物理物理 功和机械能问题的专项 培优 易错 难题练习题及详细答案.docx
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物理物理功和机械能问题的专项培优易错难题练习题及详细答案
一、初中物理功和机械能问题
1.一个木块放在粗糙程度相同的水平地面上,如果对木块施加的水平拉力为F,如图甲所示;F的大小与时间t的关系如图乙所示;木块的运动速度v与时间t的关系如图丙所示。
以下说法正确的是( )
A.当t=1s时,木块受到的摩擦力是0
B.当t在2~4s内,木块做匀速直线运动,受到的摩擦力为5N
C.当t在4~6s内,拉力F的功率为6W
D.当t在2~6s内,木块的机械能保持不变
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A.由图乙可知,物体在t=1s时受到的拉力为1N,由图丙可知此时物体处于静止状态,所以受到的摩擦力等于拉力为1N,故A错误;
B.由图乙可知,物体在4~6s内受到的拉力为3N,由图丙可知4~6s内物体做匀速运动直线运动,在4~6s内受到的摩擦力等于此时的拉力为3N;由图乙可知在2~4s内,物体做加速直线运动,接触面粗糙程度、受到的压力不变,所以在2~4s内受到的摩擦力为3N。
故B错误;
C.由图乙可知,物体在4~6s内受到的拉力为3N,由图丙可知4~6s内物体做速度为2m/s的匀速运动直线运动,此时拉力的功率
故C正确;
D.在2~6s内,木块受到拉力和摩擦力的作用,机械能在不断变化,故D错误。
故选C。
2.下列说法中正确的是( )
A.抛出手的铅球在空中向前运动的过程中,推力对它做了功
B.提着水桶在路面上水平向前移动一段路程,手的拉力对水桶做了功
C.用手从地面提起水桶,手的拉力对水桶做了功
D.用力推一辆汽车,汽车静止不动,推力在这个过程中对汽车做了功
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A.抛出手的铅球在空中向前运动的过程中,推力已经不存在了,推力对它没有做功,A错误;
B.提着水桶在路面上水平向前移动一段路程,手的拉力是竖直向上的,水桶在竖直方向上没有移动距离,即水桶在拉力的方向上没有移动距离,那么手的拉力对水桶没有做功,B错误;
C.用手从地面提起水桶,手的拉力是向上的,水桶在拉力的方向上移动了距离,所以手的拉力对水桶做了功,C正确;
D.用力推一辆汽车,汽车静止不动,汽车在推力的方向上没有移动距离,那么推力在这个过程中对汽车没有做功,D错误。
故选C。
3.如图甲所示,小明用弹簧测力计拉木块,使它沿水平木板匀速滑动,图乙是他两次拉动同一木块得到的距离随时间变化的图象.下列说法正确的是()
A.木块两次受到的拉力和摩擦力均相等
B.木块第1次受到的拉力较大
C.木块两次的动能一样多
D.两次拉力对木块做的功一样多
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
AB.从图象上可以看出,木块两次都是作匀速直线运动,而做匀速直线运动的物体受平衡力作用。
因木板受到的压力大小和接触面的粗糙程度不变,则两次滑动摩擦力大小不变,所以两次木块受到的拉力相等,故A选项正确,B选项错误;
C.从图中可以看出第一次木块运动的速度较大,而木块的质量不变,所以第一次木块具有的动能多,故C选项错误;
D.从图中可以看出,在相同拉力作用下,木块两次运动的距离不同,所以木块两次所做的功不同,故D选项错误。
故选A。
4.小红在操场上将一皮球抛出,皮球被抛出后的运动轨迹如图所示,a、c两点处于同一高度.则下列判断中正确的是()
A.皮球由a到b时,动能逐渐增大
B.皮球由c到d时,机械能一直减小
C.皮球在b点时的机械能最大
D.皮球在a、c两点时动能相等
【答案】B
【解析】
试题分析:
皮球由a到b时,速度越来越小,所以动能逐渐减小,故A错;皮球由c到d时,要克服摩擦力做功,机械能一直减小,故B正确;皮球在a点时的机械能最大,故C错;皮球在a、c两点时的重力势能相等,而机械能不相等,所以动能不相等,故D错;应选B.
