高考物理一轮复习 第七章 机械能守恒定律 1 功 功率 动能定理训练.docx
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高考物理一轮复习第七章机械能守恒定律1功功率动能定理训练
第1讲 功功率动能定理
题组一 追寻守恒量——能量
1.物质、能量、信息是构成世界的基本要素,下面关于能量的认识中错误的是
( )
A.能量是一个守恒量
B.同一个物体可能同时具有多种形式的能量
C.物体对外做了功,它的能量一定发生了转化
D.地面上滚动的足球最终停下来,说明能量消失了
解析 能量的概念是在人类对能量守恒的认识过程中形成的,它的重要特性就是守恒,物体对外做功的过程即是能量释放的过程,功是能量转化的标志和量度。
地面上滚动的足球最终停下来,其机械能转化为内能,能量并没有消失。
故选项A、B、C正确,D错误。
答案 D
2.如图所示的伽利略的斜面理想实验中(斜面光滑),以下说法正确的是( )
A.小球从A到B运动的过程动能保持不变
B.小球从A到B运动的过程势能减小
C.只有小球从B到C运动的过程中动能和势能的总和不变
D.小球在斜面CD上运动的最大距离等于AB
答案 B
3.小球从一个斜面的某一高度由静止滑下,并运动到另一个斜面的同一高度,小球好像“记得”自己的起始高度,或与高度相关的某个量。
“记得”并不是物理学的语言。
后来的物理学家把这一事实说成是“某个量是守恒的”,并且把这个量叫做( )
A.重力B.势能C.能量D.速度
答案 C
4.如图所示
细绳一端固定在天花板上,另一端拴一质量为m的小球,使小球在竖直平面内摆动,经过一段时间后,小球停止摆动。
下列说法中正确的是( )
A.小球机械能守恒
B.小球能量正在消失
C.小球摆动过程中,只有动能和重力势能在相互转化
D.总能量守恒,但小球的机械能减少
答案 D
题组二 功
5.运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程,将运动员和伞看成一个系统,在这两个过程中,下列说法正确的是( )
A.阻力始终对系统做负功
B.系统受到的合外力始终向下
C.合外力始终对系统做正功
D.任意相等的时间内重力做的功相等
解析 在这两个过程中,阻力始终对系统做负功,选项A正确;加速下降时,系统受到的合外力向下,合外力对系统做正功,减速运动时,系统受到的合外力向上,合外力对系统做负功,选项B、C错误;在任意相等时间内,系统下降的高度可能不相等,故重力做功可能不相等,选项D错误。
答案 A
6.如图所示,两个互相垂直的力F1与F2作用在同一物体上,使物体通过一段位移的过程中,力F1对物体做功4J,力F2对物体做功3J,则力F1与F2的合力对物体做功为
( )
A.7JB.1JC.5JD.3.5J
解析 力F1与F2的合力做的功等于F1与F2做功的代数和,即W合=W1+W2=(4+3)J=7J。
答案 A
7.
坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为m,如图所示在与水平面成θ角的恒定拉力F作用下,沿水平地面向右移动了一段距离l。
已知雪橇与地面间的动摩擦因数为μ,雪橇受到的( )
A.支持力做功为mgl
B.重力做功为mgl
C.拉力做功为Flcosθ
D.滑动摩擦力做功为-μmgl
解析 支持力和重力与位移垂直,不做功,选项A、B错误;拉力和摩擦力分别做功为W=Flcosθ,W=-μ(mg-Fsinθ)l,选项C正确,D错误。
答案 C
8.如图所示,
以一定的初速度竖直向上抛出质量为m的小球,它上升的最大高度为h,空气阻力的大小恒为f。
则从抛出点至回到原出发点的过程中,各力做功的情况正确的是( )
A.重力做的功为2mgh
B.空气阻力做的功为-2fh
C.空气阻力做的功为2fh
D.物体克服重力做的功为-mgh
解析 取向上为正方向,则整个过程中重力做的功为0,因为上升时重力做负功,下降时重力做正功,二者大小相等,故重力做的总功为0,选项A、D错误;上升时,阻力的方向竖直向下,位移为正的,故阻力做负功,下降时阻力向上为正,但位移是向下为负,故阻力仍做负功,所以空气阻力做的总功为-2fh,选项B正确,C错误。
答案 B
9.如图所示,三个固定的斜面,底边长度都相等,斜面倾角分别为30°、45°、60°,斜面的表面情况都一样。
完全相同的物体(可视为质点)A、B、C分别从三斜面的顶部滑到底部的过程中( )
A.物体A克服摩擦力做的功最多
B.物体B克服摩擦力做的功最多
C.物体C克服摩擦力做的功最多
D.三个物体克服摩擦力做的功一样多
解析 因为三个固定斜面的表面情况一样,A、B、C又是完全相同的三个物体,因此A、B、C与斜面之间的动摩擦因数相同可设为μ,由功的定义:
Wf=-Ffs=-μmgscosθ=-μmgd,三个固定斜面底边长度d都相等,所以摩擦力对三个物体做的功相等,都为-μmgd。
答案 D
10.起重机以1m/s2的加速度将质量为1000kg的货物由静止开始匀加速向上提升,若g取10m/s2,则在1s内起重机对货物所做的功是( )
A.500JB.4500J
C.5000JD.5500J
