素養(yǎng)全練10　功和機械能 (時間:45分鐘　滿分:100分) 基礎(chǔ)鞏固 一、選擇題(每小題4分,共24分) 1.(2018湖南長沙)下列關(guān)于功的說法正確的是(　　) A.小明用力推發(fā)生故障的汽車而未推動時,推力對汽車做了功 B.吊車吊著重物沿水平方向勻速運動一段距離時,吊車的拉力對重物做了功 C.足球在水平地面上滾動一段距離時,重力對足球做了功 D.舉重運動員從地面將杠鈴舉起的過程中,舉重運動員對杠鈴做了功 答案:D 解析:用力推發(fā)生故障的汽車而未推動時,在推力的方向上沒有移動距離,故推力對汽車沒有做功,故A錯誤;吊車吊著重物沿水平方向勻速運動一段距離時,拉力方向豎直向上,移動距離的方向水平向前,兩個方向相互垂直,故吊車的拉力對重物沒有做功,故B錯誤;足球在水平地面上滾動一段距離時,移動距離的方向水平向前,重力的方向豎直向下,兩個方向相互垂直,故重力對足球沒有做功,故C錯誤;運動員從地面將杠鈴舉起的過程中,力的方向豎直向上,移動距離的方向也豎直向上,兩個方向一致,故舉重運動員對杠鈴做功,故D正確。 2.(2018廣東廣州)如圖所示,OQ是水平地面,物體在水平拉力作用下從O點勻速運動到Q點,OP段拉力F1為300 N,F1做的功為W1,功率為P1;PQ段拉力F2為200 N,F2做的功為W2,功率為P2。則(　　) 　　　　　　　　　　　　　　 A.W1>W2 B.W1<W2 C.P1>P2 D.P1<P2?導(dǎo)學(xué)號77164124? 答案:C 解析:由圖知,OP段的路程s1=4m,PQ段的路程s2=6m, OP段拉力F1做的功: W1=F1s1=300N×4m=1200J, PQ段拉力F2做的功: W2=F2s2=200N×6m=1200J, W1=W2,故A、B錯誤; (2)物體在水平拉力作用下從O點勻速運動到Q點,所以,物體在OP段和PQ段速度相同, 又因為F1>F2,所以根據(jù)P=Wt=Fst=Fv可知,P1>P2,故C正確、D錯誤。 3. (2017四川南充)將一個重為4.5 N的物體沿斜面從底端勻速拉到頂端(如圖所示),斜面長1.2 m,高0.4 m,斜面對物體的摩擦力為0.3 N(物體大小可忽略)。則下列說法正確的是(　　) A.沿斜面向上的拉力為0.3 N B.有用功為0.36 J,機械效率為20% C.有用功為1.8 J,機械效率為20% D.總功為2.16 J,機械效率為83.3% 答案:D 4.(2018山東臨沂)如圖所示,單擺中的小球在A、B、C間不停地往復(fù)運動,如果不考慮阻力的影響,以下說法錯誤的是(　　) A.小球在A、C處的勢能最大 B.小球在B處只受重力作用 C.小球由A到B過程中,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 D.小球運動到C處時,如果受到的外力全部消失,將保持靜止 答案:B 解析:小球的質(zhì)量不變,在A、C處的高度最高,重力勢能最大,故A正確;小球在B處受到重力和繩子的拉力的共同作用,故B錯誤;小球由A到B過程中,不計阻力,機械能守恒,高度減小,速度增加,重力勢能減小,動能變大,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能,故C正確;小球運動到C處時,處于靜止狀態(tài),如果受到的外力全部消失,小球仍然會靜止,故D正確。 5.(2018廣西玉林)圖示為正在加速下降的足球,在此過程中,對其機械能的變化情況,下列分析正確的是(　　) A.動能增大,重力勢能減小 B.動能減小,重力勢能增大 C.動能增大,重力勢能增大 D.動能減小,重力勢能減小 答案:A 解析:正在加速下降的足球,質(zhì)量不變,速度變大,動能增大,同時高度下降,重力勢能減小,故A正確。 6.