九年级物理机械功机械能精选例题习题解析

机械在物理学的应用极为广泛，以下为九年级物理机械功和机械能的例题与习题解析，旨在帮助同学们深入理解相关概念并提升解题能力。

【例1】在平地上，用50N的水平推力推动重100N的箱子，前进了10m（图1），推箱子的小朋友做了多少功？如果把这个箱子匀速举高1.5m，他做了多少功？

【分析】水平推箱子时，做的功W1等于水平推力F与水平前进距离s的乘积，即W1=Fs。匀速举箱子时，所用力F′与箱子的重力G大小相等、方向相反。举箱子时，F′克服重力G使箱子在F′方向上升高h，做的功W2=F′h=Gh。通常情况下，为了简化计算，直接说克服阻力G做的功W2=Gh。

【解答】
已知F=50N，s=10m，G=100N，h=1.5m。
W1=Fs=50N×10m=500J。
W2=Gh=100N×1.5m=150J。
答：推箱子做功500J，举箱子做功150J。

【说明】题目中给出了两个力：50N和100N，以及两个距离：10m和1.5m。切勿死记硬背公式，错误计算W1=100N×10m=1000J，W2=50N×1.5m=75J。公式W=Fs中的F是指使物体在F方向上通过距离s的力，s是物体在F方向上通过的距离。理解并灵活运用公式是关键。

【例2】重为100N的物体在光滑水平面上匀速移动80m，则重力对物体做的功是多少？

【分析】重力的方向竖直向下，而物体在水平方向上移动，没有在重力方向上发生位移；物体在光滑水平面上移动是由于惯性，保持运动状态不变，水平方向上不受作用力。

【解答】W=Gh=100N×0=0
【说明】力对物体做功必须满足两个条件：有力作用在物体上，且物体在力的方向上通过距离。若有力但物体在力的方向上没有移动，或不受力，则力对物体不做功。

【例3】某人用100N的水平拉力，将重500N的物体在水平地面上匀速移动8m，拉力做了多少功？若他用100N的力竖直向上提此重物，他对物体做多少功？

【分析】水平拉力作用于物体，且物体在拉力方向上移动8m，做的功W1=Fs。竖直向上提重物时，物体静止不动，没有在力的方向上移动距离，故不做功。

【解答】
W1=Fs=100N×8m=800J
∵s2=0
∴W2=0
【说明】做功的两个必要因素是作用在物体上的力和物体在该力方向上移动的距离，两者缺一不可。

【例4】高出水面30m处有一个容积是50m³的水箱，要用一台离心式水泵抽水给水箱，1小时能把水箱充满即可。这台水泵的功率至少是多少kW？（取g=10N/kg）

【分析】要求水泵的功率P，根据P=W/t，其中t=1h，W可根据W=Gh求出，G为50m³水的重力，h为30m。G的值可通过水的体积V和密度ρ求出质量m后确定。

【解答】
m=ρV=1×10³kg/m³×50m³=5×10⁴kg
G=mg=5×10⁴kg×10N/kg=5×10⁵N
W=Gh=5×10⁵N×30m=1.5×10⁷J
P=W/t=1.5×10⁷J/3600s=4200W=4.2kW
答：水泵的功率应不小于4.2kW。

【例5】重2540N的货物，如图2所示，滑轮组把它提升1.7m。若不考虑摩擦，也不考虑滑轮和绳子的物重，则：
(1)绳端拉力F是多少N？
(2)绳端移动的距离是多少m？
(3)若考虑摩擦、滑轮和绳子的物重，须在绳端施力800N，滑轮组的机械效率是多少？

【分析】使用滑轮组时，重物G由n段绳子承担，提起重物G所用的力F就是重物G的n分之一；由于重物G是由n段绳子承担，当重物升高hm时，绳末端移动的距离s=nhm；若考虑摩擦、滑轮和绳子的物重，滑轮组的机械效率等于有用功和总功的比值。

【解答】
(1)绳端拉力为F=G/n=2540N/4=635N
(2)绳端移动的距离为s=nh=4×1.7m=6.8m
(3)滑轮组的机械效率为
η=W有/W总=Gh/Fs=Gh/Fnh=G/Fn=2540N/(4×800N)≈79%
【说明】判断有用功、额外功、总功是解机械效率问题的关键。解题时可用机械做功的目的来分析。凡是用机械来升高物体的，使物体升高所做的功为有用功，且W有=Gh，即有用功等于被升高的物体的重力与其提升高度的乘积。凡是动力做的功就是总功，且W总=Fs，它等于力与机械在动力作用下移动的距离的乘积。用来克服摩擦和机械自身重力所做的功为额外功，W额=W总-W有。