解析 货物的加速度向上,
由牛顿第二定律有:
F-mg=ma,
起重机的拉力F=mg+ma=11000N。
货物的位移是l=
at2=0.5m,
做功为W=Fl=5500J,故D正确。
答案 D
题组三 功率
11.关于功率公式P=
和P=Fv的说法正确的是( )
A.由P=
知,只要知道W和t就可求出任意时刻的功率
B.由P=Fv只能求某一时刻的瞬时功率,不能求平均功率
C.由P=Fv知,随着汽车速度增大,它的功率也可以无限制增大
D.由P=Fv知,当汽车发动机功率一定时,牵引力与速度成反比
解析 利用公式P=
只能计算平均功率,选项A错误;当公式P=Fv中的v为瞬时速度时,求的是瞬时功率,当v为平均速度时,求的是平均功率,选项B错误;因为汽车有额定功率,行驶时一般不超过额定功率,汽车的功率也不能无限制增大,选项C错误;由P=Fv知,当汽车发动机功率一定时,牵引力与速度成反比,选项D正确。
答案 D
12.起重机以0.5m/s的速度将质量为300kg的重物匀速提升了2m,此过程中起重机做功为(g取10m/s2)( )
A.3000JB.6000J
C.15000JD.60000J
解析 重物匀速提升过程中起重机做功等于克服重力做的功,所以起重机做功W=mgh=6000J,B正确。
答案 B
13.
从空中以40m/s的初速度平抛一重为10N的物体,物体在空中运动3s落地,不计空气阻力,取g=10m/s2,则物体落地前瞬间,重力的瞬时功率为( )
A.300WB.400WC.500WD.700W
解析 物体落地瞬间vy=gt=30m/s,所以PG=Gvy=300W,故A正确。
答案 A
14.一艘轮船以15m/s的速度匀速直线航行,它所受到的阻力为1.2×107N,发动机的实际功率为( )
A.1.8×105kWB.9.0×104kW
C.8.0×104kWD.8.0×103kW
解析 轮船匀速运动,牵引力等于阻力,所以P=fv=1.2×107×15W=1.8×105kW,A正确。
答案 A
15.一质量为m的木块静止在光滑的水平面上,从t=0开始,将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上,在t=t1时刻力F的瞬时功率是( )
A.
t1B.
t
C.
t1D.
t
解析 在t=t1时刻木块的速度为v=at1=
t1,此时刻力F的瞬时功率P=Fv=
t1,选项C正确。
答案 C
16.(2016·昆明高一检测)质量为3kg的物体,从高45m处自由落下(g取10m/s2),那么在下落的过程中( )
A.前2s内重力做功的功率为150W
B.前2s内重力做功的功率为675W
C.第2s末重力做功的功率为600W
D.第2s末重力做功的功率为900W
解析 前2s物体下落h=
gt2=20m,重力做功的功率P1=
=
W=300W,A、B错;2s末物体的速度v=gt=20m/s,此时重力的功率P2=mgv=600W,C对,D错。
答案 C
17.某同学的质量为50kg,所骑自行车的质量为15kg,设该同学在平直路面上正常骑行时脚踏自行车的功率为40W。
若人与车受到的阻力是其重力的0.02倍,则正常骑自行车时的速度大小约为( )
A.3m/sB.4m/sC.13m/sD.30m/s
解析 设正常骑自行车时阻力为F、速度为v,则有F=0.02×(50+15)×10N=13N,由P=Fv,代入数值有v=
=
m/s≈3m/s,故选项A正确。
答案 A
题组四 动能及动能定理
18.关于运动物体所受的合外力、合外力做的功及动能变化的关系,下列说法正确的是( )
A.合外力为零,则合外力做功一定为零
B.合外力做功为零,则合外力一定为零
C.合外力做功越多,则动能一定越大
D.动能不变,则物体合外力一定为零
解析 合外力为零,则物体可能静止,也可能做匀速直线运动,这两种情况合外力做功均为零,所以合外力做功一定为零,A对;合外力做功为零或动能不变,合外力不一定为零,如匀速圆周运动,故B、D错;合外力做功越多,动能变化越大,而不是动能越大,故C错。
答案 A
19.在光滑水平面上,质量为2kg的物体以2m/s的速度向东运动,若对它施加一向西的力使它停下来,则该外力对物体做的功是( )
A.16JB.8JC.-4JD.0
解析 根据动能定理W=
mv
-
mv
=0-
×2×22J=-4J,选项C正确。
答案 C
20.一个质量为0.3kg的弹性小球,在光滑水平面上以6m/s的速度垂直撞到墙上,碰撞后小球沿相反方向运动,反弹后的速度大小与碰撞前相同,则碰撞前、后小球速度变化量的大小Δv和碰撞过程中小球的动能变化量ΔEk为
( )
A.Δv=0B.Δv=12m/s
C.ΔEk=1.8JD.ΔEk=10.8J
解析 取初速度方向为正方向,则Δv=(-6-6)m/s=-12m/s,由于速度大小没变,动能不变,故动能变化量为0,故只有选项B正确。
答案 B
21.如图所示,
AB为四分之一圆弧轨道,BC为水平直轨道,圆弧的半径为R,BC的长度也是R。
一质量为m的物体,与两个轨道间的动摩擦因数都为μ,它由轨道顶端A从静止开始下落,恰好运动到C处静止,那么物体在AB段克服摩擦力所做的功为( )
A.
