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(3)物体浸没在水中所受到的浮力是多大?
(4)物体提上岸后,平放在水平地面上它对地面的压强是多大?
考点二:
功率及其计算
1.班里组织一次“估测上楼时的功率”比赛活动,从一楼登上五楼,比谁的功率最大。
为此,需要测量一些物理量。
下列物理量中必须测量的是( )
①五楼到一楼的高度H;
②从一楼到达五楼所用的时间T;
③每个同学的体重G;
④四楼到五楼楼梯的长度L。
A.①②③B.②③④C.①③D.②③
2.小西在体育测试中成绩为合格,请你估算他跳绳时的功率可能是( )
A.6WB.60WC.600WD.6000W
3.小明用20N的水平推力,将重为250N的购物车沿水平地面以0.3m/s的速度匀速向前推动10m,在此过程中,推力对购物车做功 J;
推力的功率为 W。
4.“绿色环保,低碳出行”一辆纯电动公交车在水平路面上匀速行驶,发动机的功率为200kW,速度为72km/h。
公交车行驶1h,发动机做的功为 J,公交车行驶的平均牵引力 N。
5.亮亮和芳芳两位同学想测量纸锥下落时重力做功的功率,请你帮忙将实验过程补充完整。
[1]实验原理是:
[写公式]。
[2]如图1是亮亮和芳芳利用闪光照相机拍摄纸锥竖直下落时的照片,照相机每隔0.2s曝光一次,若测得纸锥在A、B两位置间的实际距离为6.40cm,则此AB过程中,纸锥的下落速度为 m/s。
[3]下列关于纸锥在竖直下落过程中重力做功功率随时间变化的图象如图2中正确的是 [填字母番号]。
6.为了研究甲、乙两人做功的快慢,甲乙两人称好体重,从底楼起跑测量数据如表所示:
(1)为了比较做功快慢,我们应在表中最后一栏增添一个项目 ,为此物理学中引入一个物理量叫 。
(2)根据上表可知,做功慢的是 同学。
考点三:
机械效率的计算
1.如图所示,两个相同的滑轮,分别用如图所示的两种方式,将同一物体匀速提升相同的高度,物重大于动滑轮重力,关于这两种方式下列判断正确的是(不计绳重与摩擦)( )
A.绳子自由端的拉力相等
B.绳子自由端移动的距离相等
C.机械做的有用功相等
D.两装置的机械效率相等
2.用机械效率为90%的滑轮组,将重为1500牛的零件匀速提升2.5米,则有用功为 ,总功为 。
3.如图所示是一款概念环保灯,它是用滑轮系统,将重为200N的沙袋提升到2m高处,然后放手让沙袋下降到地面带动发电机发电,此过程中 转化为电能。
已知重力灯功率为0.3W,上述能量的转化效率为60%,则每举高一次该沙袋可使重力灯正常照明 s。
4.如图是液压起重车的示意图。
使用时液压杆将起重臂顶起,同时通过与钢索连接的电动机工作,可将重物吊起,并安放到需要的地方。
(1)起重机如图处标注的滑轮是 (选填“定滑轮”或“动滑轮”);
顶起起重臂时,液压杆向上顶起的力 (选填“大于”、“等于”或“小于”)重物的重力。
(2)当起重机的起重臂在如图位置稳定后,启动电动机,将重为6000N的物体匀速吊起5m,此时滑轮组的机械效率为75%,则此过程中,电动机对钢索的拉力所做的功为 J,电动机对钢索的拉力为 N。
考点四:
机械能的转化与守恒
1.宇宙中陨石的碎片以极高的速度穿越地球大气层时,由于摩擦发出耀眼的火光,形成如图所示的流星雨。
若不考虑下落过程陨石碎片的质量变化,则其在加速坠落时( )
A.重力势能不断增加,动能不断增加,机械能增加
B.重力势能不断减少,动能不断增加,机械能减小
C.重力势能不断增加,动能不断减少,机械能不变
D.重力势能不断减少,动能不断增加,机械能不变
2.某学校的校园足球比赛正在火热地进行中,如图是运动员将球抛出后,足球在空中运动的轨迹,则当足球从A点运动到最高点的过程中,( )
