資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
8 能量及其轉化
一、能量及其形式
1.認識能量
能量是客觀存在的，與我們從力產生的效果中能夠感受到力的存在一樣，我們也可以從能量產生的效果中感受能量的存在。
一般來說，如果一個物體能夠使別的物體運動或產生變化，我們就說這個物體具有能量。能量的單位是焦耳,簡稱為焦，符號是J，能量也稱能。我們生活的宇宙，是由物質與能量構成。
植物的生長、流星等自然現象都與能量相關;人類的一切活動都離不開能量，我們需要能量來保證日常生活和工作，即使在睡覺的時候也需要消耗能量。
小球在光滑的斜坡向下滾動，又能沿著斜坡回到原來的高度，說明有能量在起作用
2.能量的形式
根據能量的特點大致可以分為機械能、化學能、電能、電磁能、內能、核能、聲能等。
事例 具有的能量形式
做機械運動或變形但能自行恢復的物體 機械能
食物或燃料 化學能
運行電路中的電流 電能
核電站發電 核能
可見光、紅外線、紫外線、微波和X射線 電磁能
高溫水蒸氣 內能
寒山石鐘聲 聲能
二、機械能
1、動能
（1）物體由于運動而具有的能量叫做動能。一切做機械運動的物體都具有動能。例如:飛翔的小鳥、行走的人、行駛的汽車、流動的水和空氣等，都具有動能。
（2）探究影響動能大小的因素
實驗結論:物體動能的大小與物體的質量和運動速度有關。質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大；運動速度相同的物體，質量越大，它的動能也越大。E動= mv2
①任何物體都有質量，無論固體、液體還是氣體，只要它是運動的，它就具有動能。
②本實驗主要運用了控制變量法(控制物體的質量或物體的速度相同)和轉換法(根據小車將木塊推動的距離遠近來判斷小車具有的動能大小)。
2、勢能
（1）重力勢能
物體由于被舉高而具有的能量叫做重力勢能。
1)探究影響重力勢能大小的因素
補充：判斷一個物體是否具有重力勢能，很關鍵的一個因素是看此物體相對某一個平面有沒有被舉高，即相對此平面有沒有一定的高度。 若有，則物體具有重力勢能；若沒有，則物體不具有重力勢能。所以這個某一平面的選擇有時候對勢能的大小也有決定因素。在沒有特別指明的情況下，“高度”一般是相對于地面而言的，在初中階段通常認為地面上的物體具有的重力勢能為零。
2）實驗結論：物體的重力勢能大小與物體的質量和被舉高的高度有關。物體的質量越大，被舉得越高，它具有的重力勢能就越大。E重勢=mgh
（2）彈性勢能
物體由于發生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能。例如，張開的弓、拉長的橡皮條、卷緊的鐘表發條、壓彎的桿等都是由于發生形生彈性形變而具有了彈性勢能。
影響彈性勢能大小的因素:彈性勢能的大小與物體彈性形變的大小有關。物體的彈性形變越大，彈性勢能就越大。例如，射箭時手拉弓弦使弓的彈性形變越大，彈性勢能就越大，箭就射得越遠。同樣，機械表內發條卷得越緊，彈性形變越大，彈性勢能就越大，機械表走動的時間就越長。
注意：橡皮泥發生形變就不具有彈性勢能，因為它發生形變后不能恢復原狀，不屬于彈性形變。
3、動能和勢能的轉化
（1）動能和重力勢能的相互轉化
動能和重力勢能之間可以相互轉化，一般發生在重力作用下的運動過程中。
（2）動能和彈性勢能的相互轉化
一個鐵球從高處滾下來，撞擊到彈簧片上。
（3）機械能守恒
1）動能和勢能都屬于機械能。物體的動能和勢能可以相互轉化，而且在轉化過程中，如果只有動能和勢能的相互轉化，那么這個轉化系統中機械能的總量就保持不變，即機械能守恒。
2）機械能守恒的幾種情況
a.研究對象中只有對象重力做功：重力做正功，使物體動能增加，重力勢能減小；物體克服重力做功（重力做負功）物體重力勢能增加，動能減少。
b.研究系統中沒有受到摩擦力：系統接觸面光滑，不計空氣阻力等。
c.研究系統內物體不對外做功或者沒有其他外力對系統做功：系統物體之間互相壓縮只發生彈性形變
3）機械能不守恒的幾種情況
a.除了重力還有其他力對研究系統內的物體做功或者系統對外做功：火箭升空
b.研究對象勻速上升或者下降：雨滴勻速下落
c.研究對象轉化過程中最大運動速度不斷減小，最終靜止：皮球在落地反彈中，高度越來越低
d.研究對象質量減少或者增多：灑水車灑水，空中加油等
（4）動能和勢能轉化的應用
動能和勢能的相互轉化有著廣泛的應用。如撐桿跳高運動員起跳后，身體不斷上升，撐竿劇烈彎曲，動能轉化為運動員的重力勢能和撐竿的彈性勢能。當上升到一定高度時，動能變得很小。此后，撐竿的彈性勢能將逐漸轉化為運動員的重力勢能。水力發電站是利用水的勢能轉化為水的動能，再轉化為葉輪的動能，進而帶動發電機發電的。
動能和勢能的相互轉化過程中，需要特別注意的幾點:
1)明確研究對象和所要研究的過程。
2)物體在起始位置所具有的動能、勢能。以及最終位置的動能、勢能。
3)當重力勢能，動能，彈性勢能三者互相轉化時，往往物體受力平衡時，速度最大，動能最大。
重力勢能大小看高度，彈性勢能看形變程度。重點關注：蹦極、蹦床/小球壓彈簧、彈簧推物
4)物體減小的一種形式的能必定轉化為增大的另一種形式的能。
三、能量轉化的量度
1.功
（1）功的含義：物體受到力的作用，并且在這個力的方向上通過一段距離，我們就說這個力對物體做了功。力做功也常說成物體做功，如人的推力對小車做功，也可以說成人對小車做功。
（2）做功的兩個必要因素
