第十一章机械功与机械能
一、单选题
1.一个斜面高为h,长为l,该斜面的机械效率为η.现把重为G的物体沿斜面匀速向上移动,则物体受到的滑动摩擦力的大小为( )
A. +G B. -G C. D.
【答案】D
【解析】有用功为:;
根据得总功为:;
则额外功为:
额外功为克服摩擦力所做的功,所以可得摩擦力为:
。
23
故D正确。
点睛:要理解额外功为克服摩擦力所做的功,先根据有用功和总功求出额外功,额外功为克服摩擦力所做的功,所以根据额外功可求摩擦力的大小。
2.甲、乙两台起重机分别从地面匀速吊起质量相等的集装箱到同一高度,甲、乙两台起重机吊起集装箱的速度分别为0.5 m/s和1 m/s,则( )
A. 甲起重机做功多,功率大
B. 乙起重机做功多,功率大
C. 甲、乙两台起重机做功一样多,但甲功率大
D. 甲、乙两台起重机做功一样多,但乙功率大
【答案】D
【解析】根据题意,甲、乙两台起重机分别质量相等的集装箱到同一高度,则货物的重相等,提升的高度也相等,根据可知,甲、乙两台起重机做功一样多,故AB错误;
甲、乙两台起重机吊起集装箱的速度分别为0.5 m/s和1 m/s,根据可知,拉力相等时,速度大功率大,所以甲起重机功率,乙起重机功率大。
故D正确。
3.用如图所示滑轮组提起重300 N的货物,人所用的拉力为200 N,绳子的自由端被拉下1 m,在此过程中,下列说法不正确的是( )
A. 拉力所做的总功为200 J
B. 滑轮组提升货物所做的有用功为100 J
23
C. 额外功为50 J
D. 滑轮组的机械效率为75%
【答案】B
【解析】A. 拉力为200 N,绳子的自由端被拉下1 m,所以拉力所做的总功为:
,故A正确;
B. 如图有两段绳子拉着动滑轮,所以物体升高的高度为拉力移动距离的一半,即,则滑轮组提升货物所做的有用功为:
,故B错误;
C. 额外功为:
,故C正确;
D. 滑轮组的机械效率为:
,故D正确;
故选B。
点睛:涉及机械效率的问题时,关键是要清楚总功、有用功、额外功都在哪,特别要清楚额外功是对谁做的功,弄清楚这些功后,求效率就显得简单了。
4.爱米参加了运动会的跳高项目,爱米在上升的过程中( )
A. 动能增大 B. 惯性增大 C. 重力增大 D. 势能增大
【答案】D
23
【解析】分析:(1)动能和物体的质量、速度有关;
(2)重力势能和物体的质量、高度有关;
(3)动能和势能统称为机械能。
解答:爱米在上升的过程中,质量不变,重力不变,速度减小,则动能减小;高度增大,则重力势能变大;惯性的大小只与质量有关,质量不变,则惯性不变,故D正确,ABC错误。
故选:D。
【点睛】知道动能、重力势能和机械能大小的影响因素是解决该题的关键。
5.拖拉机在田野里耕地时,一般都走得很慢,这是为了( )
A. 保证耕地质量 B. 获得较大的牵引力
C. 节能燃油 D. 保证安全
【答案】B
【解析】 ∵P=Fv,功率P一定,∴减慢车速v,可以增大拖拉机的牵引力F. 其它选项不符合题意,都错。故选B.
6.春游时,小明和小红决定爬山比赛,他们同时出发,结果又同时到达山顶。想判断谁的功率大,还需知道的物理量是( )
A. 山的高度 B. 二人的体重 C. 爬山的时间 D. 二人身高
【答案】B
【解析】爬上比赛,克服人的重力做功,爬山功率P=,他们同时出发,结果又同时到达山顶,说明登山时间是相同的,要比较功率还要知道二人的体重。故选B.