μmgRB.
mgR
C.mgRD.(1-μ)mgR
解析 设物体在AB段克服摩擦力所做的功为WAB,对物体从A到C的全过程,由动能定理得mgR-WAB-μmgR=0,故WAB=mgR-μmgR=(1-μ)mgR。
答案 D
22.用起重机提升货物,
货物上升过程中的v-t图象如图所示,在t=3s到t=5s内,重力对货物做的功为W1,绳索拉力对货物做的功为W2,货物所受合力做的功为W3,则( )
A.W1>0B.W2<0
C.W2>0D.W3=0
解析 分析题图可知,货物一直向上运动,根据功的定义式可得:
重力做负功,拉力做正功,即W1<0,W2>0,A、B错误,C正确;根据动能定理:
合力做的功W3=0-
mv2,v=2m/s,即W3<0,D错误。
答案 C
23.如图所示,
在竖直平面内固定一半径R为2m、圆心角为120°的光滑圆弧轨道BEC,其中点E是最低点。
在B、C两端平滑、对称地连接长度s均为
m的AB、CD两段粗糙直轨道,直轨道上端A、D与最低点E之间的高度差h均为2.5m。
现将质量为0.01kg的小物块由A点静止释放,物块与直轨道间的动摩擦因数均为0.25。
求:
(1)小物块从静止释放到第一次过E点时重力做的功;
(2)小物块第一次通过E点时的动能大小;
(3)小物块在E点时受到支持力的最小值。
解析
(1)小物块从静止释放到第一次过E点时重力做功WG=mgh=0.25J
(2)设AB长度为s,小物块第一次通过E点时的动能为Ek,
由动能定理得:
mgh-μmgcos60°s=Ek
代入数据得Ek=0.23J
(3)小物块在E点受到的支持力最小时,在E点速度最小,小物块只在BC间滑动。
设物块在E点的速度为vE,物块由B(C)至E点过程机械能守恒mg(R-Rcos60°)=
mv
设物块在E点受到的支持力为FN,由牛顿第二定律
FN-mg=m
解得FN=2mg=0.2N
答案
(1)0.25J
(2)0.23J (3)0.2N
24.
在赛车场上,为了安全起见,车道外围都固定上废旧轮胎作为围栏,当车碰撞围栏时起缓冲器作用。
在一次模拟实验中用弹簧来代替废旧轮胎,实验情景如图所示,水平放置的轻弹簧左侧固定于墙上,处于自然状态,开始赛车在A处且处于静止状态,距弹簧自由端的距离为L1=1m。
当赛车启动时,产生水平向左的恒为F=24N的牵引力使赛车向左匀加速前进,当赛车接触弹簧的瞬间立即关闭发动机,赛车继续压缩弹簧,最后被弹回到B处停下。
已知赛车的质量为m=2kg,A、B之间的距离为L2=3m,赛车被弹回的过程中离开弹簧时的速度大小为v=4m/s,水平向右。
g取10m/s2。
求:
(1)赛车和地面间的动摩擦因数;
(2)弹簧被压缩的最大距离。
解析
(1)从赛车离开弹簧到B点静止,由动能定理得
-μmg(L1+L2)=0-
mv2
解得μ=0.2。
(2)设弹簧被压缩的最大距离为L,从赛车加速到离开弹簧,由动能定理得
FL1-μmg(L1+2L)=0-
mv2
解得L=4.5m。
答案
(1)0.2
(2)4.5m
25.如图甲所示,在倾角为30°的足够长的光滑斜面AB的A处连接一粗糙水平面OA,OA长为4m。
有一质量为m的滑块,从O处由静止开始受一水平向右的力F作用。
F只在水平面上按图乙所示的规律变化。
滑块与OA间的动摩擦因数μ=0.25,g取10m/s2,试求:
(1)滑块运动到A处的速度大小;
(2)不计滑块在A处的速率变化,滑块冲上斜面AB的长度是多少?