一是作用在物體上的力F；二是物體在力的方向上通過一段距離S。兩者缺一不可，否則就沒有做功。
1)力對物體不做功的三種情況
①有距離無力：物體沒有受到力的作用，但由于慣性通過一段距離；
②有力無距離：有力作用在物體上，但物體沒動，即物體沒有通過一段距離；
③力與距離垂直：物體受到了力的作用，也通過了一段距離，但通過的距離與力的方向垂直。
物體在力的方向上通過一段距離是指力與距離具有同體性和同時性。
（3）功的計算
功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。
F表示力，s表示物體在力的方向上通過的距離，W表示功，則功的計算公式為W=Fs
應用功的計算公式時，必須注意以下三點：
1)要明確是哪個力對物體做功，或是哪個施力物體對哪個受力物體做功。
2)公式W=Fs中的F是作用在物體上的力，s是物體在力F方向上通過的距離。
3)F是使物體沿力F方向通過距離s的過程中，始終作用在物體上的力，它的大小和方向都是不變的。
（4）功的單位
在國際單位制中，力的單位是牛( N )，距離的單位是米( m)，功的單位是牛.米(N. m )，在國際單位制中，用專門的名稱“焦耳”來表示，簡稱為焦，符號是J。1焦=1牛.米。
（5）做功的實質
做功的過程實質上就是能量轉化的過程，力對物體做了多少功，就有多少能量發生了轉化。因此，可以用功來量度能量轉化的多少。
拓展：
功和能的區別與聯系：功和能是兩個不同性質的量，功是過程量，它對應的是一段時間和一段過程；能是狀態量，它對應的是一個時刻和一個狀態。但功和能這兩個量又是密切相關的，首先，能是物體做功的本領，如果一個物體具有做功的本領，我們就說它具有能；其次，功是能量轉化的量度，即在一個過程中，能量究竟轉化了多少，可以用相應的功量度出來。
2、功率
（1）比較做功的快慢
比較做功的快慢有三種方法：
1)若做功相同，比較做功的時間，所用時間越短做功越快，所用時間越長做功越慢；
2)若做功時間相同，比較所做功的多少，做功越多做功越快，做功越少做功越慢；
3)若做功的多少和所用時間都不相同，則通過計算(做功的多少與做功所用時間的比值)進行比較。
通過以上三種方法的比較，說明做功的快慢與做功的多少和做功所用時間這兩個因素都有關系。
（2）功率
1)定義：單位時間里完成的功叫做功率。
2)意義：反映做功快慢的量(即表示能量轉化快慢的量)。
3)符號： P
4)功率的公式：由功率的定義知，功率=功/時間，如果用P表示功率，W表示功，t表示時間，則功率的公式可表示為P=W/t
5)功率的單位：在國際單位制中，功率的單位是瓦特，簡稱瓦，符號為W。1瓦=1焦/秒。在實際應用中還常用千瓦( kW )、兆瓦( MW )作為功率的單位。1千瓦=1000瓦，1兆瓦=106瓦。
拓展：
①當物體在力F的作用下，以速度v做勻速直線運動時(力F與速度v同方向)，由W=Fs、v= s/t，得出P=Fv，即功率等于力與力的方向上運動速度的乘積。利用P=Fv可以知道：拖拉機在上坡時，當功率一定時，通過換擋減小速度是為了增大牽引力，這樣有利于上坡。
②應用公式P=W/t時一定要注意三個量的對應關系，功W一定是在對應的時間t內完成的功，這樣算出的功率才是時間t內的功率，不同的時間內對應的功率一般來說是不同的，功率越大，反映了完成功的“速度”越大，但并不代表做功一定多。功率的公式P=W/t是指平均功率，即在t時間內的平均功率，而不是某一時刻的瞬間功率。
四、典型例題
（一）考點：能量及其形式
【例1】（2023浙江一模）2022年5月10日凌晨，搭載“天舟四號”貨運飛船的長征七號遙五運載火箭，順利進入預定軌道，開始追趕“天和”核心艙，最終成功對接。下列說法正確的是（　）
A．天舟四號的太陽能電池板將太陽能轉化為機械能
B．追趕過程中，以“天舟四號”為參照物，“天和”是運動的
C．火箭加速上升過程中，慣性在變大
D．對接成功后的運動過程中，受到平衡力的作用
【答案】：B
【例2】（2022杭州期末）近年來，杭州新能源電動車（如圖所示）迅猛發展。下列用電器能量轉換的形式與新能源電動車相同的是（　）
A．電風扇 B．電燈
C．收音機 D．電飯鍋
【答案】：A
【例3】（2022臺州期末）下列家用電器在工作中，將電能主要轉化為機械能的是（　）
A B C D
【答案】：B
【例4】（2020浙江期中）自然界中存在著多種形式的能，下面對能的敘述中錯誤的是（　）
A．貯存在食物中的能稱為化學能 B．鉤碼被舉高后具有的能是動能
C．聲能是一種聽得到的能量 D．植物通過光合作用把光能轉化為化學能
【答案】：B
（二）考點：機械能
【例1】（2023杭州中考）小金將小球豎直向上拋出，小球先上升后下落，不計空氣阻力。小球從離開手后到落回手中之前，此過程中能量變化的分析，正確的是（　）
A．動能先增大后減小 B．勢能先減小后增大
C．機械能先減小后增大 D．機械能保持不變
【答案】：D
【例2】（2023紹興中考）2023年5月10日，搭載天舟六號貨運飛船的運載火箭成功發射，進入軌道后天舟六號與我國空間站完成對接形成組合體。下列說法正確的是（　）
A．加速升空時，天舟六號機械能不變
B．進入軌道后，天舟六號的慣性消失
C．對接靠近時，以“天和”艙為參照物，天舟六號是靜止的
D．對接成功后，組合體繞地運行過程中運動狀態發生改變
【答案】：D
【例3】（2023浙江一模）如圖所示是蹦床運動員表演的情景，運動員從最低點到脫離蹦床的過程中，其動能變化情況是（　）
A．動能不斷減少
