2020-2021学年 人教版 八年级物理下册第4节 机械能及其转化 练习（含答案）

人教版 八年级物理下册 第十一章 功和机械能 综合训练：第4节 机械能及其转化
一、选择题
1. 水平地面上的购物车在水平推力的作用下，沿推力的方向运动一段距离，则下列判断中正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A. 重力对购物车做了功 B. 支持力对购物车做了功
C. 推力对购物车做了功 D. 没有力对购物车做功
2. 掷实心球是某市的中考体育加试项目之一．掷出去的实心球从a处出手后，在空中运动的轨迹如图所示，球最终停在水平地面e点处(不计空气阻力)．则实心球(　　)
A. 在a处重力势能最小 B. 在b处动能为零
C. 在a、b、c三处机械能相等 D. 在d处动能为零
3. 如图所示，叠放在一起的物体A和B，在大小为F＝10 N的恒力作用下，10 s内沿水平方向匀速直线运动1 m，下列结论中正确的是(　　)
A. 甲、乙两图中物体B所受摩擦力大小均为10 N
B. 甲、乙两图中物体A受到地面对它的摩擦力大小均为10 N
C. 甲图中，力F做功1 J
D. 乙图中，力F做功的功率为10 W
　　　　　　
4. 我国在太空航天领域处于世界领先水平，如图所示，是我国近期发射的一颗北斗导航卫星，它沿椭圆轨道绕地球运行．离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点．在大气层外运行，不受空气阻力．关于此人造卫星的运行下列说法正确的是(　　)
A. 卫星从远地点运行到近地点，势能减小，动能增大，速度增大
B. 卫星从远地点运行到近地点，势能减小，动能减小，速度减小
C. 卫星从近地点运行到远地点，势能增大，动能增大，速度增大
D. 卫星从近地点运行到远地点，势能增大，动能增大，速度减小
5. 两次水平拉动同一物体在同一水平面上做匀速直线运动，两次物体运动的s-t图像如图所示。根据图像，下列判断正确的是(　　)
A.两次物体运动的速度v1B.两次物体所受的拉力F1>F2
C.0~6 s两次拉力对物体所做的功W1>W2
D.0~6 s两次拉力对物体做功的功率P16. 小明从家中出发去上学，如图所示是他在上学路上的路程－时间图象。请你判断小明在哪一段时间内动能最大(　　)
A．在t1～t2时间内，小明的动能最大
B．在t2～t3时间内，小明的动能最大
C．在0～t1时间内，小明的动能最大
D．无法判断
7. 如图所示，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定，右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动(已知AO=OB)。小球从A位置运动到B位置的过程中，下列判断正确的是(　　)
A.小球的动能不断增加
B.弹簧的弹性势能不断减少
C.小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等
D.在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
8. 如图所示，粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接，弹簧左端固定。小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中(空气阻力忽略不计)，下列说法正确的是 (　　)
A.在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能全部转化为小木块P的动能
B.小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒
C.小木块P在斜面上向上运动时，动能减小，重力势能增加
D.小木块P运动到最高点时处于平衡状态
二、填空题
9. 随着我国经济的高速发展，城市建筑物越建越高，“高空坠物伤人”事件时有发生．原因是物体所处的高度越高，物体所具有的重力势能越________(选填“大”或“小”)．当高处的物体坠落时，因重力势能转化为________能，从而带来安全隐患．
10. 在实心球测试时，小华捡起重为20 N的实心球，并缓慢举至2 m高处，这一过程小华对球做功________J；将球用力投出后，由于________，实心球向前飞行了10 m；球出手后，小华对球做功________J.
11. 一辆汽车以20 m/s的速度在水平路面上沿直线匀速行驶5分钟，汽车的质量为1 500 kg，行驶时所受阻力为车重的0.2倍，则牵引力为________N，此时汽车的功率为________kW，重力做的功为______J(取g＝10 N/kg)．
12. 王波同学帮父母搬家，现有30捆书籍，每捆书籍的质量都为5 kg.王波想尽快将它们搬上10 m高处的新家．如图是王波可以提供的用于搬运物体的功率与被搬运物体质量之间的关系图像，由图可知，为了尽可能快地将这批书籍搬上新家，他每次应搬________捆．若每次下楼时间是上楼时间的一半，则他最快完成搬运任务并返回原地，所用的总时间为________s．(g＝10 N/kg)
　　　　
13. 如图所示，一物体在水平向右的拉力F1的作用下以1 m/s的速度在水平地面上匀速运动了10 m，拉力F1所做的功为W1，功率为P1。若该物体在水平向右的拉力F2的作用下以2 m/s的速度在同一水平面上匀速运动了10 m，拉力F2所做的功为W2，功率为P2。则W1　　　W2，P1　　　P2。(均选填“>”“<”或“=”)?
