资源描述
课时训练(十) 功、功率和机械能
(限时:50分钟)
|对点训练|
【考点1】 知道机械功的规定、定义式W=Fs和单位:焦耳(简称焦,符号为J);能在具体问题中判断力是否做功;能运用该定义式进行计算。(B)
1.[2019·黑龙江]如图K10-1所示,力对物体做功的是 ( )
图K10-1
2.[2019·海南]用大小相同的力F,作用在质量不同的物体上,使它们分别在同一水平面上沿力的方向移动相同的距离s,如图K10-2所示,力F所做的功分别为W1和W2,则 ( )
图K10-2
A.W1=12W2 B.W1=W2
C.W1=2W2 D.W1=4W2
3.[2019·邵阳]一物体在水平拉力F的作用下,沿力的方向以0.2 m/s的速度匀速运动了4 s,拉力F的大小为5 N,则4 s内拉力F做的功为( )
A.1 J B.3 J
C.2 J D.4 J
4.在水平地面上,用50 N的水平拉力拉重力为100 N的小车,使小车沿水平方向前进5 m,则在此过程中,拉力所做的功为 J,重力所做的功为 J。
5.[2019·山西]小明利用“3D”打印机打印出和自己大小一样的“自己”模型,但质量只有自己的110,这个模型的密度是小明密度的 。小明把“自己”模型从一楼搬到二楼教室克服该模型重力做功约为 J。
6.[2019·岳阳]如图K10-3所示,动滑轮实质上是一个 (选填“省力”或“费力”)杠杆,用60 N的拉力将沙桶从地面提到9 m高的楼上,拉力做的功是 J。
图K10-3
7.如图K10-4所示,用大小为20 N的拉力F拉着一个重为50 N的物体在光滑的水平面上做匀速圆周运动,若绳长为0.5 m,则物体运动一周,拉力做的功为 J。
图K10-4
【考点2】 能说明功率的物理意义;理解功率的定义式P=Wt和单位:瓦特(简称瓦,符号为W);能说明机械(包括用电器等)功率的意义;能运用该定义式进行计算。(B)
1.[2019·株洲]甲、乙、丙、丁四个同学进行攀岩比赛,他们做的功W与时间t的关系如图K10-5所示。若规定做功较快的获胜,则最后胜出的一定是( )
图K10-5
A.甲 B.乙
C.丙 D.丁
2.[2018·广州]如图K10-6所示,OQ是水平地面,物体在水平拉力作用下从O点匀速直线运动到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 ( )
图K10-6
A.W1>W2 B.W1<W2
C.P1>P2 D.P1<P2
3.[2019·连云港]物体在水平地面上做直线运动,当物体运动的路程和时间图像如图K10-7乙时,受到的水平推力为F1;当物体运动的速度和时间图像如图丙时,受到的水平推力为F2。两次推力的功率分别为P1、P2。则下列关系正确的是( )
图K10-7
A.F1=F2 P1>P2 B.F1=F2 P1<P2
C.F1>F2 P1>P2 D.F1<F2 P1>P2
4.[2018·枣庄]妈妈与小明进行爬山比赛,他们选择的起点、路径和终点都相同,全程设为匀速运动,妈妈的体重是小明的2倍,妈妈所用的时间是小明的3倍。若妈妈克服自身重力做的功为W1、功率为P1,小明克服自身重力做的功为W2、功率为P2,则下列关系正确的是 ( )
A.W1∶W2=2∶1 P1∶P2=6∶1 B.W1∶W2=2∶3 P1∶P2=2∶1
C.W1∶W2=2∶1 P1∶P2=3∶2 D.W1∶W2=2∶1 P1∶P2=2∶3
5.某同学在 10 s内做了5个“引体向上”,他的质量为 60 kg,每次上升的高度为 40 cm,则该同学做一次“引体向上”克服重力做的功是 J,10 s内做功的功率为 W。(g取10 N/kg)
6.如图K10-8所示的滑轮组中,用F=3 N的力拉着重为20 N的木块以0.2 m/s的速度匀速向左移动了0.4 m,不计滑轮重及滑轮与绳、轴之间的摩擦,则拉力F所做的功是 J,功率是 W。
图K10-8
7.[2019·凉山州]“绿色环保,低碳出行。”一辆纯电动公交车在水平路面上匀速行驶,发动机的功率为200 kW,速度为72 km/h。公交车行驶1 h,发动机做的功为 J,公交车行驶的路程为 m。
8.[2019·长沙]如图K10-9所示为洋湖湿地公园的“河道保洁船”清理水面垃圾时的情景,保洁船的质量为2.5 t,收集宽度为3.4 m。它某次工作时以1 m/s的速度做匀速直线运动,其牵引力为5×104 N,保洁船工作50 s,求这段时间内:
图K10-9
(1)保洁船行驶的路程。
(2)牵引力做的功。
(3)牵引力的功率。
