人教版新教材必修二第八章摩擦力做功能量专题(含答案)
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题(本大题共10小题,共60.0分)
如图所示,一足够长的木板在光滑水平面上以速度向右匀速运动,现将质量为的物体竖直向下轻轻地放置在木板上的右端,已知物体和木板之间的动摩擦因数为。为保持木板的速度不变,须对木板施一水平向右的作用力。从物体放到木板上到它相对木板静止的过程中,木块与物体组成的系统产生的内能为( )
A. B. C. D.
在全运会小轮车泥地竞速赛中,选手从半径为的圆弧形赛道顶端由静止出发冲到坡底,设阻力大小不变为,选手和车总重为。在此过程中,关于选手和车的下列说法正确的是( )
A. 克服阻力做功为 B. 动能增加量为
C. 机械能保持不变 D. 在坡底所受的支持力大于重力
质量为 的物体在粗糙的水平地面上运动,当运动的速度为时,给物体施加一个水平恒力,在此恒力的作用下物体做直线运动,其速度随时间的变化如图所示,则下列说法中错误的是取
A. 恒力的大小为 B. 前 内摩擦产生的热量为
C. 前 内合外力的冲量大小为 D. 物体与地面间的动摩擦因数为
长为、质量为的平板车在粗糙水平地面上以初速度向右运动,同时将一个质量为的小物块轻轻放在平板车的最前端,物块和平板车的平板间的动摩擦因数为,由于摩擦力的作用,物块相对平板车向后滑行距离后与平板车相对静止,平板车最终因为地面摩擦而静止,如图所示,物块从放到平板车上到与平板车一起停止运动,摩擦力对物块做的功为( )
A. B. C. D.
两完全相同的斜面和与水平面分别平滑连接。小木块从点以某一初速度开始下滑,恰好能运动到点。已知小木块与两斜面、水平面间的动摩擦因数相同,小木块开始下滑的初速度保持不变,、等高,小木块可视为质点,若只改变斜面的边,则( )
A. 改变为边,小木块从点开始下滑运动不能到达点
B. 改变为边,小木块从点开始下滑运动将越过点
C. 改变为边,小木块从点开始下滑运动将越过点
D. 改变为边,小木块从点开始下滑运动恰好到达点
如图所示,质量为的木箱静止在光滑的水平面上,木箱内粗糙的底板正中央放着一个质量为的小木块,小木块可视为质点.已知小木块初速度,且方向水平向右,小木块与木箱底部间的动摩擦因素,小木块与木箱壁多次弹性碰撞后恰好回到木箱正中间,并与木箱相对静止,重力加速度,木箱内壁间距,整个过程中系统损失的机械能和小木块与木箱碰撞次数分别为( )
A. 次 B. 次 C. 次 D. 次
如图所示,长为绷紧的传送带以的速度匀速运行,现将一质量的小物块轻轻放在传送带左端,经过小物块运动到传送带的右端,已知小物块与传送带之间的动摩擦因数,取下列判断正确的是 ( )
A. 此过程小物块始终做匀加速运动 B. 此过程摩擦力对小物块做功
C. 此过程中因摩擦产生的热量为 D. 此过程中因摩擦产生的热量为
如图所示,为一具有光滑曲面的固定轨道,轨道底端是水平的,质量的小车静止于轨道右侧,其板面与轨道底端靠近且在同一水平面上,一个质量的可看成质点物体以初速度零从轨道顶滑下,冲上小车后经一段时间与小车相对静止并继续一起运动.若轨道顶端与底端水平面的高度差为,物体与小车板面间的动摩擦因数为,小车与水平面间的摩擦忽略不计,取,物体与小车保持相对静止时的速度大小和物体冲上小车后相对于小车板面滑动的距离分别为