7.下列说法中,正确的是()
A. 做功越多的则功率越大 B. 功率越大的机械,其效率越高
23
C. 功率越大的机械越省力 D. 功率越小的机械做功不一定少
【答案】D
【解析】A.由可知,不知道做功时间,做功越多的功率不一定越大,故A错误。
B.机械的功率越大表示做功越快,而机械效率是有用功与总功的比值,所以功率越大的机械,其效率不一定越高,故B错误。
C.机械省力不省力与功率的大小无关,故C错误。
D.根据可知W=Pt,因此做功时间长,功率越小的机械做功不一定少,故D正确。
答案为D。
点睛:功率的大小取决于做功多少和所用时间两个因素,与做功的多少、效率的高低、机械是否省力之间没有关系。
8.下列关于功率的说法正确的是( )
A. 功率越大,物体做功越多 B. 功率越大,物体做功时间越短
C. 功率越大,物体做功时间越长 D. 功率越大,物体做功越快
【答案】D
【解析】A. 根据,做功多少不仅与功率有关,还与时间有关,故A错误;
B. 根据,做功时间的长短由做的功的多少和功率共同决定,故B错误;
C. D. 功率越大,表示单位时间内做功越多,即做功越快,故C错误,D正确。
故选D。
9.机器功率的大小与其做功多少的关系是( )
A. 功率越大,所做的功肯定越多 B. 功率越大,越省力
23
C. 功率越大,越省功 D. 功率越大,做功越快
【答案】D
【解析】解答:功率是表示做功快慢的物理量,即功率越大,说明做功快,但不一定做功多,做功的多少是和时间有关的,故A错误,D正确;功率大小与省力不省力无关,故B错误;功率越大表示做功快,但不表示省功,故C错误。
点睛:(1)机械效率是表示有用功所占总功的百分比;即效率越高,有用功所占的比例就越大;(2)功率是表示做功快慢的物理量,即功率越大,做功越快;(3)功率和效率是无必然联系的.
10.甲吊车电动机比乙吊车电动机的效率高,当它们分别匀速提升物体时,则( )
A. 甲吊车的电动机做的有用功较多 B. 乙吊车的电动机做的额外功较多
C. 甲吊车的电动机做功较快 D. 甲、乙两吊车做相同的有用功,乙耗电多
【答案】D
【解析】解答:A、当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时,根据公式W有用=Gh=mgh可知两吊车做的有用功相同,故A错误;B、只有在两辆吊车做的有用功相同时,才能比较两吊车做的额外功的多少,故B错误;C、单位时间内所做的功叫做功率,即做功的快慢是功率,而有用功与总功的比值叫做机械效率,故功率与机械效率没有必然的联系,故C错误;D、两吊车做的有用功相同,乙所做的总功多,消耗的电能多,故D正确.
故选D.
点睛:甲吊车的机械效率比乙吊车的机械效率高,说明甲吊车所做的有用功在总功中占的比值比乙吊车大;把相同质量的物体提高相同的高度,根据公式W有用=Gh=mgh可知:两辆吊车所做的有用功相同;机械效率不同,是因为做的额外功不同,导致总功不同.
11.质量较大的鸽子与质量较小的燕子,在天空中自由翱翔,如果它们的动能相等,那么( )
A. 燕子比鸽子飞得快 B. 燕子比鸽子飞得慢
C. 燕子与鸽子飞得一样快 D. 无法比较
【答案】A
23
【解析】物体的动能与质量和速度有关,鸽子与燕子动能相等,鸽子的质量较大,燕子的质量较小,所以燕子的速度大,飞得快。故选A.
12.甲、乙两个物体,如果它们具有相等的动能,则 ( )
A. 两个物体的质量一定相等 B. 两个物体的速度一定相等
C. 两个物体的质量和速度一定都不相等 D. 两个物体的质量和速度可能都相等
【答案】D
【解析】因为物体的动能大小由两个因素:物体的质量、物体的速度来确定,并且质量越大,速度越大,物体的动能就越大;甲、乙两个物体,它们具有相等的动能,如果甲、乙两物体质量不同,则它们的速度一定不同;如果甲、乙两物体质量相同,则它们的速度也相同.所以只有D选项正确.
故选D.
