1、 第十一章 功和机械能一、选择题1.(2015海南模拟)小明和小雯一起打扫教室卫生,如图11-12所示。他们提着一桶水沿水平方向匀速行走的过程中,以下说法错误的是()图11-12A.小明和小雯没有做功B.水桶的重力没有做功C.桶底对水的支持力没有做功D.小明和小雯提桶的力没有做功2.(2015自贡模拟)甲、乙两个完全相同的物体在同一水平面上做匀速直线运动,且v甲v乙,若不计较空气阻力,则它们所受的拉力F甲和F乙及两拉力在相同时间内所做的功W甲和W乙之间的关系是()A.F甲F乙B.F甲W乙D.W甲W2W3B.W1W2W3C.W1=W2W3D.W1=W2=W310.(2015内江模拟)已知雨滴在空
2、中竖直下落时所受空气阻力与速度大小的二次方成正比,且不同质量的雨滴所受空气阻力与速度大小的二次方的比值相同。现有两滴质量分别为m1和m2的雨滴从空中竖直下落,在落到地面之前都已做匀速直线运动,那么在两滴雨滴落地之前做匀速直线运动的过程中,其重力的功率之比为()A.m1:m2B.m1:m2C.m2:m1D.m13:m23二、填空题11.(2015永州模拟)如图11-19所示,2013年4月26日,我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭,将“高分一号”卫星发射升空。这是我国高分辨率对地观测系统的第一颗卫星。在卫星和火箭加速升空过程中,火箭的重力势能将,以火箭为参照物,卫星是的。图11-19
3、图11-2012.如图11-20所示的是皮球落地后弹起过程中每隔相等时间曝光一次所拍摄的照片。由图可知,下落过程中,皮球的速度,离开地面上升的过程中,皮球的重力势能,动能。皮球运动过程中的机械能。(均选填“增大”“减小”或“不变”)图11-2113.在水平地面上铺一张纸,将皮球表面涂黑,使皮球分别从不同高度处自由下落,在纸上留下黑色圆斑A、B,如图11-21所示。球从较高处下落形成的圆斑是图中(选填“A”或“B”),由此可知重力势能大小与有关。14.蚂蚁用10-3 N的力拉着树叶,10 s内沿着拉力方向前进了10 cm,则蚂蚁对树叶做功为J,此时的功率为W。三、实验探究题图11-2215.小林
4、想粗略地测算自己在单杠上做引体向上运动的功率,如图11-22所示,他用刻度尺量出握拳时手臂的长度,并测出自己连续拉上去的次数和时间。(1)根据小林设计的实验,他需要选择的器材有、和。(2)下表是小林记录的实验结果,请在空格处补上相应的数据。臂长l/cm体重G/N拉上去的次数5次克服重力做功W/J时间t/s功率P/W6050051216.(2015广东模拟)利用如图11-23所示的装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”。将小球A、B 分别拉到与竖直方向成一定角度的位置,然后都由静止释放,当小球摆动到竖直位置时,将与静止在水平面上的木块C 发生碰撞,木块都会在水平面上滑行一定距离后停止。图中的摆
5、长L 都相同,12,球A、B 的质量分别为mA、mB,且mAmB。图11-23(1)如图甲、乙所示,同时释放A、B,观察到它们并排摆动且始终相对静止,同时到达竖直位置,这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的无关。(2)如图甲、乙所示,观察到B 球能将木块C撞得更远,由此可得出结论:。(3)图乙中小球B 到达竖直位置时的速度(选填“大于”“小于”或“等于”)图丙中小球B 到达竖直位置时的速度。如图乙、丙所示,图丙中木块C 滑行得更远些,由此可得出结论:。17.(2015衡阳)某同学在体育活动中,从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到:物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有
6、关。于是设计了如图11-24所示的实验:用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球,其中A、C、D三球的质量为m,B球质量为2m,让A、B两球从距沙表面高H静止下落,C球从距沙表面高2H静止下落,D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入,最后从管道下端竖直地落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2,C、D两球陷入沙深度均为h3,且h1h2v乙,所以在相同的时间内路程关系 s甲s乙,F甲=F乙;因为W=Fs,所以W甲W乙,故C选项正确、D选项错。3.答案:D分析:随着弹簧被压缩得越来越短,小球受到的弹力逐渐增大,A错;弹簧对小球向上的弹力使小球的
