第八章 第一节 提高练习
一、单选题
1.质量为2kg的物体做匀变速直线运动,其位移随时间变化的规律为,时,该物体所受合力的瞬时功率为( )
A.10W B.16W C.20W D.24W
2.某位同学在电梯中用弹簧测力计测量一物体的重力,在0至t3时间段内,弹簧测力计的示数F随时间t变化如图所示,以竖直向上为正方向,则下列关于物体运动的a-t图、v-t图及P-t图(P为物体重力的功率大小)可能正确的是( )
A.B.C.D.
3.如图所示,光滑水平桌面上有一质量为物块在大小为的拉力F作用下由静止开始运动,保持拉力F与水平前进方向之间的夹角不变,,当用该拉力使物块向右运动时。下列说法正确的是( )
A.拉力F在内做功值的为
B.拉力F在时的瞬时功率为
C.拉力F在内平均功率为
D.重力在内的做功值为
4.一质量m=2kg的物体在粗糙的水平面上受到水平拉力作用,在一段时间内的速度随时间变化情况如图所示,已知物块与水平面间的动摩擦因数为0.5。则拉力的功率最大值是( )
A.30 W
B.50 W
C.60 W
D.120 W
5.关于功率概念,下列说法中正确的是( )
A.功率是描述物体做功快慢的物理量
B.力对物体做的功越多,力的功率就越大
C.从公式P=Fv可知,汽车的发动机功率可以随速度的增大而一直增大下去
D.当轮船航行时,若牵引力与阻力相等,合外力为零,此时发动机的实际功率为零
6.如图所示,一位身高的运动员甲和一位身高的运动员乙,在挺举项目中用相同时间把同样重量的杠钤举起,如果他们对杠钤所做的功分别为和,功率分别为和,下列关系式中正确的是( )
A.,
B.;
C.,
D.;
7.我国自主研制的绞吸挖泥船“天鲲号”达到世界先进水平.若某段工作时间内,“天鲲号”的泥泵输出功率恒为,排泥量为,排泥管的横截面积为,则泥泵对排泥管内泥浆的推力为( )
A. B. C. D.
8.一台抽水机每秒能把30kg的水抽到10m高的水塔上,如果不计额外功的损失,这台抽水机保持输出功率不变的前提下,半小时内能做多少功()( )
A. B. C. D.
9.在学校某次体能测试中,质量为50kg的某同学在做引体向上运动,如图所示.他在内做了20次,每次身体重心上升的距离均为0.3m,那么他在该过程中克服重力做的功W和相应的功率P约为( )
A.0 ;75W
B.150J;75W
C.3000J;50W
D.;100W
10.如图所示,水平面上有一汽车A,通过定滑轮用绳子拉同一水平面的物体B,使物体B匀速向右运动,物体B与地面的动摩擦因数为0.6,当拉至图示位置时,两绳子与水平面的夹角分别为α、β,二者速度分别为vA和vB,则下列说法错误的是( )
A.汽车向右做减速运动
B.若图示位置α<β,则vAC.β从30°到60°的过程中绳子对B的拉力越来越小
D.β从30°到60°的过程中绳子对B的拉力的功率越来越小
二、多选题
11.物块沿半径为R的竖直的圆弧形轨道匀速率下滑的过程中,正确的说法是( )
A.物块下滑的过程中加速度为零
B.物体下滑过程重力的瞬时功率变小
C.正压力大小不变
D.物块所受合力不断变化
12.一滑块在水平地面上沿直线滑行,时速率为,从此刻开始在与速度平行的方向上对其施加一水平作用力F,力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图a和图b所示,则(两图取同一正方向,取重力加速度。)( )
A.滑块的质量为
B.滑块与水平地面间的动摩擦因数为0.05
C.第内摩擦力对滑块做功为
D.第内力F的平均功率为
13.如图所示,一物块前端有一滑轮,轻绳的一端系在右方固定处,水平穿过滑轮,另一端用力F拉住,力F大小如图甲所示,前内物块的图像如图乙所示,保持力F与水平方向之间的夹角不变,当用力F拉绳使物块前进时,下列说法正确的是( )
A.内拉力F做的功为 B.末拉力F的功率为
C.内摩擦力大小为 D.内拉力F做的功为
14.质量为的遥控玩具电动汽车由静止开始运动,汽车受到的阻力恒为重力的0.5倍,若牵引力做功和汽车位移之间的关系如图所示,已知重力加速度,则( )
A.汽车在位移内,牵引力是恒力,位移内,牵引力也是恒力
B.汽车位移为时,加速度的大小
C.汽车位移在的过程中,牵引力的最大功率为
D.汽车位移在的过程中,牵引力的平均功率为
三、解答题
15.如图所示,一个人用一根长1m,最大承受拉力为74N的绳子,拴着一个质量为1kg的小球,在竖直平面内做圆周运动,已知圆心O离地面的高度为h=6m.转动中小球在最低点时绳子恰好断裂(g取10m/s2),求:
(1)绳断后,小球落地点与抛出点间的水平距离是多少?
