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2020年人教版高中物理必修2第七章第一、二节功和功率
练习题
一、选择题
1、如图所示,足够长的水平传送带以速度逆时针转动,一质量为1kg的物体以的速度水平向右滑上传送带,经一定的时间后,物体返回到出发点。已知物体与带之间的动摩擦因数,重力加速度g=10m/s2。则在该过程中摩擦力对物体做的功为(
)
A.0
B.2.5J
C.6.5J
D.12J
2、某实验小组的同学给在研究一电动机的输出功率时,该小组的同学用该电动机通过一轻绳提升一定质量的物体,并用计算机描绘出了物体的速度随时间变化的图像,如图所示。则该电动机的输出功率随时间变化的图像可能是(
)
A.
B.
C.
D.
3、2017年国庆小长假,小明到一家农家乐餐厅就餐时发现,店内竟有驴拉磨磨玉米面,
如图所示,假设驴拉磨的力大小始终为500
N,运动的圆的半径1m,且力的方向始终沿圆周的切线方向。则驴拉磨转动一周所做的功为(
)
A.0
B.500
J
C.500πJ
D.1000πJ
4、—台输出功率为10
kW的电动机,其效率为90%,带动一台效率为70%的起重机匀速提起1t的重物时,重物的速率为( )
A.0.
63m/s
B.0.
7m/s
C.6.
3m/s
D.7m/s
5、如图所示,物块放在斜面上一起以速度v沿水平方向向右做匀速直线运动,在通过一段位移的过程中,下列说法正确的是(
)
A.
重力对物块做负功
B.
支持力对物块不做功
C.
摩擦力对物块做负功
D.
斜面对物块不做功
6、在同一高度以相同速率将手中质量相同的小球分别以上抛、下抛、平抛三种不同的方式抛出( )
A.
三个小球落地的速度相同
B.
三个小球从抛出到落地过程中重力做功不相同
C.
三个小球落地时动能相同
D.
三个小球从抛出到落地过程中重力的平均功率相同
7、关于功率,下列说法中正确的是(
)
A.功率大说明物体做的功多
B.功率小说明物体做功慢
C.由可知机器做功越多,其功率越大
D.单位时间内机器做功越少,其功率越大
8、如图,固定于O点的细线下端系一小球,不计空气阻力,在水平拉力F作用下,小球以恒定速率在竖直平面内由A点向B点运动,此过程中小球(
)
A.所受合力为零
B.所受水平拉力逐渐变小
C.力F对小球不做功
D.绳的拉力对小球不做功
9、汽年在平直公路上行驶时,在一段时间内,发动机以恒定功率工作,则图中各v-t
图像,反映汽车运动情况可能正确的是(
)
A.①和②
B.①和③
C.②和④
D.③和④
10、(多选)静止在倾角为θ的斜面上的物块随斜面一起沿水平方向向右匀速移动了距离s,如图所示。则下列说法正确的是(
)
A.物块的重力对物块做正功
B.物块的重力对物块做功为零
C.摩擦力对物块做负功
D.支持力对物块做正功
11、(多选)关于力做功的问题,下列说法正确的是(
)
A.
一对作用力与反作用力,一定是一个做正功,另一个做负功
B.
系统内一对滑动摩擦力的总功一定为负功
C.
静摩擦力一定不做功
D.
滑动摩擦力可以做正功,也可做负功
二、计算题
12、一种新型氢气燃料的汽车,质量为,发动机的额定输出功率为80kW,行驶在平直公路上时所受阻力恒为车重的0.1倍。若汽车从静止开始先匀加速启动,加速度的大小为2.0m/s2。达到额定输出功率后,汽车保持功率不变又加速行驶了800m,直到获得最大速度后才匀速行驶。试求:
(1)汽车的最大行驶速度。
(2)汽车匀加速运动的时间。
(3)当速度为5
m/s时,汽车牵引力的瞬时功率。
13、如图所示,一地铁列车从甲站由静止启动后做直线运动,先匀加速运动达到速度大小,再匀速运动,接着匀减速运动到达乙站停车。列车在运行过程中所受的阻力大小恒为,列车在减速过程中发动机停止工作,求:
(1)列车匀速运动过程中克服阻力所做的功;
(2)列车的质量;
(3)列车在匀加速阶段牵引力的平均功率.
