专题05 功和能重点实验-江苏省2025年中考物理重难点热点专练（含答案解析）

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2025年中考物理重难点热点专练

专题05 功和能重点实验

【知识必备】

1.估测人的功率

功的两个必要因素：作用在物体上的力、物体在力的方向上移动的距离。

不做功的三种情况：物体受力但静止（如人推墙未推动）；

物体运动方向与力方向垂直（如人提水桶水平行走，提力不做功）；

物体依靠惯性运动（如踢出的足球在空中飞行，脚对球不做功）。

功的计算公式： W=Fs

功率的物理意义：表示做功快慢的物理量，与“效率”无关。

比较功率大小的方法：相同时间比做功量，或相同功比时间。

功率的计算公式：P=W/t​（普适公式）。

推导公式：P=FvP=Fv（适用于匀速直线运动，F为牵引力，v为速度）。

单位与换算：国际单位：瓦特（W），1 W = 1 J/s。

常用单位：kW（1 kW = 10³ W），MW（1 MW = 10⁶ W）。

估测人登楼的功率：

实验原理：P=mgh/t（需测量体重m、楼梯高度h、登楼时间t）。

误差分析：未考虑人体重心变化（实际上升高度大于楼梯垂直高度）；

未多次测量取平均值。

2.滑轮组机械效率的测定

功的分类与定义

有用功（W_有）：直接对物体做功（如提升物体的重力做功）

额外功（W_额）：克服机械自重、摩擦等非必要功（如动滑轮自重、斜面摩擦）

总功（W_总）：动力对机械做的功（W_总=W_有+W_额）

机械效率公式： η=W_有/W_总×100%=Gh/Fs（通用）

注：滑轮组中 η=G/(G+G_动)（忽略摩擦时）

滑轮组:若忽略绳重和摩擦， η=G/(G+G_动)×100%

斜面: η=Gh/FL=Gh/(Gh+fL)（f为摩擦力）

杠杆: η=W_有/W_总=Gh/Fs（s为动力作用点移动距离）

3.探究影响动能大小的因素

动能的定义：物体由于运动而具有的能量，单位为焦耳（J）。

动能大小与质量和速度平方成正比，速度变化对动能影响更大。

动能的特性：动能只有大小无方向。匀速运动的物体动能不变，变速运动的物体动能变化取决于速度变化。静止物体动能为零，但匀速运动的物体动能可能较大（如匀速飞行的飞机）。

动能的影响因素：

质量：速度相同时，质量越大，动能越大（如卡车与小汽车碰撞时动能差异）。

速度：质量相同时，速度越大，动能越大（如高速子弹穿透力强）。

动能与势能的相互转化

机械能守恒的条件：只有动能和重力势能、弹性势能之间的转化，且无摩擦、空气阻力等能量损耗。

公式表达：E_机械能=E_k+E_p（守恒时总量不变）。

自由下落：重力势能→动能（如苹果从树上掉落）。

弹性碰撞：动能→弹性势能→动能（如蹦床运动中运动员的动能变化）。

斜面运动：动能与重力势能交替转化（如小球沿斜面滚下）。

非守恒情况：存在摩擦力或空气阻力时，机械能转化为内能，总机械能减少（如滚动的足球最终停下）。

实验设计要点：控制变量法：

探究动能与质量的关系时，保持速度相同（如不同质量小球从同一高度滚下）；

探究动能与速度的关系时，保持质量相同（如同一小球从不同高度滚下）。

实验结论：木块被撞击后滑行距离越大，说明小球的动能越大

4.探究影响重力势能大小的因素

重力势能的定义：物体由于被举高而具有的能量，属于机械能的一种形式，单位是焦耳（J）

重力势能只有大小，无方向。

影响重力势能的因素

质量：高度相同时，质量越大，重力势能越大（如卡车与皮球从同一高度落下，卡车重力势能更大）

高度：质量相同时，高度越高，重力势能越大（如从3楼和10楼抛下同一物体，后者重力势能更大）

重力势能与机械能的转化：

机械能守恒的条件：只有重力势能和动能的相互转化，且无摩擦力、空气阻力等能量损耗（理想情况）

典型转化场景

自由下落：重力势能转化为动能

抛物运动：上升时动能转化为重力势能，下落时重力势能转化为动能

弹性碰撞：动能与弹性势能、重力势能交替转化（如蹦床运动）

非守恒情况

存在摩擦力时，机械能转化为内能（如滚动的足球最终停下，机械能总量减少）

【重难解读】

1.估测人的功率

功的公式：W=F.s

重点：只有满足“力作用在物体上且物体在力的方向上移动距离”，力才对物体做功。

不做功的三种情况：

有力无距离（推墙未动）；

有距离无力（惯性滑行）；

力与位移垂直（提水桶水平行走）。

定义：单位时间内完成的功，表示做功快慢。

公式：P=W/t​

力与速度的关系：

当功率恒定时，力F与速度v成反比（如汽车上坡时减速以增大牵引力）。

当速度恒定时，功率P与力F成正比（如起重机匀速提升重物时功率恒定）。

汽车以恒定功率爬坡，速度减小，分析牵引力变化。 答案：由P=F.v，功率不变，速度减小，牵引力增大。

实验设计:测量人爬楼的功率：

原理：P=W/t=mgh/t（需测体重、楼高、时间）。

误差：未考虑人体自身消耗的能量（如转化为内能）。

斜面做功实验：验证“使用斜面省力不省功”