A.足球的重力势能一直小,机械能不变
B.足球的动能一直增大,机械能不变
C.足球的重力势能增大,动能减小
D.足球运动到最高点时动能为零
3.如图所示,一名运动员投掷铅球的过程示意图,铅球在b点离手,c点是铅球移动的最高点,不计空气阻力,下列说法不正确的是( )
A.只有在a到b的过程中,运动员对铅球做了功
B.在a到d的过程中,铅球的运动状态在不断的变化
C.在c到d的过程中,铅球的重力势能减少
D.在b到d的过程中,铅球的机械能先增加后减少
4.将一只皮球向上抛出,它在上升过程中是 能转化成 能,在下降过程中,是 能变大。
5.跳伞运动员在空中匀速下落时,其机械能 ;
扫地车在平直的路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内,此过程中,扫地车的动能 (均选填“增大”“减小”或“不变”)。
6.在“探究影响动能大小的因素”实验中,如图a、b、c所示,让质量为m、2m的两个小球分别从斜面上由静止滚下后,撞击放在水平木板上的木块,使木块在水平面上滑动,虚线位置为一段距离后停止的位置。
(1)实验中,用质量不同的小球,让它们从同一高度沿着斜面自由滚下,这是为了控制小球进入水平面的 相同。
(2)比较 两图进行的实验,可以探究小球的动能大小与速度的关系。
(3)比较a、b两图进行的实验,得出的结论是小球的动能随质量增大而 。
(4)比较b、c两图进行的实验,可以判断出动能较大的是 图的小球。
(5)木块在水平面上由滑动到静止的过程中,将机械能转化为 能。
7.已知物体的动能表达式为E=
mv2,重力势能表达式为Ep=mgh;
其中m为物体的质量,h为物体距离参考面的高度,v为物体的运动速度。
有一小球以初速度为v沿光滑、足够长的斜面向上运动,上升最大高度为h,不计空气阻力,整个过程中机械能守恒。
(1)试推导:
小球的初速度v=
。
(2)若小球初速度v=2m/s,则沿斜面上升最大高度是多少?
功和能参考答案
【答案】B。
【解析】我们的目的就是为了把水桶提上来,所以对水桶做的功为有用功;
但水桶里面有一些水,又不得不对水做功,所以对水做的功为额外功;
手对绳子拉力做的功,包括对水做的功、对桶做的功、对绳子做的功,为总功。
故ACD错、B正确。
【答案】A。
【解析】A、物理老师提着实验器材上楼,人对实验器材施加了力,且实验器材在力的方向上移动了距离,所以人对实验器材做了功,故A正确;
B、运动员举着杠铃原地不动,人对杠铃施加了力,但杠铃没有移动距离,所以人对杠铃没有做功,故B错误;
C、学生背着书包在水平路面上匀速前进,虽然有力也有距离,但力与距离垂直(或移动的距离不是在力的方向上),所以人对书包没有做功,故C错误;
D、足球被踢出后,在草地上滚动一段距离,是因为足球具有惯性,而此过程中人对足球没有力的作用,所以此过程中人对足球没有做功,故D错误。
【答案】费力;
不能。
【解析】由功的原理可知,使用任何机械都不能省功,但使用机械有许多好处;
有的机械可以省力,有的机械可以省距离,还有的机械还可以改变力的方向;
但省力的机械必然费距离;
省距离的机械一定费力。
【答案】0;
40。
【解析】
(1)人对书包的力的方向为竖直向上,而在竖直方向上移动的距离是0,
所以他在水平路面上行走时,对书包做功为0J;
(2)实心球受到的重力:
G=mg=2kg×
10N/kg=20N,
举高2m做的功:
W=Gh=20N×
2m=40J。
【答案】
(1)刻度尺;
(2)匀速;
沿斜面;
(3)距离;
(4)重力;
功。
(1)根据W=Fs知,需要用弹簧测力测量出拉力F,用刻度尺测量出小车沿斜面移动的距离;