(2018山東煙臺)如圖所描述的情景中,沒有發(fā)生動能轉(zhuǎn)化為勢能的是(　　) 答案:A 解析:滑滑梯時,人的高度降低,速度變大,是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能,沒有發(fā)生動能轉(zhuǎn)化為勢能,故A正確;蕩秋千時,在從低處向高處運動時,人與秋千的速度減小,高度增加,是動能轉(zhuǎn)化為重力勢能,故B錯誤;在跳水比賽中,人向上彈起的過程中,高度增大,速度減小,是動能轉(zhuǎn)化為重力勢能,故C錯誤;在單杠上翻轉(zhuǎn)時,若人由下向上運動,人的速度減小,高度增加,是動能轉(zhuǎn)化為重力勢能,故D錯誤。 二、非選擇題(共36分) 7.(6分)(2018江蘇鎮(zhèn)江)小明通過機械將重100 N的重物在5 s內(nèi)豎直向上勻速提升了2 m,機械效率為80%,則此過程中有用功W有=　　　　 J,額外功W額=　　　　J,小明做功的功率P=　　　　 W。答案:200　50　50  解析:此過程中有用功: W有用=Gh=100N×2m=200J; 根據(jù)η=W有W總可知,W總=W有η=200J80%=250J; 額外功W額=W總-W有用=250J-200J=50J; 小明做功的功率:P=W總t=250J5s=50W。 8.(4分)(2018云南)如圖所示,用滑輪組把質(zhì)量為80 kg的物體勻速提升3 m,若拉力F=500 N,則滑輪組的機械效率為　　　　,若不計繩重和摩擦,則動滑輪受到的重力為　　　　 N。(g取10 N/kg)  答案:80%　200 解析:(1)物體的重力:G=mg=80kg×10N/kg=800N, 做的有用功:W有用=Gh=800N×3m=2400J, 由圖知,n=2, 拉力端移動距離s=2h=2×3m=6m, 拉力做的總功:W總=Fs=500N×6m=3000J, 滑輪組的機械效率: η=W有用W總×100%=2400J3000J×100%=80%; (2)不計繩重和摩擦,拉力F=12(G+G動),則動滑輪重力: G動=2F-G=2×500N-800N=200N。 9.(4分)(2018四川德陽)如圖所示,沿斜面把質(zhì)量為12 kg的一個物體勻速拉到最高處,沿斜面向上的拉力是F=100 N,斜面長2 m、高1 m,則其機械效率是　　　　%,物體所受摩擦力是　　　　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; 拉力做的總功:W總=Fs=100N×2m=200J; 斜面的機械效率:η=W有用W總×100%=120J200J×100%=60%; (2)額外功:W額=W總-W有=200J-120J=80J, 由W額=Ffs可得,物體所受的摩擦力:Ff=W額s=80J2m=40N。 10.(4分)(2018云南)如圖所示,光滑斜面PM與水平面MN平滑連接,彈簧左端固定。小物塊在斜面上從P點由靜止滑向M點的過程中,機械能　　　　;小物塊壓縮彈簧的過程中,彈簧的彈性勢能　　　　(均選填“變大”“變小”或“不變”)。  答案:不變　變大 解析:小物塊從P向M運動過程中,斜面光滑,只有重力勢能與動能的轉(zhuǎn)化,機械能守恒,故機械能不變;彈簧被壓縮過程中,其機械能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能,所以彈簧的彈性勢能變大。 11.(3分)(2017湖南邵陽改編)如圖所示,物體在5 N的水平拉力F作用下,沿水平面以0.2 m/s 的速度勻速運動了4 s,拉力F的功率為　　　　 W。  ?導(dǎo)學(xué)號77164125? 答案:2 解析:由題圖可知,該滑輪為動滑輪,物體運動的速度為0.2m/s,則繩子的自由端的速度為v=2×0.2m/s=0.4m/s;拉力F的功率為P=Fv=5N×0.4m/s=2W。 12.(4分)如圖所示,在“探究物體的動能跟哪些因素有關(guān)”的實驗中,讓同一鋼球A從斜面上不同的高度由靜止?jié)L下,撞到同一木塊上。