第13课时 机械能及其转化
一、选择题
1.[2018·天津]中国选手张湘祥在奥运会上获得男子举重62 kg级冠军,挺举成绩是176 kg,图13-13为他比赛时的照片。他在挺举过程中对杠铃做的功最接近 ( )
图13-13
A.600 J B.1200 J
C.1800 J D.3400 J
2.[2018·绵阳]蹦床运动是奥运会比赛项目。运动员比赛开始前直立在蹦床中央,比赛开始时快速下蹲并立即恢复直立被蹦床弹起,离开蹦床时是成直立状态并一直保持,到达最高点后下落到接触蹦床时又快速下蹲并立即恢复直立。再次被蹦床弹起,达到更高点。忽略空气阻力,下列说法正确的是 ( )
图13-14
A.在此整个过程中,运动员机械能守恒
B.在此整个过程中,运动员机械能一直在增加
C.从离开蹦床到下落接触蹦床的过程中,运动员机械能守恒
D.从下落接触蹦床到离开蹦床的过程中,运动员机械能守恒
3.[2018·淄博]如图13-15所示,弯曲跳板把人弹至高处,这个过程中人的动能和重力势能的变化情况是 ( )
图13-15
A.动能减小,重力势能增大
B.动能增大,重力势能减小
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C.动能先增大后减小,重力势能增大
D.动能先减小后增大,重力势能减小
4.[2018·连云港]如图13-16所示,一物块从光滑斜面上A点由静止滑下,B为斜面AC的中点,设物块在AB段重力做功为W1,重力做功的功率为P1;在BC段重力做功为W2,重力做功的功率为P2,则下列关系正确的是( )
图13-16
A.W1>W2,P1>P2 B.W1=W2,P1=P2
C.W1=W2,P1W2 B.W1P2 D.P1W2
D.0~6 s两次拉力对物体做功的功率P1P2,故C正确,D错误。
9.D [解析] 由题图可知,水平使用滑轮组,n=2,拉力端移动速度v=2v物=2×0.1 m/s=0.2 m/s,拉力做功的功率P2=F2v=3 N×0.2 m/s=0.6 W,故A正确,不符合题意。不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦,弹簧测力计的示数F=3F2=3×3 N=9 N,故B正确,不符合题意。物体B做匀速直线运动,水平方向受力平衡;物体B水平方向受滑轮组的拉力F'=2×F2=2×3 N=6 N,受物体A水平向右的摩擦力fB,因此fB=F'=6 N。同时,物体B对A的摩擦力大小为6 N,方向向左。物体A相对于地面静止,则水平方向上受力平衡,由于受到向右的拉力F1=4 N,受到物体B对其向左的摩擦力6 N,则还需要受到地面向右的摩擦力才能受力平衡,故物体A与地面之间有摩擦力,故C正确,不符合题意。如果增大F2,B对A的压力和接触面的粗糙程度不变,B与A之间的摩擦力不变,A受力不变,还是处于静止状态,故D错误,符合题意。
10.C
11.D [解析]
12
让同一小车从同一斜面同一高度由静止滑下,其一开始具有的重力势能是相同的,最后小车在水平面静止,其机械能为零,因此,整个过程中,消耗的机械能是相同的,故A错误。小车到达水平面时的速度相同,说明一开始的动能相同,最后静止时动能都为零,因此,消耗的动能是相同的,与小车运动的距离无关,故B错误。小车运动过程中,将机械能转化为自身的内能和接触面的内能,因此,小车在毛巾、棉布和木板上运动的距离不同,每次小车获得的内能也可能不同,故C错误。由前面的分析可知,小车一开始的机械能是相同的,其最终克服阻力做功,机械能变为零,机械能减少的量相同,因此,每次小车克服阻力所做的功相同,故D正确。
12.AD
13.ACD [解析] 由图可以看出,n=3。物体10 s内移动的距离是s1=vt=0.1 m/s×10 s=1 m,则绳子自由端移动的距离为s2=ns1=3×1 m=3 m,故A正确;拉力F做的功为总功其大小是W总=Fs2=30 N×3 m=90 J,则此过程中有用功为W有=W总η=90 J×80%=72 J,故B错误;拉力F的功率为P=W总t=90J10s=9 W,故C正确;物体与地面间的滑动摩擦力f=W有s1=72J1m=72 N,故D正确。
14.大于 100
[解析] 因为物体在拉力作用下做匀速直线运动,对物体进行受力分析可知,受到沿斜面方向向上的拉力F与沿斜面方向向下的摩擦力和重力沿斜面方向向下的分力,三力平衡,故物体受到的拉力大于斜面对物体的摩擦力;拉力做功的功率为P=Wt=Fst=200N×3m6s=100 W。