B．動能不斷增大
C．動能先增大后減小
D．動能先減小后增大
【答案】：C
【例4】（2023浙江一模）如圖所示，高速公路的長下坡路段右側通常會建避險車道，剎車失靈的車輛可駛入避險車道實現安全減速。它由制動坡床和防撞設施等組成，制動坡床長100多米，有較大的坡度，坡床上鋪滿疏松的鵝卵石和砂土層；坡床的盡頭，有廢舊輪胎和防撞桶圍起來的防撞設施。下列有關“避險車道”的說法錯誤的是（　）
A．汽車在長下坡路段剎車較為頻繁，持續摩擦使剎車片過熱，導致剎車失靈幾率更大
B．較大坡度有利于將車輛的動能轉化為重力勢能而達到減速目的
C．鋪滿疏松的鵝卵石和砂土層是為了增大車輛與路面的摩擦
D．上坡過程中，汽車所受重力與斜坡對汽車的支持力是一對平衡力
【答案】：D
【例5】（2023浙江期中）如圖，現有粗糙水平面上有一個輕質彈簧。彈簧左端固定在墻壁上，右邊連接一木塊，當彈簧自然伸長時右端在O點。如圖，將木塊拉至A點后放手，第一次木塊向左運動，最遠能達到B點。下列說法正確的是（　）
A．A至O的過程中木塊動能不斷增加
B．A至B的過程中彈簧彈性勢能不斷減小
C．木塊的動能和彈簧的彈性勢能之和不變
D．當小球最后靜止時，木塊可能在O點的左側或右側
【答案】：D
（三）考點：功與功率
【例1】（2022杭州期中）一位中學生從普通居民樓的一樓走到三樓，他克服自身重力做功大約為（ ）
A．300焦 B．3000焦 C．30000焦 D．沒有做功
【答案】：B
【例2】（2023浙江自招）一架自動扶梯以恒定的速率運送乘客上同一層樓，某乘客第一次站在扶梯不動，第二次相對于扶梯的速率勻速上走，兩次扶梯對乘客所做的功分別是W1和W2，則（　　）
A．W1＜W2 B．W1＞W2 C．W1=W2 D．無法確定
【答案】：C
【例3】（2023浙江一模）如圖是我國擁有完全知識產權的第三代核電機組——華龍一號3號機組的內穹頂吊裝過程。分為上升、平移、下降三個階段。下列能表示上升和平移兩個階段中吊車拉力對穹頂做功量（用斜影表示）的是（　　）

【答案】：A
【例4】（2022浙江二模）小金在體育中考力量類項目選擇了引體向上，結果完成了12次，得到滿分10分，小金同學在這次考試中符合實際是（　　）
A．抓手的橫杠離地面高度約10分米
B．完成考試用時3秒
C．做完一次做功約200焦耳
D．提升時手對桿的拉力約為60牛
【答案】：C
【例5】（2022浙江階段）一個中學生一分鐘跳繩的功率最接近（　　）
A．10W B．100W C．1000W D．10000W
【答案】：B
【例6】（2023浙江期末）如圖所示，小明的體重為G，支架橫桿到地面的高度為h，小明第一次順著豎直的桿從桿頂勻速下滑到地面，第二次沿比桿粗糙的繩從桿頂勻速下滑到地面，第一次比第二次需要的時間短，兩次重力做的功為W1、W2 ，功率為 P1、P2 下列分析正確的是（　　）
A．W1=W2 P1=P2
B．W1=W2 P1P2
C．W1W2 P1P2
D．W1=W2 P1P2
【答案】：D
【例7】（2022杭州期中）在下列數據中，最接近生活實際的是（　　）
A．一個中學生從一樓走到二樓，做功的功率為10W
B．一輛正常行駛的自行車的速度約為1200m/分鐘
C．一般起重機的功率約為200W
D．將掉在地上的科學課本放回到課桌上，做的功約為2J
【答案】：D
【例8】（2023浙江專題）現有30個相同的貨箱，總質量為150千克．要你盡可能快地把這批貨箱搬到12米高的樓上。假設你身體可以提供的功率如圖那樣取決于你搬的箱子數的多少。不考慮搬起箱子、放下箱子和下樓的時間，則要使搬運時間最短，每次搬動箱子數為（　　）
A．2個 B．3個 C．4個 D．5個
【答案】：B
五、學力訓練
A組 夯實基礎
1．（2022臺州一模）把不同的金屬片a、b插入檸檬，制成水果電池，并與電壓表用導線連接，如圖所示。則對該實驗分析錯誤的是（　）
A．金屬片a是水果電池的正極
B．水果電池將化學能轉化為電能
C．電流是從金屬片a經電壓表流回金屬片b
D．自由電子從金屬片a經電壓表定向移動到金屬片b
【答案】：D
2．（2022紹興聯考）下列關于能的說法，不正確的是（　）
A．能量無處不在，能量的形式多種多樣
B．我們的生活離不開能量，即使在睡覺的時候也需要能量
C．運動的物體具有能量，靜止的物體沒有能量
D．所有的自然現象都涉及能量
【答案】：C
3．（2023溫州練習）下列四位同學沒有做功的是（　　）
A．甲同學從地面上撿起書本放在桌面上 B．乙同學托起書本往上移動一段距離
C．丙同學坐座位上托著書本不動 D．丁同學用手推著書本在桌子上移動一段距離
【答案】：C
4．（2022浙江練習）物理學在定義一個物理量的時候常采用比值的形式定義，如：密度等于質量與體積的比。用比值法定義的物理量在物理學中占有相當大的比例。下列物理量中，不是采用了比值法定義的物理量是（　　）
A．速度 B．功率 C．功 D．壓強
【答案】：C
5．（2022溫州校考）如圖所示，塔式起重機下掛著重物，在下列三種情形中：①重物靜止不動；②重物勻速向上運動；③重物沿水平方向勻速移動。下列關于鋼索拉力對重物做功的判斷及其原因的分析，正確的是（　　）
A．只有情形①③做了功，因為重物能量發生了變化
B．只有情形②做了功，因為重物能量發生了變化
C．只有情形①③做了功，因為起重機消耗了能量
D．只有情形②做了功，因為起重機消耗了能量
【答案】：B
B組 強化提高
