第十章 功与机械能
一、填空题(每小题2分,共20分)
1.如图所示,用力沿水平方向推动沙发前进,沙发的重力 (选填“有”或“没有”)对沙发做功。
2.航母阻拦索用于将舰载机高速拦停,是舰载机名副其实的一道“生命线”。高速着舰的飞机尾钩勾住阻拦索继续向前滑行,阻拦索给飞机施加向后的拉力,使飞机的速度快速减小,最后安全停在甲板上(如图所示)。在此过程中飞机的动能转化为阻拦索的 能。
3.坚持锻炼身体,对于促进中学生身体生长发育十分重要。李祥同学在参加中考体育跳绳项目时克服重力做功的功率为200 W,该功率值所表示的物理意义是 。
4.小安同学正在进行传接排球训练。他将排球斜向上抛出,排球的运动轨迹如图所示,a、b、c、d为轨迹上的点,其中a、c两点高度相同。若不计空气阻力,则排球在a点的动能 (选填“大于”“等于”或“小于”)在d点的动能。
5.水平地面上有一凹槽,小球从A点静止释放,沿凹槽滚到最高点B点后往回滚动,在往回滚动时先后经同一水平高度的P、Q点。则小球的动能EP (选填“>”“<”或“=”)EQ。
6.如图所示,一个重为5 N的物体被水平力F=25 N压在竖直墙面上匀速下滑20 cm,则匀速下滑的过程中压力F做的功为 J。
7.如图所示,无人机总质量为2 kg,它以1 m/s的速度沿竖直方向匀速上升50 m,又以1.2 m/s的速度沿水平方向匀速飞行100 m,无人机在这一过程中克服重力做功为 J。(g取10 N/kg)
8.在八年级期末体育跳绳测试中,小鹏同学1 min跳了180次获得满分,已知小鹏同学的质量为50 kg,他跳起一次的平均高度为5 cm,则小鹏同学在跳绳测试中的功率是 W。(g取10 N/kg)
9.如图所示,用不同的拉力F1、F2分别将同一物体沿光滑的斜面AB、AC从底部匀速拉到顶点A,两次所用的时间之比tBA∶tCA=2∶1,拉力F1的功率为P1,拉力F2的功率为P2,则P1∶P2= 。
10.如图所示是我国自行研制的具有国际先进水平的歼20战斗机,其10 s可飞行的距离达8 600 m,已知发动机提供的动力约为1.4×105 N,则该发动机的功率为 W。
二、选择题(每小题2分,共14分;每小题给出的四个选项中,只有一个选项是符合题意的)
11.2024年6月2日,嫦娥六号在月背南极艾特肯盆地成功着陆,是我国探月工程又一里程碑事件。关于嫦娥六号说法正确的是( )
A.在下落过程中,机械能减小
B.着陆后,质量变小,惯性变小
C.在下落过程中,相对于月球表面是静止的
D.四只宽大的脚,是为了增大压强
12.关于功和功率,下列说法中正确的是( )
A.只要有力作用在物体上就一定会做功
B.力对物体做的功越多,功率就一定越大
C.功率大的机械做功一定快
D.功等于力与物体移动距离的乘积
13.如图所示,两位同学正在爬楼梯,若他们爬相同的楼层,下列说法正确的是( )
A.体重小的一定做功快
B.用时长的做功一定慢
C.体重大的做功一定多
D.用时短的一定做功少
14.如图所示,将一个小球用细线悬挂起来,让小球从A点静止释放,小球会在A、C两点之间来回摆动,最终静止下来。下列说法正确的是( )
A.小球从A点摆动到B点,动能转化为重力势能
B.小球能从B点摆动到C点是由于受到惯性
C.小球每次经过B点,其动能都比上一次小
D.小球最终静止在A点
15.小明同学将质量为5 kg的书包从地面提到课桌上,请估测此过程中他对书包做的功约为( )
A.4 J B.40 J C.400 J D.4 000 J
16.在自由下落过程中的物体运动速度会越来越快。一个物体由A点自由下落,相继经过B、C两点。已知AB=BC,如图所示,物体在AB段重力做功为W1,做功功率为P1,在BC段重力做功为W2,做功功率为P2,则下列关系正确的是( )
A.W1
B.W1=W2,P1C.W1=W2,P1=P2
D.W1>W2,P1>P2
17.两台汽车发动机的牵引力之比是 1∶3,两台汽车匀速直线行驶时的速度之比是5∶6,那么此时这两台汽车发动机的功率之比是( )
