素养全练10 功和机械能
(时间:45分钟 满分:100分)
基础巩固
一、选择题(每小题4分,共24分)
1.(2018湖南长沙)下列关于功的说法正确的是( )
A.小明用力推发生故障的汽车而未推动时,推力对汽车做了功
B.吊车吊着重物沿水平方向匀速运动一段距离时,吊车的拉力对重物做了功
C.足球在水平地面上滚动一段距离时,重力对足球做了功
D.举重运动员从地面将杠铃举起的过程中,举重运动员对杠铃做了功
答案:D
解析:用力推发生故障的汽车而未推动时,在推力的方向上没有移动距离,故推力对汽车没有做功,故A错误;吊车吊着重物沿水平方向匀速运动一段距离时,拉力方向竖直向上,移动距离的方向水平向前,两个方向相互垂直,故吊车的拉力对重物没有做功,故B错误;足球在水平地面上滚动一段距离时,移动距离的方向水平向前,重力的方向竖直向下,两个方向相互垂直,故重力对足球没有做功,故C错误;运动员从地面将杠铃举起的过程中,力的方向竖直向上,移动距离的方向也竖直向上,两个方向一致,故举重运动员对杠铃做功,故D正确。
2.(2018广东广州)如图所示,OQ是水平地面,物体在水平拉力作用下从O点匀速运动到Q点,OP段拉力F1为300 N,F1做的功为W1,功率为P1;PQ段拉力F2为200 N,F2做的功为W2,功率为P2。则( )
A.W1>W2 B.W1P2 D.P1F2,所以根据P=Wt=Fst=Fv可知,P1>P2,故C正确、D错误。
3.
9
(2017四川南充)将一个重为4.5 N的物体沿斜面从底端匀速拉到顶端(如图所示),斜面长1.2 m,高0.4 m,斜面对物体的摩擦力为0.3 N(物体大小可忽略)。则下列说法正确的是( )
A.沿斜面向上的拉力为0.3 N
B.有用功为0.36 J,机械效率为20%
C.有用功为1.8 J,机械效率为20%
D.总功为2.16 J,机械效率为83.3%
答案:D
4.(2018山东临沂)如图所示,单摆中的小球在A、B、C间不停地往复运动,如果不考虑阻力的影响,以下说法错误的是( )
A.小球在A、C处的势能最大
B.小球在B处只受重力作用
C.小球由A到B过程中,重力势能转化为动能
D.小球运动到C处时,如果受到的外力全部消失,将保持静止
答案:B
解析:小球的质量不变,在A、C处的高度最高,重力势能最大,故A正确;小球在B处受到重力和绳子的拉力的共同作用,故B错误;小球由A到B过程中,不计阻力,机械能守恒,高度减小,速度增加,重力势能减小,动能变大,重力势能转化为动能,故C正确;小球运动到C处时,处于静止状态,如果受到的外力全部消失,小球仍然会静止,故D正确。
5.(2018广西玉林)图示为正在加速下降的足球,在此过程中,对其机械能的变化情况,下列分析正确的是( )
A.动能增大,重力势能减小
B.动能减小,重力势能增大
C.动能增大,重力势能增大
D.动能减小,重力势能减小
9
答案:A
解析:正在加速下降的足球,质量不变,速度变大,动能增大,同时高度下降,重力势能减小,故A正确。
6.(2018山东烟台)如图所描述的情景中,没有发生动能转化为势能的是( )
答案:A
解析:滑滑梯时,人的高度降低,速度变大,是重力势能转化为动能,没有发生动能转化为势能,故A正确;荡秋千时,在从低处向高处运动时,人与秋千的速度减小,高度增加,是动能转化为重力势能,故B错误;在跳水比赛中,人向上弹起的过程中,高度增大,速度减小,是动能转化为重力势能,故C错误;在单杠上翻转时,若人由下向上运动,人的速度减小,高度增加,是动能转化为重力势能,故D错误。
二、非选择题(共36分)
7.(6分)(2018江苏镇江)小明通过机械将重100 N的重物在5 s内竖直向上匀速提升了2 m,机械效率为80%,则此过程中有用功W有= J,额外功W额= J,小明做功的功率P= W。答案:200 50 50
解析:此过程中有用功:
W有用=Gh=100N×2m=200J;
根据η=W有W总可知,W总=W有η=200J80%=250J;
额外功W额=W总-W有用=250J-200J=50J;
小明做功的功率:P=W总t=250J5s=50W。
8.(4分)(2018云南)如图所示,用滑轮组把质量为80 kg的物体匀速提升3 m,若拉力F=500 N,则滑轮组的机械效率为 ,若不计绳重和摩擦,则动滑轮受到的重力为 N。(g取10 N/kg)
答案:80% 200
解析:(1)物体的重力:G=mg=80kg×10N/kg=800N,
做的有用功:W有用=Gh=800N×3m=2400J,
由图知,n=2,
拉力端移动距离s=2h=2×3m=6m,
拉力做的总功:W总=Fs=500N×6m=3000J,
9
滑轮组的机械效率:
η=W有用W总×100%=2400J3000J×100%=80%;
(2)不计绳重和摩擦,拉力F=12(G+G动),则动滑轮重力:
G动=2F-G=2×500N-800N=200N。
9.(4分)(2018四川德阳)如图所示,沿斜面把质量为12 kg的一个物体匀速拉到最高处,沿斜面向上的拉力是F=100 N,斜面长2 m、高1 m,则其机械效率是 %,物体所受摩擦力是 N。(g取10 N/kg)