A. B. C. D.
木块放在木块的左端,用恒力将拉至的右端,第一次将固定在地面上,做功为,生热为;第二次让可以在光滑地面上自由滑动,仍将拉到右端,这次做功为,生热为;则应有( )
A. , B. ,
C. , D. ,
一只质量是的猴子沿着长为的竖直在地面上的钢管往下滑,它从钢管顶端下滑到底端的运动图像如图所示。取重力加速度,则下列说法正确的是( )
A. 猴子加速下滑的高度与减速下滑的高度之比为:
B. 下滑过程中猴子的最大动能为
C. 下滑过程中猴子的机械能可能先增大后减小
D. 加速与减速下滑的过程中猴子所受的摩擦力大小之比为:
二、计算题(本大题共3小题,共40.0分)
如图所示,木板质量,足够长的木板质量,质量为的木块置于木板上,水平地面光滑,、之间存在摩擦.开始时、均静止,现使以的初速度向右运动,与碰撞后以速度弹回.取,求:
运动过程中的最大速率.
碰撞后在上滑行距离,求、间动摩擦因数.
如图甲所示,质量的足够长的木板静止在光滑水平面上,质量的小物块静止在长木板的左端.现对小物块施加一水平向右的恒力,小物块和长木板运动的速度图象如图乙所示.取求:
小物块与长木板之间的动摩擦因数;
水平力的大小;
内因摩擦而产生的热量。
如图所示,水平传送带长,且以的恒定速率顺时针转动,光滑曲面与传送带右端点平滑链接,有一质量的物块从距传送带高的点由静止开始滑下。已知物块与传送带之间的动摩擦因数,取,求:
物块距传送带左端的最小距离;
物块再次经过点后滑上曲面的最大高度;
物块第一次返回到最高点前,物块与传送带间因摩擦而产生的热量。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
首先分析木块、木板的受力情况,根据牛顿第二定律和平衡条件列式求解拉力和滑块的加速度,求解相对滑动过程的位移,然后根据求解热量。
本题关键是明确滑块和滑板的受力情况和运动情况,然后根据牛顿第二定律和动能定理列式分析,基础题目。
【解答】
对的摩擦力向右,则对的摩擦力向左,做匀加速直线运动,当速度达到和一起做匀速运动;
对,有:,
对,有:,
匀加速运动的时间为:,
则:滑块运动的位移为:
木板运动的位移为:;
所以因摩擦产生的内能为:,故C正确,ABD错误;
故选C。
2.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查动能定理、机械能守恒的判断及摩擦力做功等内容。其中克服阻力做功,是一个变力做功,运用微元的思想处理。
分析选手在运动过程中的受力情况和做功情况即可解题。
【解答】
选手在运动过程中受重力、支持力和阻力作用;重力做正功,阻力做负功,支持力不做功。
A.将圆弧形赛道分割成无数微元,每一小段,阻力都可以看成是恒力做功,累加克服阻力做功为,故A错误;
B.动能增加量等于合力做的功,,故B错误;
C.此过程中还有阻力做功,则机械能不守恒,故C错误;
D.在坡底所受的支持力与重力之和提供向心力,则支持力大于重力,故D正确。
3.【答案】
【解析】
【分析】
先分析物体的运动情况和受力情况:设水平向右为正方向,则知物体先向右做匀减速运动,水平方向受到向左的恒力和向左的滑动摩擦力,速度减到零后,向左做匀加速,由图可知两个运动阶段的加速度大小,对两个运动阶段分别根据牛顿第二定律列式即可求出恒力的大小及滑动摩擦力大小,由公式求出滑动摩擦因数,图象图线与时间轴围成的面积表示位移,再由功能关系可求前内摩擦产生的热量,由动量定理可求前内合外力的冲量大小。
