2020-2021备战中考物理培优(含解析)之功和机械能问题及详细答案
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一、初中物理功和机械能问题
1.如图所示为运动员投掷铅球的过程示意图,下列有关说法错误的是( )
A .在a 到b 的过程中,运动员对铅球做了功
B .在b 到c 的过程中,运动员对铅球没有做功
C .在c 到d 的过程中,没有力对铅球做功
D .在a 到d 的过程中,铅球的运动状态在不断的变化
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
图中从a 到b 过程中,运动员对铅球施加了力,铅球在力的方向上通过距离,故运动员对铅球做了功,A 说法正确;从b 到c 过程中,铅球虽然运动了一段距离,但运动员对铅球没有施加力的作用,故运动员对铅球没有做功,B 说法正确;从c 到d 的过程中,铅球受到重力的作用,铅球在重力方向上通过一段距离,故重力对铅球做功,C 说法错误;从a 到d 的过程中,铅球的运动方向随时改变,故铅球的运动状态在不断改变,D 说法正确;答案选C .
2.如图所示,粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面上,小球由A 点以速度v 沿轨道滚下,经过另一侧高点B 后到达最高点C .下列分析不正确的是( )
A .小球在A 、
B 、
C 三点的速度大小关系是C B A v v v <<
B .小球在A 、B 两点的动能之差等于小球从A 点到B 点克服摩擦力做的功
C .小球在A 、B 两点具有的重力势能相同
D .整个过程只有重力对小球做功
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A .小球运动过程中会克服摩擦力做功,且质量不变,故从A 运动到C 的过程中,机械能减小,小球在A 与
B 点的势能相同,故在A 点的动能大于B 点的动能,
C 点最高,故小球
在C 点的势能最大,动能最小,所以C B A v v v <<,故A 正确,不符合题意;
BC .A 、B 两点高度相同,小球的质量不变,故小球的重力势能相同,小球从A 点运动到B 点,会克服摩擦力做功,动能减小,动能之差等于克服摩擦力所做的功,故B 、C 正确,不符合题意;
D .整个过程中,摩擦力也会对小球做功,故D 错误,符合题意。
故选D 。
3.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F 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F 的功率大小为20W
D .滑轮组的机械效率为83.3%
【答案】C
【解析】
【详解】
A .根据公式可得
20N 2m 40J W Gh ==⨯=有用
故A 正确,不符合题意;
B .由图可知
222m 4m s h ==⨯=
根据公式可得
12N 4m 48J W Fs ==⨯=总
故B 正确,不符合题意;
C .拉力的功率
48J
=24W 2s W P t ==总
故C 错误,符合题意;
D .滑轮组的机械效率
40J 83.3%48100%100%J
W W η=
=≈⨯⨯有总 故D 正确,不符合题意。
故选C 。
4.如图所示,动滑轮的质量为m ,所挂重物的质量为M ,重物在时间t 内被提升的高度为h ,不计绳重及摩擦,则( )
A .滑轮组的机械效率为
M M m + B .滑轮组的机械效率为
2M M m + C .拉力F 的功率为
Mgh t D .拉力F 的功率为
()2M m gh t
+ 【答案】A
【解析】 【分析】
【详解】 AB .滑轮组做的有用功为
W G h Mgh ==物有用
总功为
()()W G G h M m gh =+=+总物动
滑轮组的机械效率为
()W Mgh M W M m gh M m
η==
+=+总有用 故A 正确,B 错误;
CD .拉力F 的功率为 ()M m gh W P t t
+=
=总总 故CD 错误。
故选A。
5.举重比赛要求运动员将杠铃举过头顶后,在空中至少静止3秒钟,在这3秒钟内()A.杠铃受到的重力和人对它的支持力是平衡力
B.运动员所受的重力和地面对他的支持力是平衡力
C.运动员在用力向上支持杠铃,因此他对杠铃做了功
D.杠铃对运动员的压力和人对它的支持力是平衡力
【答案】A
【解析】
【分析】
