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第二节 机械功和机械能
范例探究
【范例1】(南京中考题)下列四种情景中,人对物体做了功的是 ( )
【研析】做功应同时满足两个条件:作用在物体上的力和物体在力的方向上通过一定的距离。A虽然有力作用在物体上,也通过了一定的距离,但通过的距离和力不在同一方向上,B、D虽然都有力作用在物体上,但石头并没有移动一段距离,C有力作用在物体上,并被撬动,移动了一段距离,故选C。
【范例2】如图所示,某同学在做俯卧撑运动,可将他的身体视为一个杠杆,他的重心在A点,重力为500N,那么他将身体撑起,双手对地面的压力至少为 N,若他在1min内做了30个俯卧撑,每次肩部上升的距离均为0.4m,则他的功率至少为 W。
【研析】本题有一定的综合性,包含了杠杆21世纪教育网
知识、力学知识、功和功率。以O为支点,地面
对人体的支持力为动力,人体的重力为阻力,动
力臂为0.9m+0.6m,阻力臂为0.9m,根据杠
杆的平衡条件求出地面对人的支持力为300N。根
据W=FS求得人体完成这些俯卧撑共需克服重力
做功3600J,再根据公式P=W/t可得出平均功率为60W。
【范例3】(武汉中考题)今年人春以来,我市黄陂区部分松林发生虫灾。为了灭虫,市政府多次调动直升飞机在重灾区上空喷洒生物农药。当飞机在某一高度水平匀速飞行,喷洒农药的过程中飞机的 ( )
A.动能减小,重力势能减小
B.动能不变,重力势能不变
C.动能减小,重力势能增大
D.动能增大,重力势能减小
【研析】本题涉及动能、重力势能和机械能。动能与质量和速度有关,重力势能与质量和高度有关。尽管飞机的飞行高度和速度没有发生变化,但喷洒农药时,质量在减小,故动能和势能都减小了,故选A。
达标训练
1.(柳州中考题)在下图的几个情形中,所提到的力没有做功的是 ( )
2.(宜昌中考题)以下事例中,重力做功的是21世纪教育网( )
A.冰球在水平的冰面上滚动21世纪教育网
B.皮划艇在平静的水面上快速滑行
C.跳水运动员下落
D.举重运动员把杠铃举起停在空中静止不动
3.(浙江中考题)小明同学将一本重为2N的科学课本从地上捡起,放到高度约为lm的课桌上,在这个过程中他对课本所做的功大约是 ( )
A.0.2J B.2J
C.20J D.200J
4.(湖州中考题)下列关于能的叙述,正确的是 ( )
A.一个物体能够做功,我们就说这个物体具有能
B.挂在树枝上的苹果没有做功,所以没有能
C.一个物体已做过的功越多,说明这个物体具有的能越多
D.运动的物体具有能,静止的物体没有能
5.(嘉兴中考题)在学习了功率的知识后,三位同学想比较爬杆时谁的功率大。以下是他们讨论后得出的三套方案,其中可行的是 ( )
①用相同的时间爬杆,测量出各自的体重和爬上杆的高度,即可比较功率大小
②都爬到杆顶,测量出各自的体重和爬杆用的时间,即可比较功率大小
③爬杆后,测量出各自的体重、爬杆用的时间和爬上杆的高度,算出功率进行比较
A.只有① B.①②
C.①③ D.①②③
6.(芜湖中考题)如图所示,小孩从不太陡的
滑梯上滑下的过程中,臀部有灼热的感觉
,下列说法正确的是 ( )
A.动能一定越来越大
B.重力势能一定越来越小
C.机械能总量保持不变
D.以上说法都不对
7.(浙江中考题)今年6月美国在科罗拉多大峡谷建成观景台,它搭建在大峡谷的西侧谷壁上,呈U字形,离谷底l200米,取名为“人行天桥”(见下图)。如果在建造过程中有一块质量为0.1kg的石子从观景台掉落谷底,则在下落过程中石子的重力做功为(g=10N/kg) ( )
A.12J B.1200J
C.1.2×105J D.1.2×106J
8.(衢州中考题)用10N竖直向上的拉力,使放在水平地面上重为8N的物体竖直向上移动了2m,则拉力做功为 ( ) 21世纪教育网
A.4J B.16J C.20J D.36J
