1.1机械功 同步练习-2021-2022学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册（word 含答案）

鲁科版（2019）高一物理必修第二册课时同步练习
第1节机械功
一、单项选择题
1、有一根轻绳拴了一个物体，如图所示，若整体以加速度a向下做减速运动，则作用在物体上的各力做功的情况是( )
A．重力做正功，拉力做负功，合外力做负功
B．重力做正功，拉力做负功，合外力做正功
C．重力做正功，拉力做正功，合外力做正功
D．重力做负功，拉力做负功，合外力做正功
2、如图所示,拖着旧橡胶轮胎跑是身体耐力训练的一种有效方法。如果某受训者拖着轮胎在水平直道上跑了100 m,那么下列说法正确的是 ( )
A.轮胎受到地面的摩擦力做了负功
B.轮胎受到的重力做了正功
C.轮胎受到的拉力不做功
D.轮胎受到地面的支持力做了正功
3、如图所示,小球位于光滑的斜面上,斜面位于光滑的水平地面上。从地面上看,在小球沿斜面下滑的过程中,斜面对小球的作用力 ( )
A.垂直于接触面,做功为零
B.垂直于接触面,做负功
C.不垂直于接触面,做功为零
D.不垂直于接触面,做功不为零
4、如图所示,光滑的斜劈放在水平面上,斜面上用固定的竖直板挡住一个光滑球,当整个装置沿水平面向左以速度v匀速运动时,以下说法中正确的是 (　　)
A.小球的重力不做功
B.斜面对球的弹力不做功
C.挡板对球的弹力做正功
D.合外力做正功
5、某同学将一本高中物理教科书从教室的地面捡起放到课桌上，该同学对物理教科书做功的大小最接近于(　　)
A．0.1 J B．2.0 J
C．50 J D．1 000 J
6、如图所示,质量分别为M和m的两物块A、B(均可视为质点,且M>m),分别在同样大小的恒力F1、F2作用下,沿水平面由静止开始做直线运动,两力与水平方向的夹角相同,两物块经过的位移相同。设此过程中F1对A做的功为W1,F2对B做的功为W2,则 (　　)
A.无论水平面光滑与否,都有W1=W2
B.若水平面光滑,则W1>W2
C.若水平面粗糙,则W1>W2
D.若水平面粗糙,则W17、在足球比赛中，某足球运动员用20 N的力，把重为5 N的足球踢出10 m远，在这一过程中运动员对足球做的功为(　　)
A．200 J B．50 J
C．98 J D．无法确定
8、一滑块在水平地面上沿直线滑行,t=0时,其速度为1 m/s。从此刻开始在滑块运动方向上再施加一水平作用力F,力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图甲和乙所示。设在第1 s内、第2 s内、第3 s内力F对滑块做的功分别为W1、W2、W3,则以下关系式正确的是 ( )
A.W1=W2=W3 B.W1C.W1二、多项选择题
9、关于做功,下列说法正确的是 (　　)
A.滑动摩擦力一定对物体做负功
B.人用力F=300 N将足球踢出,球在空中飞行40 m,人对足球做的功一定为12 000 J
C.功有正负,但它是标量
D.人用力推物体,但物体未被推动,人对物体做功为零
10、关于力对物体做功,下列说法正确的是 (　　)
A.静摩擦力对物体一定不做功,滑动摩擦力对物体一定做功
B.静摩擦力对物体可能做正功
C.作用力的功与反作用力的功的代数和可能不为零
D.合外力对物体不做功,物体一定处于平衡状态
11、质量为2 kg的物体置于水平面上,在运动方向上受到水平拉力F的作用,沿水平方向做匀变速运动,拉力F作用2 s后撤去,物体运动的速度图像如图所示,则下列说法正确的是(取g=10 m/s2) (　　)
A.拉力F做功150 J
B.拉力F做功350 J
C.物体克服摩擦力做功100 J
D.物体克服摩擦力做功175 J
12、如图所示,质量为m的物体置于倾角为θ的斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,在外力作用下,斜面以加速度a沿水平方向向左做匀加速运动,运动中物体与斜面体相对静止。则下列关于斜面对物体的支持力和摩擦力做功的说法中正确的是 (　　)
A.支持力一定做正功
B.摩擦力一定做正功
C.摩擦力可能不做功
D.摩擦力可能做负功
13、如图所示，质量为m的飞机在水平甲板上，在与竖直方向成θ角的斜向下的恒定拉力F作用下，沿水平方向移动了距离s，飞机与水平甲板之间的摩擦力大小恒为f，则在此过程中(　　)
A．摩擦力做的功为－fs
B．力F做的功为Fs cos θ
C．重力做的功为mgs