【考点3】 能说明物体的动能、重力势能与哪些因素有关;知道机械能的意义(包括了解弹性势能);能通过具体的实例,说明物体的动能和势能之间是可以相互转化的,以及是如何进行相互转化的。(A)
1.[2019·云南]第24届冬奥会将于2022年在北京-张家口举办,高山滑雪是冬奥会的重要竞赛项目之一。如图K10-10所示是滑雪运动员从山顶加速下滑训练的情境,在下滑过程中运动员的动能 ,重力势能 。(均选填“减小”“增大”或“不变”)
图K10-10
2.[2019·武威]迄今为止,我国已发射40余颗北斗导航卫星。若某卫星沿椭圆轨道绕地球运行,如图K10-11所示,则该卫星从远地点向近地点运行的过程中, 能转化为 能。
图K10-11
3.[2019·咸宁]甲、乙是两个完全相同的网球。如图K10-12所示,在同一高度同时以大小相等的速度,将甲球竖直向下抛出、乙球竖直向上抛出,不计空气阻力,则抛出时两球机械能 (选填“相等”或“不相等”);落地前的运动过程中,甲球的动能 (选填“增大”“不变”或“减小”),乙球的机械能 (选填“增大”“先增大后减小”“不变”或“减小”)。
图K10-12
4.[2019·无锡]如图K10-13所示,将钢锯条固定在桌面边缘,将棋子放在钢锯条的端部,然后用手将钢锯条的端部压下一段距离,松手后,棋子会被弹起一定的高度,此过程中,钢锯条的弹性势能转化为棋子的 势能,增加钢锯条被下压的距离,发现棋子被弹起的高度增加,实验表明,物体的 越大,它的弹性势能越大。
图K10-13
5.[2019·怀化]如图K10-14所示,小球从A点摆动到C点的过程中,下列说法正确的是(不计空气阻力) ( )
图K10-14
A.从A到B的过程中,动能增大,重力势能减小
B.从A到B的过程中,动能减小,重力势能增大
C.从B到C的过程中,动能增大,重力势能增大
D.从B到C的过程中,动能减小,重力势能减小
6.[2019·荆州]如图K10-15所示,粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接,弹簧左端固定。小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中(空气阻力忽略不计),下列说法正确的是 ( )
图K10-15
A.在弹簧恢复原状的过程中,弹簧的弹性势能全部转化为小木块P的动能
B.小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒
C.小木块P在斜面上向上运动时,动能减小,重力势能增加
D.小木块P运动到最高点时处于平衡状态
7.[2019·绥化]如图K10-16所示,某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中,让小球从同一斜面某处由静止释放,撞击同一水平面上的同一木块,木块移动一段距离后停止。
图K10-16
(1)小球滚下斜面的过程中,它的 能转化为动能,其动能大小是通过木块移动的距离来反映的。
(2)分析比较 两次实验,可得出的结论是:质量相同的物体,速度越大,动能越大。
(3)甲实验中若木块的重力为1 N,水平移动的距离是30 cm,则重力对木块做的功为 J。
(4)如果水平面光滑,则 (选填“能”或“不能”)完成本实验。
|综合训练|
一、填空题
1.[2019·连云港]小明同学用20 N的水平推力,将重为280 N的购物车沿水平地面向前推动了10 m,在此过程中,推力对购物车做功 J,购物车的重力做功 J;一个皮球落地后弹起,弹起的高度越来越低,皮球在运动过程中,其机械能总量 (选填“增加”“减少”或“保持不变”)。
2.[2019·眉山]如图K10-17甲所示,水平地面上的物体,受到方向不变的水平推力的作用,其F-t和v-t图像分别如图乙和丙所示。由图像可知,9~12 s 内,推力对物体做功 J;t=2 s时,物体受到的摩擦力是 N。
图K10-17
3.[2019·绍兴]某工厂发货传输分拣线示意图如图K10-18所示,等间距排列的相同货物先被传送带匀速运送到工作台上,在工作台AB上匀速下滑时被扫描,后滑至水平工作台BC,最后在C点静止时被机械手臂取走进行分类。传送带与AB、AB与BC都平滑连接,AB与BC材料相同,且长度均为1 m,空气阻力忽略不计。
图K10-18
(1)若货物对AB的压力小于对BC的压力,则货物在AB上减小的机械能 (选填“大于”“等于”或“小于”)在BC上减小的机械能。
(2)若机械手臂每隔3 s取走一件货物,传送带运动的速度为0.8 m/s,为防止货物的碰撞与堆积,货物之间的距离d至少为 m。