9.(沈阳中考题)小刚要锯开厚度均匀的木板,每拉一次,锯条移动的距离为0.3m,所用的力为l80N,连续拉锯50次用了1min,这个过程中小刚做功为 J,功率是 W。
10.(桂林中考题)一台功率为40kW的抽水机,机械效率为60%,如果要把河水抽到5m高的地方,则每小时抽水机做的总功是 J,其中有用功是 J,所抽水的质量是 kg。
11.(湖州中考题)如图所示,质量为50kg的物体A置于粗糙的水平地面上,用两个滑轮按图连接,当水平拉力F为120N时,物体A恰能匀速前进,若物体A前进0.5m所用的时间为l0s(绳和滑轮的质量及它们之间的摩擦都不计),则物体A受到的重力为
N,拉力F做功的功率为 W。(g-=10N/kg)
12.(丽水中考题)现在有一种“手机自生能”技术。手机上装有特制电池,上下摇晃手机即可产生电能。这种装置实质是将 能转化为电能。如果将手机上下摇动一次,相当于将200g的物体举高10cm。由此可知,每摇一次可以获得的电能为 J。若每秒摇动两次,则摇动手机的功率为 W。
13.(湖州中考题)引体向上是一项锻炼臂力和腹肌的健身运动。该运动的规范动作是:两手正握单杠,身体自然悬垂,上拉时,下颚超过单杠;下放时,两臂放直,不能曲臂。这样上拉、下放,重复动作,达到锻炼的目的。现测得小明的体重为54kg,在lmin内完成20次引体向上的动作,每次上拉时上升的高度为0.5m(g=10N/kg),(1)每完成一次动作,小明所做的功为 J,(2)小明做引体向上时的功率为 W。
14.(佛山中考题)一只水桶内装有体积为l.9×10-2 m3的饮用水,张力同学为班级的饮水机换水,他提着水桶在水平地面上匀速前进了100米,然后匀速提起水桶放到lm高的饮水机上(水桶的质量不计)。求:
(1)桶中水的质量。
(2)张力同学所做的功。(g=10N/kg)
15.(衢州中考题)学习了测量、速度、功、压强等知识后,小明测出了自己的质量为50kg,一只鞋与地面的接触面积0.02m2,还测出学校附近的小山相对高度为50m,山脚到山顶的路程为l00m,小明从山脚爬到山顶的时间为200s。根据以上数据回答下列问题:(9=10N/kg)
(1)小明由双脚站立改为单脚站立时,对水平地面的压强 (填“减小”,“不变”或“增大”)。
(2)小明爬山过程的平均速度为多大 21世纪教育网
(3)小明从山脚爬到山顶克服自身重力所做的功为多少
冲刺重高
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1.(北京中考题)下列四种情景中,人对物体做功的是 ( )
2.(临沂中考题)跑步机是用于锻炼身体的体育器材。人在跑步机上可以实现快走或跑步动作,达到锻炼身体的目的。下面关于跑步过程的叙述,错误的是 ( )
A.人对跑步机做了功
B.人对跑步机没有做功
C.人体消耗的能量一部分转化为跑步机的内能
D.脚底与跑步机间有摩擦作用
3.(临沂中考题)班里组织一次比赛活动,从一楼登上三楼,看谁的功率最大。为此,需要测量一些物理量,下列物理量中必须测量的是 ( )
①三楼地面到一楼地面的高度②从一楼到达三楼所用的时间③每个同学的质量或体重④一楼到三楼楼梯的长度
A.②④ C.①④
C.①②③ D.②③
4.(绍兴中考题)蹦床运动是运动员从蹦床弹向空中时表演技巧动作的一项体育活动,运动员在离开蹦床弹向空中的过程中具有的 ( )
A.动能增加,势能减少
B.动能增加,势能增加
C.动能减少,动能减少
D.动能减少,势能增加
5.(宿迁中考题)如图所示,小刚对子弹击穿木板靶心前后,子弹能量变化的问题进行思考。有如下四点看法:
(1)动能减少,是因为有部分机械能转化成内能,(2)动能减少,是因为子弹的机械能增加了,(3)动能减少,是因为子弹克服摩擦做了功,(4)子弹的机械能不变你认为他的看法中,正确的有 ( )
A.1点 B.2点
C.3点 D.4点
6.(台州中考题)小明分别沿三条路径滑到地面(见下图),在不考虑空气阻力和摩擦的情况下,滑到地面时速度最大的路径是( )
A.1 8.2