14. 某同学在10 s内做了5个“引体向上”，他的质量为60 kg，每次上升的高度为40 cm。该同学做一次“引体向上”克服重力做的功是　　　　J，10 s内做功的功率为　　　W。(g取10 N/kg)?
15. 如图甲所示，木块放在水平面上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块使其做直线运动，两次拉动木块运动的图像分别如图乙中的a、b，则b图像中对应的速度为　　　　m/s;两次对应的弹簧测力计示数分别为Fa、Fb，两次拉力的功率分别为Pa、Pb，则Fa　　　　Fb，Pa　　　　Pb。(后两空均选填“<”“=”或“>”)?
16. 某工厂发货传输分拣线示意图如图所示，等间距排列的相同货物先被传送带匀速运送到工作台，在工作台AB上匀速下滑时被扫描，后滑至水平工作台BC，最后在C点静止时被机械手臂取走进行分类。传送带与AB、AB与BC都平滑连接，AB与BC材料相同，且长度均为1 m，空气阻力忽略不计。
(1)若货物对AB的压力小于对BC的压力，则货物在AB上减小的机械能　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)在BC上减小的机械能。?
(2)若机械手臂每隔3 s取走一件货物，传送带运动的速度为0.8 m/s，为防止货物的碰撞与堆积，货物之间的距离d至少为　　　　m。?
三、解答题
17. 小明骑车在某段平直的水平路面上由静止开始运动，共用时12 s．小明重450 N，自行车重250 N，轮子与地面的总接触面积是2×10－3 m2.图甲是速度v随时间t变化的关系图像，小明在t＝7 s时刚好到达这段路程的中点．图乙是动力F随时间t变化的关系图像．
(1)请问小明骑自行车在水平地面行驶时，对地面的压强为多大？
(2)在7～12 s内，自行车所受的摩擦阻力是多少？自行车克服摩擦阻力做了多少功？此时功率是多少？
(3)自行车在0～7 s内的平均速度是多少(保留小数点后两位)?
18. 为提高车辆通行量，福州交警在市区一些道路某些时段推广“绿波通行”，即车辆在绿波路段以如图所示的50 km/h～55 km/h范围内行驶，一路绿灯．在绿波时段，质量是1.2×103 kg的汽车，经过绿波路段上相距2.7×103 m的两个路口，用时180 s．问：
(1)汽车行驶的平均速度是多少？是否“绿波通行”？
(2)若汽车在这段距离内行驶的牵引力保持3 000 N不变，则汽车的输出功率是多少？
(3)若轮胎与地面接触的总面积是0.6 m2，汽车静止时对水平地面的压强是多少(g取10 N/kg)?
19. 张家界天门山闻名遐迩，天门山索道全长7 454 m，高度差1 200 m，是国内为数不多高度差超过千米的索道之一．若单个缆车质量为140 kg，每位乘客身体的平均质量为60 kg，单个缆车满载6人(g＝10 N/kg)，则：
(1)游客乘坐天门山索道缆车匀速上山的过程中，缆车的动能________，重力势能________．(选填“增大”、“减小”或“不变”)
(2)若缆车与索道的接触面积为0.0025 m2，索道上挂缆车处的钢索承受的压强是多少？
(3)若单个缆车满载时从索道最高处运行到最低处，需时25 min，缆车和人所受总重力做功的功率是多少？
20. “嘉庚号”科考船于2016年5月8日下水，厦门大学由此成为中国大陆综合性大学中第一所拥有自己的全球级科考船的高校．科考船满载时排水量为3.5×103 t．在某段航行中牵引力与速度的关系图像是双曲线，如图所示．求：
(1)科考船满载航行时受到的浮力．
(2)请根据如图所示规律推算，科考船航速为20 km/h时受到的牵引力．
(3)在该段航行中，科考船发动机每分钟所做的功．
21. 小明跑1 000 m用时4分30秒．为了提高成绩，体育老师建议他通过快速爬楼梯训练来加强耐力和腿部力量．小明的质量为50 kg，双脚与地面的接触面积是400 cm2.