【例6】下面的物体中，只具有动能的是______;只有势能的是______;既具有动能、又具有势能的是[ ]。
A.停在地面上的汽车。
B.在空中飞行的飞机。
C.被起重机吊在空中静止的货物。
D.弹簧。
E.在水平铁轨上正行驶的火车。

【分析】停在地面上的汽车没有运动，不具有动能；因在地面上，也没有势能。正在空中飞行的飞机在运动，具有动能；离地面有一定高度，又具有重力势能。在空中静止的货物没有动能，只有重力势能。弹簧在没有发生弹性形变时，不具有弹性势能。水平铁轨上行驶的火车只有动能，没有势能。

【解答】只有势能的是C；只有动能的是E；既有动能又有势能的是B。

【说明】确定物体具有何种能量时，应按照动能、重力势能、弹性势能的定义，分析物体是否在运动，是否被举高，是否发生了弹性形变，符合哪一种能量的定义，就确定物体具有哪一种能量。

【例7】下列物体各具有什么形式的机械能？
(1)高速升空的火箭；
(2)被拉长的弹弓橡皮条；
(3)被水电站拦河坝拦住的上游水；
(4)竖直到达最高点的上抛小球。

【分析】对照动能、重力势能、弹性势能的定义，即可判断上述物体各具有什么形式的能。

【解答】
(1)高速升空的火箭，速度不为零，且高度在增加，因此具有动能和势能。
(2)被拉长的弹弓橡皮条发生弹性形变，具有弹性势能。
(3)被拦河坝拦住的上游水是流动的，具有动能；同时水位被拦河坝提得较高，因此又具有重力势能。
(4)小球被竖直抛到最高点时，不再运动，速度为零，因此只具有重力势能。

【例8】判断下列几种情况下，物体的动能、势能是否变化？是增加还是减少？
(1)货物在钢丝绳的牵引下上升，但速度在减小；
(2)电梯上升得越来越快；
(3)汽车在平直公路上匀速前进；
(4)弯曲的钢锯条在逐渐变直。

【分析】
(1)货物在上升过程中，离地面的高度增加，运动速度减小。
(2)电梯在上升过程中，离地面的高度及运动速度都增加。
(3)汽车在平直公路上匀速行驶时，离地面的高度和运动速度都没有发生变化。
(4)弯曲的钢锯条在逐渐变直的过程中，弹性形变逐渐变小。

【解答】
(1)货物的重力势能增加，动能减少。
(2)电梯的重力势能增加，动能增加。
(3)汽车的重力势能、动能都不变。
(4)钢锯条的弹性势能减小。

【说明】说明动能的大小和变化时，应抓住质量和速度进行分析；说明势能的大小和变化时，应抓住质量和离地面的高度或抓住弹性形变的情况进行分析。

【例9】一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升，在整个过程中，乒乓球机械能转化的情况是[ ]。
A.势能→动能→势能。
B.动能→势能→势能。
C.动能→势能→动能→势能→动能。
D.势能→动能→势能→动能→势能。

【分析】乒乓球在高处具有势能。下落过程中，高度降低，速度增大，在撞击地面前，球的全部势能转化为动能。撞击地板瞬间，球发生形变，动能转化为弹性势能。球在恢复形变过程中，弹性势能又转化为动能，使球产生反方向速度（如不考虑能的损失，则此速度与撞击前的速度大小相同），向上跳起。上升过程中，动能逐渐转化为势能，直至动能为零。从下落到反跳的全过程中，经历的能量变化过程是：重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能。