1．（2023杭州統考）如圖所示，為了測定紙錐下落的快慢，小明用頻閃相機拍下某一紙錐下落過程的照片，照相機每隔0.2秒曝光一次。該紙錐下落過程中重力做功的功率隨時間變化的圖像是（　　）
【答案】：C
2．（2023浙江一模）第二十四屆“冬奧會”在北京和張家口成功舉辦。以下四圖是運動員在本屆“冬奧會”上參加不同比賽項目時的情景，關于他們比賽時所涉及的科學知識，下列說法正確的是（　）
A．甲圖：擦刷冰面是為了增大摩擦
B．乙圖：花樣滑冰運動員的重力和對冰面的壓力是一對平衡力
C．丙圖：跳臺滑雪運動員在下落過程中運動狀態不變
D．丁圖：速度滑冰運動員在水平冰道上加速沖刺的過程中，其機械能增加
【答案】：D
3．（2023浙江一模）對于下列四幅圖應用的原理的描述，正確的是（　）
A．圖甲，當運動員將箭射出時，弓的彈性勢能轉化為箭的動能
B．圖乙，吹奏嗩吶時按壓不同位置的氣孔，主要改變聲音的響度
C．圖丙，站臺上設有安全線，其原因是列車進站時車體附近氣體流速大，壓強大
D．圖丁，掃地機器人內置的電動機工作時應用了電磁感應原理
【答案】：A
4．（2023溫州中考）如圖是滾擺完成一次下降和上升的示意圖。該過程中，滾擺處于甲、乙位置時（　）
A．重力勢能不同，動能相同
B．重力勢能不同，動能不同
C．重力勢能相同，動能相同 D．重力勢能相同，動能不同
【答案】：C
6．（2022杭州統考）放在粗糙水平面上的物體受到水平拉力的作用，在0～6s內，其速度與時間關系的圖象和該拉力的功率與時間關系的圖象如圖所示，下列說法正確的是（　　）
A．在0～2s內，該物體做勻速運動
B．物體在2～6s內受到的拉力為6N
C．物體受到的滑動摩擦力大小為2.5N
D．在2～6s內，拉力對物體做功為90J
【答案】：C
7．（2023寧波統考）一定質量的貨物在吊車鋼索拉力的作用下,豎直向上運動,如圖是貨物上升的路程s隨時間t變化的圖象。不考慮空氣的阻力和鋼索重力,則下列判斷正確的是（　　）
A．2s時鋼索的拉力大小等于8s時鋼索的拉力大小
B．貨物豎直向上運動時，4s時的速度小于10s時的速度
C．0至6s內鋼索拉力做的功小于6s至12s內鋼索拉力做的功
D．貨物子在0至12s內的豎直向上運動過程中，鋼索拉力的功率保持不變
【答案】：A
8．（2022溫州階段）如圖所示，木棒AB放在截面半徑為的圓柱體上且木棒保持水平，用水平力推木棒的A端，圓柱體在水平地面上勻速向前滾動，設木棒與圓柱體、圓柱體與地面間均無滑動現象，當把圓柱體恰好推動一圈時，推力做的功是（　　）
A．πRF B．2πRF
C．3πRF D．4πRF
【答案】：B
9．（2022浙江期中）一個普通中學生在30秒內完成12次雙杠撐舉，該學生此過程中克服重力做功的平均功率最接近于（　　）
A．5W B．50W C．500W D．5000W
【答案】：B
10．（2022浙江專題）引體向上是大家喜愛的體育運動之一、小科的質量為50kg，每次引體向上，人整體上升高度約為60cm，一分鐘完成20次。下列說法正確的是（　　）
A．小科完成一次引體向上，克服重力做功約為300J
B．小科在這一分鐘內引體向上的功率約為150W
C．人體上升過程中動能轉化為重力勢能，機械能守恒
D．小科在上升的過程中，對桿子的拉力始終為500N
【答案】：A
C組 瞄準中考
1.（2022浙江階段）在某冬奧會上，一運動員在比賽過程中運動的軌跡（a→b→c→d→e）如圖所示，如果不計空氣阻力及滑道摩擦，下列說法不正確的是（　）
A．從a點下滑到b點過程中，動能增加
B．在a點的重力勢能等于c點的重力勢能
C．在c點的機械能等于d點的機械能
D．從b點運動到c點過程中，重力勢能增加
【答案】：B
2.（2023浙江一模）如圖甲是蹦極運動過程示意圖，小明從O點開始下落，OA長度是彈性繩的自由長度，在B點時他所受彈性繩彈力恰好等于自身重力，C點是下落到達的最低點。蹦極過程中人和彈性繩的能量變化如圖乙（忽略空氣摩擦的影響），下列判斷正確的是（　）
A．a圖像表示人的重力勢能
B．t1時刻人在B點位置
C．t2時刻繩的彈性勢能最大
D．t3時刻人的動能為零
【答案】：B
3．（2023浙江專題）如圖甲所示，小強在水平地面上用力推木箱，推力隨時間變化的圖象如圖乙所示，木箱速度隨時間變化的圖象如圖丙所示，以下對于這一過程的分析中正確的是（　　）
A．0-1s內木箱沒有動是因為人對木箱的推力小于地面給木箱的摩擦力
B．1s-2s內木箱受到的摩擦力大小為4N
C．2s-3s內人對木箱的推力做功為6J
如果3s后人停止用力，木箱將做勻速直線運動
【答案】：B
4．（2022浙江統考）某跳傘運動員從飛機上跳下，沿豎直方向降落，一段時間后打開降落傘，最后安全著地。已知運動員和跳傘設備的總重力為700牛，跳傘過程中下降的速度與時間的關系如圖甲所示。
（1）圖甲中曲線OA段速度越來越大的原因是 。
（2）圖乙是跳傘過程中部分階段的情景及受力示意圖，其中與圖甲曲線中CD階段對應的是 。
（3）計算運動員和跳傘設備的總重力在AB段所做的功 。
【答案】：重力勢能轉化為動能 ③ 7×105J
5．（2022浙江一模）“綠色出行，低碳生活”的理念深入人心，公共自行車已經真正融入到義烏人民的生活中。一位市民騎著一輛公共自行車在某段平直的水平路面上由靜止開始運動，共用時12s。已知該市民質量為60kg，自行車質量為10kg，車輪與地面的總接觸面積是。圖甲是速度v隨時間t變化的關系圖像，圖乙是動力F隨時間t變化的關系圖像。
（1）請問該市民騎自行車在水平地面行駛時，對地面的壓強為多大？
