学年广东高中学业水平测试物理第6章 机械能和能源.docx
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学年广东高中学业水平测试物理第6章机械能和能源
功和功率
[基础知识填充]
1．功
（1）做功的两个不可缺少的因素：
力和在力的方向上发生的位移.
（2）公式：
W＝Fscosα，式中α是力与位移的夹角，此式主要用于求恒力的功或F随s做线性变化的变力功（此时对应的是力的平均值）．当α＝90°时，力对物体不做功，当α<90°时，力对物体做正功，当90°<α<180°时力对物体做负功．
（3）单位：
焦耳（J）.1J＝1N·m.
（4）矢量性：
功是标量，但有正负之分，正功表示动力对物体做功，负功表示阻力对物体做功．
2．功率
（1）定义：
功跟完成这些功所用时间的比值．
（2）物理意义：
功率描述做功的快慢．功率大则做功快，功率小则做功慢．
（3）公式
①P＝
；
②P＝Fvcosα（α为F与v的夹角，其中v若为平均速度，则对应的P为平均功率；若v为瞬时速度，则相对应的P为瞬时功率）．
（4）额定功率：
机械正常工作时的最大输出功率．
（5）实际功率：
机械实际工作时输出的功率，机械在工作时并不是任何时候发动机的功率都等于额定功率，实际输出功率在零和额定值之间．
[学考真题对练]
1．（2019·广东学业水平考试）在下列情景中，重力对物体M做了功的是（ ）
A B
C D
答案：
B
2.（2019·广东学业水平测评）如图所示，货物放在自动扶梯的水平台阶上，随扶梯一起向斜上方做匀速直线运动，下列说法正确的是（ ）
A．重力对货物做正功
B．摩擦力对货物做正功
C．支持力对货物做正功
D．合外力对货物做正功
答案：
C
3．（2019·广东学业水平考试）如图所示，重为20N的物体，沿固定的斜面由静止开始下滑，经过1s下降了1m的高度，在此过程中重力做功的平均功率为（ ）
A．20W B．40W C．30W D．50W
答案：
A
4．（2018·广东学业水平考试）用力将重物竖直提起，先匀加速上升，再匀速上升．若前后两过程上升的高度相等，则（ ）
A．加速过程中重力做功与匀速过程中重力做功一样多
B．加速过程中拉力做功比匀速过程中拉力做功少
C．加速过程中重力做功比匀速过程中重力做功多
D．加速过程中拉力做功与匀速过程中拉力做功一样多
A [由重力做功WG＝－mgh，得两次重力做功一样多，加速过程中拉力做功比匀速过程中拉力做功多．]
（2018·广东学业水平考试）如图所示，拖着旧橡皮轮胎跑步是身体耐力训练的一种有效方法．如果某受训者拖着轮胎在水平直道上加速跑了50m，下列说法正确的是（ ）
A．拉力对轮胎不做功
B．重力对轮胎做正功
C．摩擦力对轮胎做负功
D．合外力对轮胎做负功
C [轮胎受到重力、支持力、拉力、摩擦力，拉力对轮胎做正功；重力对轮胎不做功；摩擦力对轮胎做负功；合外力对轮胎做正功．]
5．（2018·广东学业水平考试）汽车在恒定牵引力的作用下沿平直路面行驶，速度为v时，发动机的输出功率为P，当汽车速度为2v时，若发动机的输出功率仍未超出额定功率，则发动机的输出功率为（ ）
A．3P B．P
C．4PD．2P
D [牵引力不变，故当速度为v时，此时的功率为P＝Fv，当速度为2v时，此时的功率为P′＝F·2v＝2P.]