7、速度减小,动能也减小,B错;小球在运动过程中,重力势能和动能均减小,因而机械能减小,C错;小球速度从a增大到b时,受到重力和弹力的作用,且受到的弹力逐渐增大,因为受到的重力大于弹力,合力向下,速度逐渐增加,在b点时,重力等于弹力,合力为0,速度达到最大b。小球继续向下运动时,弹力增大,大于重力,合力方向向上,速度逐渐减小,D正确。4.答案:C分析:小钢球下滑过程中做加速运动,其机械能守恒,在AB、BC段下降的高度相同,故重力做的功相同。5.答案:B分析:人骑自行车下坡,重力势能转化成动能,人和车的重力势能减少,动能增加。6.答案:D分析:三种方法都可以比较三个人的功率,但只有方案可以测量出他们
8、的实际功率。7.答案:B分析:锁向下摆动时,重力势能减小,转化成了动能。8.答案:A分析:物体A受重力和支持力的作用,水平方向不受力,故说法正确;A、B是两个粗糙程度不同的物体,故无法求得F3的大小,故说法错误;长木板对B物体的支持力等于A与B的重力之和,不等于B物体所受重力,故说法错误;丙图中的F3一定大于F2,而速度v相同,由P=Fv知丙图拉力的功率一定大于乙图,说法正确;B物体在水平方向上只受拉力和木板对它的摩擦力,说法正确。9.答案:D分析:三种情况下所用的力相同,移动的距离相同,故做的功相同。10.答案:D分析:因为雨滴落到地面前均已做匀速直线运动,所以雨滴受的是平衡力,雨滴受到的阻
9、力为f=mg=kv2,所以雨滴的速度为v=mgk;又因为P=Wt=Fst=Fv,所以两雨滴功率之比为P1P2=F1v1F2v2=m1gv1m2gv2=m1v1m2v2=m1m1gkm2m2gk=m13m23。11.答案:增大静止分析:火箭上升,高度增加,重力势能增大。12.答案:增大增大减小减小分析:皮球下落过程中,由于受到重力的作用,皮球的速度越来越大;皮球离开地面上升的过程中,质量不变,高度增加、速度减小,因此重力势能增大,动能减小,由于空气阻力的作用,机械能减小。13.答案:B高度分析:圆斑越大,说明皮球做的功越多。通过实验证明,皮球落下的位置越高,圆斑越大,说明皮球具有的重力势能越大。
10、14.答案:10-410-5分析:蚂蚁做的功W=Fs=10-3 N0.1 m=10-4 J;蚂蚁的功率P=Wt=10-4J10 s=10-5 W。15.答案:(1)体重计刻度尺秒表(2)1 500125分析:小林需要测量的量有三个,分别是体重、长度和时间,因此需要的器材有体重计(或台秤)、刻度尺、秒表。5次克服重力做的功W=Gh=500 N0.6 m5=1 500 J,功率P=Wt=1 500 J12 s=125 W。16.答案:(1)质量(2)速度相同时,物体质量越大,它的动能越大(3)小于质量相同时,物体速度越大,它的动能越大分析:第(1)题,甲、乙两图中,小球的质量不同,由题意知,摆角相
11、同,小球同时到达竖直位置,说明小球的速度大小与小球的质量无关。第(2)题,mAmB,两球的速度相同,B球能将木块C撞得更远,说明B球的动能更大,因此可得速度相同时,物体质量越大,动能越大。第(3)题,乙、丙两图小球的质量相同,12,丙图比乙图小球更高,所以丙图小球摆动到竖直位置时的速度更大,图丙中木块C滑行得更远些,说明质量相同时,物体的速度越大,动能越大。17.答案:(1)铅球陷入沙子的深度(2)质量越大,重力势能越大(3)A、C(4)无关(5)动能分析:(1)用沙子凹陷的深度来间接反映物体重力势能的大小,这种研究物理问题的方法称为转换法。(2)B球比A球重,A、B两球下落高度相同而B球在沙
12、内凹陷的程度大,说明物体质量越大,重力势能越大。(3)依据控制变量法的要求,在比较高度对物体重力势能的影响情况时,需控制两球的质量相同,因此应选A、C两球进行实验对比。(4)C、D两球质量和所处位置的高度相同,但D球运动路径与C球不同,而在沙中凹陷的程度相同,说明重力势能与物体运动路径无关。(5)球从高处下落时,高度越来越低、速度越来越大,这是将物体的重力势能转化为动能。18.答案:(1)1.5106 J(2)1 000 W分析:(1)W=Gh=2 500 N600 m=1.5106 J。(2)t=sv=3 000 m2 m/s=1 500 s;P=Wt=1.5106J1 500 s=1 000 W。19.答案:(1)2.1104 J(2)6套(3)570 s分析:(1)需要做的功W=Gh=mgh=300 kg10 N/kg7 m=2.1104 J。(2)每套实验器材重300 kg60=5 kg,由图象知,他能提供的最大功率为70 W 时,每次搬运的器材质量为30 kg,套数为N=30 kg5 kg=6套。(3)他共需搬运的时间t=WP=2.1104J70 W=300 s;他共下楼的次数m=606-1=9次,故下楼需要的时间为30 s9=270 s,全部完成需要的时间为300 s+270 s=570 s。