（2）在7～12s內，自行車克服摩擦阻力做了多少功？
（3）請在圖丙中，畫出0～12秒內市民騎車的輸出功率P隨時間t變化的圖線。
【答案】：3.5×105Pa 900J
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8 能量及其轉化
一、能量及其形式
1.認識能量
能量是客觀存在的，與我們從力產生的效果中能夠感受到力的存在一樣，我們也可以從能量產生的效果中感受能量的存在。
一般來說，如果一個物體能夠使別的物體運動或產生變化，我們就說這個物體具有能量。能量的單位是焦耳,簡稱為焦，符號是J，能量也稱能。我們生活的宇宙，是由物質與能量構成。
植物的生長、流星等自然現象都與能量相關;人類的一切活動都離不開能量，我們需要能量來保證日常生活和工作，即使在睡覺的時候也需要消耗能量。
小球在光滑的斜坡向下滾動，又能沿著斜坡回到原來的高度，說明有能量在起作用
2.能量的形式
根據能量的特點大致可以分為機械能、化學能、電能、電磁能、內能、核能、聲能等。
事例 具有的能量形式
做機械運動或變形但能自行恢復的物體 機械能
食物或燃料 化學能
運行電路中的電流 電能
核電站發電 核能
可見光、紅外線、紫外線、微波和X射線 電磁能
高溫水蒸氣 內能
寒山石鐘聲 聲能
二、機械能
1、動能
（1）物體由于運動而具有的能量叫做動能。一切做機械運動的物體都具有動能。例如:飛翔的小鳥、行走的人、行駛的汽車、流動的水和空氣等，都具有動能。
（2）探究影響動能大小的因素
實驗結論:物體動能的大小與物體的質量和運動速度有關。質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大；運動速度相同的物體，質量越大，它的動能也越大。E動= mv2
①任何物體都有質量，無論固體、液體還是氣體，只要它是運動的，它就具有動能。
②本實驗主要運用了控制變量法(控制物體的質量或物體的速度相同)和轉換法(根據小車將木塊推動的距離遠近來判斷小車具有的動能大小)。
2、勢能
（1）重力勢能
物體由于被舉高而具有的能量叫做重力勢能。
1)探究影響重力勢能大小的因素
補充：判斷一個物體是否具有重力勢能，很關鍵的一個因素是看此物體相對某一個平面有沒有被舉高，即相對此平面有沒有一定的高度。 若有，則物體具有重力勢能；若沒有，則物體不具有重力勢能。所以這個某一平面的選擇有時候對勢能的大小也有決定因素。在沒有特別指明的情況下，“高度”一般是相對于地面而言的，在初中階段通常認為地面上的物體具有的重力勢能為零。
2）實驗結論：物體的重力勢能大小與物體的質量和被舉高的高度有關。物體的質量越大，被舉得越高，它具有的重力勢能就越大。E重勢=mgh
（2）彈性勢能
物體由于發生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能。例如，張開的弓、拉長的橡皮條、卷緊的鐘表發條、壓彎的桿等都是由于發生形生彈性形變而具有了彈性勢能。
影響彈性勢能大小的因素:彈性勢能的大小與物體彈性形變的大小有關。物體的彈性形變越大，彈性勢能就越大。例如，射箭時手拉弓弦使弓的彈性形變越大，彈性勢能就越大，箭就射得越遠。同樣，機械表內發條卷得越緊，彈性形變越大，彈性勢能就越大，機械表走動的時間就越長。
注意：橡皮泥發生形變就不具有彈性勢能，因為它發生形變后不能恢復原狀，不屬于彈性形變。
3、動能和勢能的轉化
（1）動能和重力勢能的相互轉化
動能和重力勢能之間可以相互轉化，一般發生在重力作用下的運動過程中。
（2）動能和彈性勢能的相互轉化
一個鐵球從高處滾下來，撞擊到彈簧片上。
（3）機械能守恒
1）動能和勢能都屬于機械能。物體的動能和勢能可以相互轉化，而且在轉化過程中，如果只有動能和勢能的相互轉化，那么這個轉化系統中機械能的總量就保持不變，即機械能守恒。
2）機械能守恒的幾種情況
a.研究對象中只有對象重力做功：重力做正功，使物體動能增加，重力勢能減小；物體克服重力做功（重力做負功）物體重力勢能增加，動能減少。
b.研究系統中沒有受到摩擦力：系統接觸面光滑，不計空氣阻力等。
c.研究系統內物體不對外做功或者沒有其他外力對系統做功：系統物體之間互相壓縮只發生彈性形變
3）機械能不守恒的幾種情況
a.除了重力還有其他力對研究系統內的物體做功或者系統對外做功：火箭升空
b.研究對象勻速上升或者下降：雨滴勻速下落
c.研究對象轉化過程中最大運動速度不斷減小，最終靜止：皮球在落地反彈中，高度越來越低
d.研究對象質量減少或者增多：灑水車灑水，空中加油等
（4）動能和勢能轉化的應用
動能和勢能的相互轉化有著廣泛的應用。如撐桿跳高運動員起跳后，身體不斷上升，撐竿劇烈彎曲，動能轉化為運動員的重力勢能和撐竿的彈性勢能。當上升到一定高度時，動能變得很小。此后，撐竿的彈性勢能將逐漸轉化為運動員的重力勢能。水力發電站是利用水的勢能轉化為水的動能，再轉化為葉輪的動能，進而帶動發電機發電的。
動能和勢能的相互轉化過程中，需要特別注意的幾點:
1)明確研究對象和所要研究的過程。
2)物體在起始位置所具有的動能、勢能。以及最終位置的動能、勢能。
3)當重力勢能，動能，彈性勢能三者互相轉化時，往往物體受力平衡時，速度最大，動能最大。
重力勢能大小看高度，彈性勢能看形變程度。重點關注：蹦極、蹦床/小球壓彈簧、彈簧推物
4)物體減小的一種形式的能必定轉化為增大的另一種形式的能。
三、能量轉化的量度
1.功