本题要抓住做功的两个必要因素:作用在物体上的力;物体在力的方向上通过的距离;二者缺一不可;从平衡力和相互作用力的条件判断两个力是平衡力,还是相互作用力;平衡力的条件:大小相等、方向相反、作用在同一个物体上,作用在同一条直线上;相互作用力:大小相等、方向相反、作用在两个物体上,作用在同一条直线上。
【详解】
A.杠铃受到的重力和对它的支持力符号二力平衡的条件,所以是一对平衡力,故A正确;
B.运动员所受的重力和地面对它的支持力,大小不相等,所以不是一对平衡力,故B错误;
C.因为做功需要对物体施力,并且在力的方向上需要移动距离,而运动员向上支持杠铃,但没有发生位移,故C错误;
D.杠铃对运动员的压力和人对它的支持力,作用在两个物体上,是一对相互作用力,不是平衡力,故D错误。
故选A。
6.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
7.小美用200N的力将重10N的足球踢出去15m远,她对足球做的功是()A.3000J B.150J
C.没有做功D.做了功,但无法确定做功多少
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
题中只告诉了该同学对足球的作用力大小为200N,而没有说明足球在该力的作用下移动的距离(15m是足球离开脚后运动的距离),她对足球做了功,但无法准确求出她对球所做的功,故A、B、C不符合题意,D符合题意。
故选D。
8.把一乒乓球压入盛有水的烧杯底部(如图所示),松手后,乒乓球上升至水面最后漂浮在水面上。
乒乓球在上升的过程中,它的机械能不断增加。
下列关于乒乓球机械能来源的说法中正确的是()
A.是由水的内能转化来的B.是由水的重力势能转化来的
C.是由乒乓球的内能转化来的D.是由乒乓球的化学能转化来的
【答案】B
【解析】
【分析】
机械能包括动能和势能;动能的大小与质量和速度有关;重力势能大小与质量和高度有关。
【详解】
松手后,乒乓球上升到水面最后漂浮在水面上,乒乓球上升的过程中,水的重心不断降低,重力势能减小,重力势能转化为乒乓球的机械能。
故选B。
9.炎热的夏天海口,环卫工人利用洒水车给马路洒水降温,洒水车在水平马路匀速行驶过程中,以下说法正确的是()
A.动能减少,机械能不变B.动能不变,机械能减少
C .动能减少,机械能减少
D .动能增大,机械能增大
【答案】C
【解析】
【分析】 动能大小跟质量、速度有关;质量一定时,速度越大,动能越大;速度一定时,质量越大,动能越大;重力势能大跟质量、高度有关;质量一定时,高度越高,重力势能越大;高度一定时,质量越大,重力势能越大;机械能=动能+势能。
【详解】
洒水车在平直的马路上匀速行驶,在工作的过程中,洒水车的质量不断减小,速度不变,动能变小,重力势能变小,则洒水车的机械能变小。
故选C 。
10.在四川抗震救灾现场,一块水泥板质量为 0.5 t ,起重机在 5 s 内把它匀速提高 2m , 此过程中(g =10N/kg )( )
A .起重机对水泥板所做的功为 1×104J
B .起重机对水泥板所做的功为 1×103J
C .起重机提升水泥板的功率为 2×102 W
D .起重机提升水泥板的功率为 5×102 W
【答案】A
【解析】
【详解】
AB .水泥板的质量 0.5t 500kg m ==
水泥板受到的重力
500kg 10N/kg 5000N G mg ==⨯=
起重机对水泥板所做的功
45000N 2m 110J W Gh ==⨯=⨯
故A 符合题意、B 不符合题意;
CD .起重机对水泥板所做功功率
43110J 210W 5s
W P t ⨯===⨯ 故C 、D 不符合题意。
故选A 。
11.如图,一辆电动车在月球表面(月球面附近无大气层)沿着平直轨道行驶,物体M 相
对于车静止,则以下说法中正确的是( )
A .电动车动能一定增加
B .M 受到的摩擦力一定向右
C .此时小车可能做匀速直线运动
D .若电动车急刹车,M 受到的摩擦力一定向左
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
A .由图中彩旗展开的方向可知,电动车向右加速运动或向左减速运动,所以动能有可能增大也有可能减小,故AC 错误;
B .不管电动车是向右加速,还是向左减速,相对车静止的物体M 都有向左运动的趋势,所以其受到的摩擦力一定向右,故B 正确;
D .若电动车原是向右加速运动的,急刹车时,车的速度减小或停下,而M 由于惯性要保持原来的速度向右运动,此时所受的摩擦力应向左,才能让M 相对车静止。