考点:
机械能转化
5.立定纵跳摸高是中学生常见的运动项目,起跳前先屈膝下蹲,然后脚掌用力蹬地,伸展身体,两臂上挥,竖直向上跳起至最高点,小刚同学在一次立定纵跳摸高中消耗的能量约为()
A.3×102JB.3×103JC.3×104JD.3×105J
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
中学生重力的平均值约600N,当起跳后重心升高的高度为:
△h=0.5m;
在起跳时所消耗的能量用来增加了同学的重力势能了,所以当该同学跳起后增加的重力势能最大值是:
E=W=G△h=600N×0.5m=300J=3×102J,
故A正确,BCD错误;
应选A.
6.如图是一个光滑的轨道.某小球从轨道的O点出发,由静止开始下滑,小球始终没有离开轨道,你认为小球最远可以运动到
A.a点B.b点
C.c点D.d点
【答案】C
【解析】
【详解】
本实验中,由于轨道是光滑的,没有摩擦力,所以小球的机械能守恒。
故小球从O点由静止释放,始终没有离开轨道,最远可以滚到与O点等高的c点,故选C。
7.九年级的小黄同学一口气从一楼跑到四楼教室,所用时间为30s。
他上楼过程克服自身重力做功的功率最接近()
A.1.5WB.15WC.150WD.1500W
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
一层楼的高度约为3m,三层高度约为9m,九年级的同学体重大约为50kg,则克服自身重力所做的功约为
W=Gh=mgh=50kg×10N/kg×9m=4500J
克服重力做功的功率
故ABD,都不符合题意,C符合题意。
故选C。
8.一个超级惊险项目——18米长悬崖秋千惊现重庆某公园!
小明被缆绳拉到6层楼的高度,释放后自由摆动冲向峡谷(如图所示),伴随着人们的惊呼声,秋千越荡越低。
下列有关说法中正确的是()
A.秋千荡回来经过最低点时,小明的机械能最大
B.整个过程小明的动能与重力势能之和不变
C.秋千荡到最高点时,小明的动能为零
D.在向下摆的过程中,小明的重力势能全部转化为动能
【答案】C
【解析】
【详解】
A.机械能是动能和势能的统称,由于秋千与空气摩擦,有机械能转化为内能,所以秋千第一次在最高点时,机械能最大,A错误;
B.机械能是动能和势能的统称,由于秋千与空气摩擦,有机械能转化为内能,整个过程小明的动能与重力势能之和变小,B错误;
C.秋千荡到最高点时,秋千速度为0,所以小明的动能为零,C正确;
D.在向下摆的过程中,小明的重力势能绝大部分转化为动能,D错误。
故选C。
9.如左图所示,放在水平地面上的物体,受到方向不变的水平推力F的作用,其推力大小随时间变化的图像(F-t图像)和物体速度大小随时间变化的图像(v-t图像)分别如图所示,下列说法正确的是( )
A.当t=1s时,物体处于静止状态,摩擦力为0N
B.当t=3s时,物体受到的摩擦力是3N
C.在匀速直线运动阶段,拉力F做的功是16J
D.2~4s内,物体的机械能保持不变
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A.由v-t图像可知,0~2s时物体的速度大小为零,即t=1s时物体处于静止状态;此时物体受到推力和摩擦力是一对平衡力,大小相等;由F-t图像可知,t=1s时,F=1N,则此时的摩擦力
故A错误;
B.由v-t图像可知,4~6s时,物体匀速运动;由F-t图像可知,此时的推力F′=2N;由于摩擦力与推力F是一对平衡力,所以此时的摩擦力
2~4s内,物体做加速运动,由于压力大小和接触面的粗糙程度不变,所以摩擦力大小不变(与匀速运动时的摩擦力大小相等),仍为2N,故B错误;
C.在4~6s时,物体匀速运动,通过的路程
拉力F做的功
故C正确;
D.2~4s内,物体做加速运动,速度增加,动能增加,高度不变,重力势能不变,则物体的机械能增加,故D错误。