解析
(1)由题图乙知,在前2m内,F1=2mg做正功,在第3m内,F2=-0.5mg,做负功,在第4m内,F3=0,滑动摩擦力Ff=-μmg=-0.25mg,始终做负功,对于滑块在OA上运动的全过程,由动能定理得:
F1x1+F2x2+Ffx=
mv
-0
即2mg×2-0.5mg×1-0.25mg×4=
mv
解得vA=5
m/s
(2)对于滑块冲上斜面的过程,由动能定理得
-mgLsin30°=0-
mv
解得:
L=5m
所以滑块冲上斜面AB的长度L=5m
答案
(1)5
m/s
(2)5m
题组五 探究做功与物体速度变化的关系
26.(2016·济南高一检测)关于“探究恒力做功与动能变化”的实验,下列说法中正确的是( )
A.应调节定滑轮的高度使细绳与木板平行
B.应调节定滑轮的高度使细绳保持水平
C.平衡摩擦力时,若纸带上打出的点越来越密,就应调小斜面倾角
D.平衡摩擦力时,若纸带上打出的点越来越疏,就应调大斜面倾角
解析 实验中调整定滑轮高度,使细绳与木板平行,这样能使细绳对小车的拉力等于它受的合力,A对,B错;纸带上打出的点越来越密,表明小车做减速运动,摩擦力平衡不够,这时需要垫高木板一端,使斜面倾角增大,直到打出的点均匀为止,C,D错。
答案 A
27.某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上适当的钩码,使小车在钩码的牵引下运动,以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。
此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。
组装的实验装置如图所示。
(1)若要完成该实验,必需的实验器材还有____________________________________________________________________________________________。
(2)实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行。
他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)。
A.避免小车在运动过程中发生抖动
B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动
D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力
解析
(1)根据实验原理可知,需要验证mgx=
Mv2,同时根据运动学规律可知,此实验中需要测量钩码质量、小车质量和位移,故还需要的器材有:
刻度尺和天平;
(2)分析小车受力可知,在平衡摩擦力的基础上,使细绳与木板平行是为了让细绳的拉力充当小车所受合外力,故选项D正确。
答案
(1)刻度尺、天平(包括砝码)
(2)D
28.(2016·九江高一检测)某同学做“探究做功与物体速度变化的关系”的实验,如图所示,图中小车在一条橡皮筋的作用下弹出,沿木板滑行,这时,橡皮筋对小车做的功为W。
当用2条、3条…实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。
每次实验中小车获得的速度都由打点计时器所打的纸带测出。
(1)除了图中已有的器材外,还需要导线、开关、刻度尺和________电源(填以下提供电源前面的字母,根据图填写,A.4~6V的交流电源,B.220V的交流电源,C.4~6V的直流电源)。
(2)实验中小车会受到阻力,可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力,需要在________(选填“左”或“右”)侧垫高木板。
(3)若粗糙的木板水平,小车在橡皮筋的作用下,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置可能是( )
A.橡皮筋处于原长状态
B.橡皮筋仍处于伸长状态
C.小车在两个铁钉连线处
D.小车已过两个铁钉连线处
解析
(1)除了图中已有的器材外,还需要导线、开关、刻度尺和4~6V的交流电源,故选A。
(2)小车在水平木板上运动时,由于受到摩擦阻力导致小车速度在变化,所以适当倾斜以平衡摩擦力。
根据题图可知需要在左侧垫高木板。
(3)放开小车后,小车做加速运动,当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时,小车的速度最大,此时橡皮筋仍处于伸长状态,B正确。
答案
(1)A
(2)左 (3)B
29.在用如图所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时,
(1)为了平衡摩擦力,实验中可以将长木板的________(选填“左端”或“右端”)适当垫高,使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持________运动。
(2)为了使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加,每次实验中橡皮筋的规格要相同,拉伸到________________。
(3)如图所示,在正确操作情况下,打在纸带上的点,并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的________部分进行测量。
解析
(1)平衡摩擦力时应将木板固定有打点计时器的一侧适当垫高,使小车带动纸带做匀速直线运动。
(2)实验时,每次应将不同数量的橡皮筋拉伸到同一位置。
(3)橡皮筋做完功后,小车应做匀速运动,实验中应测小车做匀速运动的速度,在纸带上,要选用点迹间距离相等的计数点进行测量,应选用纸带上的GJ部分进行测量。
答案
(1)左端 匀速
(2)相同位置 (3)GJ
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