6.（2017·广东学业水平考试1月）如图所示，木箱在与水平方向成α角的拉力F作用下，沿水平地面向右移动了距离l，此过程中拉力F对木箱所做的功为（ ）
A．0B．Fl
C．FlcosαD．Flsinα
答案：
C
7.（2017·广东学业水平考试）（多选）如图所示，一木块从固定的粗糙斜面顶端沿斜面加速下滑，在下滑过程中，下列说法正确的有（ ）
A．重力对木块做正功
B．重力对木块做负功
C．摩擦力对木块做正功
D．摩擦力对木块做负功
AD [一木块从固定的粗糙斜面顶端沿斜面加速下滑，受竖直向下的重力，垂直斜面向上的支持力及沿斜面向上的摩擦力，根据力做正负功的条件可知，重力对木块做正功，摩擦力对木块做负功，A、D正确．]
8．（2016·广东学业水平考试）某同学用两种不同方式搬动哑铃，Ⅰ：
缓慢将哑铃举过头顶；Ⅱ：
托着哑铃沿水平方向匀速前进．下列说法正确的是（ ）
A．在Ⅰ中他对哑铃做负功
B．在Ⅱ中他对哑铃做正功
C．在Ⅰ和Ⅱ中他对哑铃都做正功
D．在Ⅰ中他对哑铃做正功，Ⅱ中他对哑铃不做功
D [学生对哑铃的力竖直向上，当向上缓慢举起时，对哑铃做正功；当水平匀速前进时，对哑铃不做功．]
1.正功和负功：
从公式W＝Fscosα中α的可能值入手，得出功W可能为正值、负值或零，如下表：
α的取值
cosα的值
W的值
物理意义
0≤α<π/2
大于0
W>0
力对物体做正功，力是动力
α＝π/2
0
W＝0
力和位移垂直时，做功为零
π/2<α≤π
小于0
W<0
力对物体做负功，力是阻力
2.功的计算
（1）恒力的功，直接利用W＝Fscosα来计算，变力的功可用动能定理或功能关系计算．
（2）求总功的两种基本方法：
其一是先求合力再求功，即：
W合＝F合scosα；其二是先求各力的功再求各力功的代数和，即：
W合＝W1＋W2＋W3….
3．机器不一定在额定功率下工作，机器正常工作时实际功率总是小于或等于额定功率，机器只能在短时间内实际功率略大于额定功率，但不允许也不能够长时间超过额定功率．发动机的额定功率P额＝Fv，反映机械的额定功率对机械的动力与速度的制约关系，这个制约关系在机器设计制造时就已确定了，所以当机器的功率达到额定功率时，要增大动力则必须减小速度．
4．功率的计算
功率公式P＝
与P＝Fv的选择使用：
公式P＝
是物体在时间t内的平均功率，表示做功的平均快慢程度．公式P＝Fv中，当v为时间t内的平均速度时，P表示力F在时间t内的平均功率；当v为物体某一时刻的瞬时速度时，P表示该时刻的瞬时功率．
由上述可知，在计算力F在某段时间内的平均功率时，可用P＝
，也可用P＝Fv，计算瞬时功率时只能用P＝Fv.
[最新模拟快练]
1．（2019·江门学测模拟）关于功的概念，以下说法正确的是（ ）
A．力是矢量，位移是矢量，所以功也是矢量
B．功有正、负之分，所以功可能有方向性
C．若某一个力对物体不做功，说明该物体一定没有位移
D．恒力对物体做的功等于这个力的大小、物体位移的大小及力和位移间夹角的余弦三者的乘积
答案：
D
2．（2018·韶关学考模拟）如图所示，高速列车在平直轨道上匀速运行．对列车所受力的做功情况，下列判断正确的是（ ）
A．重力做正功B．牵引力做正功
C．牵引力做负功D．空气阻力做正功
答案：
B
3.（2019·江门学测模拟）如图所示，质量为m的小车在与竖直方向成α角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向左运动一段距离l.在此过程中，小车受到的阻力大小恒为Ff，则（ ）
A．拉力对小车做功为Flcosα
B．支持力对小车做功为Flsinα
C．阻力对小车做功为－Ffl
D．重力对小车做功为mgl
答案：
C
4．（2018·信宜学考模拟）一辆汽车在水平公路上行驶，设汽车在行驶过程中所受阻力不变，汽车的发动机始终以额定功率输出．关于牵引力和汽车速度，下列说法中正确的是（ ）