(1)训练前，小明1 000 m跑的平均速度是多少？(计算结果保留1位小数)
(2)爬楼梯前，小明双脚站在水平地面上，对地面的压强是多少？(g＝10 N/kg)
(3)某次训练时，小明在30 s内从一楼爬到四楼(每层楼高3 m)，在这个过程中他至少做了多少功？功率是多少？

22. 电动汽车是正在大力推广的新型交通工具，它具有节能、环保的特点．如图，是一辆停放在水平地面上的电动汽车，质量为1.6×103 kg，每个轮胎和地面的接触面为2×10－3 m2, g取10 N/kg. 求：
(1)车对地面的压力；
(2)车对地面的压强．
(3)由于受路面和天气等因素的影响，其受到的阻力在车重的6%～12%之间，当汽车以90 km/h的速度匀速行驶过程中，汽车牵引力的最大功率为多少？
(4)汽车在牵引力的最大功率下运动30 min所做的功，相当于完全燃烧多少kg的汽油所放出的热量？(q＝4.5×107 J/kg)
(5)该电动汽车配备的为100 kW·h的锂电池，该汽车充满电后以90 km/h的速度匀速行驶，最多能行驶多长时间？
(6)该汽车上午11∶30驶入某高速路段入口，下午1∶30驶出高速路段出口，总共行驶240 km，高度公路限速120 km/h，期间进过隧道和桥梁限速80 km/h.汽车的全程平均速度？汽车有没有超速？
人教版 八年级物理下册 第十一章 功和机械能 综合训练：第4节 机械能及其转化-答案
一、选择题
1. 【答案】C　【解析】重力的方向竖直向下，在竖直方向上没有移动距离，重力没有做功，A错误；支持力的方向竖直向上，在竖直方向上没有移动距离，支持力没有做功，B错误；购物车在推力的方向移动了上一段距离，推力做功，C正确，D错误．故选C.
2. 【答案】C　【解析】由于不计空气阻力，出手后的实心球在落地前机械能都是守恒的，所以在 a、b、c三处机械能相等，C正确；由于a点不是在最低处，所以重力势能不是最小的，A错误；实心球到达最高点b时，由于在水平方向上还是运动的，所以动能不为零，B错误；实心球到地面d处后还能运动到e点，说明在d处时，实心球的动能不为零，D错误．故选C.
3. 【答案】B　【解析】甲图中B随A在水平面上一起做匀速直线运动，B和A 相对静止，所以B不受摩擦力，A选项错误；甲图中，A受到的拉力和地面对它的摩擦力是平衡力为10 N，乙图中A受到的B对它的摩擦力和地面对A的摩擦力是一对平衡力，地面对A的摩擦力为10 N，B选项正确；甲图中力F做功W＝Fs＝10 N×1 m＝10 J，C选项错误；乙图中拉力F的功率P＝＝＝1 W，D选项错误．故选B.
4. 【答案】A　【解析】卫星从远地点运行到近地点时，高度减小，重力势能减小，重力势能转化为动能，动能增大，速度增大，A选项正确，B选项错误；卫星从近地点运行到远地点时，高度增加，重力势能增大，动能转化为重力势能，动能减小，速度减小，C、D选项错误．故选A.