【点睛】掌握有关物体动能的决定因素的基础知识是解决此题的关键;动能相等时,质量大的,速度小;质量小的,速度大。
13.如图所示,小红和妈妈一起逛商场时,一起乘坐自动扶梯匀速上升,在这一过程中,关于对小红的分析正确的是( )
A. 小红受到重力、支持力和摩擦力的作用
B. 小红的动能增加
C. 小红的重力势能增加
D. 以地面为参照物,小红是静止的
【答案】C
23
【解析】小红只受到重力和支持力的作用,没有受到摩擦力,故A错;小红是匀速运动的,速度不变,所以动能不变,故B错;小红的高度是增大的,重力势能增大,故C正确;小红相对地面的位置在不断改变,所以以地面为参照物,小红是运动的,故D错;应选C。
14.司机开车上坡时,往往加大油门,减速行驶,这样做的目的是( )
A. 增大功率,减小阻力 B. 增大功率,增大牵引力
C. 减小功率,增大牵引力 D. 减小功率,减小阻力
【答案】B
【解析】发动机功率由车辆的油门控制,加大油门时,功率会增加,根据,如果功率一定,V减小,牵引力F会增大。
故选B。
15.把上紧发条的玩具车放置在水平桌面上,玩具车由静止开始加速跑动,此过程中玩具车能量的变化情况是 ( )
A. 弹性势能减小,动能增大
B. 弹性势能减小,动能减小
C. 弹性势能增大,动能增大
D. 弹性势能增大,动能减小
【答案】A
【解析】玩具车加速运动时,速度变大,动能变大;而发条的形变在逐渐变小,发条的弹性势也在不变地变小,故应选A。
16.下列关于功和能的说法正确的是( )
A. 被拉开的弹弓具有弹性势能
B. 用力推车而车未动,因为用了力所以推力做了功
23
C. 人造地球卫星从近地点向远地点运动时势能减小,动能增大
D. 速度小的物体动能一定小
【答案】A
【解析】试题分析:被拉开的弹弓由于发生了弹性形变,所以具有弹性势能,故A正确;用力推车而车未动,有力无距离,故推力不做功,故B错;人造地球卫星从近地点向远地点运动时势能增大,动能减小,故C错;动能的大小与物体的质量和速度都有关系,速度小的物体如果质量较大,动能也不一定小,故D错;应选A。
【考点定位】功和能
17.如图所示,一个质量为50 kg的人,在10 s内连续向上跳12个台阶,已知每个台阶的高度为0.2 m,则人在这段时间内的功率是(g取10 N/kg)( )
A. 1200 W B. 10 W C. 12 W D. 120 W
【答案】D
【解析】试题分析:质量为50kg的人,在10s内连续向上跳12个台阶,已知每个台阶的高度为0.2m,那么他做的功W=Fs=500N×0.2m×12=1200J,由功率的公式P=W/t=1200/10W=120W,故选D。
考点:功率的计算
18.跳远运动的几个阶段如图所示,则运动员( )
A. 助跑过程中机械能不变
B. 起跳后升空的过程中,动能转化为重力势能
23
C. 经过最高点时动能为零
D. 经过最高点时重力势能最小
【答案】B
【解析】试题分析:助跑阶段速度是越来越大的,动能增大,所以机械能是增大的,故A错;起跳后升空的过程中,动能减小,重力势能增大,动能转化为重力势能,故B正确;在最高点时还具有向前的速度,所以动能不为零,故C错;在最高点时的重力势能是最大的,故D错;应选B。
【考点定位】机械能
19.甲、乙两辆汽车在水平公路上行驶,它们的牵引力F甲∶F乙=3∶1,速度v甲∶v乙=4∶1,车重G甲∶G乙=2∶1,则在相等时间内牵引力做的功W甲∶W乙为( )
A. 3∶1 B. 6∶1 C. 12∶1 D. 24∶1
【答案】C
【解析】试题分析:已知甲、乙两辆汽车的速度之比,根据s=vt可知,在相等时间内可求路程之比;根据W=Fs可求牵引力做的功之比.
解:根据v=可得,相等时间内,甲、乙两辆汽车在水平公路上移动的距离之比:
s甲:s乙=v甲t:v乙t=v甲:v乙4:1
牵引力做的功之比:
W甲:W乙=F甲s甲:F乙s乙=×=12:1
故选C.
【点评】本题考查路程和牵引力做功大小之比,关键是公式及其变形的灵活运用.
二、多选题
20.关于功、功率、机械效率说法正确的是( )
23
A. 功率越小,则做功一定越慢 B. 做功越多,则功率一定越大
C. 功率越大,机械效率一定越高 D. 机械效率越高,有用功在总功所占的比例就越大
【答案】AD
【解析】解答:A. 功率表示物体做功的快慢;功率小则做功慢;故A正确;B. 功率的大小等于1s内物体所做的功;做功越多,功率不一定大,还要看时间的大小;故B错误;C. 功率大小与机械效率大小无关,功率和机械效率分别反映不同的物理量;故C错误;D. 机械效率反映使用简单机械时所做有用功在总功中的比例大小;故机械效率越高,有用功在总功所占的比例就越大;故D正确;
故选AD.