若电动车原是向左减速运动的,急刹车时,M 物体由于惯性会保持原来的速度继续向左运动,此时所受的摩擦力方向应仍然向右,才能让M 相对车静止,故D 错误。
故选B 。
12.一位初中生用30s 从坡底爬上了9m 高的山坡.他爬坡时的功率与下列哪一个最接近( )
A .几瓦
B .十几瓦
C .一百多瓦
D .一千多瓦
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
中学生的质量约50kg ,体重约500N 左右,山坡的高度为9m .登楼的功率: 500N 9m 150W 30s
W Gh P t t ⨯=
===, 可见,他爬坡时的功率与C 选项最接近;
故选C 。
13.如图,用大小相等的拉力F,分别沿斜面和水平面拉木箱,拉力方向和运动方向始终一致,运动时间t ab>t cd,运动距离s ab=s cd,比较两种情况下拉力所做的功和功率()
A.ab段做功较多
B.ab段与cd段的功一样多
C.ab段功率较大
D.ab段与cd段的功率一样大
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
拉力大小相等且s ab=s cd,根据W=Fs可知:拉力所做的功相同,故A错误,B正确;由于
t ab>t cd,根据
W
P
t
得:P ab<P cd,故C、D错误.
14.如图所示,在伽利略理想实验中,小球每次均从斜面a点自由滚下,分别经过图中b,c,d各位置,关于小球的动能、重力势能、机械能描述正确的是()
A.小球的重力势能一直在减小
B.在d点的重力势能小于在c点的重力势能
C.从b点运动到c点的过程中,动能转化为重力势能
D.从a到b小球速度越来越大,机械能越来越大
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A.小球从a到b的过程中,高度变小,重力势能减小,从b到c或d的过程,高度增大,重力势能增加,所以不同的过程重力势能的变化不同,故A错误;
B.c、d两点在同一高度,所以小球在这两点的重力势能相等,故B错误;
C.小球从b点到c点的过程中,动能减小,重力势能增大,是动能转化为重力势能,故C 正确;
D.在伽利略理想实验中,机械能是守恒的,所以从a点到b点,小球的机械能不变,故D 错误。
故选C 。
15.如图是搬运工人用滑轮组将仓库中的货物沿水平轨道拉出的示意图。
已知货物的质量为600kg ,所受轨道的摩擦力为其重力的0.1倍,滑轮组的机械效率为75%。
若人以0.6m/s 的速度匀速前行,经100s 将货物拉出仓库。
人拉货物的过程中,分析正确的是( )
A .货物移动距离为20m
B .工人的拉力为400N
C .工人做的有用功为43.610J ⨯
D .工人拉力的功率为360W
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
A .从图中可以看到,两条绳子托着动滑轮,人以0.6m/s 的速度匀速前行,那么货物的速度是0.3m/s ,经100s 货物移动距离为 0.3m/s 100s 30m s vt ==⨯=
货物移动距离为30m ,A 错误;
B .由题意可知,货物的重力
600kg 10N/kg 6000N G mg ==⨯=
其摩擦力
0.10.16000N 600N f G ==⨯=
由于货物匀速前行,绳对货物的拉力
600N F f ==
滑轮组的机械效率为75%,可得到
600N 100%75%2s F s
η⋅=⨯=⋅拉 解得400N F =拉,工人的拉力为400N ,B 正确;
C .货物移动距离为30m ,绳对货物的拉力为600N ,则工人做的有用功为
4600N 30m 1.810J W Fs ==⨯=⨯有
工人做的有用功为41.810J ⨯,C 错误;
D .由于人以0.6m/s 的速度匀速前行,工人的拉力为400N ,工人拉力的功率为
'400N 0.6m 240W P F v ==⨯=拉
工人拉力的功率为240W ,D 错误。
故选B 。
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.如图所示,重为60牛的物体甲放在水平桌面上,与重为6牛的物体乙用细绳相连,绳的重力和滑轮处的摩擦均忽略不计。
当物体乙恰好能以0.2米/秒的速度匀速下落时,下列判断中不正确的是
A.绳拉甲物体的力为6牛
B.甲物体的速度为0.2米/秒
C.5秒内绳的拉力对甲物体做的功为60焦
D.绳的拉力做功的功率为1.2W