5. 【答案】C　[解析]由题图可知，相同时间，第一次移动的距离大，则v1>v2，故A错误;拉动同一个物体在同一水平面上做匀速直线运动，物体受到的摩擦力不变，物体受平衡力作用，所以F1=F2=f，故B错误;由题图可知，0~6 s第一次物体运动了0.6 m，第二次物体运动了0.3 m，由W=Fs可得，W1>W2，故C正确;由P=得，0~6 s内P1>P2，故D错误。
6. 【答案】C　[解析] 由于小明的质量不变，故其动能的大小是由他的速度决定的，比较哪一段时间内动能最大，就是比较哪一段时间内小明的速度最大。在图象中找出速度最大的那一时间段，即为小明动能最大的时间段。
7. 【答案】D　[解析]由题知，O点是弹簧保持原长时小球的位置，则AO段弹簧处于压缩状态，OB段弹簧处于拉伸状态;小球从A运动到O的过程中，弹簧逐渐恢复原状，形变程度变小，弹性势能变小，小球所受弹力方向向右，速度不断增大，动能变大，此过程中弹性势能转化为动能;到达O点时，弹簧恢复原长，弹性势能为零，小球所受弹力为零，此时速度最大，动能最大;小球从O运动到B的过程中，弹簧被拉长，形变程度变大，弹性势能变大，此时小球所受弹力方向向左，速度不断减小，动能变小，此过程中动能转化为弹性势能;则小球从A位置运动到B位置的过程中，小球的动能先增加后减少，故A错误。由以上分析知，小球从A位置运动到B位置的过程中，弹簧的弹性势能先减少后增大，故B错误。由以上分析知，小球运动到O点时的动能(最大)与此时弹簧的弹性势能(为零)不相等，故C错误。水平台面光滑，且AO=OB，说明没有机械能转化为内能，小球和弹簧组成的整体机械能守恒，所以在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变，故D正确。
8. 【答案】C　[解析]在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的形变程度变小，弹性势能变小，木块的速度变大，动能变大，同时因为水平面AB粗糙，木块需要克服摩擦力做功，内能变大，故弹簧的弹性势能一部分转化为小木块P的动能，一部分转化为木块的内能，故A错误。小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时，需要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，所以机械能减小，故B错误。小木块P在斜面上向上运动时，高度增加，重力势能变大，因为斜面BC光滑，且空气阻力忽略不计，所以机械能守恒，故动能减小，故C正确。因为斜面BC光滑，故木块不受摩擦力作用，小木块P运动到最高点时受到垂直于斜面向上的支持力和竖直向下的重力作用，这两个力不在一条直线上，不属于平衡力，所以木块处于非平衡状态，故D错误。
二、填空题
9. 【答案】大　动　【解析】高空时物体的质量不变，而高度较高，重力势能较大；当高处的物体坠落时，其高度越来越小、重力势能越来越小，而速度越来越大、动能越来越大，所以把重力势能转化为动能．
10. 【答案】40　惯性　0　【解析】小华对实心球做的功为W＝Gh＝20 N×2 m＝40 J；由于惯性，实心球出手后向前飞行了10 m；这时虽然距离增加，但是小华对实心球没有力的作用，所以小华对球做的功为0 J.
11. 【答案】3 000　60　0　【解析】因为汽车沿水平面匀速直线行驶，所以f＝F＝0.2 G＝0.2 mg＝0.2×1 500 kg×10 N/kg＝3 000 N; P＝＝＝Fv＝3 000 N×20 m/s＝6×104 W＝60 kW；汽车在水平路面上行驶，重力不做功．
12. 【答案】3　450　【解析】根据t＝，要尽快搬完这批书，功不变，时间要少，就需要功率最大，而由图可得当所搬物体质量为15 kg时功率最大，因此他每次应该搬的捆数是n＝＝3捆．而他搬书所做功为W＝Gh＝5 kg×30×10 N/kg×10 m＝15 000 J，故搬书上楼的时间是t1＝＝＝300 s，下楼的时间是 t2＝t1＝×300 s＝150 s，所以所用的总时间是300 s＋150 s＝450 s.
13. 【答案】=　<
[解析]物体对地面的压力等于其重力，接触面的粗糙程度不变，因此物体受到地面的摩擦力大小相等，匀速运动时拉力等于摩擦力，则两次的拉力相等，即F1=F2;物体两次运动的距离相等，均为10 m，由W=Fs可知，两次做的功相等，即W1=W2。F1=F2，v114. 【答案】240　120
[解析]因为m=60 kg，所以G=mg=60 kg×10 N/kg=600 N，h=0.4 m，每次克服重力做功W=Gh=600 N×0.4 m=240 J;10 s内做功的功率P====120 W。
15. 【答案】2　=　>
[解析]由题图乙b可知，当t=3 s时，s=6 m，所以b图像中对应的速度vb===2 m/s。由图乙知，两次拉木块在水平方向上都做匀速直线运动，水平方向上木块受到的拉力与摩擦力是一对平衡力，且木块对地面压力和接触面的粗糙程度均不变，摩擦力不变，所以Fa=f=Fb，又由图像知va=4 m/s，由P=Fv知，Pa>Pb。
16. 【答案】(1)小于　(2)2.4
三、解答题
17. 【答案】
解：(1)小明骑自行车在地面行驶时，则对水平地面的压力：
F＝G＝G人＋G车＝450 N＋250 N＝700 N，
对水平地面的压强：
p＝＝＝3.5×105 Pa.