4.[2019·襄阳]劲度系数为12 N/cm(弹簧每受到12 N的力,长度就要变化1 cm)的一根弹簧自然悬挂时的长度为6 cm,在它下面再悬挂一个48 N的重物,由如图K10-19所示位置静止放手,在下落过程中,当弹簧的长度在 (填某一范围)时,物体的重力势能和动能同时转化为弹性势能。物体在经历了一段时间的往复运动后最终停止下来,则物体减小的重力势能最终转化为弹性势能和 能。(上述过程没超出该弹簧的弹性限度)
图K10-19
二、选择题
5.[2018·德州]两次水平拉动同一物体在同一水平面上做匀速直线运动,物体两次运动的s-t图像如图K10-20所示。根据图像,判断下列说法正确的是( )
A.两次物体运动的速度v1<v2 B.两次物体所受的拉力F1>F2
C.0~6 s内两次拉力对物体所做的功W1>W2 D.0~6 s内两次拉力对物体做功的功率P1<P2
图K10-20
6.[2018·成都]如图K10-21所示,小邦在国色天乡玩蹦极,不考虑空气阻力,关于他在下降过程中的能量分析,下列说法正确的是 ( )
图K10-21
A.弹性绳绷直前,重力势能增大,动能减小
B.弹性绳绷直前,重力势能减小,动能不变
C.下降到最低点时,动能最小,弹性势能最大
D.下降到最低点时,重力势能最大,弹性势能最大
7.[2019·淄博]如图K10-22所示,小球沿轨道由静止从A点向D点运动的过程中(小球和轨道间存在摩擦),下列说法错误的是 ( )
图K10-22
A.小球在A点的重力势能最大 B.小球在B点的速度最大
C.小球在C点和B点的机械能相等 D.小球不能到达D点
8.[2019·巴中]如图K10-23所示,物体从斜面顶端匀速滑到斜面底端,在此过程中,下列说法正确的是 ( )
图K10-23
A.物体动能增大,机械能不变 B.物体动能不变,机械能减小
C.物体重力势能不变,机械能不变 D.物体重力势能减小,机械能增大
9.[2019·福建]踢毽子是一项有益的体育活动。如图K10-24所示,毽子某次被踢出后,竖直上升经过某一位置时,毽子的动能和重力势能分别为Ek1和Ep1;下落经过同一位置时,毽子的动能和重力势能分别为Ek2和Ep2,则 ( )
图K10-24
A.Ek2>Ek1 B.Ek2<Ek1 C.Ep2>Ep1 D.Ep2<Ep1
10.[2019·苏州]将皮球从离地某一高度O点处水平抛出,球落地后又弹起,它的部分运动轨迹如图K10-25所示。下列说法正确的是 ( )
图K10-25
A.皮球经过同一高度的A、B两点时动能相等
B.皮球第一次反弹后到达最高点P点时速度为零
C.皮球在D点时的机械能小于在C点时的机械能
D.若将皮球表面涂黑,则会在地面M、 N两点留下两个大小相等的黑色圆斑
三、实验探究题
11.[2019·贵港]图K10-26是“探究动能的大小跟哪些因素有关”的实验装置图。
图K10-26
(1)若让同一钢球分别从斜面不同的高度由静止开始滚下,高度h越大,钢球运动到水平面时速度越 ,木块B被撞得越 。
(2)若让不同质量的钢球分别从斜面相同的高度h由静止开始滚下,比较木块B被撞击后运动距离s的远近,这是为了探究动能的大小与 的关系。
四、计算题
12.[2018·内江]步行是一种简易方便的健身运动,人正常步行时,步距(指步行一步的距离)变化不大,步距还可作为身体上的一把“尺子”。小东测出自己的步距为0.5 m,他正常步行1 min走了180步。小东根据自己的腿长和步距画出了如图K10-27所示的步行示意图,对步行时重心的变化进行了分析,当两脚一前一后着地时重心降低,而单脚着地迈步时重心升高,因此每走一步都要克服重力做功。求:(已知小东的腿长是65 cm,质量是50 kg,g取10 N/kg)
(1)小东正常步行的速度是多少。
(2)小东每走一步克服重力所做的功是多少。
(3)小东正常步行克服重力做功的功率是多少。
图K10-27
13.[2019·丽水]2019年4月15日起正式实施电动自行车新国家标准,小金买了一辆按新国标生产的电动自行车(如图K10-28所示),部分参数如下表所示,已知小金质量为60 kg,假定电动自行车在水平骑行过程中受到的阻力始终为总重的0.08倍。(g取10 N/kg)
项目
参数
最高车速/(km·h-1)
25
整车质量/kg
40
最大功率/W
400
(1)车轮上制有花纹的目的是 。
(2)小金在水平地面上骑行时,车轮与地面的总接触面积为0.005 m2,则骑行时电动自行车对地面的压强是
Pa。
(3)小金在水平路面上骑电动自行车匀速行驶10 km的过程中,克服阻力做了多少功?