点睛:(1)功率表示物体做功的快慢;功率的大小等于1s内物体所做的功;(2)机械效率反映使用简单机械时,所做有用功再总功中的比例大小.
三、填空题
21.如图所示,小强在30 s内用滑轮组将物体A沿水平地面匀速移动6 m,已知物体A重为800 N,它受到的滑动摩擦力为60 N,小强所用拉力为25 N,有用功W有用=________J,此滑轮组的机械效率为________.
【答案】 360 80%
【解析】物体A受到的滑动摩擦力为60 N,沿水平地面匀速移动6 m,有用功即为克服摩擦力所做的功,所以有用功为:
;
由图知,由三段绳子拉着动滑轮,所以拉力移动距离是物体移动距离的3倍,即
23
,小强所用拉力为25 N,所以总功为:
;
此滑轮组的机械效率为:
。
点睛:重点是功和机械效率的计算,要理解水平拉动物体时,做的功应结合摩擦力进行计算,与物体的重没有直接的关系。
22.用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,用它们把相同的重物匀速提升相同的高度.若不计绳重及摩擦,则所用拉力的大小F1________F2,两滑轮组的机械效率η甲________η乙.(以上两空均选填“大于”“小于”或“等于”)
【答案】 大于 等于
【解析】如图甲有两段绳子承担物重,所以拉力为:;
如图乙有三段绳子承担物重,所以拉力为:;
所以拉力的大小F1大于F2;
相同的重物匀速提升相同的高度.所以两次的有用功相等;
不计绳重及摩擦时,额外功为提高动滑轮所做的功,因为提升相同的高度,所以额外功也相等,根据
23
可知,两次的机械效率相等。
点睛:关键是判断有几段绳子承担物体的重(拉着动滑轮),方法是只要数出直接与动滑轮连接的绳子段数即可。
23.日常生活中很多俗语蕴含着丰富的物理知识.如“爬得高,摔得狠”是因为爬高的人重力势能随着高度的增加而________,摔下来就狠了.
【答案】增加
【解析】根据影响重力势能的因素解答。
“爬得高,摔得狠”是因为爬高的人,高度逐渐增加,而人的质量不不变,所以重力势能随着高度的增加而增大,摔下来就狠了。
点睛:重点是影响重力势能大小的因素,当质量不变时,高度增加,重力势能增大,高度降低,重力势能减小。
24.如图所示是玩弹弓的情景.经验表明,橡皮筋拉得越长,同样的“子弹”射得越远,这说明橡皮筋的弹性势能与________________有关;若橡皮筋被拉的长度相同,而所用“子弹”的质量不同,则质量大的“子弹”射出的距离较小,原因是质量大的“子弹”射出时的__________小.
【答案】 橡皮筋的伸长量 速度
【解析】如图所示是玩弹弓的情景.经验表明,橡皮筋拉得越长,同样的“子弹”射得越远,这说明橡皮筋的弹性势能与橡皮筋的伸长量有关;
若橡皮筋被拉的长度相同,而所用“子弹”的质量不同,则质量大的“子弹”射出的距离较小;
原因是橡皮筋的弹性势能相同,转变为动能时,动能的大小相同,而动能与质量、速度有关,所以动能一定时,质量大的“子弹”射出时的速度小。
23
点睛:理解弹性势能产生的原因,即发生弹性形变的物体,由于弹力的相互作用,可以做功,所以具有能,叫做弹性势能。在一定范围内形变越大,具有的弹性势能就越多,反之,则越小。
25.小明用如图所示的实验装置探究“杠杆的机械效率”.实验时,将总重为G的钩码挂在杠杆A处,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,钩码上升的高度为h,弹簧测力计的示数为F,其移动的距离为s,则杠杆的机械效率η=________(用题中给出的物理量表示).若将钩码移动到B点,仍将它匀速提升h的高度,则弹簧测力计的示数F′________(选填“>”“=”或“<”)F,杠杆的机械效率η′________(选填“>”“=”或“<”)η.