A．汽车加速行驶时，牵引力不变，速度增大
B．汽车加速行驶时，牵引力增大，速度增大
C．汽车加速行驶时，牵引力减小，速度减小
D．当牵引力等于阻力时，速度达到最大值
答案：
D
5．（2018·河源学考模拟）汽车以额定功率从水平路面上坡时，司机换挡是为了（ ）
A．增大速度，增大牵引力
B．减小速度，减小牵引力
C．增大速度，减小牵引力
D．减小速度，增大牵引力
答案：
D
6．（2019·东莞学测模拟）质量为1kg的物体从某一高度自由下落，设5s内物体未着地，则该物体下落5s内重力做功的平均功率是（取g＝10m/s2，空气阻力不计）（ ）
A．50WB．100W
C．250WD．500W
答案：
C
7．某同学参加引体向上体能测试，如图所示，在20s内完成10次标准动作，每次引体向上的高度约为50cm，则此过程中该同学克服重力做功的平均功率最接近于（g取10m/s2）（ ）
A．0B．150W
C．300WD．450W
B [该同学的质量约为60kg，引体向上的高度为50cm，该同学做功的平均功率为P＝
＝n
＝150W，选项B正确．]
8．（2018·阳江学考模拟）（多选）某人用同一水平力F先后两次拉同一物体，第一次使此物体从静止开始在光滑水平面上前进l距离，第二次使此物体从静止开始在粗糙水平面上前进l距离．若先后两次拉力做的功分别为W1和W2，拉力做功的平均功率分别为P1和P2，则（ ）
A．W1＝W2B．W1>W2
C．P1>P2D．P1＝P2
答案：
AC
动能和动能定理
[基础知识填充]
1．动能
（1）定义：
物体由于运动而具有的能．
（2）公式：
Ek＝
mv2.
（3）单位：
焦耳，1J＝1N·m＝1kg·m2/s2.
（4）矢标性：
动能是标量，只有正值．
（5）动能是状态量，因为v是瞬时速度．
2．动能定理
内容
合外力对物体所做的功等于物体动能的变化
表达式
W＝ΔEk＝
mv
－
mv
对定理的理解
W>0，物体的动能增加
W<0，物体的动能减少
W＝0，物体的动能不变
适用条件
（1）动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动
（2）既适用于恒力做功，也适用于变力做功
（3）力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以不同时作用
[学考真题对练]
1．（2017·广东学业水平考试）篮球由静止开始下落至地面，经多次反弹后静止在地面上，从篮球开始下落到最终静止的过程，下列说法正确的是（ ）
A．机械能不守恒B．重力一直做正功
C．重力势能时刻在减少D．重力一直做负功
A [篮球由静止开始下落至地面，经多次反弹后静止在地面上，从篮球开始下落到最终静止的过程，机械能不守恒，篮球向下运动时，重力做正功，重力势能减少，向上运动时，重力做负功，重力势能增大，A正确．]
2．（2015·广东学业水平考试）如图所示，悬挂在天花板上的摆球在空气中摆动，摆幅越来越小．摆球在摆动过程中（ ）
A．机械能守恒
B．动能全部转化为重力势能
C．重力势能保持不变
D．机械能逐渐减少
D [摆幅越来越小说明受到空气阻力的作用．]
3．（2015·广东学业水平考试1月）赛道上的赛车做加速运动，速度为v和速度为2v时赛车动能之比是（ ）
A．1∶1B．1∶2
C．1∶4D．1∶3
C [由动能公式E＝
mv2可知动能大小与速度的平方成正比，故C项正确．]
4．（2015·广东学业水平考试1月）距离水平地面3m高处以2m/s的速度抛出一个小球．若不计空气阻力，则小球落到水平地面时的速度大小为（g取10m/s2）（ ）
A．0m/sB．5.6m/s
C．8m/sD．32m/s
C [根据动能定理有mgh＝
mv
－
mv
，可求得末速度vt＝8m/s.]