(2)实验中,应将小车正放在斜面底端,沿斜面拉动木块时,为使测力计的示数稳定,应尽量使木块做匀速直线运动,测量出拉力F,测量出小车升高高度h时沿斜面运动的距离s,根据W=Fs计算拉力做的功;
(3)由表格数据知,物体的重力为2N,三次的拉力都小于2N,故使用斜面可以省力;
三次实验小车升高高度h都为0.3m,三次小车升高高度h时沿斜面运动的距离s都大于0.3m,故使用斜面费了距离,故使用斜面可以省力,但是多费了距离;
(4)1次实验中沿斜面提升小车做功为:
W1=F1s1=1.2N×
0.5m=0.6J;
竖直提升小车做的功为:
W=Gh=2N×
0.3m=0.6J;
第2次实验中沿斜面提升小车做功为:
W2=F2s2=1N×
0.6m=0.6J;
第3次实验中沿斜面提升小车做功为:
W3=F3s3=0.5N×
1.2m=0.6J;
由以上数据可知,利使用斜面时拉力所做的功等于斜面克服小车重力做的功;
也就是说使用斜面可以省力,但费距离,一定不能功。
(1)由乙图可知,当绳子自由端移动的距离达到6m后,绳端所受拉力F=200N最大且保持不变,可知此时物体已离开水面:
由图甲知n=4,物体在空中上升1m,绳端移动的距离:
s绳=4×
1m=4m,
小雨做的功:
W总=Fs绳=200N×
4m=800J;
(2)由题知,物体在空中匀速上升过程中滑轮组的机械效率为85%,
则物体在空中上升1m,所做的有用功:
W有=η×
W总=85%×
800J=680J,
不计绳重、摩擦,由W额=G动h可得动滑轮的总重力:
G动=
=
=120N;
由图知有2个动滑轮,且每个滑轮等重,则每个滑轮的重力:
G轮=
=60N;
(3)由乙图可知,物体浸没在水中时,绳端所受拉力F1=100N,
物体浸没在水中时,以物体和动滑轮的整体为研究对象,由力的平衡条件可得:
4F1+F浮=G+G动,
则物体浸没在水中时受到的浮力:
F浮=G+2G动﹣4F1=680N+2×
60N﹣4×
100N=400N;
(4)物体的重力:
G=
=680N,
物体提上岸后,平放在水平地面上它对地面的压力F=G=680N,
由F浮=ρgV排可得物体的体积:
V=V排=
=0.04m3;
由乙图可知,物体由4段绳子承担,露出水面的过程中绳子移动的距离s=6m﹣4m=2m,
则物体上升的高度(即物体的高度):
h=
s=
=0.5m,
则物体底面积:
S=
=0.08m2,
则平放在水平地面上它对地面的压强:
p=
=8500Pa。
答:
(1)物体在空中上升1m,小雨做的功是800J;
(2)每个滑轮的重力是60N;
(3)物体浸没在水中所受到的浮力是400N;
(4)物体提上岸后,平放在水平地面上它对地面的压强是8500Pa。
【答案】D。
【解析】登楼时克服自身重力在竖直方向上做功,则登楼功率为P=
,
从一楼登上五楼,每位同学上楼的高度相同,
所以不需要测量楼高H、一楼到五楼楼梯的长度L;
必须需要测量的物理量是:
每个同学的体重G,从一楼到达五楼所用的时间T,即②③需要。
【解析】初中生体重大约为500N,跳绳高度大约h=5cm=0.05m,
跳一次做的功:
W=Gh=500N×
0.05m=25J,
在体育测试中成绩合格时1min需要跳120次,
则跳一次的时间为0.5s,
则他跳绳时的功率:
P=
=50W,接近60W。
【答案】200;
6。
【解析】推力对购物车做功:
W=Fs=20N×
10m=200J;
推力的功率:
=Fv=20N×
0.3m/s=6W。
【答案】7.2×
108;
1×
104。
【解析】由P=
可得,行驶1h发动机做的功:
W=Pt=200×
103W×
3600s=7.2×
108J,