答案:60 40
解析:(1)有用功:
W有=Gh=mgh=12kg×10N/kg×1m=120J;
拉力做的总功:W总=Fs=100N×2m=200J;
斜面的机械效率:η=W有用W总×100%=120J200J×100%=60%;
(2)额外功:W额=W总-W有=200J-120J=80J,
由W额=Ffs可得,物体所受的摩擦力:Ff=W额s=80J2m=40N。
10.(4分)(2018云南)如图所示,光滑斜面PM与水平面MN平滑连接,弹簧左端固定。小物块在斜面上从P点由静止滑向M点的过程中,机械能 ;小物块压缩弹簧的过程中,弹簧的弹性势能 (均选填“变大”“变小”或“不变”)。
答案:不变 变大
解析:小物块从P向M运动过程中,斜面光滑,只有重力势能与动能的转化,机械能守恒,故机械能不变;弹簧被压缩过程中,其机械能转化为弹簧的弹性势能,所以弹簧的弹性势能变大。
11.(3分)(2017湖南邵阳改编)如图所示,物体在5 N的水平拉力F作用下,沿水平面以0.2 m/s 的速度匀速运动了4 s,拉力F的功率为 W。
〚导学号77164125〛
答案:2
解析:由题图可知,该滑轮为动滑轮,物体运动的速度为0.2m/s,则绳子的自由端的速度为v=2×0.2m/s=0.4m/s;拉力F的功率为P=Fv=5N×0.4m/s=2W。
9
12.(4分)如图所示,在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中,让同一钢球A从斜面上不同的高度由静止滚下,撞到同一木块上。实验中,通过观察 来判断钢球动能的大小;本实验用到的科学研究方法是 (说出一种即可)。
答案:木块B被推动的距离 控制变量法或转换法
13.(6分)(2018重庆)某公司研发的智能服务机器人,它具有净化室内空气、陪伴老人聊天散步等功能。若它在50 N的牵引力作用下,以0.5 m/s的速度在水平地面匀速直线行驶60 s,求:
(1)它行驶的路程;
(2)此过程中牵引力所做的功。
答案:(1)30 m (2)1 500 J
解析:(1)s=vt=0.5m/s×60s=30m;
(2)W=F·s=50N×30m=1500J。
14.(5分)(2017吉林改编)利用动滑轮把重30 N的物体竖直向上提升5 m,所用拉力是20 N。求:
(1)拉力所做的功。
(2)动滑轮的机械效率。
答案:(1)200 J (2)75%
解析:(1)使用动滑轮n=2,提升物体的高度h=5m,则绳子自由端移动的距离s=2h=2×5m=10m,提起物体所做的总功:W总=Fs=20N×10m=200J
(2)提起物体所做的有用功:
W有=Gh=30N×5m=150J
滑轮组的机械效率:
η=W有W总×100%=150J200J×100%=75%
能力提升
一、选择题(每小题4分,共16分)
1.(2018江苏盐城)小明将掉在地面上的物理书捡起来放在课桌上,他对课本所做功最接近于( )
A.0.02 J
B.0.2 J
C.2 J
D.20 J
答案:C
解析:一本物理课本的质量约200g,
G=mg=0.2kg×10N/kg=2N,
课桌高度约为1m,人对课本做的功:
W=Gh=2N×1m=2J。
9
2.(2017四川德阳)一定质量的物体在水平拉力的作用下沿水平面运动,物体运动的路程(s)—时间(t)图象如图所示,根据图象,下列判断正确的是( )
A.物体10 s时的速度大于4 s时的速度
B.0~6 s拉力对物体所做的功大于6~12 s拉力对物体所做的功
C.0~6 s拉力对物体做功的功率小于6~12 s拉力对物体做功的功率
D.0~6 s物体所受的拉力大于6~12 s物体所受的拉力
答案:B
解析:由图象可得,物体处于平衡状态。0~6s和6~12s物体以不同的速度做匀速直线运动,而0~6s过程中通过的路程是3m,6~12s的过程中通过路程为1m,因为相同时间内通过的路程越多,速度越大,因此0~6s过程中的速度大于6~12s的过程中的速度,即4s时的速度大于10s时的速度,故选项A错误;0~6s过程中通过的距离为3m,6~12s的过程中通过的距离为1m,而拉力相同,由W=Fs可知,0~6s内钢索拉力做的功大于6~12s内钢索拉力做的功,故选项B正确;由于速度发生了改变,根据P=Fv可知,由0~6s过程中的速度大于6~12s的过程中的速度,0~6s拉力对物体做功的功率大于6~12s拉力对物体做功的功率,故选项C错误;因为物体做匀速直线运动,拉力等于阻力,0~6s物体所受的拉力等于6~12s物体所受的拉力,故选项D错误。
3.(2018湖北襄阳)在排球比赛中,小明把排球竖直向上抛出,排球在运动中动能E随时间t变化的图象最接近的是( )
答案:A
解析:小明把排球竖直向上抛出,排球向上运动,高度变高,速度减小,动能转化为重力势能,动能减小,到达最高点时速度为0,动能为0;排球在重力的作用向下运动,高度减小,速度变大,重力势能转化为动能,动能变大,故动能先减小至0,然后再增大,故A符合题意。
4.