(2)绳断后到小球落地这一过程,小球重力的平均功率是多少?
(3)小球落地瞬间,小球重力的瞬时功率是多少?
16.一种餐桌的构造如图甲所示,已知圆形玻璃转盘的半径,圆形桌面的半径,不计转盘的厚度,桌面到地面的高度。轻绳一端固定在转盘边缘,另一端连接着质量的小物块,小物块被轻绳带动沿桌面边缘一起旋转,达到稳定状态后,二者角速度相同,俯视图如图乙所示。某时刻轻绳突然断裂,小物块沿桌面边缘飞出后的落地点到桌面和转盘共同圆心O的距离,重力加速度g取。求:
(1)小物块飞出桌面边缘的速度大小;
(2)小物块与桌面之间的动摩擦因数μ;
(3)绳断之前轻绳拉力的功率P。(计算结果均可保留根号)
参考答案
1.C
【详解】
物体的位移随时间变化的规律为
根据匀变速直线运动的位移时间公式
可知
根据牛顿第二定律可知物体所受的合力为
时,物体的速度为
该物体所受合力的功率为
故选C。
2.C
【详解】
由于该题没有告诉弹簧的拉力与重力大小之间的关系,可以依题意,分三种情况讨论:
(1)若F1=mg,则0~t1时间内电梯静止或做匀速直线运动,即速度等于0,或速度保持不变,加速度等于0。ABCD四个图线没有是可能的;
(2)若F2=mg,则F1<mg,在0~t1时间内电梯受到的合外力的方向向下,加速度的方向向下,为负值,所以D是不可能的;加速度的方向向下,则物体0~t1时间内可能向下做加速运动,速度为负,故A、B是不可能的;而t1~t2时间内受到的合外力等于0,物体做匀速直线运动,物体的速度不变,故B是不可能的;又由:P=mgv,可知t1~t2时间内重力的功率不变,故C是不可能的;
(3)若F3=mg,则F1<mg,F2<mg,在0~t2时间内电梯受到的合外力的方向都是向下,加速度的方向向下,故A、B、D是不可能的;F3=mg,可知在0~t1时间内向下的加速度大于t1~t2时间内向下的加速度,而t2~t3时间内物体做匀速直线运动,所以v-t图象如图
速度的方向向下,重力的方向也向下,由P=mgv可知,图C是重力的功率随时间变化的图线,故C是可能的.由以上的分析,可知只有C选项是可能的,A、B、D都是不可能的。
综上所述ABD错误,C正确。
故选C。
3.B
【详解】
由牛顿第二定律,在水平方向有
得
水平位移为
2s内的位移为,竖直方向由于,所以竖直方向无位移,拉力F在内做功
A错误;
B.当时间等于2s时,物块的速度为
由功率与力和速度的关系得,拉力F在时的瞬时功率为
B正确;
C.拉力F在内平均功率为
C错误;
D.因为物块在竖直方向上无位移,故重力不做功,D错误。
故选B。
4.C
【详解】
当速度达到5m/s时,拉力的功率最大,在前5s物体的加速度为1m/s2,摩擦力为
由牛顿第二定律可知
F-f=ma
解得
F=12N
根据
P=Fv
可得
Pmax=60W
故选C。
5.A
【详解】
A.功率是描述物体做功快慢的物理量,选项A正确;
B.力对物体做的功越多,力的功率不一定就越大,还与时间有关,选项B错误;
C.从公式P=Fv可知,汽车的发动机功率随速度的增大而增大,但是到达额定功率后不再增加,选项C错误;
D.当轮船航行时,若牵引力与阻力相等,合外力为零,此时发动机的实际功率P=fv不等于零,选项D错误。
故选A。
6.A
【详解】
由题知身高的运动员和身高的运动员举起杠铃的重力相同,因为身高的运动员比身高的运动员高,所以根据
可知
因为两运动员举起杠铃的时间相同,所以根据
可知
故选。
7.A
【详解】
设排泥的流量为Q,t时间内排泥的长度为:
输出的功:
排泥的功:
输出的功都用于排泥,则解得:
故A正确,BCD错误.
8.C
【详解】
抽水机1秒钟内做的功是:
所以抽水机的功率为:
抽水机半小时做的功是:
.
A.与分析不符,故A错误.
B.与分析不符,故B错误.
C.与分析相符,故C正确.
D.与分析不符,故D错误.