【填空题】
1.人用水桶从井中提水的时候，对水所做的功是　　　功，对桶和绳所做的功是　　　功.
2.起重机将3000N的物体在1min内匀速升高20m，在这段时间内起重机做的功为 6×104 J，起重机的功率为　　　W。
3.如图1所示，某同学在做俯、卧撑运动，可将他视为一个杠杆，他的重心在A点，重力为500N，那么他将身体撑起，双手对地面的压力至少　　　N，若他在1min内做了30个俯卧撑，每次肩部上升的距离均为0.4m，则他的功率至少为　　　W。
图1
4.甲、乙两位同学分别把同样重的木头从一楼搬到三楼，甲用的时间比乙用的时间长，两个对木头做功的大小关系是W甲　　　W乙(选填“>”、“=”或“”、“=”或“<” =)
图8 图9
19.如图9所示，在50N的水平拉力F作用下, 重800N的物体沿水平地面做匀速直线运动, 物体与地面间滑动摩擦力为120N.则滑轮组的机械效率为　　　;若物体的速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功为　　　J.
20.滑轮组既能省力又能改变力的方向. 亮亮用自制的滑轮组来提起500N重物(如图10所示)，绳自由端的拉力F=200N，重物以0.2 m/s的速度匀速上升，不计摩擦和绳重，则动滑轮重　　　N，拉力做功的功率是　　　W，该滑轮组的机械效率等于　　　，当被提起的重物变重时，滑轮组的机械效率就　　　(填“变大”、“变小”或“不变”).
图10 图11
21.建高楼时首先要打好地基.原相同高度的相同地桩，经打击后某一瞬时三个地桩所处的位置如图11所示.由此可知，打桩时，三个重锤中　　　锤的做功本领最大.如果A.B两锤的质量相同，则刚开始下落时,　　　锤的高度要低一些.如果B.c两锤刚下落时的高度相同，则　　　锤的质量要大一些.
图11
22.下列物体中：A.挂在屋顶上的电灯;B.被拉开的弹簧门;C.空中飞行的小鸟;D.在冰场上滑行的运动员;E.从斜坡上滚下的石头;F.在平直公路上行驶的汽车;只具有动跳的是　　　 .只具有势能的是　　　.既具有动能，又具有势能的是　　　.
23.运动员在撑杆跳高时，经历了助跑——起跳——越杆——落下等过程.图12是起跳的情景，此时运动员的　　　能转化为　　　 能.
图12
　　　　　　　　图13
24.在运载火箭的推动下，“神舟五号”载人飞船飞离地面的过程中，速度越来越大，在此过程中，航天英雄杨利伟所具有的动能　　　，具有的机械能 　　　。(选填“变大”、“变小”、“保持不变”)
图13
25.自行车下坡时，不蹬脚踏板速度也会越来越大，在此过程中，自行车的动能逐渐　　　，自行车的重力势能逐渐 　　。(填“增大”、“减小或“不变”)
26.如图13所示，跳伞运动员在“中华第一高楼”——上海金茂大厦进行跳伞。运动员从345m的高度跳下，在下落过程中运动员的重力势能　　　(选填“增大”、“不变”或“减小”)，若以　　　为参照物，运动员是静止的。
图13
27.从能量转化的角度看，“水往低处流”是把　　　能转化为　　　能。
28.古诗文中有许多描述自然现象的优美诗句.如“无边落木萧萧下，不尽长江滚滚来”，从物理学的角度看，滚滚奔流的长江具有巨大的　　　。

【选择题】
1.在图l4的四种情境中，人对物体做功的是(　　　)
提着桶在水平地举着杠铃原地不动 用力搬石头但没有搬动 推着小车前进面上匀速前进
A　　　　　　　 B　　　　　　　　C　　　　　　　　　　 D
图14
2.初二物理兴趣小组的同学学习了功率知识后，进行了“比一比谁上楼功率大”的比赛。其中某同学从一楼跑到三楼用了 　　10s，则他上楼过程中的功率大约是(　　　)
A.3W　　　　B.30W　　　　C.300W　　　　D.3000W
3.图15是使用汽车打捞水下重物示意图，在重物从水底拉到井口的过程中，汽车以恒定速度向右运动，忽略水的阻力和滑轮的摩擦，四位同学画出了汽车功率(P)随时间(t)变化的图象(图16)，其中正确的是( 　　)
图15
图16
4.建筑工地上，起重机几分钟内就能把所需的砖送到楼顶，如果人直接用滑轮组来提升则需要几个小时，其原因是 ( 　)
A.起重机的功率大，做功多 B.起重机的机械效率高，做功慢 　　C.起重机的功率大，做功快 D.起重机的机械效率高，做功多 　　
5.同学们在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时提出了下列假设(1)滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关 (2)滑轮组机械效率高低可能与被物重有关(3)滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关(3)滑轮组机械效率高低可能与与承重绳子段数有关，然后一位同学设计了如图所示的两个滑轮组，进行对比实验来验证提出的假设，则该实验验证的假设是( 　　)
A.(1)　　 B.(2)　　 C.(3)　　 D.(4)
图17 图18 图19
6.如图18所示，小冯分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，用甲滑轮所做的总功为W1，机械效率为η1;用已滑轮所做的总动为W2，机械效率为η2，若不计绳重与摩擦，则(　　　)
A.W1= W2 η1=η2 　　B.W1= W2 η1W2 η1<η2 　　
7.一个工人用如图19所示的滑轮组提起2000N的货物，所用的拉力是800N，绳子自由端被拉下4m，下面说法正确的是(　　 ) 　　
A.总功是3200J，效率是40% 　　B.有用功是8000J，效率是40% 　　C.有用功是3200J，效率是62.