A.5∶18 B.5∶2 C.18∶5 D.2∶5
三、实验题(第18小题4分,第19小题4分,第20小题 8分,共16分)
18.如图所示是某实验小组探究动能的大小与什么因素有关的实验装置。实验中,用力将钢球推出,让钢球瞬间获得速度并向右运动,钢球跟弹簧碰撞后把弹簧压缩。
(1)本实验是通过观察 来比较钢球动能的大小。
(2)①保持钢球的质量不变,推出钢球的速度越大,弹簧被压缩的程度越大;②换不同质量的钢球,以相同的速度推出,钢球的质量越大,弹簧被压缩的程度也越大。
以上两次实验表明:物体的动能大小与 有关。
19.小明探究“重力势能与物体质量和高度的关系”,做了如图所示的三次实验,重物质量m(1)比较A、B两次实验可知,质量相同时,物体的高度越高,具有的重力势能 。
(2)小明认为由实验步骤A和C或由实验步骤B和C,均可判断重力势能的大小和物体质量的关系。该观点错误,理由是 。
20.安安在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中,选用质量不同的两个钢球m和M(M的质量大于m),分别从高度h和H(H>h)由静止开始释放,观察木块B被撞击后移动的距离,实验过程如图
所示。
(1)安安通过观察木块B移动的距离,来判断钢球动能的大小,这种科学方法是 (选填“控制变量”或“转换”)法;若水平面绝对光滑,本实验将 (选填“能”或“不能”)达到探究目的。
(2)由甲、乙两图可得实验结论是物体的动能大小与 有关。
(3)安安根据甲、丙两图得出结论:物体的动能大小与质量有关。她的结论 (选填“正确”或“错误”)。
四、计算与推导题(第21小题6分,第22小题6分,第23小题8分,共20分;解答要有必要的公式和过程)
21.在某届机器人与人工智能国际会议中,图甲为某款静止在水平地面上的智能机器人,重力为400 N。它在某次引领接待工作中,沿水平直线匀速运动,受到的水平阻力为机器人自重的,运动路程s随时间t变化的图像如图乙所示。则:
(1)静止时,地面对智能机器人的支持力大小为多少牛
(2)在0～4 s内,动力对机器人做的功为多少焦
22.一艘货轮在长江某河段行驶,50 s内匀速通过200 m的路程,其牵引力为5×105 N,求:
(1)货轮行驶的速度。
(2)牵引力做的功。
(3)牵引力的功率。
23.2023年12月18日23时59分,临夏州积石山县发生 6.2级地震,道路中断、房屋倒塌、人员伤亡,人民群众生命财产安全受到严重威胁。地震发生后,中国人民解放军第一时间赶赴灾区开展抢险救灾工作。此次抢险工作中,我国自主研发的运20重型军用运输机负责运送物资及相关救援设备,为抢险工作赢得了时间。
(1)运20以720 km/h的速度飞行1.5 h,能飞行多少千米
(2)若飞机及所有物资总重达150 t,与地面的总接触面积约为1.5 m2,则飞机静止在水平地面上时对地面的压强是多大(g取10 N/kg)
(3)若运20在空中以720 km/h的速度水平匀速直线飞行时所受阻力为1.6×105 N,求此过程中发动机的功率。第十章 功与机械能
一、填空题(每小题2分,共20分)
1.如图所示,用力沿水平方向推动沙发前进,沙发的重力 没有 (选填“有”或“没有”)对沙发做功。
2.航母阻拦索用于将舰载机高速拦停,是舰载机名副其实的一道“生命线”。高速着舰的飞机尾钩勾住阻拦索继续向前滑行,阻拦索给飞机施加向后的拉力,使飞机的速度快速减小,最后安全停在甲板上(如图所示)。在此过程中飞机的动能转化为阻拦索的 弹性势 能。
3.坚持锻炼身体,对于促进中学生身体生长发育十分重要。李祥同学在参加中考体育跳绳项目时克服重力做功的功率为200 W,该功率值所表示的物理意义是 他每秒内克服重力所做的功是200 J 。