本题考查了速度图像与牛顿定律的应用以及动量定理,意在考查考生的分析和解决问题的能力。
【解答】
设水平向右为正方向,由题意知恒力水平向左,物体的运动分为两个过程:前内物体做匀减速直线运动,根据图象可得加速度大小为:;后内物体反向做匀加速直线运动,根据图象可得加速度大小为:;由牛顿第二定律可得: ,;联立以上各式解方程组得出:;,由摩擦力公式,求出由图象可知,图线与时间轴围成的面积表示位移,前内物体的路程为:,由功能关系可知前内摩擦产生的热量为,由动量定理得:前内合外力的冲量大小为,故ABD正确,C错误。
此题选错误的,故选C。
4.【答案】
【解析】【解析】将小物块轻放到平板车上时,由于摩擦力做正功,使小物块加速,到与平板车速度相等时变为静摩擦力,由于地面对平板车的阻力而使平板车和小物块都减速,静摩擦力对小物块做负功,因为小物块初速度为零,最终与平板车一起减速到零,故动能变化量为零,在整个过程中摩擦力对小物块做的功为零,正确。故选。
5.【答案】
【解析】
【分析】本题主要考查动能定理和斜面摩擦力做功。写出斜面摩擦力做功的表达式,可知摩擦力做功与小木块在水平方向移动的距离有关,与斜面的长度、高度无关,据此分析。
【解答】
小木块从点以某一初速度开始下滑,设与的夹角为,在斜面上摩擦力做功大小为,同理在斜面上摩擦力做功大小为,根据题意恰好能运动到点,从到由动能定理可得,改变为边,摩擦力做功仍为,所以小木块仍将运动到等高的点,故AB错误;
改变为边,当小木块运动到点时,小木块在水平方向移动的距离变小,摩擦力做功减小,小木块到达时速度不为零,因此将越过点,故C正确,D错误。
6.【答案】
【解析】
【分析】
根据动量守恒和功能关系求解即可。
本题是滑块木板模型中的动量守恒和功能关系的常规题目的求解,注意摩擦力做功中的位移为相对位移。
【解答】
设小木块与木箱的共同速度为,根据动量守恒得出:
系统损失的机械能
代入数据得出:
在小木块的运动过程中,滑动摩擦力消耗机械能,根据功能关系得到
由题意可知,解得次。
故选C。
7.【答案】
【解析】
【分析】
假设到达共同速度,由动能定理求出发生的位移与传送带的长度比较可判断始终加速还是先加速后匀速;
由动能定理可求解;
求出滑块做匀加速时传送带的位移,由摩擦力与相对位移的乘积可求产生的热量。
在处理皮带类问题时要注意物块和皮带是否能共速,所以在此类题时一般要假设能共速,然后计算共速时发生的位移,从而判断出是否共速。
【解答】
A.设物块速度达到皮带速度时用时为,运动的位移为,则: 解得: 所以物块在皮带上先匀加速后匀速运动,故A错误;
B.此过程摩擦力对小物块做功,故B错误;
当物块的速度等于皮带的速度时所用的时间为 皮带在时间内运动的位移为
此过程中因摩擦产生的热量,故C正确,D错误。
故选C。
8.【答案】
【解析】
【分析】
下滑过程中根据机械能守恒求出进入水平面的速度,物体相对于小车板面滑动过程动量守恒即可求出最终的速度,进而根据能量守恒即可求出相对滑动的距离。
本题主要考查板块问题,要熟练运用机械能守恒与动量守恒等知识进行求解。
【解答】
下滑过程机械能守恒,得,物体相对于小车板面滑动过程动量守恒可得:,所以,设物体相对于小车板面滑动的距离为,由能量守恒有,摩擦生热:,代入数据解得:,故A正确,故BCD错误。
故选A。
9.【答案】
【解析】
【分析】
根据:;比较克服摩擦力所做的功,摩擦产生的热量:,通过比较相对位移比较摩擦产生的热量;解决本题的关键掌握摩擦力做功的求法。
【解析】
通过求其他形式能的减少量来间接求内能的增加量.