（1）功的含義：物體受到力的作用，并且在這個力的方向上通過一段距離，我們就說這個力對物體做了功。力做功也常說成物體做功，如人的推力對小車做功，也可以說成人對小車做功。
（2）做功的兩個必要因素
一是作用在物體上的力F；二是物體在力的方向上通過一段距離S。兩者缺一不可，否則就沒有做功。
1)力對物體不做功的三種情況
①有距離無力：物體沒有受到力的作用，但由于慣性通過一段距離；
②有力無距離：有力作用在物體上，但物體沒動，即物體沒有通過一段距離；
③力與距離垂直：物體受到了力的作用，也通過了一段距離，但通過的距離與力的方向垂直。
物體在力的方向上通過一段距離是指力與距離具有同體性和同時性。
（3）功的計算
功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。
F表示力，s表示物體在力的方向上通過的距離，W表示功，則功的計算公式為W=Fs
應用功的計算公式時，必須注意以下三點：
1)要明確是哪個力對物體做功，或是哪個施力物體對哪個受力物體做功。
2)公式W=Fs中的F是作用在物體上的力，s是物體在力F方向上通過的距離。
3)F是使物體沿力F方向通過距離s的過程中，始終作用在物體上的力，它的大小和方向都是不變的。
（4）功的單位
在國際單位制中，力的單位是牛( N )，距離的單位是米( m)，功的單位是牛.米(N. m )，在國際單位制中，用專門的名稱“焦耳”來表示，簡稱為焦，符號是J。1焦=1牛.米。
（5）做功的實質
做功的過程實質上就是能量轉化的過程，力對物體做了多少功，就有多少能量發生了轉化。因此，可以用功來量度能量轉化的多少。
拓展：
功和能的區別與聯系：功和能是兩個不同性質的量，功是過程量，它對應的是一段時間和一段過程；能是狀態量，它對應的是一個時刻和一個狀態。但功和能這兩個量又是密切相關的，首先，能是物體做功的本領，如果一個物體具有做功的本領，我們就說它具有能；其次，功是能量轉化的量度，即在一個過程中，能量究竟轉化了多少，可以用相應的功量度出來。
2、功率
（1）比較做功的快慢
比較做功的快慢有三種方法：
1)若做功相同，比較做功的時間，所用時間越短做功越快，所用時間越長做功越慢；
2)若做功時間相同，比較所做功的多少，做功越多做功越快，做功越少做功越慢；
3)若做功的多少和所用時間都不相同，則通過計算(做功的多少與做功所用時間的比值)進行比較。
通過以上三種方法的比較，說明做功的快慢與做功的多少和做功所用時間這兩個因素都有關系。
（2）功率
1)定義：單位時間里完成的功叫做功率。
2)意義：反映做功快慢的量(即表示能量轉化快慢的量)。
3)符號： P
4)功率的公式：由功率的定義知，功率=功/時間，如果用P表示功率，W表示功，t表示時間，則功率的公式可表示為P=W/t
5)功率的單位：在國際單位制中，功率的單位是瓦特，簡稱瓦，符號為W。1瓦=1焦/秒。在實際應用中還常用千瓦( kW )、兆瓦( MW )作為功率的單位。1千瓦=1000瓦，1兆瓦=106瓦。
拓展：
①當物體在力F的作用下，以速度v做勻速直線運動時(力F與速度v同方向)，由W=Fs、v= s/t，得出P=Fv，即功率等于力與力的方向上運動速度的乘積。利用P=Fv可以知道：拖拉機在上坡時，當功率一定時，通過換擋減小速度是為了增大牽引力，這樣有利于上坡。
②應用公式P=W/t時一定要注意三個量的對應關系，功W一定是在對應的時間t內完成的功，這樣算出的功率才是時間t內的功率，不同的時間內對應的功率一般來說是不同的，功率越大，反映了完成功的“速度”越大，但并不代表做功一定多。功率的公式P=W/t是指平均功率，即在t時間內的平均功率，而不是某一時刻的瞬間功率。
四、典型例題
（一）考點：能量及其形式
【例1】（2023浙江一模）2022年5月10日凌晨，搭載“天舟四號”貨運飛船的長征七號遙五運載火箭，順利進入預定軌道，開始追趕“天和”核心艙，最終成功對接。下列說法正確的是（　）
A．天舟四號的太陽能電池板將太陽能轉化為機械能
B．追趕過程中，以“天舟四號”為參照物，“天和”是運動的
C．火箭加速上升過程中，慣性在變大
D．對接成功后的運動過程中，受到平衡力的作用
【例2】（2022杭州期末）近年來，杭州新能源電動車（如圖所示）迅猛發展。下列用電器能量轉換的形式與新能源電動車相同的是（　）
A．電風扇 B．電燈
C．收音機 D．電飯鍋
【例3】（2022臺州期末）下列家用電器在工作中，將電能主要轉化為機械能的是（　）
A B C D
【例4】（2020浙江期中）自然界中存在著多種形式的能，下面對能的敘述中錯誤的是（　）
A．貯存在食物中的能稱為化學能 B．鉤碼被舉高后具有的能是動能
C．聲能是一種聽得到的能量 D．植物通過光合作用把光能轉化為化學能
（二）考點：機械能
【例1】（2023杭州中考）小金將小球豎直向上拋出，小球先上升后下落，不計空氣阻力。小球從離開手后到落回手中之前，此過程中能量變化的分析，正確的是（　）
A．動能先增大后減小 B．勢能先減小后增大
C．機械能先減小后增大 D．機械能保持不變
【例2】（2023紹興中考）2023年5月10日，搭載天舟六號貨運飛船的運載火箭成功發射，進入軌道后天舟六號與我國空間站完成對接形成組合體。下列說法正確的是（　）
A．加速升空時，天舟六號機械能不變
B．進入軌道后，天舟六號的慣性消失
C．對接靠近時，以“天和”艙為參照物，天舟六號是靜止的
D．對接成功后，組合體繞地運行過程中運動狀態發生改變