14、一列火车总质量m=5×105kg,机车发动机的额定功率P=3×106w,水平轨道对列车的阻力是车重的0.02倍,火车在轨道上从静止开始行驶时,发动机功率不超过额定功率P,取g=10m/s2,求:
(1)火车在水平轨道上行驶的最大速度vm;
(2)当行驶速度为v=20m/s时,机车发动机的功率已经为额定功率,此时加速度a的大小。
15、如图所示,水平地面静止放着一质量m=5kg的木箱,木箱与地面间的动摩擦因数μ=0.2,一与水平方向成θ=37°、大小F=20N的恒力作用于木箱,木箱在力F的作用下由静止开始运动4.0s,sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2,求:
(1)4.0s末,木箱的速度大小。
(2)4.0s内,力F所做的功。
(3)4.0s末,力F的瞬时功率。
16、如图,民航客机机舱紧急出口的气囊可看作一条连接出口与地面的斜面,若斜面高3m,长6m。质量为60kg的人从出口无初速滑下,滑下时人所受的阻力大小是220N,将人看作质点,求:
(1)人从出口滑到地面过程中重力所做的功;
(2)人刚滑到地面前的速度大小;
(3)人刚滑到地面前瞬间克服阻力做功的瞬时功率。
参考答案
一、选择题
1、【答案】A
【解析】
由题意可知,物体在传送带上做匀变速运动,物体先向右做减速运动,速度为零时再向左做加速运动,回到出发点时速度大小,根据动能定理可知摩擦力做功为零,故A正确,BCD错误。
故选A。
2、【答案】C
【解析】在时间内,物体以加速度a匀加速上升,轻绳拉力的大小为
其瞬时功率的表达式为
在时间内,物体匀速上升,轻绳拉力的功率
此过程功率不变;
在时间内,物体以加速度a匀减速上升,轻绳拉力的大小为
其瞬时功率的表达式为
是从时刻开始计时后的时间,由于轻绳的拉在t1和2t1时刻,力突然变小,导致拉力的功率也突然变小,故C正确ABD错误。
故选C。
3、【答案】D
【解析】ABCD.由于F的方向保持与作用点的速度方向一致,因此可把圆周划分成很多小段研究
如图所示,当各小段的弧长足够小时,在这内F的方向几乎与该小段的位移方向重合。故
故D正确ABC错误。
故D正确。
4、【答案】B
【解析】匀速提升重物时,起重机的输出功率等于重物克服重力做功的功率,即有
电动机输出功率为10
kW,为起重机的输入功率,则有
联立解得
故B正确,A、C、D错误;
故选B。
5、【答案】D
【解析】A.因一起水平运动,高度没有变化,所以重力对物块不做功,A错误
B.支持力与水平位移夹角大于90°,所以支持力对物体做负功,B错误
C.因为物块平衡,所以摩擦力沿斜面向上,与水平位移方向夹角小于90°,做正功,C错误
D.对物块用动能定理,因为匀速运动,所以动能不变,斜面对物体的力做的功与重力对物体做功的和为零,而重力对物体不做功,所以斜面对物块不做功,D正确
6、【答案】C
【解析】根据动能定理,有mgh=Ek2-Ek1,故末动能相同,速度大小相同,但是速度方向不同,故A错误,C正确;重力做功与路径无关,只与初、末位置高度差有关,故重力对三个物体做功相同,都等于mgh,故B错误;三个物体运动的时间不同,而重力做功相等,故根据,重力做功的平均功率不同,故D错误。
7、【答案】B
【解析】AB.功率反映做功快慢的物理量,功率大,说明物体做功快,功率小,说明物体做功慢;故A错误,B正确;
C.由可知,机器做功越多,其功率不一定大,还与做功的时间有关;故C错误;
D.单位时间内机器做功越多,其功率越大;故D错误;
8、【答案】D
【解析】A.
小球匀速率运动,动能不变,根据动能定理,合力做功为零,但合力不为零,合力充当向心力,故A错误;
B.