(4)若小金骑行过程中电动自行车以最大功率输出,匀速行驶时的车速为多少?
图K10-28
【参考答案】
对点训练
考点1
1.C
2.B [解析]根据功的计算公式W=Fs,得W1=Fs,W2=Fs。可见W1=W2,故选B。
3.D
4.250 0
5.110 150
6.省力 1080
7.0
考点2
1.A [解析]在相同时间内,做功越多,功率越大,也就是做功越快;由图像知,当时间相同时,甲做功最多,所以由公式P=Wt知,甲功率最大,做功最快,故A正确。
2.C [解析]由图可知,拉力F1在OP段做的功W1=F1s1=300 N×4 m=1200 J,拉力F2在PQ段做的功W2=F2s2=
200 N×6 m=1200 J,则可知,W1=W2,故A、B错误。由题可知,速度相等,F1>F2,则由P=Wt=Fst=Fv可知,功率P1>P2,故C正确,D错误。
3.B [解析]由图乙可知,物体做匀速直线运动,速度大小为v乙=s乙t乙=4m2s=2 m/s;由图丙可知,物体的速度保持不变,即物体做匀速直线运动,速度大小为v丙=4 m/s;因为两次都是做匀速直线运动,则所受推力和摩擦力是平衡力,根据二力平衡条件可知,推力都等于摩擦力,压力和接触面的粗糙程度不变,摩擦力不变,受到的水平推力关系为F1=F2。已知v乙<v丙,由P=Wt=Fst=Fv可得,两次推力的功率关系为P1<P2。
4.D
5.240 120
6.3.6 1.8
7.7.2×108 72000
8.解:(1)保洁船行驶的路程s=vt=1 m/s×50 s=50 m。
(2)牵引力做的功W=Fs=5×104 N×50 m=2.5×106 J。
(3)牵引力的功率P=Wt=2.5×106 J50s=5×104 W。
考点3
1.增大 减小
[解析]滑雪运动员从山顶加速下滑的过程中,运动员的质量不变,速度增大,动能增大;高度减小,重力势能减小。
2.重力势 动
3.相等 增大 不变
4.重力 弹性形变
[解析]发生形变的钢锯条在恢复原状时弹性势能减小,棋子会被弹起一定的高度,说明棋子的重力势能增大,则此过程中,钢锯条的弹性势能转化为棋子的重力势能;在弹性限度内,增大钢锯条被下压的距离,钢锯条的形变程度增大,使棋子被弹起的高度增加,说明钢锯条的弹性势能增大,则物体的弹性形变越大,它的弹性势能越大。
5.A
6.C [解析]在弹簧恢复原状的过程中,弹簧的形变程度变小,弹性势能变小,木块的速度变大,动能变大,同时因为水平面AB粗糙,木块需要克服摩擦力做功,内能变大,故弹簧的弹性势能一部分转化为小木块P的动能,一部分转化为小木块P的内能,故A错误。小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时,需要克服摩擦力做功,一部分机械能转化为内能,所以机械能减小,故B错误。小木块P在斜面上向上运动时,高度增加,重力势能变大,因为斜面BC光滑,且空气阻力忽略不计,所以机械能守恒,故动能减小,故C正确。因为斜面BC光滑,故木块不受摩擦力作用,小木块P运动到最高点时受到垂直于斜面向上的支持力和竖直向下的重力作用,这两个力不在一条直线上,不属于平衡力,所以小木块P处于非平衡状态,故D错误。
7.(1)重力势 (2)甲、乙
(3)0 (4)不能
综合训练
1.200 0 减少
2.18 3
[解析]从图乙可以看出,9~12 s内,人的推力大小为6 N,从图丙可以看出,9~12 s内,物体运动的速度为1 m/s。可得物体在这3 s内通过的路程为s=vt=1 m/s×3 s=3 m,推力对物体做功为W=Fs=6 N×3 m=18 J。
当t=2 s时,由图丙可得,物体处于静止状态,所以受到的是静摩擦力,此时物体处于平衡状态,所以它受到的静摩擦力与推力是一对平衡力,此时物体受到的推力大小为3 N,所以f=F'=3 N。
3.(1)小于 (2)2.4
[解析](1)AB和BC段材料相同,即粗糙程度相同,因为货物对AB的压力小于对BC的压力,所以货物在AB段所受的摩擦力小于在BC段的摩擦力;根据W=fs可知,当它们长度相同时,货物在AB段克服摩擦力做的功小于在BC段克服摩擦力做的功;因为货物机械能的减少量就等于克服摩擦力做的功,所以货物在AB段减小的机械能小于在BC段减小的机械能。