公交车的速度v=72km/h=20m/s,
由P=
=Fv可得,公交车的牵引力:
F=
=1×
104N。
(1)P=
;
(2)0.16;
(3)A。
(1)测量重力做功的功率的实验原理是P=
(2)纸锥在A、B两位置间的实际距离为6.40cm,时间为0.2s×
2=0.4s,
则此AB过程中,纸锥的下落速度为:
v=
=16cm/s=0.16m/s;
(3)由功率公式可得P=
=Gv,纸锥的重力不变,由图1可知,相同时间内纸锥通过的路程先增大后不变,则纸锥的速度v先变快后不变,则纸锥在竖直下落过程中,重力做功功率随时间变化规律是先变大后不变,故只有选项A的图象符合题意。
【答案】功与时间的比值;
功率;
乙。
(1)为了比较做功的快慢,应该在表中增加一栏项目,即:
功与时间的比值。
为此物理学中引入一个物理量叫功率,它是表示做功快慢的物理量;
(2)两人克服重力做的功分别为:
W甲=G甲h甲=500N×
15m=7500J;
W乙=G乙h乙=600N×
15m=9000J;
两人做功的功率分别为:
P甲=
=250W,
P乙=
=225W,
乙的功率小,所以乙做功较慢。
【答案】C。
【解析】A、不计绳重与摩擦,左图使用的是定滑轮,则F甲=G;
右图使用的是动滑轮,则F乙=
(G+G轮),因为物重大于动滑轮重力,所以F甲>F乙.故A错。
B、左图使用的是定滑轮,绳子自由端移动距离s甲=h;
右图使用的是动滑轮,绳子自由端移动距离s乙=2h,所以s甲<s乙.则B错;
C、将同一物体匀速提升相同高度,说明利用机械做的有用功是相等的,故C正确;
D、不计绳重与摩擦,使用定滑轮时,额外功为0J,机械效率为100%;
使用动滑轮时要克服动滑轮的重力做额外功,有用功小于总功,机械效率小于100%,所以η甲>η乙.故D错。
【答案】3750J;
4166.7J。
(1)拉力做的有用功:
W有用=Gh=1500N×
2.5m=3750J,
(2)由η=
=90%可得总功:
W总=
=4166.7J。
【答案】重力势能;
800。
(1)沙袋下降,质量不变,高度降低,重力势能减小,带动发电机发电,电能增多,故此过程中重力势能转化为电能;
(2)该过程中沙袋重力所做的功:
W=Gh=200N×
2m=400J;
由η=
得该沙袋重力做的功转化的电能为:
W电=Wη=400J×
60%=240J,
得每举高一次该沙袋能使该灯正常照明的时间:
t=
=800s;
(1)动滑轮;
大于;
(2)40000;
4000。
(1)起重机钢索下的那个滑轮随着重物一起升降,因此是动滑轮;
由图可见,液压起重车的起重臂是一个费力杠杆,使用时费力,故液压杆向上顶起的力大于重物的重力。
(2)有用功:
W=Gh=6000N×
5m=30000J,
根据η=
可得,电动机对钢索的拉力所做的功:
=40000J,
因为是动滑轮,
所以s=2h=2×
10m,
所以,根据W=Fs可得,电动机对钢索的拉力:
=4000N。
【解析】陨石在空中加速降落时,不考虑陨石的质量变化,速度增大,高度减小,所以动能增加,重力势能减少;
由于陨石要克服摩擦做功,将机械能转化为内能,所以机械能减少。
(1)足球从A点运动到最高点的过程中,质量不变,高度增大,重力势能增大;
同时速度减小,动能减小,
在此过程中,足球需要克服空气阻力做功,一部分机械能会转化为内能,所以机械能减小,故AB错误、C正确;
(2)当足球运动至最高点时,速度不为零,所以动能不为零。
故D错误。
3.如图所示,一名运动员投掷铅球的过程示意图,铅球在b点离手,c点是铅球移动的最高点,不计空
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