【答案】 > >
【解析】将总重为G的钩码挂在杠杆A处,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,钩码上升的高度为h,弹簧测力计的示数为F,其移动的距离为s,则有用功为:;
拉力做的总功为:;
所以杠杆的机械效率为:;
若将钩码移动到B点,则阻力臂增大,而阻力和动力臂不变,根据可知,动力应增大,即弹簧测力计的示数F′>F;
若仍将它匀速提升h的高度,有用功不变,由于阻力臂增大,拉力移动的距离将变小,则提升动滑轮所做的额外将减小,效率会提高,所以此时杠杆的机械效率η′>η。
23
点睛:重点理解机械效率为有用功与总功的比,有用功不变,当额外功减小时,总功减小,所以机械效率会提高。
26.功率的计算公式:______ ,P表示功率,单位是焦/秒(J/s),叫做______ ,简称______ ,符号______ ,1J/s= ______ W,1kW= ______ W.
【答案】 P= 瓦特 瓦 W 1 1000
【解析】单位时间完成的功叫功率,功率的计算公式是P=;功率的单位是J/s,又叫瓦特,简称瓦,符号为:W;电功率单位有W和kW;关系是1J/s=1W,1kW=1000W.
27.在中招体育测试中,李强的跳绳成绩是1min跳180次。他的质量为50kg,每次跳起的高度约为6cm,他每次跳绳时克服重力做功______J,跳绳时克服重力做功的平均功率约为______W.(g取10N/kg)
【答案】 30 90
【解析】分析:跳绳过程是克服自身重力做功的过程,根据计算1min内所做的功,再由求出功率。
解答:由题知:m=50kg;h=6cm=0.06m;t=1min=60s;他每次跳绳时克服重力做功:;1min内做功:;跳绳时克服重力做功的平均功率:。
故答案为:30;90。
【点睛】考查功与功率的计算,本题需要注意的是跳绳所做的总功(等于每次所做的功乘以跳绳的次数)与做功的时间。
28.在体操比赛的“鞍马”项目中,运动员上“马”前要踩踏板,如图所示,当脚接触跳板M直至弹簧K被压缩至最短的过程中,运动员的动能先_____后_____。(填“增大”、“不变”或“减小”)
23
【答案】 增大 减小
【解析】解答:当脚接触跳板M直至弹簧K被压缩至最短的过程中,分为两个阶段:①当向下的压力大于弹力时,合力方向向下,做加速运动,即速度越来越大,此过程中动能增大;②当向下的压力小于弹力时,合力方向向上,做减速运动,即速度越来越小,直至为0,动能逐渐减小;因此动能先增大后减小。
点睛:动能大小的影响因素:质量和速度.质量一定,速度越小,动能越小.
当弹簧被压缩时会产生弹力,根据弹力大小的变化来判断对运动员下落速度的影响,从而确定动能的大小变化.
29.为探究重力势能的大小与什么因素有关,小明利用带有四个铁钉的小方桌、沙箱及质量不同的重物(圆柱体铁块及方形木块)设计并进行了如图所示实验.
(1)实验中通过观察________来判断物体重力势能的大小.
(2)要探究重力势能大小与高度的关系应选择图________和图________进行分析比较.实验中被控制的物理量是________.得出的实验结论是:质量相等时,物体越高,重力势能越________.
(3)如图2和如图3探究的问题是________.
【答案】 方桌陷入沙中的深浅 1 2 质量 大 高度相同时,物体重力势能与质量的关系
【解析】(1)重力势能的大小无法直接观察到,所以采用转换法,通过观察方桌陷入沙中的深浅来判断重力势能的大小;(2)如果探究重力势能与高度的关系,必须保证物体的质量相等,而如图和如图使用的是同一物体,从不同高度落下,通过探究可得质量相等时,物体越高,重力势能越大;(3)由图可知,如图和如图中物体不同,即质量不同,但是从同一高度落下,所以探究的问题是高度相同时,重力势能的大小与质量的关系。
点睛:(1)该实验采用转换法,通过观察方桌陷入沙中的深浅来判断物体重力势能的大小;(2
23
)当探究重力势能与高度的关系时,必须保证物体的质量相等;(3)图2和图3中物体的质量不同,但高度相同,所以探究的问题是重力势能大小与质量的关系。
30.优秀自行车运动员长时间运动的功率约为70瓦,表示的意义是_____________________。
【答案】每秒做功70J
【解析】功率是反映物体做功快慢的物理量,数值上等于物体一秒内做的功。
四、计算题
31.如图所示是建筑工人利用滑轮组从竖直深井中提取泥土的情形.某次操作中,工人用400 N的拉力F在1 min内将总重为900 N的泥土匀速提升5 m.在这段时间内:
(1)拉力F所做的有用功是多少?