小球是以恒定速率运动,即它是做匀速圆周运动,那么小球受到的重力G、水平拉力F、绳子拉力T三者的合力必是沿绳子指向O点。设绳子与竖直方向夹角是θ,则
(F与G的合力必与绳子拉力在同一直线上)得
F=Gtanθ
显然,从A到B的过程中,θ是不断增大的,所以水平拉力F是一直增大的。故B错误;
C.根据题意可知,小球重力势能增大,动能不变,能量守恒可知,外力对小球做正功,故C错误。
D.绳的拉力与速度方向始终垂直,所以不做功,故D正确。
9、【答案】C
【解析】发动机以恒定功率工作,当汽车由静止开始运动时,由P=Fv,速度时间关系:v=at,牛顿第二定律:F-f=ma,可知汽车做的是加速度逐渐减小的变加速运动,故②正确;当发动机以恒定功率工作时,汽车应经达到匀速运动状态,故④正确。
A.①和②。故A错误。
B.①和③。故B错误。
C.②和④。故C正确。
D.③和④。故D错误。
10、【答案】BCD
【解析】
对物体受力分析可知物体受重力mg、弹力N和摩擦力f,作出力图如图所示。
物体在水平方向移动,在重力方向上没有位移,所以重力对物体做功为零。故A错误,B正确;摩擦力f与位移的夹角为钝角,所以摩擦力对物体做负功,故C正确。由图看出,弹力N与位移s的夹角小于90°,则弹力对物体做正功。故D正确。
11、【答案】BD
【解析】A.作用力与反作用力做功,没有直接关系,比如冰面上两个孩子互推,则作用力对每个孩子都做正功,A错误
B.滑动摩擦力做功将其他形式的能转化成内能,所以系统内一对滑动摩擦力的总功一定为负功,B正确
C.静摩擦力不一定不做功,比如传送带上随传送带一起加速的物块,静摩擦力对物块做正功,C错误
D.滑动摩擦力可以做正功,也可以做负功,关键看位移与滑动摩擦力的方向关系,D正确
二、计算题
12、【答案】(1)40m/s(2)(3)30kW
【解析】
(1)当加速度为零时,物体速度最大,即:,根据功率方程,得:
(2)根据牛顿第二定律匀加速阶段:,且,当速度增大,功率增大,当功率增大到额定功率时,匀加速结束,有:,根据匀变速规律
(3)当匀加速结束时,物体速度:,当速度为5m/s,仍处于匀加速阶段,功率
13、【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
(1)已知
列车在匀速阶段的位移为:
列车匀速运动过程中克服阻力所做的功为:
(2)设列车匀减速阶段的加速度大小为,由牛顿第二定律有:
又:
解得
(3)设列车在匀加速阶段的加速度大小为a,由牛顿第二定律有:
又:
该阶段牵引力的平均功率为
解得:。
14、【答案】(1)30m/s
(2)0.1m/s2
【解析】
(1)当列车的加速度为零,速度达到最大值vm
(2)当时,列车加速运动,根据牛顿第二定律可得:
当时,
15、【答案】(1)4.0s末,木箱的速度大小是6.62m/s;
(2)4.0s内,力F所做的功是215J;
(3)4.0s末,力F的瞬时功率是106W。
【解析】
(1)根据牛顿第二定律求出木箱的加速度,由速度公式即可求出末速度;
(2)根据位移公式求出木箱移动的距离,由功的定义式即可求出F所做的功;
(3)由瞬时功率的公式求解即可。
【详解】
(1)木箱受到重力、恒力F、水平面的支持力以及摩擦力的作用,设加速度大小为a,将拉力正交分解,水平方向根据牛顿第二定律得:
,
竖直方向:,
又:,代入解得:
,
4.0s末的速度:
;
(2)移动的距离为:
,
根据功的定义式,得4.0s内力F所做的功为:
;
(3)根据功率的公式得:,得4.0s末拉力F的瞬时功率为:
P=Fvcos37°=20×6.62×0.8W=106W。
16、【答案】(1)1800J;(2)4m/s(3)880W
【解析】
(1)人从出口滑到地面过程中重力做功为W=mgh=1800J;
(2)从滑出到刚到地面,由动能定理有:
(用牛顿运动定律解且正确的同样给分)
(3)到底端时克服阻力做功的瞬时功率为:P=fv=880W
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