是（　　）

A．她相对扶梯上其他乘客是运动的

B．在匀速上升过程中，陈萍的动能在不断增加

C．她对扶梯的压力和扶梯对他的支持力是一对平衡力

D．扶梯到楼上地面时，如果不及时离开扶梯，人会向前倾，是由于惯性

二、填空题

6．（2021·广东·中考真题）如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。

7．（2021·广东清远·二模）如图所示是一种流行的指尖陀螺玩具，陀螺轴承中滚珠一般采用陶瓷滚珠，是利用该材料的______（选填“耐磨性强”、“延展性好”或“导热性好），停止拨动陀螺后依然能够转动很长时间才停止是因为陀螺具有______ ，此过程其机械能转化为______ 能。

8．（2021·广东广州·二模）物块在水平拉力F（大小未知）的作用下，在水平直线轨道上运动（如图），其中。已知物块在AB段和CD段分别以和的速度匀速运动，且在AB段、CD段所受摩擦阻力分别为5N和2N。

（1）该物块通过AB段和CD段所用的时间之比为______；拉力F在AB段所做的功为______J；拉力F在CD段做功的功率为______W。

（2）在AB段和CD段力所做的功用、表示；功率用、表示，则______；______（以上两空选填“”、“”或“”）。

9．（2021·广东广州·二模）如图所示，有一水平放置的铁板。一物块内含遥控电磁铁，电磁铁通电时与下方的铁板相互吸引。该物块一直在水平方向的拉力作用下向右运动。从物体经过M点开始计时，每经过相同时间记录物体的位置如图。物块内的电磁铁在MO段内处于断电状态，在OQ段内处于通电状态。已知铁板上各处的粗糙程度均相同，MP段拉力恒为F1，PQ段拉力恒为F2。物体在MO段和PQ段做匀速直线运动，在OP段做变速运动。不计空气阻力

（1）在MN和PQ两段，物体所受的摩擦力为f1和f2，则f1____ f2（选填：“>”、“<”或“=”），依据是___________。

（2）在MN和PQ两段，拉力对物体所做的功分别为和，若和恰好相等，则F1和F2的比值为___________；

（3）在MN和OP两段，拉力对物体做功的功率分别为和，_____ （选填：“>”、“<”、“=”；

（4）已知在MN段内，铁板对物块的支持力为，此力对物块做功为；PQ段内，铁板对物块的支持力，此力对物块做功，则__________ （选填“>”，“<”或“=”）。

（5）MN段的机械能和PQ段的机械能的大小关系是 ____（选填“>”，“<”或“=”）。

10．（2021·广东·模拟预测）2021年4月9日，我国在太原卫星发射中心用“长征四号乙”运载火箭，成功将“试验六号03”星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。火箭发射时，向下喷出高温高压的火焰，火箭就加速上升，这说明力的作用是___________的；火箭加速上升过程中“试验六号03”星的动能___________选填“增大”、“减小”或“不变“；助推器的燃料燃烧完后在___________的作用下落回地面。

三、实验题

11．（2021·广东广州·中考真题）如图，小明将质量较小的物体P和质量较大的物体Q通过细绳相连，并挂在定滑轮上，发现Q下落会被P“拖慢”，对此小明猜想：“Q的质量和初始离地高度都一定时，P的质量越大，Q从静止开始下落到地面的平均速度越小。”请设计实验验证其猜想。

（1）除图所示的器材以外，还需要的实验器材有______；

（2）画出记录实验数据的表格______；

（3）写出实验步骤（可用画图或文字表述）和判断小明猜想是否正确的依据______。

12．（2021·广东清远·二模）斜面在物理实验中多次使用。

（1）如图甲利用斜面和小车测量平均速度，实验时应保持斜面的倾斜角______（选填“较大”或“较小”），这是为了减小测量______（选填“路程”或“时间”）时造成的误差；

（2）乙、丙实验都有让物体（小车或小球）从斜面的同一高度自由下滑的操作步骤，这样操作的目的是______；

（3）图乙实验中阻力对物体运动的影响是通过______来反映的，由图乙可推理当小车在水平面上所受阻力为零时，小车的运动情况是______；

（4）图丙中木块B受到水平面的阻力不能为零，原因是______。

四、综合题

13．（2021·广东广州·中考真题）如图，小丽站在商场的手扶电梯上，随梯匀速下楼，运动轨迹如图虚线所示。

（1）在图中画出小丽的受力示意图________。（图中“·”表示小丽）

（2）此过程中，小丽的动能_________（选填“增大”“不变”或“减小”），机械能________（选填“增大”“不变”或“减小”）。

五、计算题

14．（2021·广东广州·中考真题）如图，吊机将重为5000N的货物从地面A处竖直匀速提升40s到达B处再水平匀速运送到C处，最后竖直放到楼项D处。货物从C到D用时50s，路程随时间变化图象如图所示，g取10N/kg。

（1）求货物的质量。

（2）求BC段吊机对货物的拉力做的功。

（3）求CD段货物所受重力做功的功率。

（4）在图中作出货物从A到B的速度随时间变化图象（仅作图，不用写出计算过程）。

15．（2021·广东深圳·中考真题）深圳地铁岗厦北综合交通枢纽工程工地上，一线施工人员正在紧张忙碌，进行架桥机钢梁吊装等施工作业。（g取10N/kg）

（1）图2为图1中起重机的简图，请画出阻力F2的力臂l2；

（2）图3为架桥机的装置图，已知箱梁的质量为5×105kg，体积为200m3，架桥机滑轮组总拉力为4×105N， 自由端移动距离为25m，将箱梁提升1m。求：

①箱梁的密度；

②架桥机在此过程中的有用功；

③架桥机在此过程中的机械效率。