5．（2015·广东学业水平考试1月）一质量为2kg的物体在外力作用下，由静止开始做直线运动，到达某点时速度为2m/s，在此过程中外力对物体做的功是（ ）
A．2JB．4J
C．8JD．16J
B [外力做功等于物体动能的变化量，W＝
mv2＝
×2kg×（2m/s）2＝4J．]
6．（2013·广东学业水平考试）如图所示，将滑块置于固定的粗糙斜面上，释放后沿斜面加速下滑，在下滑过程中（ ）
A．重力对滑块做负功
B．摩擦力对滑块做负功
C．合外力对滑块不做功
D．斜面对滑块的支持力做正功
B [重力与位移夹角小于90°，重力做正功，A错误．摩擦力与位移方向相反，做负功，B正确．滑块加速下滑，合外力对滑块做正功，C错误．支持力与位移方向垂直，不做功，D错误．]
1.对动能的理解
动能是一个状态量，它与物体的运动状态相对应．动能是标量．它只有大小，没有方向，而且物体的动能总是大于或等于零，不会出现负值．
2．应用动能定理解题的一般步骤
（1）确定研究对象及运动过程．
（2）在全过程中对研究对象进行受力分析．
（3）写出研究过程中合力做的功，或分别写出各个力做的功（注意功的正负）再求代数和．如果研究过程中物体受力情况有变化，就要分别写出各力在各个阶段做的功再求代数和．
（4）确定初、末状态并写出初、末状态的动能．
（5）利用动能定理列方程求解．
[最新模拟快练]
1．（2019·河源学测模拟）以下关于物体的动能的叙述中，正确的是（ ）
A．速度不变、运动物体的质量发生变化，它的动能不一定变化
B．质量不变、运动物体的速度大小发生变化，它的动能不一定会变化
C．速度减半，质量增大到原来的4倍，物体的动能是原来的2倍
D．质量减半，速度增大到原来的2倍，物体的动能是原来的2倍
答案：
D
2．（2018·吴川学考模拟）做匀加速直线运动的物体，速度从0增大到v，动能增加了ΔE1，速度从v增大到2v，动能增加了ΔE2，则（ ）
A.
＝1B.
＝
C.
＝
D.
＝
答案：
B
3．（2018·肇庆学考模拟）小华在1s内将质量为1kg的静止物体匀加速向上提起2m，则此过程中（取g＝10m/s2）（ ）
A．物体克服重力做功－10J
B．合力对物体做功10J
C．该人对物体做功8J
D．该人对物体做功28J
答案：
D
4.（2019·江门学测模拟）有一质量为m的木块，从半径为r的圆弧曲面上的a点滑向b点，如图所示，如果由于摩擦使木块的运动速率保持不变，则以下叙述正确的是（ ）
A．木块所受的合力为零
B．因木块所受的力都不对其做功，所以合力做的功为零
C．重力和摩擦力做功的代数和为零
D．重力和摩擦力的合力为零
答案：
C
5．（2018·清远学考模拟）质点所受的力F随时间变化的规律如图所示，力的方向始终在一直线上．已知t＝0时质点的速度为零．在图中t1、t2、t3和t4各时刻，质点动能最大的时刻是（ ）
A．t1B．t2
C．t3D．t4
答案：
B
6.（2019·茂名学测模拟）如图所示，左端固定的轻质弹簧被物块压缩，物块被释放后，由静止开始从A点沿粗糙水平面向右运动，离开弹簧后，经过B点的动能为Ek，该过程中，弹簧对物块做的功为W，则物块克服摩擦力做的功Wf为（ ）
A．Wf＝EkB．Wf＝Ek＋W
C．Wf＋Ek＝WD．Wf＝W－Ek
D [由动能定理有W－Wf＝Ek－0，则Wf＝W－Ek.]