C.3 D.都一样
7.(烟台中考题)在不计绳重和摩擦的情况下,利用如图所示的甲、乙两个装置,分别用力把相同的物体匀速提升相同的高度。若用η甲、η乙分别表示甲、乙两个装置的机械效率,W甲、W乙表示拉力所做的功,则 21世纪教育网( )
A.η甲= η乙,W甲 =W乙
B.η甲>η乙,W甲>W乙
C.η甲<η乙,W甲D.η甲>η乙,W甲8.(宜昌中考题)小孩在荡秋千的游戏中,从最低处荡到最高处时,以下关于动能和重力势能转化的叙述正确的是 ( )
A.动能增大,重力势能增大
B.动能减小,重力势能增大
C.动能不变,重力势能增大
D.动能不变,重力势能不变
9.(宁夏中考题)如图所示,骑自行车上坡前,往往要用力紧蹬几下脚踏板,这是为了( )
A.减少自行车所受阻力
B.增大自行车的惯性
C.增大自行车的动能
D.增大自行车的势能
10.(安徽中考题)不同的物理现象往往遵循同一物理规律。例如,跳伞运动员从空中徐徐下降,刹车后水平路面上行驶的公交车逐渐减速停靠在车站。这些现象中能量转化的共性是 ( )
A.物体的动能全部转化为重力势能
B.物体的重力势能转化为其他形式的能量
C.其他形式的能量转化为物体的机械能
D.物体的机械能转化为其他形式的能量
11.(无锡中考题)如图所示,用滑轮组提升重物时,重800N的物体在10s内匀速上升了lm。已知拉绳子的力F为500N,则在提升重物的过程中 ( )
A.绳子自由端被拉下3m
B.做的有用功是800J
C.拉力F的功率是80W
D.滑轮组的机械效率是60%
12.甲、乙两人进行爬山比赛,已知两人的体重之比为3:2,到达相同高度的山上,所用的时间之比为4:3,则甲、乙两人的功率之比为 ( )
A.1:2 B.2:1
C.8:9 D.9:8
13.(北京中考题)中国自行建造的某集装箱吊车,在2min内把66t的集装箱匀速竖直向上吊起36m,这台吊车对集装箱做功的功率为 W。(g=10N/kg)
14.(武汉中考题)小明利用如图所示的装置沿水平方向将一个重2000N,底面积为0.5m2的物体A向左匀速拉动2m,物体A受到的摩擦力为600N,作用在绳端的拉力为250N,则物体A对地面的压强是 Pa,拉力做的功为 J,该装置的机械效率是 。
15.(长沙中考题)下图是小红同学探究影响斜面机械效率因素的实验装置,实验准备的器材有:三个质量不同的木块A,三条粗糙程度不同的长木板B,三个高度不同的长方体铁块C,刻度尺。
(1)实验还需补充的器材有 ;
(2)下面是小红探究斜面机械效率与物重的关系时记录的有关数据:
测量次数 斜面粗糙程度 物重G(N) 斜面高H(m) 沿斜面的拉力F(N) 斜面长L(m) 有用功W有(J) 总功W总(J) 机械效率η
1 较粗糙 1.5 0.1 0.6 0.4 0.15 0.24 62.5%
2 较粗糙 3 0.1 1.2 0.4 0.3 0.48 62.5%
3 较粗糙 6 0.1 2.4 0.4 0.6 0.96 62.5%
通过分析数据,你可以得出结论: ;
(3)上述实验中,保持斜面长度不变,将斜面升高到0.2m,把一个重6N的物体沿斜面向上拉时,所需拉力为3.8N,则此时斜面的机械效率是 ;
(4)斜面的机械效率可能与斜面的 有关(只填一个因素)。
16.(丽水中考题)“六一”前夕,某质监部门对儿童玩具市场进行了专项检查,发现个别玩具结构不牢固,断裂后产生的尖锐边缘容易刺伤孩子。因为当人体碰上玩具尖锐的边缘时,减小了受力面积,它对人体的压强 (填“增大”、“减小”或“不变”)。有些仿真枪发射出的硬塑子弹能在lm内打穿三层牛皮纸,这说明射出的硬塑子弹具有较大的 ,存在安全隐患。
17.(北京中考题)某商场扶梯的高度是5m,扶梯长是7m,小明体重为600N。扶梯把小明从三楼送上四楼的过程中对小明做功 J。如果要知道扶梯对小明做功的功率,还应该测量的物理量是 。
18.(杭州中考题)下图表示撑竿跳高运动的几个阶段:助跑、撑竿起跳、越横竿。在这几个阶段中,能量的转化情况是:21世纪教育网