D．力F做的功为Fs sin θ
三、非选择题
14、如图所示,某段滑雪道倾角为θ=30°,总质量m=50 kg的滑雪运动员从距底端高为h=10 m处的雪道上由静止开始匀加速下滑,所受阻力为f=150 N,g取10 m/s2,运动员从上向下滑到底端的过程中,问:
(1)重力所做的功为多少
(2)阻力所做的功为多少
(3)下滑过程各力对运动员做的总功为多少
15、甲、乙两人在河的两岸同时用绳拉船,使船在河的中间沿直线路径行驶,甲、乙的拉力分别为F1和F2,其大小和方向如图所示,在船行驶 80 m的过程中,用两种方法求合力对船做的功。
(1)先求出合力,再求合力做的功。
(2)先求出两个分力F1和F2做的功,再求两个功的代数和。比较两种方法计算的结果,你能得出什么结论
16、如图所示,质量m=2 kg的物体,在斜向下与水平方向的夹角α=37°、大小为10 N的力的作用下,从静止开始运动,通过的路程s=2 m,已知物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2,问:
(1)力F对物体做多少功
(2)摩擦力对物体做多少功
17、如图所示,水平传送带以速度v顺时针运转,两传动轮M、N之间的距离为L=10 m,若在M轮的正上方将一质量为m=3 kg的物体轻放在传送带上,已知物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.3,在以下两种情况下物体由A处传送到B处的过程中,传送带对物体的摩擦力做了多少功 (g取10 m/s2)
(1)传送带速度v=6 m/s。
(2)传送带速度v=9 m/s。
18、如图(a)所示，一名质量为60 kg的消防员从一根固定的竖直金属杆上由静止滑下，经2.5 s落地。该消防员下滑过程中的速度随时间的变化如图(b)所示。取g＝10 m/s2，求：
(1)该消防员在加速下滑和减速下滑时受到的摩擦力f1和f2的大小；
(2)该消防员下滑的高度H；
(3)该消防员克服摩擦力做的总功W。
(a) (b)
答案与解析
1、A
解析：重力与位移同向，做正功，拉力与位移反向，做负功，由于做减速运动，所以物体所受合力向上，与位移反向，做负功，A选项正确。
2、A
解析：根据力做功的条件,轮胎受到的重力和地面的支持力都与位移垂直,这两个力均不做功,B、D错误;轮胎受到地面的摩擦力与位移反向,做负功,A正确;轮胎受到的拉力与位移夹角小于90°,做正功,C错误。
3、B
解析：弹力的方向总是垂直于接触面;对斜面进行受力分析可知,斜面会向左运动。如图所示,小球的初始位置为A,末位置为B,位移与N并不垂直,夹角为钝角,因此做负功,则B正确,A、C、D错误。
4、A
解析：对小球进行受力分析,小球受到竖直向下的重力、斜面对它垂直于斜面向上的弹力及挡板对它水平向右的弹力,而小球位移方向水平向左,故挡板对球的弹力做负功,斜面对球的弹力做正功,重力方向与位移方向垂直,重力不做功,合力为零,不做功,A正确,B、C、D错误。
5、B
解析：课桌的高度约为0.7 m，物理教科书的质量约为m＝0.3 kg，该同学对物理教科书所做的功的大小为：W＝mgh＝0.3×10×0.7 J＝2.1 J。故B正确，A、C、D错误。故选B。
6、A
解析：设两物块经过的位移均为l,则F1做功为W1=F1l cos α,F2做功为W2=F2l cos α,因F1=F2,则W1=W2,故B、C、D错误,A正确。
7、D
解析：足球运动员用20 N的力作用在足球上，一瞬间就能把足球踢出去，足球在这个力的作用下的位移不知道，所以无法计算运动员对足球所做的功，则D正确，A、B、C错误。
8、B
解析：在v-t图像中,图线与坐标轴所围面积大小等于滑块某时间段的位移,由图乙可计算第1 s内、第2 s内、第3 s内滑块的位移分别是x1=0.5 m、x2=0.5 m、x3=1 m,所以W1=F1x1=0.5 J,W2=F2x2=1.5 J,W3=F3x3=2 J,所以W19、CD
解析：滑动摩擦力方向与运动方向相同时做正功,故A错误;人用力F=300 N将足球踢出,球在空中飞行40 m,在球飞行的过程中,没有受到人的作用力,所以人对足球做功一定不是12 000 J,故B错误;功有正负,即表示力对物体做正功还是负功,但它是标量,故C正确;人用力推物体,但物体未被推动,即位移为零,故人对物体做功为零,D正确。
10、BC