(2)由题图甲可知：自行车在7～12 s内做匀速直线运动，且速度为6 m/s，
根据二力平衡条件，f＝F＝30 N，
自行车运动的距离：s＝vt＝6 m/s×(12 s－7 s)＝30 m，
自行车克服的摩擦阻力做功：W＝fs＝30 N×30 m＝900 J；
此时功率：P＝＝＝180 W；
(3)因为t＝7 s时，刚好到达这段路程的中点，所以自行车在0～7 s内的平均速度是v＝＝≈4.29 m/s
18. 【答案】
解：(1)v＝＝＝15 m/s＝54 km/h
因为50 km/h<54 km/h<55 km/h
所以汽车是“绿波通行”
(2)P＝Fv＝3 000 N×15 m/s＝4.5×104 W
(3)因为汽车静止在水平地面上
所以F压＝G＝mg＝1.2×103 kg×10 N/kg＝1.2×104 N
p＝＝＝2×104 Pa
19. 【答案】
(1)不变　增大　【解析】缆车匀速上山时，质量不变，速度不变，所以动能不变；而质量不变，高度增大，所以重力势能增大．
解：(2)缆车对索道的压力是：F＝G＝mg＝140 kg×10 N/kg＝1 400 N
钢索承受的压强是：p＝＝＝5.6×105 Pa
(3)缆车和人所受重力做功为：W＝Gh＝(140 kg＋60 kg×6)×10 N/kg×1 200 m＝5 000 N×1 200 m＝6×106 J
缆车和人所受重力做功功率是：P＝＝＝4 000 W.
20. 【答案】
解：(1)由阿基米德原理，可得科考船受到的浮力
F浮＝G排＝m排g＝mg＝3.5×103×103 kg×10 N/kg＝3.5×107 N
(2)科考船航行中牵引力与速度的关系图像是双曲线，
F1v1＝F2v2
F2＝＝＝6×105 N
(3)科考船在该段航行时功率不变，
P＝＝＝Fv，2 km/h＝ m/s
W＝Pt＝F1v1t＝6×106 N× m/s×60 s＝2×108 J
21. 【答案】
解：(1)训练前，小明1 000 m跑的平均速度v＝＝≈3.7 m/s
(2)小明的重力G＝mg＝50 kg×10 N/kg＝500 N
双脚站立在水平地面上，对地面的压强p＝＝＝＝1.25×104 Pa
(3)小明从一楼爬到四楼，至少做的功
W＝Gh＝500 N×(4－1)×3 m＝4 500 J，
功率P＝＝＝150 W.
22. 【答案】
(1)车重G＝mg＝1.6×103 kg×10 N/kg＝1.6×104 N
车对地面压力FN＝G＝1.6×104 N
(2)S＝4×2×10－3 m2＝8×10－3 m2
p＝＝＝2×106 Pa
(3)汽车牵引力的最大功率Pmax＝fmaxv＝1.6×104 N×12%× m/s＝4.8×104 W
(4)汽车以最大功率运动30 min所做的功W＝Pt＝Pmaxt＝4.8×104 W×30×60 s＝8.64×107 J
需要消耗的汽油质量m＝＝＝＝1.92 kg
(5)要行驶的时间最长，则其功率应最小为Pmin＝Fv＝Gminv＝1.6×104 N×6%× m/s＝2.4×104 W＝24 kW
根据P＝，得t＝＝＝≈4.2 h.
(6)从上午11∶30到下午1∶30共2小时．
v平＝＝＝120 km/h
因为汽车的全程平均速度等于高速公路的限速120 km/h，而隧道和桥梁限速80 km/h，故行驶过程中汽车有超速现象．