7．（2018·惠州学考模拟）一个质量为0.3kg的弹性小球，在光滑水平面上以6m/s的速度垂直撞到墙上，碰撞后小球沿相反方向运动，反弹后的速度大小与碰撞前相同．则碰撞前后小球速度变化量的大小Δv和碰撞过程中墙对小球做功的大小W为（ ）
A．Δv＝0B．Δv＝6m/s
C．W＝0D．W＝10.8J
答案：
C
8．（2018·雷州学考模拟）（多选）如图所示，某小孩从滑梯上滑下，其中在BC段是匀速直线运动，忽略空气阻力．对于这段匀速运动过程的受力，下列说法正确的有（ ）
A．小孩只受到重力与支持力的作用
B．小孩只受到重力与摩擦力的作用
C．小孩受到重力、支持力和摩擦力的作用
D．小孩受到的合外力做功为零
答案：
CD
重力做功与重力势能
[基础知识填充]
1．概念：
物体的重力势能等于它所受的重力与所处位置高度的乘积．公式：
Ep＝mgh.
2．重力势能是标量，但有正、负，其意义是表示物体的重力势能比它在参考平面上大还是小，这与功的正、负的物理意义不同．
3．重力势能具有相对性，选择不同参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，但重力势能的差值是确定的．
4．重力做功与重力势能的关系
（1）重力做功的特点：
重力做功与路径无关，只与物体运动的起点与终点的位置有关．
（2）重力做功与重力势能变化的关系：
物体高度下降，重力做正功，重力势能减小；物体高度上升，重力做负功，重力势能增加．
（3）重力做了多少功，重力势能就减少多少．
5．弹性势能的大小与弹力和形变量有关．
[学考真题对练]
1．（2017·广东学业水平考试）如图所示，质量为m的小孩，从长为l、倾角为30°的固定斜面顶端下滑至底端，此过程重力对小孩做的功为（ ）
A．mgl B．mgltan30°
C．mglcos30°D．mglsin30°
D [重力对小孩做的功W＝mglsin30°，D正确．]
2．（2017·广东学业水平考试）如图所示，跳水运动员向下压跳板，随跳板一起从位置P1运动到位置P2，则此过程中（ ）
A．运动员受到的重力对他做负功
B．跳板的弹性势能一直在增加
C．运动员的重力势能一直在增加
D．运动员受到跳板的弹力对他做正功
B [运动员随跳板一起从位置P1运动到位置P2过程中，运动员受到的重力对他做正功，运动员的重力势能一直在减小，A、C错误．跳板的弹性势能一直在增加，B正确．运动员受到跳板的弹力对他做负功，D错误．]
3．（2016·广东学业水平考试）（多选）用拉力F将一个重为50N的物体匀速升高3m，则下列说法正确的有（ ）
A．物体克服重力做的功是0
B．合力对物体做的功是150J
C．物体的重力势能增加了150J
D．拉力F对物体做的功是150J
CD [WG＝－mgh＝－150J，克服重力做了150J的功，重力势能增加了150J，A错误，C正确．拉力做功为150J，D正确．合力做功为零，B错误．]
4．（2016·广东学业水平考试1月）（多选）如图所示，“蹦蹦跳”杆中的弹簧向上弹起，在弹簧恢复原长之前（图中从1到2），小孩的重力势能和弹簧的弹性势能的变化下列描述正确的有（ ）
A．重力势能增加B．重力势能减少
C．弹性势能增加D．弹性势能减少
AD [向上弹起的时候，弹簧的形变量减少，弹性势能减少，小孩的高度升高，重力势能增加．]
5．（2015·广东学业水平考试）（多选）平抛运动中，关于物体重力做功，下列说法正确的有（ ）
A．重力做正功
B．重力不做功
C．重力做负功
D．重力做功与路径无关
AD [从高处到低处，重力做正功．重力做功与路径无关．]
6．（2014·广东学业水平考试）汽车从山脚行驶到山顶的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．重力对汽车做正功
B．牵引力对汽车做正功
C．支持力对汽车做正功
D．汽车重力势能减小
B [汽车的位置升高，重力对汽车做负功，汽车重力势能增大，选项A、D错误．牵引力与汽车前进的方向相同，对汽车做正功，选项B正确．支持力与汽车速度始终垂直，不做功，选项C错误．]
1.对重力势能的理解
（1）重力势能是标量，它的国际单位是：
焦耳，符号为J.
