物理功和机械能问题的专项培优 易错 难题练习题含答案.docx
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物理功和机械能问题的专项培优 易错 难题练习题含答案.docx
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物理功和机械能问题的专项培优易错难题练习题含答案
一、初中物理功和机械能问题
1.如图所示,一个玩具弹簧放在斜面上端,将弹簧弯曲一定程度后释放,弹簧沿斜面向下翻滚.弹簧在运动过程中,有哪些机械能发生了转化
A.只有动能和重力势能
B.只有动能和弹性势能
C.只有重力势能和弹性势能
D.动能、重力势能和弹性势能都发生了转化
【答案】D
【解析】
【详解】
根据题意,玩具弹簧放在斜面上端,将弹簧弯曲一定程度后释放,弹簧沿斜面向下翻滚.
首先将弹簧作为一个简单对象考虑,向下翻滚过程中,质量不变,但高度降低了,所以重力势能会减小;
弹簧弹起后,另一端接触斜面时,动能减小,弹性势能增大,且减小的重力势能,会转化弹簧的弹性势能,即弹簧的弹性形变变大;
弹簧弹起时,弹性势能又转化为动能.
所以这个过程中,动能、重力势能和弹性势能都发生了转化,故D正确.
2.利用如图所示的滑轮组将重为20N的物体在2s内匀速提升2m,拉力
等于12N。
此过程中,下列说法不正确的是()
A.拉力所做的有用功为40J
B.拉力所做的总功为48J
C.拉力
的功率大小为20W
D.滑轮组的机械效率为
【答案】C
【解析】
【详解】
A.根据公式可得
故A正确,不符合题意;
B.由图可知
根据公式可得
故B正确,不符合题意;
C.拉力的功率
故C错误,符合题意;
D.滑轮组的机械效率
故D正确,不符合题意。
故选C。
3.如图所示,木块以一定的速度滑过A、B点,到C点滑出下落至D点,A和B、C和D之间的垂直距离均为h。
若空气阻力忽略不计,则对木块在运动过程中能量变化的分析,正确的是()
A.D点与A点相比,动能增大,势能减小,机械能不变
B.A点到C点减少的重力势能大于C点到D点减少的重力势能
C.B点的动能可能等于A点的动能,但可能大于C点的动能
D.B点的动能可能等于D点的动能,但一定大于A点的动能
【答案】C
【解析】
【详解】
A.D点与A点相比,动能增大,势能减少,因为存在摩擦,机械能转化为内能,机械能减小,故A错误;
B.A和C、C和D之间的垂直距离均为h,则A点到C点减少的重力势能等于C点到D点减少的重力势能,故B错误;
C.斜面粗糙,则AB段有可能匀速,但因摩擦力的存在B的速度一定大于C的速度,所以,B点的动能可能等于A点的动能,一定大于C点的动能,故C正确;
D.木块从B到C,因为有摩擦,则C处的动能小于B处的动能,从C到D,由于忽略空气阻力,木块的重力势能减小,动能增加,故D点动能大于C点动能,B点的动能可能等于D点的动能,但与A点的动能大小不确定,故D错误。
故选C。
4.一位父亲与他6岁的儿子一起上楼回家,对此,下列说法错误的是()
A.爬相同的楼梯,儿子体重小做的功少
B.爬相同的楼梯,父亲体重大做的功多
C.爬相同的楼梯,父亲比儿子先到达,父亲的功率大
D.爬相同的楼梯,儿子坐电梯先到达,儿子的功率大
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
AB.由题知,他们上相同的楼梯,h相同,父亲的体重G1大于儿子的体重G2,根据爬楼做功
,所以父亲爬楼做功W1大于儿子爬楼做功W2,即W1>W2,故A、B正确,不符合题意;
C.父亲爬楼做功多,父亲比儿子先到达,做功时间少,根据
可知父亲做功功率大,故C正确,不符合题意;
D.儿子坐电梯先到达,但爬楼过程中儿子没有施加力,儿子做功为0J,做功功率为0W,故D错误,符合题意。
故选D。
5.班里组织一次“比一比上楼时的功率”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
【答案】D
【解析】
【详解】
由功率公式得
学生都是从同一栋楼中的一楼到五楼,所以H高度相同,没有必要测量高度H的大小了;学生自身重不同,爬楼用的时间不同,所以必须测出各个体重和所用时间,这样可对比出不同学生上楼时的功率大小关系了。
故选D。
6.小明用弹簧测力计拉动木块,使它沿同一水平木板滑动,如图是他两次拉动同一木块得到的距离随时间变化的图像.下列说法正确的是
A.木块两次具有的动能一样大B.两次拉力对木块做的功一样多
C.木块第一次受到的拉力较大D.第一次拉力对木块做功的功率较大
【答案】D
【解析】
【详解】
A.由图知,第一次物体的速度较大,第一次物体的动能较大,故A错误;
B.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,由W=Fs可知,但是在没有指出是相同时间内,因此不能比较二者做功多少,故B错误;
C.由A分析知,木块两次受到的拉力相等,故C错误;
D.从图中可以看出第一次木块运动的速度较大,由功率的变形公式P=Fv可知,力F相同,第一次速度v大,所以功率大,故D正确。
7.如图所示,水平地面O点两侧粗糙程度不同,物体一直受到沿水平方向3N的力F.物体经过M点开始计时,每经过相同时间,用虚线框记录物体的位置.物体在MO段做匀速直线运动,F在MN、OP段做功分别为WMN、WOP,功率分别为PMN、POP,则