易错的是单位混淆：如将质量单位“kg”误用为“g”，或高度单位“cm”未转换为“m”。

2.滑轮组机械效率的测定

动态分析机械效率变化

情景：同一滑轮组提升不同重物时η的变化

规律：η = G_物/(G_物+G_动) → G_物↑则η↑

综合题型中的多力结合

难点：机械效率与浮力、压强等知识结合

解法： 例：水中提升物体时，W_有=(G-F_浮)h

水平方向机械效率计算

关键：有用功=克服摩擦力做功（W_有=fs_物）

易错点：混淆s绳与s物的关系（s_绳=n·s_物）

实验探究深度解析

测量滑轮组机械效率实验

操作要点：

需竖直匀速拉动弹簧测力计

多次测量取平均值（改变物重）

数据处理：

斜面机械效率影响因素探究

控制变量法应用：

固定斜面粗糙程度，改变倾角→研究η与θ关系

固定倾角，改变粗糙程度→研究η与摩擦关系

易错题型警示

混淆”功率”与”机械效率”

功率反映做功快慢（P=W/t），与η无必然联系

典型错误：认为机械效率高=做功快

忽略机械自重的影响

计算滑轮组η时，若未说明”不计摩擦和绳重”，需考虑动滑轮重力

3.探究影响动能大小的因素

动能变化的条件：速度大小变化或质量变化（方向变化不影响动能）

动能与机械能转化的综合分析：

典型问题：物体在运动过程中动能与重力势能、弹性势能的相互转化。

规律：若只有重力或弹力做功，机械能守恒；存在摩擦或阻力时，机械能减少

机械能转化的定量计算：

依据：合外力做的功等于动能变化量。

解题关键：明确研究对象和过程，计算合外力的总功。

实际情境中的动能问题

典型题型：交通工具的制动距离分析（动能与摩擦力做功的关系）。

高空抛物的危害（动能与重力势能转化的定量计算）

影响动能因素的实验探究

实验设计要点：

控制变量法：研究动能与质量的关系时，保持速度相同；研究动能与速度的关系时，保持质量相同

实验结论：质量相同的物体，速度越大动能越大；速度相同的物体，质量越大动能越大

关键操作：通过木块被推动的距离判断动能大小（转换法）

4.探究影响重力势能大小的因素

重力势能与机械能转化规律：

物体自由下落时，重力势能转化为动能。

若存在空气阻力，机械能减少，转化为内能。

关键点：重力势能的变化与路径无关，只与初、末位置的高度差有关。

实验探究：影响重力势能大小的因素

实验设计：控制变量法：

研究质量影响时，保持高度相同（如从同一高度释放不同质量的物体）。

研究高度影响时，保持质量相同（如改变物体释放的高度）。

转换法：通过物体下落时撞击沙坑的深度或木桩陷入的深度判断重力势能大小。

动态分析重力势能变化

情景：物体运动过程中高度变化的判断（如抛物运动、斜坡运动）。

易错点：

误认为物体速度方向变化会影响重力势能（实际只与高度有关）。

混淆“高度”的参考平面（如物体在水平面上运动时重力势能不变）。

综合题型中的能量转化：

难点：结合动能、弹性势能等其他能量形式分析机械能守恒。

混淆“重力势能”与“动能”

错误表现：认为物体速度越大，重力势能越大（实际无关）。

纠正方法：重力势能仅由质量和高度决定，与速度无关

忽略参考平面的影响

典型错误：未明确参考平面直接比较重力势能大小。

应对策略：题目未说明时默认地面为参考平面，若有特殊说明需特别注意

实验设计中的变量控制漏洞

常见错误：研究高度影响时未控制质量相同（如从不同高度释放不同质量的物体）

一．选择题（共8小题）

1．初中生小明回家上楼，用30s从一楼走到三楼，他上楼过程的功率大约为（　　）

A．1W B．10W C．100W D．1000W

2．在内径约为1cm玻璃管中注水近满，上端留一个气泡，用橡皮塞塞住管口，再将玻璃管翻转后竖直放置，气泡上升，如图所示。测得气泡上升40cm用时20s，则该过程中气泡所受浮力做功的功率最接近于（　　）

A．2×10^﹣5W B．2×10^﹣4W C．2×10^﹣3W D．2×10^﹣2W

3．小华自制的提升重物的装置如图所示，其中动滑轮重60N。若被提升的物体重600N，在拉力F作用下，物体在30s内匀速上升6m，不计绳重和摩擦，下列说法中正确的是（　　）

A．绳端将拉下18m

B．绳端移动的速度为0.2m/s

C．拉力F的大小为300N

D．滑轮组的机械效率约为91%

4．如图所示，用滑轮组匀速提升重为200N的物体，拉力F为125N，物体升高的高度为4m，不计绳重和摩擦，则在此过程中，下列说法中正确的是（　　）

A．总功为800J

B．动滑轮重为5N

C．绳端移动的距离为4m

D．滑轮组的机械效率为80%

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参考答案

1． C

【解析】解：

一个学生的质量约为50kg，每一层楼的高度为3m，从一楼走到三楼，上升的高度为6m；

从一楼走到三楼做的功：W＝Gh＝mgh＝50kg×10N/kg×6m＝3000J，

从一楼走到三楼的时间为30s，则他上楼时的功率：

P100W，故C正确。

故选：C。

2． B

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