實驗中,通過觀察　　　　　　　　　　　　　來判斷鋼球動能的大小;本實驗用到的科學(xué)研究方法是　　　　　　　　　　　　(說出一種即可)。  答案:木塊B被推動的距離　控制變量法或轉(zhuǎn)換法 13.(6分)(2018重慶)某公司研發(fā)的智能服務(wù)機器人,它具有凈化室內(nèi)空氣、陪伴老人聊天散步等功能。若它在50 N的牽引力作用下,以0.5 m/s的速度在水平地面勻速直線行駛60 s,求: (1)它行駛的路程; (2)此過程中牽引力所做的功。 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吉林改編)利用動滑輪把重30 N的物體豎直向上提升5 m,所用拉力是20 N。求: (1)拉力所做的功。 (2)動滑輪的機械效率。 答案:(1)200 J　(2)75% 解析:(1)使用動滑輪n=2,提升物體的高度h=5m,則繩子自由端移動的距離s=2h=2×5m=10m,提起物體所做的總功:W總=Fs=20N×10m=200J (2)提起物體所做的有用功: W有=Gh=30N×5m=150J 滑輪組的機械效率: η=W有W總×100%=150J200J×100%=75% 能力提升 一、選擇題(每小題4分,共16分) 1.(2018江蘇鹽城)小明將掉在地面上的物理書撿起來放在課桌上,他對課本所做功最接近于(　　) A.0.02 J B.0.2 J C.2 J D.20 J 答案:C 解析:一本物理課本的質(zhì)量約200g, G=mg=0.2kg×10N/kg=2N, 課桌高度約為1m,人對課本做的功: W=Gh=2N×1m=2J。 2.(2017四川德陽)一定質(zhì)量的物體在水平拉力的作用下沿水平面運動,物體運動的路程(s)—時間(t)圖象如圖所示,根據(jù)圖象,下列判斷正確的是(　　) A.物體10 s時的速度大于4 s時的速度 B.0~6 s拉力對物體所做的功大于6~12 s拉力對物體所做的功 C.0~6 s拉力對物體做功的功率小于6~12 s拉力對物體做功的功率 D.0~6 s物體所受的拉力大于6~12 s物體所受的拉力 答案:B 解析:由圖象可得,物體處于平衡狀態(tài)。0~6s和6~12s物體以不同的速度做勻速直線運動,而0~6s過程中通過的路程是3m,6~12s的過程中通過路程為1m,因為相同時間內(nèi)通過的路程越多,速度越大,因此0~6s過程中的速度大于6~12s的過程中的速度,即4s時的速度大于10s時的速度,故選項A錯誤;0~6s過程中通過的距離為3m,6~12s的過程中通過的距離為1m,而拉力相同,由W=Fs可知,0~6s內(nèi)鋼索拉力做的功大于6~12s內(nèi)鋼索拉力做的功,故選項B正確;由于速度發(fā)生了改變,根據(jù)P=Fv可知,由0~6s過程中的速度大于6~12s的過程中的速度,0~6s拉力對物體做功的功率大于6~12s拉力對物體做功的功率,故選項C錯誤;因為物體做勻速直線運動,拉力等于阻力,0~6s物體所受的拉力等于6~12s物體所受的拉力,故選項D錯誤。 3.(2018湖北襄陽)在排球比賽中,小明把排球豎直向上拋出,排球在運動中動能E隨時間t變化的圖象最接近的是(　　) 答案:A 解析:小明把排球豎直向上拋出,排球向上運動,高度變高,速度減小,動能轉(zhuǎn)化為重力勢能,動能減小,到達最高點時速度為0,動能為0;排球在重力的作用向下運動,高度減小,速度變大,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能,動能變大,故動能先減小至0,然后再增大,故A符合題意。 4. (預(yù)測題)如圖所示,使用滑輪組提升重物時,能提高機械效率的是(忽略繩重和摩擦)(　　) A.改變繞繩方式 B.減小動滑輪的質(zhì)量 C.減小提升重物的高度 D.