【例3】（2023浙江一模）如圖所示是蹦床運動員表演的情景，運動員從最低點到脫離蹦床的過程中，其動能變化情況是（　）
A．動能不斷減少
B．動能不斷增大
C．動能先增大后減小
D．動能先減小后增大
【例4】（2023浙江一模）如圖所示，高速公路的長下坡路段右側通常會建避險車道，剎車失靈的車輛可駛入避險車道實現安全減速。它由制動坡床和防撞設施等組成，制動坡床長100多米，有較大的坡度，坡床上鋪滿疏松的鵝卵石和砂土層；坡床的盡頭，有廢舊輪胎和防撞桶圍起來的防撞設施。下列有關“避險車道”的說法錯誤的是（　）
A．汽車在長下坡路段剎車較為頻繁，持續摩擦使剎車片過熱，導致剎車失靈幾率更大
B．較大坡度有利于將車輛的動能轉化為重力勢能而達到減速目的
C．鋪滿疏松的鵝卵石和砂土層是為了增大車輛與路面的摩擦
D．上坡過程中，汽車所受重力與斜坡對汽車的支持力是一對平衡力
【例5】（2023浙江期中）如圖，現有粗糙水平面上有一個輕質彈簧。彈簧左端固定在墻壁上，右邊連接一木塊，當彈簧自然伸長時右端在O點。如圖，將木塊拉至A點后放手，第一次木塊向左運動，最遠能達到B點。下列說法正確的是（　）
A．A至O的過程中木塊動能不斷增加
B．A至B的過程中彈簧彈性勢能不斷減小
C．木塊的動能和彈簧的彈性勢能之和不變
D．當小球最后靜止時，木塊可能在O點的左側或右側
（三）考點：功與功率
【例1】（2022杭州期中）一位中學生從普通居民樓的一樓走到三樓，他克服自身重力做功大約為（ ）
A．300焦 B．3000焦 C．30000焦 D．沒有做功
【例2】（2023浙江自招）一架自動扶梯以恒定的速率運送乘客上同一層樓，某乘客第一次站在扶梯不動，第二次相對于扶梯的速率勻速上走，兩次扶梯對乘客所做的功分別是W1和W2，則（　　）
A．W1＜W2 B．W1＞W2 C．W1=W2 D．無法確定
【例3】（2023浙江一模）如圖是我國擁有完全知識產權的第三代核電機組——華龍一號3號機組的內穹頂吊裝過程。分為上升、平移、下降三個階段。下列能表示上升和平移兩個階段中吊車拉力對穹頂做功量（用斜影表示）的是（　　）

【例4】（2022浙江二模）小金在體育中考力量類項目選擇了引體向上，結果完成了12次，得到滿分10分，小金同學在這次考試中符合實際是（　　）
A．抓手的橫杠離地面高度約10分米
B．完成考試用時3秒
C．做完一次做功約200焦耳
D．提升時手對桿的拉力約為60牛
【例5】（2022浙江階段）一個中學生一分鐘跳繩的功率最接近（　　）
A．10W B．100W C．1000W D．10000W
【例6】（2023浙江期末）如圖所示，小明的體重為G，支架橫桿到地面的高度為h，小明第一次順著豎直的桿從桿頂勻速下滑到地面，第二次沿比桿粗糙的繩從桿頂勻速下滑到地面，第一次比第二次需要的時間短，兩次重力做的功為W1、W2 ，功率為 P1、P2 下列分析正確的是（　　）
A．W1=W2 P1=P2
B．W1=W2 P1P2
C．W1W2 P1P2
D．W1=W2 P1P2
【例7】（2022杭州期中）在下列數據中，最接近生活實際的是（　　）
A．一個中學生從一樓走到二樓，做功的功率為10W
B．一輛正常行駛的自行車的速度約為1200m/分鐘
C．一般起重機的功率約為200W
D．將掉在地上的科學課本放回到課桌上，做的功約為2J
【例8】（2023浙江專題）現有30個相同的貨箱，總質量為150千克．要你盡可能快地把這批貨箱搬到12米高的樓上。假設你身體可以提供的功率如圖那樣取決于你搬的箱子數的多少。不考慮搬起箱子、放下箱子和下樓的時間，則要使搬運時間最短，每次搬動箱子數為（　　）
A．2個 B．3個 C．4個 D．5個
五、學力訓練
A組 夯實基礎
1．（2022臺州一模）把不同的金屬片a、b插入檸檬，制成水果電池，并與電壓表用導線連接，如圖所示。則對該實驗分析錯誤的是（　）
A．金屬片a是水果電池的正極
B．水果電池將化學能轉化為電能
C．電流是從金屬片a經電壓表流回金屬片b
D．自由電子從金屬片a經電壓表定向移動到金屬片b
2．（2022紹興聯考）下列關于能的說法，不正確的是（　）
A．能量無處不在，能量的形式多種多樣
B．我們的生活離不開能量，即使在睡覺的時候也需要能量
C．運動的物體具有能量，靜止的物體沒有能量
D．所有的自然現象都涉及能量
3．（2023溫州練習）下列四位同學沒有做功的是（　　）
A．甲同學從地面上撿起書本放在桌面上 B．乙同學托起書本往上移動一段距離
C．丙同學坐座位上托著書本不動 D．丁同學用手推著書本在桌子上移動一段距離
4．（2022浙江練習）物理學在定義一個物理量的時候常采用比值的形式定義，如：密度等于質量與體積的比。用比值法定義的物理量在物理學中占有相當大的比例。下列物理量中，不是采用了比值法定義的物理量是（　　）
A．速度 B．功率 C．功 D．壓強
5．（2022溫州校考）如圖所示，塔式起重機下掛著重物，在下列三種情形中：①重物靜止不動；②重物勻速向上運動；③重物沿水平方向勻速移動。下列關于鋼索拉力對重物做功的判斷及其原因的分析，正確的是（　　）
A．只有情形①③做了功，因為重物能量發生了變化
B．只有情形②做了功，因為重物能量發生了變化
C．只有情形①③做了功，因為起重機消耗了能量
D．只有情形②做了功，因為起重機消耗了能量
B組 強化提高
1．（2023杭州統考）如圖所示，為了測定紙錐下落的快慢，小明用頻閃相機拍下某一紙錐下落過程的照片，照相機每隔0.2秒曝光一次。該紙錐下落過程中重力做功的功率隨時間變化的圖像是（　　）