4.小安同学正在进行传接排球训练。他将排球斜向上抛出,排球的运动轨迹如图所示,a、b、c、d为轨迹上的点,其中a、c两点高度相同。若不计空气阻力,则排球在a点的动能 小于 (选填“大于”“等于”或“小于”)在d点的动能。
5.水平地面上有一凹槽,小球从A点静止释放,沿凹槽滚到最高点B点后往回滚动,在往回滚动时先后经同一水平高度的P、Q点。则小球的动能EP > (选填“>”“<”或“=”)EQ。
6.如图所示,一个重为5 N的物体被水平力F=25 N压在竖直墙面上匀速下滑20 cm,则匀速下滑的过程中压力F做的功为 0 J。
7.如图所示,无人机总质量为2 kg,它以1 m/s的速度沿竖直方向匀速上升50 m,又以1.2 m/s的速度沿水平方向匀速飞行100 m,无人机在这一过程中克服重力做功为 1 000 J。(g取10 N/kg)
8.在八年级期末体育跳绳测试中,小鹏同学1 min跳了180次获得满分,已知小鹏同学的质量为50 kg,他跳起一次的平均高度为5 cm,则小鹏同学在跳绳测试中的功率是 75 W。(g取10 N/kg)
9.如图所示,用不同的拉力F1、F2分别将同一物体沿光滑的斜面AB、AC从底部匀速拉到顶点A,两次所用的时间之比tBA∶tCA=2∶1,拉力F1的功率为P1,拉力F2的功率为P2,则P1∶P2= 1∶2 。
10.如图所示是我国自行研制的具有国际先进水平的歼20战斗机,其10 s可飞行的距离达8 600 m,已知发动机提供的动力约为1.4×105 N,则该发动机的功率为 1.204×108 W。
二、选择题(每小题2分,共14分;每小题给出的四个选项中,只有一个选项是符合题意的)
11.2024年6月2日,嫦娥六号在月背南极艾特肯盆地成功着陆,是我国探月工程又一里程碑事件。关于嫦娥六号说法正确的是(A)
A.在下落过程中,机械能减小
B.着陆后,质量变小,惯性变小
C.在下落过程中,相对于月球表面是静止的
D.四只宽大的脚,是为了增大压强
12.关于功和功率,下列说法中正确的是(C)
A.只要有力作用在物体上就一定会做功
B.力对物体做的功越多,功率就一定越大
C.功率大的机械做功一定快
D.功等于力与物体移动距离的乘积
13.如图所示,两位同学正在爬楼梯,若他们爬相同的楼层,下列说法正确的是(C)
A.体重小的一定做功快
B.用时长的做功一定慢
C.体重大的做功一定多
D.用时短的一定做功少
14.如图所示,将一个小球用细线悬挂起来,让小球从A点静止释放,小球会在A、C两点之间来回摆动,最终静止下来。下列说法正确的是(C)
A.小球从A点摆动到B点,动能转化为重力势能
B.小球能从B点摆动到C点是由于受到惯性
C.小球每次经过B点,其动能都比上一次小
D.小球最终静止在A点
15.小明同学将质量为5 kg的书包从地面提到课桌上,请估测此过程中他对书包做的功约为(B)
A.4 J B.40 J C.400 J D.4 000 J
16.在自由下落过程中的物体运动速度会越来越快。一个物体由A点自由下落,相继经过B、C两点。已知AB=BC,如图所示,物体在AB段重力做功为W1,做功功率为P1,在BC段重力做功为W2,做功功率为P2,则下列关系正确的是(B)
A.W1B.W1=W2,P1C.W1=W2,P1=P2
D.W1>W2,P1>P2
17.两台汽车发动机的牵引力之比是 1∶3,两台汽车匀速直线行驶时的速度之比是5∶6,那么此时这两台汽车发动机的功率之比是(A)
A.5∶18 B.5∶2 C.18∶5 D.2∶5
三、实验题(第18小题4分,第19小题4分,第20小题 8分,共16分)
18.如图所示是某实验小组探究动能的大小与什么因素有关的实验装置。实验中,用力将钢球推出,让钢球瞬间获得速度并向右运动,钢球跟弹簧碰撞后把弹簧压缩。
(1)本实验是通过观察 弹簧被压缩的程度 来比较钢球动能的大小。
(2)①保持钢球的质量不变,推出钢球的速度越大,弹簧被压缩的程度越大;②换不同质量的钢球,以相同的速度推出,钢球的质量越大,弹簧被压缩的程度也越大。