(1)助跑阶段,运动员消耗体内的化学能 (填“大于”,“小于”或“等于”)运动员和撑竿获得的动能;
(2)撑竿起跳阶段,运动员的 能增加;
(3)运动员越过横竿后,运动员将 能转化 能。
19.(玉林中考题)陈锋同学的家到学校本是一条在同一水平面上的直路,爱动脑的陈锋做了这样的设想:如果将从家到学校的路挖成一个“V”字形(见下图),只要从家骑上自行车后,不用刹车也不用踩车,等车停下来就可以到达学校了,请你简要说明:
(1)陈锋同学设想的机械能转化过程是 。
(2)陈锋同学的设想在现实中 (填“能”或“不能”)实现,原因是 (请根据有关科学知识说明)。
20.(宜昌中考题)如图所示,在建筑工地上有一台塔式起重机,其部分技术参数如下表所示:
吊臂前端起重质量(kg) 700
最大起重质量(kg) 3000
最大提升速度(m/s) 0.7
独立使用高度(m) 30.5
平衡块质量(kg) 6000
总功率(kW) 24
(1)该起重机一次最多能吊起多少重的建筑材料 吊起的建筑材料达到最大起重量时,建筑材料到塔的距离是最近还是最远 (g=10N/kg)
(2)该起重机将重为1×10 4N的建筑材料以最大提升速度吊起7m,起重机对建筑材料做了多少有用功 如果起重机的实际总功率为14kW,起重机的机械效率是多大
21.(泰州中考题)你思考过“人在水平路面上前进时
是否要克服重力做功”这个问题吗 小文同学对
此进行了研究,她通过查阅资料得知,人体的
重心大约位于肚脐上方2寸、脊椎前1寸处,
人只要走路,其重心就必然会发生上下位置的
变化,重心升高就需要克服重力做功,小文假
设人在正常走路时,重心在人体中的位置近似不变,她行走了l00m,有关测量数据如下表(表中的步距是指跨出每一步两脚之间的距离):
质量m(kg) 步距s(m) 腿长l(m) 时间t(s)
50 0.50 0.65 100
(1)小文同学注意到,当自己的前脚跨出时重心会下降,而后脚收起时重心会升高,则她每走一步,自己的重心会下降或升高 m;
(2)小文行走l00m需要克服重力做多少功 克服重力做功的功率多大
(3)通过分析,你认为人在水平路面上通过走路来进行锻炼时,哪些因素会影响人的锻炼效果 , (写出两条)。
答案
第二节机械功和机械能
二、达标训练
1.D 2.C 3.B 4.A 5.D 6.B 7.B 8.C
9.2.7×103;45 10.1.44×108;8.64×107;1.728×106 11.240;12 12.(1)机械能(填动能或势能给1分)0.196或0.2 0.392或0.4 13.270;90
14.(1)由ρ=m/V得m=pV=1.0×103×1.9×10—2=19kg (2)G=mg=19×10=190N;W=Fs=
Gh=190×1=190J 15.(1)增大(2)0.5m/s (3)2500J
三、冲刺重高
1.C 2.B 3.C 4.D 5.C 6.D 7.A 8.B 9.C l0.D ll.B l2.D l3.1.98×105 14.4000;1500;80% 15.(1)弹簧测力计(2)斜面的机械效率与物重无关(3)78.9%(4)粗糙程度(或倾斜程度) 16.增大;动能(或机械能) 17.3000;时间 l8.(1)大于(2)势能(3)势能;动能 19.(1)自行车的重力势能转化为动能,动能又转化为重力势能(2)不能;自行车在运动的过程中受到阻力的作用,部分机械能转化为内能,机械能减少,故不能到学校 20.(1)G=mg=3000×10—3×104N;距离最近(2)W有用=Gh=1×104×7=7×1044J;工作时间:t=s/v=7/0.7=10s;总功:W总=Pt=14×103×10=1.4×105 J;机械效率:W有用/W总=7×104J/1.4×105J=50% 21.(1)0.05(2)4900;49(3)步距;步速
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