故选C。
10.如图所示的滑轮组,绳子的末端缠绕在电动机上,电动机转动将下方钩码匀速提起。
如果加快电动机的转速,则后一次提升与前一次相比( )
A.功率增大、机械效率增大B.功率增大、机械效率不变
C.功率不变、机械效率不变D.功率不变、机械效率增大
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
前后两次的滑轮组是同一个滑轮组,则做的有用功、额外功、总功不变,则机械效率不变;加快电动机的转速,则物体提升的速度增大,若两次提升高度相同,则后一次所需要的时间小于前一次所需要的时间,根据
可知,功率变大。
故ACD错误,B正确。
故选B。
11.如图甲所示,重为160N的物体在大小为20N,水平向左的拉力F1作用下,沿水平地面以3m/s的速度做匀速直线运动。
如图乙所示,保持拉力F1不变,用水平向右的拉力F2,拉物体匀速向右运动了1m,若不计滑轮、绳的质量和轮与轴间的摩擦,则( )
A.物体向左运动时,拉力F1的功率P1=60W
B.物体与地面之间的摩擦力f=20N
C.物体向右运动时,拉力F2=40N
D.物体向右运动时,拉力F2所做的功W2=80J
【答案】CD
【解析】
【分析】
【详解】
A.由图甲可知,绳子承担物体受到的拉力的段数n为2,物体以3m/s的速度做匀速直线运动,在拉力作用下绳子末端的速度为
则物体向左运动时,由
可得拉力F1的功率
故A错误;
B.图甲中物体做匀速直线运动,物体受到的拉力与摩擦力是一对平衡力,而绳子承担力的段数n为2,所以物体与地面之间的摩擦力
故B错误;
C.物体向右运动时,由于物体和地面没有改变,则所受摩擦不变,方向向左,同时物体向左还受到两股绳子施加的拉力,每股绳子的拉力为20N,物体右侧的滑轮为动滑轮,对物体的拉力为2F2,则有
解得F2=40N,故C正确;
D.在不计滑轮、绳的质量和轮与轴间的摩擦时,物体向右运动时,拉力F2所做的功
故D正确。
故选CD。
12.如图所示,用手将一重为G的铁球缓慢放在一弹簧上,放手后,铁球从A位置开始向下运动,到达B位置速度达到最大,到达C位置小球的速度变为零。
已知AC间的高度差为h,若整个过程中不计能量损耗,下列说法正确的是( )
A.从A位置到B位置铁球的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能
B.在此过程中弹簧的弹性势能增加量为Gh
C.小球到达B点时,小球的重力大于弹簧的弹力,所以小球继续下落
D.B位置到C位置的过程中铁球所受的重力大于弹簧所施加的弹力
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
A.从A位置到B位置,铁球质量不变,高度减小,铁球重力势能减小;该过程铁球速度增大,铁球动能增大;该过程弹簧形变量增大,弹簧弹性势能增大。
若整个过程中不计能量损耗,则铁球的重力势能转化为铁球的动能和弹簧的弹性势能。
故A错误;
B.从A位置到C位置,铁球的重力做功
因为从A位置开始向下运动的过程中,重力势能转化为动能,动能又转化为弹性势能,整个过程中不计能量损耗,所以,根据机械能守恒定律可知,弹簧的弹性势能增加量为
故B正确;
C.从A位置到B位置,小球重力大于弹簧弹力,小球受合力方向向下,小球速度方向向下,小球受合力方向与速度方向相同,小球竖直向下做加速运动,该过程中,小球重力不变,弹簧形变量增大,弹力增大,小球受向下合力变小,小球到达B位置时,小球受合力为零,即小球重力等于弹簧弹力,速度最大;从B位置到C位置,小球继续下落,是因为小球具有惯性,保持原来运动状态不变,故C错误;
D.从B位置到C位置,该过程弹簧形变量继续增大,弹簧弹力继续增大,大于小球重力,小球受合力方向向上,小球速度方向向下,小球受合力方向与速度方向相反,小球做减速运动,C位置小球速度为零,故D错误。