(2)拉力F做功的功率是多少?
(3)滑轮组的机械效率是多少?
【答案】(1)4500 J.(2)100 W.(3) 75%.
【解析】(1)将总重为900 N的泥土匀速提升5 m.根据计算有用功为:
;
(2)由图知,有三段绳子拉着动滑轮,所以拉力移动的距离是物体升高距离的3倍,即:,拉力F为400 N,时间为1min,即60s。
23
所以拉力做的总为:
拉力做功的功率为:
;
(3)滑轮组的机械效率是:
。
点睛:重点是机械效率和功率的计算,关键是总功、有用功、额外功的计算,弄清楚这些功后,求效率和功率就显得简单了。
32.为寻找失联的飞机航班,我国启用了“蓝鳍金枪鱼﹣21”简称(金枪鱼)自主水下航行器进行深海搜寻.“金枪鱼”质量为750kg最大潜水深度为4500m,(g取10N/kg).若漂浮在海面的“金枪鱼”,由起重装置将其匀速竖直吊离海面.起重装置拉力的功率随时间变化的图象如图所示,图中P3=3P1 . 求t1时刻起重装置对“金枪鱼”的拉力(不考虑水的阻力).
【答案】2500N.
【解析】解:由图像可知,在t3时刻之后,“金枪鱼”已完全离开水面,起重装置将其匀速竖直吊离海面,受到平衡力的作用,即拉力F3=G=mg=750kg×10N/kg =7500N,
功率P3=F3v
在t1时刻,起重装置对“金枪鱼”的拉力为F1,功率P1=F1v,
已知P3=3P1,即F3v=3 F1v,
23
所以t1时刻起重装置对“金枪鱼”的拉力
答:t1时刻起重装置对“金枪鱼”的拉力为2500N。
点睛:正确运用二力平衡的知识和功率的公式P=Fv是解答本题的关键。
33.如图所示:用滑轮组拉动重500N的物体在水平支持面上以2m/s的速度做匀速直线运动,且物体所受摩擦力是物重的0.2倍,问:
(1)若不计机械自重及滑轮与轴之间的摩擦,则拉力F是多大____?
(2)若滑轮组的机械效率是90%,则F的大小是多大____?(保留一位小数)
(3)可见,使用滑轮组时可以省力不能省功,在物理学中这一原理称为______ 。
【答案】 50N 55.6N 功的原理
【解析】(1)由图知,此滑轮组由n=2段绳子拉着物体,所以F==50N;(2)根据η= =90%,解得:F55.6N;(3)使用滑轮组时可以省力不能省功,在物理学中这一原理称为:功的原理。
五、实验题
34.为了模拟研究汽车超载和超速带来的安全隐患,小明选用小车、斜面、木板、钩码、木块等器材进行如下的实验探究:
23
(1)为了研究汽车超速问题,实验中应选择_______两个图进行比较,得到的结论是:小车的质量一定时,速度越大,则动能越大;
(2)为了研究汽车超载问题,实验中应选择乙、丙两个图进行比较,得到的结论是_______。
【答案】 甲、乙 小车的速度一定时,质量越大,动能越大
【解析】(1)超速是指汽车的质量一定,速度越大,动能越大。实验中应选择甲、乙两个图进行比较,得到的结论是:小车的质量一定时,速度越大,则动能越大;(2)为了研究汽车超载问题,实验中应选择乙、丙两个图进行比较,得到的结论是:小车的速度一定时,质量越大,动能越大。
点睛:动能大小的影响因素:质量和速度。根据控制变量法可进行实验并得出结论:质量一定时,速度越大,动能越大;速度一定时,质量越大,动能越大。
35.实验小组的同学用如图所示的装置探究“物体动能大小与质量和速度的关系”。将钢球从某一向度由静止释放,钢球摆到竖直位置时,撞击水平木板上的木块,将木块撞出了一段距离。
(1)本实验钢球动能的大小是通过_____来判断的。该科学探究方法叫做_____。
(2)下表是他们记录的实验数据,从表中数据分析可知,该实验探究的是物体动能的大小与_____的关系。在第3次实验中,木块被撞后滑出木板,需要重做第3次实验,请你给他们第3次实验操作提出一条合理的建议:_____。
(3)由实验数据和现象可得出结论:_____。
(4)本实验的科学研究方法还用到了控制变量法,请写出一个你所学的物理探究实验中,用到了这个研究方法的实验探究是:_____。
【答案】 木块被推动的距离 转换法 质量 用同样较长的木板 速度一定时,质量越大动能越大 探究通电导体产生的热量跟哪些因素有关