(2)货物之间的距离至少为s=vt=0.8 m/s×3 s=2.4 m。
4.10~14 cm 内
[解析]由于在弹簧的弹性限度内,弹簧的伸长量与它所受的拉力成正比;所以在弹簧下面挂48 N的重物时,将重物由图中位置放手,重物下落过程中,当弹簧伸长4 cm时(即弹簧长度达到6 cm+4 cm=10 cm时)物体所受的拉力与重力平衡,继续向下运动的过程中,物体开始减速,其动能和重力势能同时转化为弹性势能;设物体能达到的最低点时的重力势能为0,此点动能也为0,在从图中所示释放点到最低点的运动过程中,理想状态下(即忽略空气阻力的作用),物体在释放点具有的重力势能全部转化为最低点时的弹簧的弹性势能,即Gh=12kΔL2①,因h=ΔL②,由①②可得ΔL=2Gk=2×48N12N/cm=8 cm;物体在最低点时,弹簧的长度为6 cm+8 cm=14 cm。实际中由于空气阻力的存在,物体往复运动一段时间后,最终会停下来,停留在弹簧长度等于10 cm的状态,则物体减小的重力势能最终转化为弹性势能和内能。
5.C 6.C
7.C [解析]A点是小球的初始位置,由图知,A点和D点的高度最高且相同,因为小球和轨道间存在摩擦,机械能不守恒,所以小球不能到达D点,故D正确,不符合题意。因重力势能与高度和质量有关,则小球在A点的重力势能最大,故A正确,不符合题意。从A点运动到B点的过程中,其重力势能转化为动能,小球在B点时,质量不变,高度最小,所以小球在B点的动能最大,速度最大,故B正确,不符合题意。小球和轨道间存在摩擦,所以会有部分机械能转化为内能,机械能会减小,则小球在C点和B点的机械能不相等,故C错误,符合题意。
8.B [解析]物体从斜面顶端匀速滑到斜面底端,动能不变,重力势能减小,机械能减小。所以选B。
9.B [解析]在毽子上升与下降过程中,毽子都受到空气阻力的作用,机械能在不断减小;在上升、下落经过同一位置时,高度相同,毽子的重力势能相同,而下落时机械能更小,则下落时的动能更小;故A、C、D错误,B正确。
10.C [解析]皮球经过同一高度的A、B两点时由于空气阻力的影响B处动能小于A处的动能,故A错误;皮球第一次反弹后到达最高点P点时竖直方向上速度为零,但是水平方向上由于继续向右移动,因此水平方向速度不为0,故B错误;皮球由于受到空气阻力的影响,机械能逐渐减小,因此从C到达D时,机械能也存在损失,故C正确;若将皮球表面涂黑,由于空气阻力影响,M、N两点的机械能不相等,皮球形变程度不同,因而留下的两个黑色圆斑大小也是不一样的,且M处较大,故D错误。
11.(1)大 远 (2)质量
12.解:(1)小东步行1 min经过的路程
s=0.5 m×180=90 m,
他的步行速度v=st=90m60s=1.5 m/s。
(2)由图示及勾股定理可知,重心升高的高度
h=65 cm-(65cm)2-(25cm)2=5 cm=0.05 m。
则小东每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1 min内克服重力做的总功
W总=nW=180×25 J=4500 J,
则他正常步行克服重力做功的功率
P=W总t=4500J60s=75 W。
13.解:(1)增大摩擦 (2)2×105
(3)小金在水平路面上骑电动自行车时人与车的总重力
G=(m车+m人)g=(40 kg+60 kg)×10 N/kg=1000 N,
骑行过程中受到的阻力
f=0.08G=0.08×1000 N=80 N,
则匀速行驶10 km的过程中克服阻力做的功
W=fs=80 N×10×103 m=8×105 J。
(4)因电动自行车在水平路面上匀速行驶时,处于平衡状态,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,大小相等,
所以,电动自行车受到的牵引力F=f=80 N,
根据P=Wt=Fst=Fv知,
匀速行驶时的车速v=PF=400W80 N=5 m/s。
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