故选B。
13.如图甲所示,质量不计的弹簧竖直固定在水平面上,t=0时刻,将一重为G=50N的金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放,小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点,然后又被弹起离开弹簧,上升到一定高度后再下落,如此反复。
通过安装在弹簧下端的压力传感器,测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图像如图乙所示,则( )
A.t1时刻小球的动能最大
B.t2时刻小球的动能最大
C.t3时刻小球的重力势能最大
D.t2到t3时间内,小球的动能先增加后减小
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A.由图象可知,t1时刻弹力为0,此时小球刚接触弹簧,在重力作用下小球继续做加速运动,动能继续变大,故A错误;
B. t2时刻小球速度为0,此时动能最小,故B错误;
C.t3时刻,此时小球离开弹簧且只受到重力作用,继续向上做减速运动,还未达到最高点,重力势能还会继续增大, 故C错误;
D. t2到t3时间内,小球在弹力的作用下先加速上升,动能变大;当弹力等于重力时,速度最大,动能最大;继续上升时重力大于弹力,小球做减速运动,动能变小;综上所述t2到t3时间内,小球的动能先变大后减小,故D正确。
故选D。
14.如图甲所示,小明用弹簧测力计拉木块,使它先后两次沿水平木板匀速滑动相同的距离,乙图是他两次拉动同一木块得到的距离随时间变化的图象,下列说法正确的是()
A.木块第一次做功较少B.木块第一次受到的摩擦力较大
C.木块第二次做功较快D.木块第二次的动能较小
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
AB.由图乙,两条图象都是过原点的直线,则木块在这两次拉力的作用下都是做匀速直线运动,因滑动摩擦力的大小只与接触面的粗糙程度和压力的大小有关,与速度无关,所以,木块两次受到的摩擦力大小相等;同时因为木块做匀速直线运动,处于平衡状态,受到的拉力和摩擦力大小相等,所以,木块两次运动的拉力相等,由题意可知,两木块滑动相同的距离,根据W=Fs可知,两次拉力做的功相同,故AB错误;
C.因为两次拉力做的功相同,但由图乙知第二次做功的时间更长,根据
可得,第二次的功率较小,即第二次做功较慢,故C错误;
D.物体的质量不变,但由图乙知运动相同的距离,第二次花的时间更长,所以第二次速度较小,因此木块第二次的动能较小,故D正确。
故选D。
15.两个质量相同的钩码,下端固定有纸带并穿过打点计时器,在拉力作用下两钩码分别同时从同一位置开始沿竖直向上方向运动,纸带上留下的点迹如图(a)所示,它们的s—t图像如图(b)所示.则
A.甲的拉力大
B.甲的机械能小
C.乙的动能小
D.无法判断
【答案】C
【解析】
【详解】
A.在图a中的甲、乙两图中,打点计时器打出的各点之间的距离是相同的,由此确定钩码在这两种情况下都是处于匀速直线运动状态,即平衡状态,所受的力一定是平衡力,此时的钩码只受两个力的作用:
弹簧秤竖直向上的拉力和重力.根据二力平衡的条件可知这两个力相等,即甲、乙的拉力都等于各自钩码的重力,由于钩码的质量相等,则重力相等,所以甲的拉力等于乙的拉力.故A不符合题意;
BCD.两个钩码的质量相同,由题意知,两个钩码上升的高度相同,由图(b)知,甲、乙上升相同的高度,甲所用时间小于乙所用时间,根据v=
可知,甲的速度大于乙的速度,所以,甲的动能大于乙的动能,甲的势能等于乙的势能,机械能为动能和势能之和,所以,甲的机械能大于乙的机械能.故B不符合题意.C符合题意.D不符合题意.