(预测题)如图所示,使用滑轮组提升重物时,能提高机械效率的是(忽略绳重和摩擦)( )
A.改变绕绳方式
9
B.减小动滑轮的质量
C.减小提升重物的高度
D.减小被提升物的质量
答案:B
解析:改变绳子的缠绕方法,对重物被拉升没有影响,即对有用功没影响;忽略绳重和摩擦,对动滑轮的拉升也没有影响,即不影响额外功,所以改变绕绳方式不影响机械效率,故A错;减少动滑轮的重力,在提升物体重力不变的情况下,即有用功不变的情况下,额外功减小了,所以机械效率就提高了,故B正确;减少重物提升高度的时候,绳端被拉升的距离也变短了,根据η=W有用W总×100%=GhFs=GhFnh=GnF,可知机械效率并不受影响,故C错;减小被提升物的质量,就减小了重物的重力,忽略绳重和摩擦,在动滑轮不变的情况下,即额外功不变的情况下,有用功减小了,所以机械效率就降低了,故D错误。
二、非选择题(共24分)
5.(6分)(2018四川眉山)如图所示,一同学在用滑轮组匀速提升不同重物时,记录下了绳子自由端拉力F与对应所提升的物体的重力G,如下表:
G/N
1
2
3
4
5
6
F/N
0.8
1.3
1.8
2.3
2.8
3.3
根据上表数据分析可知,绳子自由端拉力F与物体重力G的关系式为F= ;当物体重力G=10 N时,此滑轮组的机械效率η= 。
答案:0.5G+0.3 N 94.3%
解析:由表格数据可知,重力G每增大1N,绳子自由端的拉力F增大0.5N,所以F与G成一次函数关系,设F与G关系的表达式为F=kG+b,将表格中任意两组数据代入表达式,可得k=0.5,b=0.3N。
所以拉力F与物体所受重力G的关系式:
F=0.5G+0.3N;
当物体重力G=10N时,此时的拉力:
F=0.5×10N+0.3N=5.3N;
由图可知,有两段绳子拉着动滑轮,滑轮组的机械效率为:η=W有W总=GhFs=GhF×2h≈94.3%。
9
6.(4分)(2018山东济宁)如图所示,跳水运动员为获得充足的空间滞留时间,都会在跳水前先用力下压跳板,以便利用跳板的 让自己上升得更高。不计空气阻力,运动员从离开跳板到入水的过程中,
(选填“离开跳板”“最高点”或“入水”)时动能最大。
答案:弹性势能 入水
解析:(1)在跳水前先用力下压跳板,跳板发生弹性形变,具有弹性势能,跳板恢复原状时,弹性势能转化为运动员的动能,运动员离开跳板后动能转化为重力势能,这样可以使自己上升得更高;
(2)不计空气阻力,运动员离开跳板上升至落回到跳板相同高度时,运动员的动能等于起跳离开时的动能;从该位置下落到入水前,重力势能减小、动能增加,到入水时的动能最大。
7.(8分)(2017浙江湖州)建筑工人利用如图所示装置,将质量为100 kg的沙袋从地面匀速提到3 m高的一楼楼面,用时30 s。已知动滑轮的质量为8 kg,不计绳子重力和摩擦。(g取10 N/kg)求:
(1)拉力的大小;
(2)这段时间内人拉绳子做功的功率。
答案:(1)540 N (2)108 W
解析:(1)物体的重力为G=mg=100kg×10N/kg=1000N;
动滑轮的重力为G轮=m轮g=8kg×10N/kg=80N;
则拉力为F=1n(G+G轮)
=12×(1000N+80N)=540N;
(2)拉力移动的距离为s=2h=2×3m=6m;
拉力做的功为W=Fs=540N×6m=3240J;
拉力的功率为
P=Wt=3240J30s=108W。
8.(6分)共享自行车的普及给人们出行提供了方便,也符合我国提倡的“绿色出行,低碳生活”理念。王明同学骑着自行车在平直的水平路面上匀速行驶,10 min行驶了3 000 m,骑行过程中使人和车前进的动力恒为20 N。求:
(1)自行车的速度;
(2)骑行10 min动力所做的功。
答案:(1)5 m/s (2)6×104 J
解析:(1)自行车的速度:
9
v=st=3000m10×60s=5m/s;
(2)骑行10min动力所做的功
W=Fs=20N×3000m=6×104J
9
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