2．（2023浙江一模）第二十四屆“冬奧會”在北京和張家口成功舉辦。以下四圖是運動員在本屆“冬奧會”上參加不同比賽項目時的情景，關于他們比賽時所涉及的科學知識，下列說法正確的是（　）
A．甲圖：擦刷冰面是為了增大摩擦
B．乙圖：花樣滑冰運動員的重力和對冰面的壓力是一對平衡力
C．丙圖：跳臺滑雪運動員在下落過程中運動狀態不變
D．丁圖：速度滑冰運動員在水平冰道上加速沖刺的過程中，其機械能增加
3．（2023浙江一模）對于下列四幅圖應用的原理的描述，正確的是（　）
A．圖甲，當運動員將箭射出時，弓的彈性勢能轉化為箭的動能
B．圖乙，吹奏嗩吶時按壓不同位置的氣孔，主要改變聲音的響度
C．圖丙，站臺上設有安全線，其原因是列車進站時車體附近氣體流速大，壓強大
D．圖丁，掃地機器人內置的電動機工作時應用了電磁感應原理
4．（2023溫州中考）如圖是滾擺完成一次下降和上升的示意圖。該過程中，滾擺處于甲、乙位置時（　）
A．重力勢能不同，動能相同
B．重力勢能不同，動能不同
C．重力勢能相同，動能相同 D．重力勢能相同，動能不同
6．（2022杭州統考）放在粗糙水平面上的物體受到水平拉力的作用，在0～6s內，其速度與時間關系的圖象和該拉力的功率與時間關系的圖象如圖所示，下列說法正確的是（　　）
A．在0～2s內，該物體做勻速運動
B．物體在2～6s內受到的拉力為6N
C．物體受到的滑動摩擦力大小為2.5N
D．在2～6s內，拉力對物體做功為90J
7．（2023寧波統考）一定質量的貨物在吊車鋼索拉力的作用下,豎直向上運動,如圖是貨物上升的路程s隨時間t變化的圖象。不考慮空氣的阻力和鋼索重力,則下列判斷正確的是（　　）
A．2s時鋼索的拉力大小等于8s時鋼索的拉力大小
B．貨物豎直向上運動時，4s時的速度小于10s時的速度
C．0至6s內鋼索拉力做的功小于6s至12s內鋼索拉力做的功
D．貨物子在0至12s內的豎直向上運動過程中，鋼索拉力的功率保持不變
8．（2022溫州階段）如圖所示，木棒AB放在截面半徑為的圓柱體上且木棒保持水平，用水平力推木棒的A端，圓柱體在水平地面上勻速向前滾動，設木棒與圓柱體、圓柱體與地面間均無滑動現象，當把圓柱體恰好推動一圈時，推力做的功是（　　）
A．πRF B．2πRF
C．3πRF D．4πRF
9．（2022浙江期中）一個普通中學生在30秒內完成12次雙杠撐舉，該學生此過程中克服重力做功的平均功率最接近于（　　）
A．5W B．50W C．500W D．5000W
10．（2022浙江專題）引體向上是大家喜愛的體育運動之一、小科的質量為50kg，每次引體向上，人整體上升高度約為60cm，一分鐘完成20次。下列說法正確的是（　　）
A．小科完成一次引體向上，克服重力做功約為300J
B．小科在這一分鐘內引體向上的功率約為150W
C．人體上升過程中動能轉化為重力勢能，機械能守恒
D．小科在上升的過程中，對桿子的拉力始終為500N
C組 瞄準中考
1.（2022浙江階段）在某冬奧會上，一運動員在比賽過程中運動的軌跡（a→b→c→d→e）如圖所示，如果不計空氣阻力及滑道摩擦，下列說法不正確的是（　）
A．從a點下滑到b點過程中，動能增加
B．在a點的重力勢能等于c點的重力勢能
C．在c點的機械能等于d點的機械能
D．從b點運動到c點過程中，重力勢能增加
2.（2023浙江一模）如圖甲是蹦極運動過程示意圖，小明從O點開始下落，OA長度是彈性繩的自由長度，在B點時他所受彈性繩彈力恰好等于自身重力，C點是下落到達的最低點。蹦極過程中人和彈性繩的能量變化如圖乙（忽略空氣摩擦的影響），下列判斷正確的是（　）
A．a圖像表示人的重力勢能
B．t1時刻人在B點位置
C．t2時刻繩的彈性勢能最大
D．t3時刻人的動能為零
3．（2023浙江專題）如圖甲所示，小強在水平地面上用力推木箱，推力隨時間變化的圖象如圖乙所示，木箱速度隨時間變化的圖象如圖丙所示，以下對于這一過程的分析中正確的是（　　）
A．0-1s內木箱沒有動是因為人對木箱的推力小于地面給木箱的摩擦力
B．1s-2s內木箱受到的摩擦力大小為4N
C．2s-3s內人對木箱的推力做功為6J
如果3s后人停止用力，木箱將做勻速直線運動
4．（2022浙江統考）某跳傘運動員從飛機上跳下，沿豎直方向降落，一段時間后打開降落傘，最后安全著地。已知運動員和跳傘設備的總重力為700牛，跳傘過程中下降的速度與時間的關系如圖甲所示。
（1）圖甲中曲線OA段速度越來越大的原因是 。
（2）圖乙是跳傘過程中部分階段的情景及受力示意圖，其中與圖甲曲線中CD階段對應的是 。
（3）計算運動員和跳傘設備的總重力在AB段所做的功 。
5．（2022浙江一模）“綠色出行，低碳生活”的理念深入人心，公共自行車已經真正融入到義烏人民的生活中。一位市民騎著一輛公共自行車在某段平直的水平路面上由靜止開始運動，共用時12s。已知該市民質量為60kg，自行車質量為10kg，車輪與地面的總接觸面積是。圖甲是速度v隨時間t變化的關系圖像，圖乙是動力F隨時間t變化的關系圖像。
（1）請問該市民騎自行車在水平地面行駛時，對地面的壓強為多大？
（2）在7～12s內，自行車克服摩擦阻力做了多少功？
（3）請在圖丙中，畫出0～12秒內市民騎車的輸出功率P隨時間t變化的圖線。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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