A.WMN B.WMN>WOP C.PMN>POP D.PMN 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 物体经过M点开始计时,每经过相同时间,用虚线框记录物体的位置.物体在MO段做匀速直线运动,由图可得MN的距离等于OP的距离,根据功的公式W=FS可知: 在F相同和S相同的情况下,W应该相同,所以AB均错误;在做功相同时,MN段所用时间是OP段时间的2倍,根据P=W/t,得出PMN 8.如图所示是学校田径运动会时跳远运动的几个阶段,则运动员() A.助跑阶段机械能不变 B.起跳时机械能为零 C.经过最高点时动能最大 D.经过最高点时重力势能最大 【答案】D 【解析】 【分析】 影响动能大小的因素: 质量、速度;质量越大,速度越大,动能越大;影响重力势能大小的因素: 质量、被举的高度;质量越大,高度越大,重力势能就越大;机械能等于动能和势能之和。 【详解】 A.助跑阶段,运动员的质量不变,速度逐渐增大,因此动能增大;运动员的高度不变,则重力势能不变,机械能等于动能和势能的和,动能增大,重力势能不变,所以机械能增大,故A错误; B.起跳时,运动员的速度达到最大值,动能达到最大值,重力势能不变,机械能达到最大值,故B错误; C.上升过程中,动能转化为重力势能,所以经过最高点时,动能减小,重力势能最大,故C错误; D.最高点时,高度达到最大值,因此重力势能也达到最大值,故D正确。 故选D。 【点睛】 影响动能大小的因素有质量和速度,分析动能的变化就是分析质量和速度的变化;影响重力势能的因素是质量和高度,分析重力势能的变化就是分析质量和高度的变化。 解题时注意抓住表示物体运动状态变化的关键字词,从中找出表示“质量、速度、高度、弹性形变”变化的字眼,从而分析机械能的变化情况。 9.举重是我国的优势体育项目,如图所示,运动员需将杠铃举过头顶,等到裁判判定站稳之后才能算成绩有效。 在抓举时,两位运动员用相同时间把同样重的杠铃举起,一位运动员将杠铃举起1.9m,另一位运动员将杠铃举起1.8m。 如果他们对杠铃所做的功分别为W1和W2,功率分别为P1和P2,则下列关系式中正确的是( ) A.W1 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】 AB.根据 可得,他们把同样重的杠铃举起,克服杠铃的重力做功,对杠铃所做的功只与被举高的高度有关,高度越大,做功越多,即W1>W2。 故A错误,B正确; CD.他们用相同时间把同样重的杠铃举起,相同的时间内,做的功越多,功率越大。 由上可知W1>W2,所以P1>P2。 故CD错误。 故选B。 10.如图中甲图所示,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像.下列说法正确的是 A.两次木块运动的速度相同B.木块第一次受到的摩擦力较大 C.两次拉力对木块做的功一样多D.两次拉力对木块做功的功率一样大 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】 A.两次木块运动相同的距离,第2次所用时间比第1次长,两次木块运动的速度不相同,A选项说法不正确; B.摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关,两次运动中压力大小和接触面的粗糙程度相同,所以摩擦力相同,B选项说法不正确; C.木块两次沿水平木板匀速滑动相同的距离,两次滑动中水平方向所受到的滑动摩擦力与拉力是一对平衡力,大小相等,因摩擦力大小相等,两次的拉力相等,由W=Fs可得两次拉力对木块做的功一样多,C选项说法正确; D.由图可见两次滑动距离相同,所用时间不同,由 得两次拉力对木块做功的功率不一样大,D选项说法不正确; 故选C. 11.如图所示,F1=4N,F2=3N,此时物体A相对于地面静止,物体B以0.1m/s的速度在物体A表面向左做匀速直线运动(不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦)。 下列说法错误的是( ) A.F2的功率为0.6WB.弹簧测力计读数为9N C.地面对物体A的摩擦力为2ND.如果增大F2,物体A可能向左运动 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 A.由图知,水平使用滑轮组,对于物体B来说n=2,拉力端移动速度 拉力F2做功功率 故A正确,不符合题意; B.不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦,对于弹簧测力计来说是3股,所以弹簧测力计的示数 故B正确,不符合题意; C.对于物体A,受到的力: B向左的摩擦力 向右的拉力F1=4N,因为A静止,所以地面向右的摩擦力 故C正确,不符合题意; D.如果增大F2,由于B对A压力的大小没变,接触面的粗糙程度没变,所以B对A的摩擦力不变,此时物体A相对于地面仍然静止,故D错误,符合题意。 故选D。 12.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。 13.如图是某山地的等高线图,数字表示海拔高度,其单位是米。 质量是60kg的小凯早上8: 00从A点出发,8: 50到达B点的观景台;质量是50kg的小旋早上7: 40从C点出发,8: 50到达D点的半山亭。 