15.(1)球陷入沙中的深度 A (2)质量 (3)动能
[解析] (1)根据球陷入沙中的深度可以判断出球A释放前的重力势能最大。(2)比较A、C两球可以得出影响重力势能大小的因素是物体的质量。(3)球在空中下落时,高度减小,重力势能减小,速度增大,动能增大,重力势能转化为动能。
16.(1)让钢球从高处由静止摆下 (2)速度 质量
(3)0.06 甲
(4)速度一定时,质量越大,动能越大
[解析] (3)由题意可知,钢球的重力为G=mg=0.02 kg×10 N/kg=0.2 N,钢球下降的距离为h=30 cm=0.3 m,钢球的重力做的功即钢球获得的动能Ek=Gh=0.2 N×0.3 m=0.06 J,则钢球对木块最多做0.06 J的功;该实验是在速度一定时,改变物体的质量,探究动能的大小与质量的关系,动能的大小通过木块移动的距离来反映,因此钢球的高度和木块的大小均不能改变,应改变木板的长度,即采用甲同学的建议。
17.解:(1)气体流速越大,压强越小
(2)BC
(3)f=0.5G=0.5m总g=0.5(m飞机+m水)g=0.5×(41.5×103 kg+8.5×103 kg)×10 N/kg=2.5×105 N,
因为匀速直线飞行,所以牵引力F=f=2.5×105 N,
v=36 km/h=10 m/s,
s=vt=10 m/s×60 s=600 m,
W=Fs=2.5×105 N×600 m=1.5×108 J。
P=Wt=1.5×108J60s=2.5×106 W。
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18.解:(1)小东步行180步的路程s=0.5 m×180=90 m,
步行的速度v=st=90m60s=1.5 m/s。
(2)小东走一步时重心上升的高度
h=65 cm-(65cm)2-(25cm)2=5 cm=0.05 m,
小东走一步克服重力所做的功
W=Gh=mgh=50 kg×10 N/kg×0.05 m=25 J。
(3)小东走一步所用的时间为t'=60s180=13 s,
小东正常步行克服重力做功的功率为P=Wt'=25J13s=75 W。
19.解:(1)由图可知,n=2,则绳端移动的距离
s绳=ns物=2×2 m=4 m,
人的拉力所做的功W=Fs绳=18 N×4 m=72 J。
(2)拉力做功的功率P=Wt=72J4s=18 W。
(3)因为物体移动时受到地面的摩擦力为物重的0.35倍,
所以物体受到的摩擦力f=0.35G=0.35×100 N=35 N,
因物体匀速移动时处于平衡状态,物体受到的拉力F拉和摩擦力是一对平衡力,
所以,滑轮组对物体的拉力F拉=f=35 N,
不计绳重及机械的摩擦,由F=1n(G动+F拉)可得,动滑轮的重力G动=nF-F拉=2×18 N-35 N=1 N。
20.解:(1)降落伞和重物的总重力
G=mg=7.5 kg×10 N/kg=75 N,
由图可知,落地前最后2 s,降落伞和重物的下降速度是5 m/s,
则最后2 s下降的高度h=v2t=5 m/s×2 s=10 m,
这段时间重力做功W=Gh=75 N×10 m=750 J,
这段时间重力做功的功率P=Wt=750J2s=375 W。
(2)匀速下落时,降落伞和重物受到的摩擦力等于重力,f=G=75 N。
刚开始减速时降落伞和重物受到的合外力大小F=f1-G,
则f1=F+G=225 N+75 N=300 N。
刚开始减速时f1=kv1n=k×(10 m/s)n=300 N①,
匀速下落时,f=kv2n=k×(5 m/s)n=75 N②,
联立①②解得n=2,k=3 N·s2/m2,所以阻力的表达式为f=3 N·s2/m2×v2。
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21.解:(1)l3v0
(2)3l
(3)加速带的长度s=v平均T=2v0×l3v0=23l,
加速带对10个小球做的总功W=10Fs=10×F×23l=20Fl3,
加速带对10个小球做功的总时间t总=lv0+T=lv0+l3v0=4l3v0,
加速带对10个小球做功的总功率P=Wt总=20Fl34l3v0=5Fv0。
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