（2）重力势能的相对性：
选择不同的参考面，同一物体在空间同一位置的重力势能就不同．
2．重力做功的特点和与重力势能的关系
（1）重力做功的特点：
只与运动物体的起点和终点的位置高度有关，而与运动物体所经过的路径无关．
（2）重力做功与重力势能的关系：
重力做多少正功，重力势能就减少多少；克服重力做多少功，重力势能就增加多少．
[最新模拟快练]
1．（2018·佛山模拟）物体克服重力做了5J的功，则它的重力势能（ ）
A．增加5JB．减小了5J
C．增加了－5JD．不能确定
答案：
A
2.（2019·韶关学测模拟）如图所示，斜坡式自动扶梯将质量为50kg的小华从地面送到4m高的二楼，g取10m/s2，在此过程中小华的（ ）
A．重力做功为2000J，重力势能增加了2000J
B．重力做功为－2000J，重力势能增加了2000J
C．重力做功为2000J，重力势能减小了2000J
D．重力做功为－2000J，重力势能减小了2000J
B [小华上升过程重力做负功WG＝－mgh＝－2000J，重力势能增加ΔEp＝mgh＝2000J．]
3．（2018·汕尾学考模拟）关于重力势能，下列说法中正确的是（ ）
A．物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定
B．物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大
C．一个物体的重力势能从－5J变化到－3J，重力势能减少了
D．重力势能的减少量等于重力对物体做的功
答案：
D
4．（2018·信宜学考模拟）如图所示，质量为20kg的小孩沿高5m的滑梯由静止滑下，取g＝10m/s2，在此过程中（ ）
A．重力做功为100J，重力势能减小了100J
B．重力做功为－100J，重力势能增加了100J
C．重力做功为1000J，重力势能减小了1000J
D．重力做功为－1000J，重力势能增加了1000J
答案：
C
5．（2018·揭阳学考模拟）关于弹性势能的下列说法中正确的是（ ）
A．发生了形变的物体，一定具有弹性势能
B．拉开弓射箭，箭射得越远，说明弓的弹性势能越小
C．弹簧的弹性势能只与形变量的大小有关，与其他物理量无关
D．我们通常说物体具有的弹性势能是包含了弹簧在内的，是弹簧和物体共有的
答案：
D
6.（2019·云浮学测模拟）如图所示，小朋友在玩蹦蹦杆游戏的过程中，关于杆上弹簧，下列说法中不正确的是（ ）
A．弹簧恢复到原长时，弹性势能为零
B．弹簧恢复原长过程中，弹性势能转化为其他形式的能
C．弹簧形变量最大时，弹性势能不一定最大
D．弹簧压缩过程中，其他形式的能转化为弹性势能
答案：
C
7．（2019·汕头学测模拟）如图所示，两个相同的弹簧悬挂在天花板上．弹簧A下端挂一重物M，弹簧B受一竖直拉力F作用，两弹簧的伸长量相等，未超过弹性限度．则两弹簧弹性势能的关系为（ ）
A．EpA>EpBB．EpAC．EpA＝EpBD．无法比较
答案：
C
8．（2018·中山学考模拟）（多选）质量为m的小物块，从离桌面高H处由静止下落，桌面离地面高为h，如图所示．如果以桌面为参考平面，那么小物块落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化是（ ）
A．mghB．－mgh
C．增加mg（H＋h）D．减少mg（H＋h）
答案：
BD
机械能守恒定律及其应用、能量守恒与能量转化和转移
[基础知识填充]
1．机械能包括动能和势能，重力做功时重力势能和动能可以转化，弹力做功时弹性势能和动能可以转化．
2．机械能守恒定律：
在只有重力做功的物体系统内，重力势能与动能可以相互转化，而总的机械能保持不变．
3．能量守恒定律
内容：
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化成另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量不变．
4．能源和能源的利用
（1）非再生能源
不能再次产生，也不可能重复使用的能源．
（2）人类利用的能源
①常规能源：
煤炭、石油、天然气．
②有待开发和利用的新能源主要指
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