下列说法中正确的是( ) A.他们对自己做的功一样多 B.小凯的平均功率较小 C.8: 50分时,小旋的动能一定小于小凯的动能 D.8: 50分时,小旋的重力势能一定小于小凯的重力势能 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 A.60kg的小凯从A点到达B点做的功为 ; 质量是50kg的小旋从C点到达D点做的功为 ; 小凯做的功多,故A错误; B.小凯的运动时间为 ; 平均功率为 , 小旋的运动时间为 , 平均功率为 , 小凯的平均功率较大,故B错误; C.动能的大小与质量和速度有关,由于不知道8: 50分时的他们的速度,所以无法比较动能的大小,故C错误; D.重力势能的大小与质量和所处的高度有关,小凯的质量和所处的高度都比小旋的大,所以小旋的重力势能一定小于小凯的重力势能,故D正确。 14.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。 15.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。 16.如图所示,当小明用力推墙时,他沿水平冰面减速向后退去,下列说法正确的是( ) A.小明对地面的压力和地面对小明的支持力是一对平衡力 B.小明受到摩擦力是水平向右,合力为零,运动状态不变 C.小明减速运动时,则他的惯性和机械能也随之减小 D.假如小明的重力突然消失,小明将做匀速直线运动 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 A.力的作用是相互的,小明对地面的压力和地面对小明的支持力是一对相互作用力,不是平衡力,A错误; B.小明减速向后退去,那么受到摩擦力是水平向右,但是合力不为零,速度在减小,那么运动状态是变化的,B错误; C.小明减速运动时,小明自身的质量不变,那么他的惯性是不变的;速度在减小,那么动能是在变小的,在水平冰面上运动,重力势能不变,则可知机械能是变小的;C错误; D.假如小明的重力突然消失,那么小明对冰面的压力消失,摩擦力也消失,在水平方向上不受力,处于平衡状态,小明将做匀速直线运动,D正确。 故选D。 17.小明用台秤研究人在竖直升降电梯中的运动.他先在地面上用台秤称得自己的体重为500N,再将台秤移至电梯内,电梯从t=0时由静止开始向下运动到t=11s时停止,测得台秤对自己的支持力F随时间t变化的图象如图所示,则 A.0~2s的过程中,小明的动能不变 B.2s~10s的过程中,小明的重力势能转化为动能 C.10s~11s的过程中,小明的机械能不断减小 D.0~11s的过程中,小明的机械能不断增大 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】 A.0~2s的过程中,小明由静止开始下降,所以小明的动能增大,故A错误; B.2s~10s的过程中,小明在匀速下降,重力势能减小,但动能不变,故B错误; C.10s~11s的过程中,小明在做减速运动,故动能减小,同时小明是在下降,高度是在降低的,所以重力势能在减小,故小明的机械能不断减小,C正确; D.0~11s的过程中,小明下降了一段距离,重力势能减小,所以机械能不断减小,故D错误; 故选C. 18.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.t2到t3时间内,小球的动能先增加后减少 D.t2到t3时间内,小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能 【答案】D 【解析】 【详解】 A.t1时刻是小球与弹簧开始接触的时刻,此时小球向下加速运动,在弹力增大到等于重力之前小球一直加速,所以t1时刻小球速度不是最大,动能也不是最大。 故A错误。 B.t2时刻是指弹簧被压到最低点,此时小球速度为零,小球动能全部转化为弹簧的弹性势能。 所以t2时刻小球动能最小。 故B错误。 CD.t2到t3时间内是弹簧的弹性势能向小球动能转化的过程,t3时刻弹力为零即弹性势能为零,小球动能最大。 所以在t2到t3时间内,小球动能一直在增加,小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能。 故C错误,D正确。 19.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。 20.如图所示,小明水平向右推放在水平地面上的箱子,但没有推动,下列说法正确的是( ) A.箱子虽然没有被推动,但小明对箱子做了功 B.箱子没有被推动是因为推力小于摩擦力 C.箱子对地面的压力与地面对箱子的支持力是一对平衡力 D.箱子没有被推动,选择的参照物是地面 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 A.箱子没有被推动,有力但没有距离,小明对箱子不做功,故A错误; B.箱子没有被推动处于静止状态,受到的是平衡力,推力等于摩擦力,故B错误; C.箱子对地面的压力与地面对箱子的支持力作用在不同的物体上,不是一对平衡力,故C错误; D.箱子没有被推动,相对于地面的位置没有改变,选择的参照物是地面,故D正确; 故选D。
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