以上两次实验表明:物体的动能大小与 质量和速度 有关。
19.小明探究“重力势能与物体质量和高度的关系”,做了如图所示的三次实验,重物质量m(1)比较A、B两次实验可知,质量相同时,物体的高度越高,具有的重力势能 越大 。
(2)小明认为由实验步骤A和C或由实验步骤B和C,均可判断重力势能的大小和物体质量的关系。该观点错误,理由是 没有控制物体下落的高度相同 。
20.安安在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中,选用质量不同的两个钢球m和M(M的质量大于m),分别从高度h和H(H>h)由静止开始释放,观察木块B被撞击后移动的距离,实验过程如图
所示。
(1)安安通过观察木块B移动的距离,来判断钢球动能的大小,这种科学方法是 转换 (选填“控制变量”或“转换”)法;若水平面绝对光滑,本实验将 不能 (选填“能”或“不能”)达到探究目的。
(2)由甲、乙两图可得实验结论是物体的动能大小与 速度 有关。
(3)安安根据甲、丙两图得出结论:物体的动能大小与质量有关。她的结论 正确 (选填“正确”或“错误”)。
四、计算与推导题(第21小题6分,第22小题6分,第23小题8分,共20分;解答要有必要的公式和过程)
21.在某届机器人与人工智能国际会议中,图甲为某款静止在水平地面上的智能机器人,重力为400 N。它在某次引领接待工作中,沿水平直线匀速运动,受到的水平阻力为机器人自重的,运动路程s随时间t变化的图像如图乙所示。则:
(1)静止时,地面对智能机器人的支持力大小为多少牛
(2)在0～4 s内,动力对机器人做的功为多少焦
解析:(1)机器人静止,在竖直方向上受到的重力和支持力是平衡力,即F支=G=400 N。
(2)由图像可知,0～4 s机器人沿动力方向运动的距离s=2 m,因为机器人匀速运动,
所以F=Ff=G=×400 N=8 N,
动力对机器人做的功为W=Fs=8 N×2 m=16 J。
答案:(1)400 N (2)16 J
22.一艘货轮在长江某河段行驶,50 s内匀速通过200 m的路程,其牵引力为5×105 N,求:
(1)货轮行驶的速度。
(2)牵引力做的功。
(3)牵引力的功率。
解析:(1)货轮行驶的速度v===4 m/s。
(2)牵引力做的功
W=Fs=5×105 N×200 m=1×108 J。
(3)牵引力的功率P===2×106 W。
答案:(1)4 m/s (2)1×108 J (3)2×106 W
23.2023年12月18日23时59分,临夏州积石山县发生 6.2级地震,道路中断、房屋倒塌、人员伤亡,人民群众生命财产安全受到严重威胁。地震发生后,中国人民解放军第一时间赶赴灾区开展抢险救灾工作。此次抢险工作中,我国自主研发的运20重型军用运输机负责运送物资及相关救援设备,为抢险工作赢得了时间。
(1)运20以720 km/h的速度飞行1.5 h,能飞行多少千米
(2)若飞机及所有物资总重达150 t,与地面的总接触面积约为1.5 m2,则飞机静止在水平地面上时对地面的压强是多大(g取10 N/kg)
(3)若运20在空中以720 km/h的速度水平匀速直线飞行时所受阻力为1.6×105 N,求此过程中发动机的功率。
解析:(1)运20以v=720 km/h=200 m/s的速度飞行1.5 h,飞行距离s=vt=720 km/h×1.5 h=1 080 km。
(2)该飞机及所有物资所受的重力和为
G=mg=150×103 kg×10 N/kg=1.5×106 N;
压力F=G=1.5×106 N;
飞机对地面的压强
p===1×106 Pa。
(3)若运20在空中以720 km/h的速度水平匀速直线飞行时所受阻力等于牵引力,即F′=Ff=1.6×105 N,
功率P===F′v=1.6×105 N×200 m/s=3.2×107 W。
答案:(1)1 080 km (2)1×106 Pa (3)3.2×107 W