減小被提升物的質(zhì)量 答案:B 解析:改變繩子的纏繞方法,對重物被拉升沒有影響,即對有用功沒影響;忽略繩重和摩擦,對動滑輪的拉升也沒有影響,即不影響額外功,所以改變繞繩方式不影響機械效率,故A錯;減少動滑輪的重力,在提升物體重力不變的情況下,即有用功不變的情況下,額外功減小了,所以機械效率就提高了,故B正確;減少重物提升高度的時候,繩端被拉升的距離也變短了,根據(jù)η=W有用W總×100%=GhFs=GhFnh=GnF,可知機械效率并不受影響,故C錯;減小被提升物的質(zhì)量,就減小了重物的重力,忽略繩重和摩擦,在動滑輪不變的情況下,即額外功不變的情況下,有用功減小了,所以機械效率就降低了,故D錯誤。 二、非選擇題(共24分) 5.(6分)(2018四川眉山)如圖所示,一同學(xué)在用滑輪組勻速提升不同重物時,記錄下了繩子自由端拉力F與對應(yīng)所提升的物體的重力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 根據(jù)上表數(shù)據(jù)分析可知,繩子自由端拉力F與物體重力G的關(guān)系式為F=　　　　　;當物體重力G=10 N時,此滑輪組的機械效率η=　　　　。  答案:0.5G+0.3 N　94.3% 解析:由表格數(shù)據(jù)可知,重力G每增大1N,繩子自由端的拉力F增大0.5N,所以F與G成一次函數(shù)關(guān)系,設(shè)F與G關(guān)系的表達式為F=kG+b,將表格中任意兩組數(shù)據(jù)代入表達式,可得k=0.5,b=0.3N。 所以拉力F與物體所受重力G的關(guān)系式: F=0.5G+0.3N; 當物體重力G=10N時,此時的拉力: F=0.5×10N+0.3N=5.3N; 由圖可知,有兩段繩子拉著動滑輪,滑輪組的機械效率為:η=W有W總=GhFs=GhF×2h≈94.3%。 6.(4分)(2018山東濟寧)如圖所示,跳水運動員為獲得充足的空間滯留時間,都會在跳水前先用力下壓跳板,以便利用跳板的　　　　讓自己上升得更高。不計空氣阻力,運動員從離開跳板到入水的過程中,　　　　  (選填“離開跳板”“最高點”或“入水”)時動能最大。 答案:彈性勢能　入水 解析:(1)在跳水前先用力下壓跳板,跳板發(fā)生彈性形變,具有彈性勢能,跳板恢復(fù)原狀時,彈性勢能轉(zhuǎn)化為運動員的動能,運動員離開跳板后動能轉(zhuǎn)化為重力勢能,這樣可以使自己上升得更高; (2)不計空氣阻力,運動員離開跳板上升至落回到跳板相同高度時,運動員的動能等于起跳離開時的動能;從該位置下落到入水前,重力勢能減小、動能增加,到入水時的動能最大。 7.(8分)(2017浙江湖州)建筑工人利用如圖所示裝置,將質(zhì)量為100 kg的沙袋從地面勻速提到3 m高的一樓樓面,用時30 s。已知動滑輪的質(zhì)量為8 kg,不計繩子重力和摩擦。(g取10 N/kg)求: (1)拉力的大小; (2)這段時間內(nèi)人拉繩子做功的功率。 答案:(1)540 N　(2)108 W 解析:(1)物體的重力為G=mg=100kg×10N/kg=1000N; 動滑輪的重力為G輪=m輪g=8kg×10N/kg=80N; 則拉力為F=1n(G+G輪) =12×(1000N+80N)=540N; (2)拉力移動的距離為s=2h=2×3m=6m; 拉力做的功為W=Fs=540N×6m=3240J; 拉力的功率為 P=Wt=3240J30s=108W。 8.(6分)共享自行車的普及給人們出行提供了方便,也符合我國提倡的“綠色出行,低碳生活”理念。王明同學(xué)騎著自行車在平直的水平路面上勻速行駛,10 min行駛了3 000 m,騎行過程中使人和車前進的動力恒為20 N。求: (1)自行車的速度; (2)騎行10 min動力所做的功。 答案:(1)5 m/s　(2)6×104 J 解析:(1)自行車的速度: v=st=3000m10×60s=5m/s; (2)騎行10min動力所做的功 W=Fs=20N×3000m=6×104J 9