9.C
【详解】
每次肩部上升的距离均为0.3m,则他每一次克服重力做的功:
W=mgh=50×10×0.3 J =150J
1分钟内克服重力所做的功:
W总=20W=20×150 J =3000J
相应的功率约为:
A. 0、75W,与结论不相符,选项A错误;
B. 150J、75W,与结论不相符,选项B错误;
C. 3000J、50W,与结论相符,选项C正确;
D. 、100W,与结论不相符,选项D错误.
10.C
【详解】
A.A、B两物体的速度分解如图:
由图可知
物体B匀速向右运动,所以增大,减小,又α减小,增大,所以减小,即汽车向右做减速运动,选项A正确,不符合题意;
B.若图示位置,则,选项B正确,不符合题意;
C.对物体B,由平衡知识得
解得
由数学知识可知,β从30°到60°的过程中绳子对B的拉力先减小后增大,选项C错误,符合题意;
D.因为β从30°到60°的过程中绳子对B的拉力的功率
则拉力的功率逐渐减小。选项D正确,不符合题意。
故选C。
11.BD
【详解】
A.物块下滑的过程中有向心加速度,即加速度不为零,选项A错误;
B.根据
P=mgvy
可知,物体下滑过程速度沿竖直向下的分量减小,则重力的瞬时功率变小,选项B正确;
C.正压力大小
(θ为物块所在位置与圆心的连线与竖直方向的夹角)则随θ角的减小,正压力变大,选项C错误;
D.物块所受合力
则合外力大小不变,方向不断变化,选项D正确。
故选BD。
12.BD
【详解】
AB.由图象斜率得加速度为
由两图知,第一秒内有
f+F=ma
第二秒内有
F′-f=ma
代入数据得
f+1=3-f
故
f=1N
m=2kg
又由
f=μmg
可得动摩擦因数
μ=0.05
故A错误,B正确;
C.第一秒内的位移大小为
x=×1×1=0.5m
位移方向为负向,根据功的公式
W=FL
可得第1s内摩擦力对滑块做功为-0.5J,故C错误;
D.根据v-t图象可知,第2秒内的平均速度
所以第2s的平均功率
P=F′=3×0.5W=1.5W
故D正确;
故选BD。
13.CD
【详解】
A.内物块的位移为12.5m,则力F的作用点移动的距离为
所以内拉力F做的功为
A错误;
B.根据图乙可知,末物块的速度为3m/s,则力F的作用点移动的速度为
末拉力F的功率为
B错误;
C.内,物块做匀速运动,则有
C正确;
D.内物块的位移为25m,则力F的作用点移动的距离为
所以内拉力F做的功为
D正确。
故选CD。
14.ABC
【详解】
A.在W—x图中,斜率表示牵引力大小,在位移内,斜率恒定,所以牵引力为恒力,在位移内,斜率恒定,所以牵引力也是恒力,故A正确;
B.在前内,由可知,受到的牵引力为,根据牛顿第二定律,有
加速度的大小
故B正确;
C.汽车位移在的过程中,根据运动学公式,末速度
,
此时的功率为最大功率
故C正确;
D.在前内,运动的时间为
在后内,拉力为
由于,所以汽车在后内做匀速运动,所需时间为
故汽车位移在的过程中,牵引力的平均功率
故D错误。
故选ABC。
15.(1)x=8m (2) (3)P=100W
【解析】
【详解】
(1)在最低点时绳子恰好断裂前一瞬间,根据牛顿第二定律,
绳子断裂后做平抛运动:
竖直方向:
水平距离:
联立各式并代入数据得:
=8m
(2)小球下落的过程中
重力做功:
重力做功的平均功率:
解得:
=50W
(3)小球落地瞬间
竖直方向的分速度为:
所以在落地一瞬间,重力的瞬时功率为:
解得:
=100W
【点睛】
(1)根据最低点绳子断裂的临界条件,绳子拉力和重力的合力提供向心力,结合牛顿第二定律,可求得平抛的水平初速度;根据平抛运动的规律,可以求得小球落地点与抛出点间的水平距离;
(2)根据平均功率的定义,可求得整个下落过程中重力做功的平均功率;
(3)重力做功的瞬时功率为:,求得落地速度的竖直分量,即可求解落地瞬间,重力做功的瞬时功率.
16.(1);(2);(3)
【详解】
(1)小物块沿桌面边缘飞出后做平抛运动,设运动时间为t,则竖直位移为
水平位移为
由几何关系可知
联立解得
(2)设轻绳对小物块的拉力大小为T,方向与小物块和圆心O连线的夹角为θ,则
小物块沿桌面边缘旋转时的向心力由轻绳的拉力T、与桌面间的摩擦力f共同提供,故
联立解得
(3)由(2)中分析可得
sinθ=0.6
解得