设板长为,、间摩擦力为,当固定时,;;
不固定时,如图,由于对有摩擦力使向右移,则的位移为:,所以:,,故A正确,BCD错误。
故选A。
10.【答案】
【解析】
【分析】该题主要考查速度时间图像、牛顿第二定律相关知识。熟知图像特点和规律并能从中获取有用信息是解决本题的关键。
图像的面积等于物体的位移大小,由此分析猴子加速下滑的高度与减速下滑的高度之比;由图像可知猴子先加速下滑,后减速下滑,则速度最大时动能最大;下滑过程中摩擦力始终与运动方向相反,摩擦力做负功,则机械能始终减小;应用牛顿第二定律求解加速与减速下滑的过程中猴子所受的摩擦力大小之比。
【解答】为图像的面积等于物体的位移,故由图像可知猴子加速下滑的高度与减速下滑的高度之比为,故A错误;
B.设最大速度为,则,解得,则下滑过程中猴子的最大动能为,故B错误;
C.下滑过程中摩擦力一直对猴子做负功,故猴子的机械能一直减小,故C错误;
D.加速阶段的加速度大小为:,根据牛顿第二定律可知:,减速阶段的加速度大小为:,根据牛顿第二定律可知:,联立解得:,故D正确。
故选D。
11.【答案】解:与碰后瞬间,速度最大.取向右为正方向,
由、系统动量守恒,有:,
代入数据得:;
与达到共同速度后,由、系统动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律有:,代入数据得:,
由能量守恒定律得:,解得
答:运动过程中的最大速率为.
碰撞后在上滑行距离,、间动摩擦因数为.
【解析】、碰撞瞬间的速度最大,碰撞过程系统动量守恒,应用动量守恒定律可以求出最大速度.
系统动量守恒,应用动量守恒定律与能量守恒定律可以求出动摩擦因数.
本题考查了求速度与损失的机械能问题,分析清楚物体运动过程,应用动量守恒定律与能量守恒定律即可正确解题.
12.【答案】解:由速度图象可知:长木板的加速度
由牛顿第二定律可知:小物块施加给长木板的滑动摩擦力
小物块与长木板之间的动摩擦因数:
由速度图象可知:小物块的加速度
由牛顿第二定律可知:
小物块在长木板上滑行的距离
则
【解析】根据速度图象求解长木板的加速度,根据牛顿第二定律求解动摩擦因数;
根据速度图象求解小物块的加速度,根据牛顿第二定律求解水平力;
根据位移公式求解小物块在长木板上滑行的距离,根据功能关系求解摩擦产生的热量。
本题关键是根据速度图象求解加速度,知道加速度是运动和力之间联系的桥梁,知道摩擦力做功产生热量。
13.【答案】解:物块从到的过程中,由机械能守恒列式得:
解得:
物块在传送带上向左运动的过程中,取水平向左为正方向,通过受力分析后,
由牛顿第二定律得:
得:,
由运动学公式得:
解得:
且
那么,物块距传送带左端的最小距离
物块在传送带上向右运动的过程中,取水平向右为正方向,通过受力分析后,
由牛顿第二定律得:得:
由于传送带的速度由运动学公式得:
则物块向右运动经过点时的速度
那么,物块经过点后滑上曲面的过程中,由机械能守恒定律得:
即:
物块在传送带上向左运动的过程中,相对位移
此过程中产生的热量
物块在传送带上向右运动的过程中,相对位移
此过程中产生的热量
那么,全程产生的热量
答:物块距传送带左端的最小距离为。
物块再次经过点后滑上曲面的最大高度为。
在整个运动过程中,物块与传送带间因摩擦而产生的热量为。
【解析】物块从到的过程中,由机械能守恒列式,物块在传送带上向左运动的过程中,取水平向左为正方向,根据牛顿第二定律结合运动学基本公式列式,联立方程求解;
根据牛顿第二定律结合运动学基本公式求出物块到达点速度,再根据机械能守恒定律求出上升的最大高度;
根据分别求出物块向左和向右滑动过程中产生的热量,两者之和即为总热量。
本题主要考查了牛顿第二定律,运动学基本公式以及机械能守恒定律的直接应用,其中还涉及到物体与传送带的相对运动,要求同学们能正确分析物体的受力情况和运动情况,过程较为复杂,难度较大,属于难题。
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