2025年中考物理热点题型归纳与变式演练（全国）专题04 功和机械能问题（解析版）.docx

专题04功和机械能问题

一、功的计算

计算公式

力学中规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积，即W＝FS。

功的单位

功的单位是焦，符号为J,1J＝1N·m。

③计算时的注意事项a．分清是哪个力对物体做功，即明确公式中的F；b．公式中的“s”是在力F的方向上通过的距离，必须与“F”对应；c．F、s的单位分别是N、m，得出功的单位才是J。

二、物体做功的快慢——功率

定义

单位时间内所做的功叫做功率，用符号“P”表示；功率是表示物体做功快慢的物理量。

公式：P＝eq\f(W,t)=Fv(其中W是物体所做的功，单位是J；t是做功所用的时间，单位是s)

单位

功率P的国际单位是瓦特，符号是W,1W＝1J/s；常用单位还有kW,1kW＝103W。

温馨提示功率和机械效率是两个不同的概念，功率表示物体做功的快慢，即单位时间内所做的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的功是有用的。它们之间的物理意义不同，也没有直接联系，功率大的机械，机械效率不一定大；机械效率高的机械，功率也不一定大

1．（2023?西宁）西宁舰是我国自主研制的新型驱逐舰，其满载时排水量为7500t，吃水深度为6.5m。某次西宁舰满载时以54km/h的速度匀速航行2.5h，此过程中发动机的输出功率为9.6×106W。（海水的密度取1.0×103kg/m3，g取10N/kg）求：

（1）西宁舰此次航行的路程为多少。

（2）西宁舰满载时，舰体底部受到海水的压强为多少。

（3）西宁舰满载时，受到的浮力为多少。

（4）西宁舰满载时以54km/h的速度匀速航行时，发动机的牵引力为多少。

【解答】解：（1）由v=s

（2）满载时，西宁舰底部受到海水产生的压强：

p＝ρ海水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×6.5m＝6.5×104Pa；

（3）满载时，西宁舰排开水的质量：m排＝7500t＝7.5×106kg，

由阿基米德原理可得，满载时，西宁舰受到的浮力：F浮＝G排＝m排g＝7.5×106kg×10N/kg＝7.5×107N；

（4）西宁舰行驶的速度：v＝54km/h＝15m/s，

由P=W

F=Pv=

2．（2023?内江）如图是当今世界上必威体育精装版研发的“侦探猎犬”超音速汽车，最大车速能达到1.6×103km/h，它创造了短期内无法超越的世界纪录。在某次测试中，该超音速汽车以1.26×103km/h的速度在水平轨道上匀速直线行驶时，汽车受到水平方向的阻力为1.8×105N，求在这次测试中：

（1）汽车受到水平方向的牵引力。

（2）汽车牵引力的功率。

【解答】解：（1）由题意可知，超音速汽车在水平轨道上匀速直线行驶时，处于平衡状态，受到平衡力作用，因此汽车在水平方向上受到的阻力和牵引力是一对平衡力，大小相等，则汽车受到水平方向的牵引力为F＝f＝1.8×105N；

（2）汽车的速度为v＝1.26×103km/h＝350m/s，

汽车牵引力的功率为P=Wt=Fst

3．（2023?沈阳）重为5N的空鱼缸，放在水平窗台上，其底面与窗台的接触面积为0.01m2，如图，向鱼缸内注入1.5kg的水，水的深度为10cm。假设小明沿竖直方向把盛水的鱼缸匀速抬高0.3m。（g取10N/kg，水的密度为1.0×103kg/m3）求：

（1）空鱼缸对窗台的压强；

（2）注水后鱼缸底部受到水的压强；

（3）抬高鱼缸的过程中，小明对鱼缸和水总共做的功。

【解答】解：（1）空鱼缸对桌面的压力：F＝G＝5N，

空鱼缸对窗台的压强：p=F

（2）注水后鱼缸底部受到水的压强：p′＝ρgh＝1×103kg/m3×10N/kg×10×10﹣2m＝1000Pa；

（3）水和鱼缸的总重力：G总＝G+G水＝G+m水g＝5N+1.5kg×10N/kg＝20N，

抬高鱼缸的过程中，小明对鱼缸和水总共做的功：

W＝Fs＝G总h＝20N×0.3m＝6J，

4．（2023?东营）2023年5月，世界智能大会在天津的成功举办，将进一步推动我国人工智能技术的研发和应用。图甲为某款智能机器人，质量为30kg，底部轮与地面接触总面积为150cm2，它在某次引领接待工作中沿直线行走的速度随时间变化的图象如图乙所示。（g取10N/kg）

（1）求智能机器人静止在水平地面上时，对地面产生的压强。

（2）求智能机器人在0～6s内行走的距离和0～10s内的平均速度。

（3）在0～6s内，智能机器人受到的水平阻力为重力的0.05倍，求此段时间内智能机器人牵引力做功的功率。

【解答】解：（1）机器人的重力：G＝mg＝30kg×10N/kg＝300N，

机器人对地面的压力：F压＝G＝300N，

对地面产生的压强：p=F压S

（2）由图乙可知，0～6s匀速运动，速度为1.2m/s，

智能机器人在0