解析：静摩擦力和滑动摩擦力都可以对物体做正功,也可以对物体做负功,还可以对物体不做功,选项A错误,选项B正确;一对作用力和反作用力分别作用在两个物体上,可能同时对物体做正功,其做功的代数和可以不为零,选项C正确;合外力对物体不做功,物体不一定处于平衡状态,选项D错误。
11、AD
解析：由题图可以求出0~2 s内的加速度a1=2.5 m/s2,2~6 s内的加速度a2=-2.5 m/s2,由F+Ff=ma1,Ff=ma2联立,解得F=10 N,Ff=-5 N,由题图还可求出前2 s内的位移l1=15 m,2~6 s内的位移l2=20 m。所以拉力做功WF=Fl1=10×15 J=150 J,摩擦力做功Wf=Ff(l1+l2)=-5×
(15+20) J=-175 J,即物体克服摩擦力做功175 J,故A、D正确。
12、ACD
解析：由功的计算公式W=Fl cos α可知,支持力方向垂直斜面向上,与位移方向的夹角小于90°,支持力一定做正功;而摩擦力是否存在需要讨论:当加速度较小时,摩擦力Ff沿斜面向上,即ag tan θ,摩擦力做正功;当a=g tan θ时,摩擦力不存在,不做功。综上所述,A、C、D正确,B错误。
13、AD
解析：摩擦力大小为f，且摩擦力方向与位移方向相反，则摩擦力所做的功Wf＝－fs，A正确；由题意可知，拉力的方向与位移方向的夹角为90°－θ，则根据功的公式可得WF＝Fs cos (90°－θ)＝Fs sin θ，B错误，D正确；由于飞机在竖直方向上没有位移，故重力不做功，C错误。
14、答案：(1)5 000 J　
(2)-3 000 J　
(3)2 000 J
解析：(1)重力做功为WG=mgh=50×10×10 J=5 000 J。
(2)阻力做功为Wf=-fL=-f·=-150× J=-3 000 J。
(3)合力做功为W合=WG+Wf=2 000 J。
15、解析：(1)根据平行四边形定则可知:
小船受到的合外力大小为
F===200 N
合外力方向与船的运动方向一致。
根据功的定义式W=Fs可知:
合力做的功为W=Fs=200 N×80 m=1.6×104 J
(2)拉力F1与船的位移成60°角,则拉力F1对船所做的功:W1=100 N×80 m ×cos60°=4 000 J
拉力F2与船的位移成30°角,则拉力F2对船所做的功:W2=100 N×80 m ×cos30°=12 000 J
外力对船做的总功为
W=W1+W2=4 000 J+12 000 J=1.6×104 J
两种方法求外力总功的效果是相同的。
答案:(1)200 N　1.6×104 J
(2)4 000 J 12 000 J　16 000 J　两种方法计算的结果相同,说明用两种方法求外力的总功效果是一样的。
16、答案：(1)16 J
(2)-10.4 J
解析：(1)由功的定义可得力F对物体做的功为W=Fs cos α=10×2×0.8 J=16 J。
(2)物体竖直方向受力平衡,可得水平面的支持力为
N=mg+F sin α
摩擦力对物体做的功为Wf=-μN·s
联立解得Wf=-10.4 J
17、解析：物体在传送带上加速运动时
a=μg=3 m/s2。
刚好加速运动10 m时速度
v0== m/s=2 m/s。
(1)由于v=6 m/s所以物体先加速至6 m/s再匀速运动,加速过程的位移为L′== m=6 m。
传送带摩擦力做功
W=fL′=μmgL′=9×6 J=54 J。
(2)由于v=9 m/s>v0=2 m/s,
所以物体从A至B的过程中一直加速。
摩擦力做功W′=fL=μmgL=9×10 J=90 J。
答案:(1)54 J
(2)90 J
18、解析：(1)根据题图(b)可知，该消防员加速下滑时的加速度大小a1＝4 m/s2，减速下滑时加速度大小a2＝2 m/s2
设消防员加速下滑时受到的摩擦力为f1，减速下滑时受到的摩擦力为f2
根据牛顿第二定律有ma1＝mg－f1，－ma2＝mg－f2
解得f1＝360 N，f2＝720 N。
(2)设消防员加速下滑的高度为h1，减速下滑的高度为h2，根据匀变速运动规律有
h1＝a1t＝×4×12m＝2 m
h2＝a1t1t2－a2t＝m＝3.75 m
所以消防员下滑的高度H＝h1＋h2＝5.75 m。
(3)消防员加速下滑过程中，克服摩擦力做功
W1＝f1h1＝360×2 J＝720 J
减速下滑过程中，克服摩擦力做功W2＝f2h2＝720×3.75 J＝2 700 J
在整个下滑过程中消防员克服摩擦力做的总功
W＝W1＋W2＝3 420 J。
答案：(1)360 N　720 N
(2)5.75 m
(3)3 420 J