【答案】C
【解析】
【详解】
A .图示滑轮为定滑轮,绳的重力和滑轮处的摩擦忽略不计,乙匀速下落,所以绳拉甲物体的力
F =
G 乙=6N
故A 正确不符合题意;
B .图示滑轮为定滑轮,甲、乙物体移动的速度相同,甲物体的速度v 甲=v 乙=0.2m/s ,故B 正确不符合题意;
C .5s 内甲物体移动的距离
s =v 甲t =0.2m/s×5s=1m
绳的拉力对甲物体做的功
W =Fs =6N×1m=6J
故C 错误符合题意;
D .绳的拉力对甲物体做功功率
P =W t =6J 5s
=1.2W 故D 正确不符合题意。
18.如图甲所示,木块放在水平面上,用弹簧测力计沿水平方向拉木块使其做匀速直线运动,两次拉动木块得到的s -t 关系图像如图乙所示。
两次对应的弹簧测力计示数分别为F 1、F 2,两次拉力的功率分别为P 1、P 2。
.下列判断正确的是( )
A .F 1=F 2 ,P 1>P 2
B .F 1>F 2 ,P 1>P 2
C .F 1<F 2 ,P 1=P 2
D .F 1<F 2 ,P 1<P 2
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】 从图乙可以看到,两次拉动,木块都是做匀速直线运动,都是处于平衡状态,水平方向受力平衡,拉力大小等于滑动摩擦力大小,而木块的自身重力不变,接触面的粗糙程度也不变,那么滑动摩擦力大小不变,两次拉力的大小不变,即
12F F =
因木块匀速直线运动,那么其功率可表示为P Fv =,从图乙可看到,第1次的速度大于第2次的速度,即
12v v >
那么可知
12P P >
故选A 。
19.如图甲所示,重为160N 的物体在大小为20N ,水平向左的拉力F 1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F 1不变,用水平向右的拉力F 2,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F 1的功率P 1=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F 2=40N
D .物体向右运动时,拉力F 2所做的功W 2=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
223m/s 6m/s v v ==⨯=物 则物体向左运动时,由W Fs P Fv t t
===可得拉力F 1的功率 1120N 6m/s 120W P F v ==⨯=
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
12220N 40N f F ==⨯=
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2F 2,则有
212280N F F f =+=
解得F 2=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F 2所做的功
22240N 21m 80J W F s ==⨯⨯=
故D 正确。
故选CD 。
20.小明用如图所示的甲、乙两个滑轮组,分别在相同时间内将同一重物匀速提升相同高度,每个滑轮的重均相等,不计绳重及摩擦,针对这一现象,小明得出了4个结论:①F 1做的功等于F 2做的功;②甲滑轮组的机械效率等于乙滑轮组的机械效率;③使用乙滑轮组比甲滑轮组更加省力;④F 1做功的功率等于F 2做功的功率;其中正确的为( )
A .①、②、③
B .②、③、④
C .①、③、④
D .①、②、③、④
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】 ①在不计绳重及摩擦时,拉力做的功等于提升物体和动滑轮做的功,因为物重相同,提升的高度相同,所以两次拉力做的功都等于
()=W Fs G G h =+总动
故F 1做的功等于F 2做的功,①正确;
②在不计绳重及摩擦时,甲滑轮组和乙滑轮组的机械效率都为
()W Gh G W G G G G h η===++有用总动
动 即机械效率相等,故②正确;
③甲滑轮组由两段绳子承重,拉力为
()112
F G G =
+动 乙滑轮组由三段绳子承重,拉力为 ()213
F G G =+动 所以使用乙滑轮组比甲滑轮组更加省力,③正确; ④两次拉力做的功,用时也相等,根据W P t =
知,F 1做功的功率等于F 2做功的功率,④正确;
故选D 。