16.如图所示,小明拉着小车匀速行走在水平路面上,下列说法正确的是()
A.小明拉着小车匀速行走时,小明对小车没有做功
B.小车的重力与地面给小车的支持力不是一对平衡力
C.小明对小车的拉力与地面对小车的摩擦力是一对平衡力
D.地面给小明的摩擦力方向是向后的
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
A.小车在小明的拉力作用下,运动了一段距离,因此小明对小车做功了,故A错误;
B.读图可知,小车受到小明的斜向上的拉力,小车的重力与地面给小车的支持力大小不相等,所以两者不是一对平衡力,故B正确;
C.读图可知,小明对小车的拉力与地面对小车的摩擦力没有作用在同一直线上,不属于平衡力,故C错误;
D.小明的脚对地面有一个向后的摩擦力,同时地面对脚一个向前的摩擦力,故D错误。
故选B。
17.如图所示,弹簧的一端固定在竖直墙上,另一端连接一个小球。
弹簧未发生形变时,小球静止在A点。
用手把小球向左运动压缩弹簧至B点后松开手,小球在水平光滑地面BC间来回运动。
不考虑空气阻力,下列说法中正确的是( )
A.当小球从B运动至A的过程,弹簧产生的弹力变大
B.当小球从B运动至C的过程,弹簧的弹性势能转化为小球的动能
C.小球在A点时的机械能最大
D.在来回运动中,小球的机械能保持不变
【答案】C
【解析】
【详解】
A.当小球从B运动至A的过程,弹簧恢复原状,弹簧的形变减小,则弹簧产生的弹力变小,故A错误;
B.当小球从B运动至C的过程,弹簧的形变变大,弹性势能变大,小球的速度减小,动能减小,即小球的动能转化为弹簧的弹性势能,故B错误;
CD.由于水平地面是光滑的,没有摩擦,所以弹簧的弹性势能和小球的动能的和是保持不变的,故在任何一点的弹性势能和动能的和都相同,在A点时,弹簧的弹性势能最小,小球的动能最大,即此时小球的机械能最大,故C正确,D错误。
18.如图所示,质量为m的跳高运动员先后用背越式和跨越式两种跳高方式跳过某一高度,该高度比他起跳时的重心高出h,则他从起跳后至越过横杆的过程中克服重力所做的功
A.都必须大于mgh
B.都不一定大于mgh
C.用背越式不一定大于mgh,用跨越式必须大于mgh
D.用背越式必须大于mgh,用跨越式不一定大于mgh
【答案】C
【解析】
【详解】
从起跳后至越过横杆的过程中,跨越式跳高时重心在横杆的上面,故跨越式跳高时运动员克服重力所做的功一定大于
,而背越式跳高时其重心不一定在横杆的上面,可以在横杆的下面,故其克服重力的功不一定大于
,也可以小于
,也可以等
,故ABD错误,C正确。
故选C。
19.如图所示,AC>BC,用相同的推力沿粗糙程度相同的斜面AC和BC分别将同一重物从底部推到顶端,则此过程中()
A.两次推力做功大小相同
B.两次克服摩擦力做功大小相同
C.两次克服物体重力做功大小相同
D.两个斜面的支持力对物体做功大小不相等
【答案】C
【解析】
【详解】
A.已知AC>BC,则sAC>sBC,由于用相同的推力推物体,则根据
可知:
两次推力做功大小不相同,A项不合题意;
BC.已知将同一重物从底部推到顶端,根据
可知:
两次克服物体重力做功大小相同,选项C符合题意;根据
可知:
两次所做的额外功不同,即克服摩擦力做的功大小不相同;B项不合题意;
D.由于斜面的支持力方向与运动方向垂直,则物体在支持力的方向上没有移动距离,所以,两个斜面的支持力对物体做功都为0J;D项不合题意。
20.如图所示,在一个罐子的盖和底各开两个小洞。
将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿人罐中,橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定。
做好后将它从不太陡的斜面滚到水平面。
下列说法正确的是( )
A.罐子从斜面滚下,重力势能只转化为动能
B.罐子从斜面滚下的过程中,只有动能和弹性势能的相互转化
C.因为能量之间可以相互转化,所以罐子滚下后可能再次滚上斜面
D.如果水平面是光滑的,则罐子会一直滚动下去
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A.罐子从斜面滚下,要克服摩擦力做功而使重力势能转化为内能,故A错误;
B.罐子从斜面滚下的过程中,重力势能转化为动能和内能,故B错误;
C.罐子从不太陡的斜面上滚下,罐子的高度减小,速度先增大后减小,橡皮筋的弹性形变逐渐增大,则罐子的重力势能减小,动能先增大后减小,橡皮筋的弹性势能增大,即该过程中罐子的重力势能会转化为动能和橡皮筋的弹性势能;发生形变的橡皮筋由于要恢复原状,故罐子可能再次滚上斜面,故C正确;
D.罐子在滚动的过程中,由于和斜面之间存在摩擦,机械能会转化为内能,所以整个罐子的机械能不守恒,机械能会逐渐变小,最终罐子会停止运动,故D错误。
故选C。
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