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【解析】 (1)让钢球从某一高度由静止释放,使钢球获得动能;钢球动能的大小是通过钢球对木块做功的多少来体现出来的,木块滑行的距离越长,就表示钢球的动能越大,该科学探究方法叫做转换法;(2)让钢球从斜面的同一高度处释放,使钢球到达最底端的速度相同,从而探究动能与质量的关系;钢球质量越大,通过木块移动距离越大,因此,第3次实验应换用较长的同样木板;(3)由表中的数据知:速度一定时,质量越大动能越大。(4)本实验的科学研究方法还用到了控制变量法,用控制变量法的探究实验很多,如探究滑动摩擦力与什么因素有关。
点睛:(1)让钢球从某一高度由静止释放,使钢球获得动能;一个物体能够做功就说这个物体具有能量,若物体做的功越多就说明物体具有的能量越大.(2)影响动能大小的因素是质量和速度,在研究时要采用控制变量法,速度相同是研究动能与质量的关系;(3)运用控制变量法,通过数据得出结论.
36.下表是小明做“测量滑轮组的机械效率”实验时收集的有关数据.
(1)请你将表格中的数据补充完整:①________;②________;③________.
(2)请在如图中画出实验中滑轮组的绕绳方法___________ .
(3)用同一滑轮组提升不同重物至同一高度,提升的物重越大,滑轮组的机械效率越________(选填“高”或“低”).
(4)第一次实验中,提升钩码所用的时间为1.5 s,则拉力的功率是________W.
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【答案】 0.1 0.33 66.7% 高 0.14
【解析】(1)①第一次实验中的有用功为:
;
②第二次实验的总功为:
;
③第三实验的机械效率为:
;
(2)由实验数据知,拉力移动的距离是物体升高距离的3倍,所以应有三段绳子拉着动滑轮,根据“奇动,偶定”的规则绕绳,如图:
(3)由三次的实验数据故而,用同一滑轮组提升不同重物至同一高度,提升的物重越大,滑轮组的机械效率越高。
(4)第一次实验中,总功为0.21J,提升钩码所用的时间为1.5 s,所以拉力的功率是:
。
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点睛:涉及机械效率的问题时,关键是要清楚总功、有用功、额外功都在哪,特别要清楚额外功是对谁做的功,弄清楚这些功后,求效率和功率就显得简单了。
37.小明猜想:动能的大小可能与物体的质量和物体的速度有关.因此,他设计了如下两种实验方案:
A.让同一辆小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑,与放在水平面上的木块相碰,比较木块在水平面上移动的距离(如图甲所示).
B.让不同质量的小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑,与放在水平面上的木块相碰,比较木块在水平面上移动的距离(如图乙所示).
上述两种实验方案中:
(1)A方案是为了探究物体的动能大小与________的关系.木块被撞后移动的距离越远,说明小车对木块的推力________越多,小车撞击木块时的动能________(选填“越大”或“越小”).
(2)小明想用B方案探究物体的动能大小与质量的关系.该方案是否合理?________,理由是________________________________________.
【答案】 速度 做功 越大 不合理 没有控制小车到达水平面时的速度相同
【解析】 (1)实验中,让小车处在不同的高度,反映了速度不同,这样设计的目的是为了研究动能与速度的关系;(2)要探究动能大小与质量的关系,应该控制小车的速度相同,让小车从斜面的同一高度滑下。
点睛:(1)动能的大小与质量和速度有关.小车的动能多少决定了木块运动距离的长短.此实验把动能的大小转换为木块被撞击后运动的距离,距离越远表明小球的动能越大;(2)该实验利用了控制变量法,如果探究动能大小与质量的关系,必须保证运动速度相同,应该使小车从斜面的相同高度滑下。
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