高中物理《功和能》练习题(附答案解析)

高中物理《功和能》练习题（附答案解析）
学校:___________姓名：___________班级：___________
一、单选题
1．一个质量为2kg 的物体从某高处自由下落，重力加速度取10m/s 2
，下落2s 时（未落地）重力的功率是（ ）
A ．300W
B ．400W
C ．500W
D ．600W 2．“嫦娥五号”是我国月球软着陆无人登月探测器，如图，当它接近月球表面时，可打开反冲发动机使探测器减速下降。

探测器减速下降过程中，它在月球上的重力势能、动能和机械能的变化情况是（ ）
A ．动能增加、重力势能减小
B ．动能减小、重力势能增加
C ．动能减小、机械能减小
D ．重力势能增加、机械能增加
3．如图所示，电梯质量为M ，在它的水平地板上放置一质量为m 的物体。

电梯在钢索的拉力作用下竖直向上加速运动，当电梯的速度由v 1增加到v 2时，上升高度为H ，重力加速度为g ，则在这个过程中，下列说法或表达式正确的是（ ）
A ．对物体，动能定理的表达式为W N ＝12m 22v ，其中W N 为支持力做的功
B ．对物体，动能定理的表达式为W 合＝0，其中W 合为合力做的功
C ．对物体，动能定理的表达式为22N 211122W mgH mv mv -=
- D ．对电梯，其所受合力做功为222
11
122Mv Mv mgH -- 4．甲、乙两个可视为质点的物体的位置如图所示，甲在桌面上，乙在地面上，质量关系为m 甲<m 乙，若取桌面为零势能面，甲、乙的重力势能分别为Ep 1、Ep 2，则（ ）
A ．Ep 1>Ep 2
B ．Ep 1<Ep 2
C ．Ep 1=Ep 2
D ．无法判断
5．物体在水平力F 作用下，沿水平地面由静止开始运动，1s 后撤去F ，再经过2s 物体停止运动，其v t -图像如图。

若整个过程拉力F 做功为1W ，平均功率为1P ；物体克服摩擦阻力f 做功为2W ，平均功率为2P ，加速过程加速度大小为1a ，减速过程中加速度的大小为2a ，则（ ）
A ．122W W =
B ．123a a =
C ．123P P =
D ．2F f =
6．如图所示，在大小和方向都相同的力F 1和F 2的作用下，物体m 1和m 2沿水平方向移动了相同的距离。

已知质量m 1<m 2，F 1做的功为W 1，F 2做的功为W 2，则（ ）
A ．W 1>W 2
B ．W 1<W 2
C ．W 1=W 2
D ．无法确定
7．用吊车将一个质量为m 的物体以加速度a 竖直向上提升高度H ，重力加速度为g ，在这个过程中，下列说法正确的是（ ）
A ．吊车对物体的拉力大小为ma
B ．物体的机械能增加了mgH
C ．物体的动能增加了maH
D ．物体的机械能增加了maH
8．倾角为θ的粗糙斜面上放一质量为m 的木块，接触面间的动摩擦因数为μ，现通过一轻质动滑轮沿斜面向上拉木块，拉力的功率恒为P ，斜面足够长，则木块可以获得的最大速度为（ ）
A ．
2(sin cos )P mg mg θμθ+ B ．2sin cos P mg mg θμθ+
C ．sin P mg θ
D ．sin cos P mg mg θμθ
+ 二、多选题
9．灾害发生时，可以利用无人机运送救灾物资。

图示为一架无人机向受灾人员运送急救物品救生圈，此时无人机正吊着救生圈竖直匀速下降接近目标。

关于此过程，下列说法正确的是（ ）
A ．救生圈的动能增加
B ．救生圈的重力势能减少
C ．救生圈的机械能保持不变
D ．救生圈所受重力做正功
10．下列关于能量转化现象的说法中，正确的是（ ）
A ．用太阳灶烧水是太阳能转化为内能
B ．电灯发光是电能转化为光能
C ．核电站发电是电能转化为内能
D ．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
11．如图所示，用轻绳将一条形磁铁竖直悬挂于O 点，在其正下方的水平绝缘桌面上放置一铜质圆环。

现将磁铁从A 处由静止释放，经过B 、C 到达最低处D ，再摆到左侧最高处E ，圆环始终保持静止，则磁铁（ ）
A ．从
B 到
C 的过程，圆环中产生顺时针方向的电流（从上往下看）
B ．从A 到D 的过程中，圆环对桌面压力小于圆环重力
C ．从A 到
D 和从D 到
E 的过程中，圆环受到摩擦力方向相同
D ．A 、
E 两点所处高度相等
12．如图所示，汽车在拱形桥上由A 匀速率运动到B ，以下说法正确的是（ ）
A．牵引力与克服摩擦力做的功相等
B．合外力对汽车不做功
C．牵引力和重力做的总功大于克服摩擦力做的功
D．汽车在上拱形桥的过程中克服重力做的功转化为汽车的重力势能
三、填空题
13．一质量为m的小球做半径为r的匀速圆周运动，速度大小为v，则小球动能为_______，向心力大小为________。

14．一根质量为m、长为L的均匀链条一半放在光滑的水平桌面上，另一半悬在桌边，桌面足够高，如图所示。

现将链条由静止释放，当整根链条刚离开桌面时，其重力势能的变化量为_______。

四、实验题
15．小华有一只按压型圆珠笔，她想估测里面小弹簧在被圆珠笔尾端压紧过程中弹性势能的增加量，请你在不拆解圆珠笔的前提下帮助她完成这一想法。

（当地重力加速度g已知）
（1）除刻度尺外，还需要的测量工具是______________________；
（2）需测量的物理量及符号是_________________________；
（3）用所测物理量表示所估测的弹性势能增加量：ΔE=____________________。

16．实验小组利用光电门和数字传感设备设计了一个测量当地重力加速度的集成框架，如图甲所示，框架上装有两个光电门，都可上下移动；框架的竖直部分贴有刻度尺，零刻度线在上端，可以直接读出两个光电门到零刻度线的距离x1和x2；框架水平部分安装了电磁铁，将质量为m的小铁球吸住。

一且断电，小铁球就由静止释放，先后经过两个光电门时，与光电门连接的数字传感器即可测算出速度大小v1和v2。

多次改变两个光电门的位置，得到多组x1和x2、v1和v2的数据建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出图线的斜率为k。

（1）需要提前向数字传感器输入小球的直径d ，当小铁球经过光电门时，光电门记录下小球经过光电门的时间t ，测算出的速度v=______。

（2）当地的重力加速度为______（用k 表示）。

（3）若选择刻度尺的0刻度所在高度为零势能面，则小铁块经过光电门1时的机械能表达式为______（用题于中的x 1、x 2、m 、v 1、v 2、k 表示）
（4）下面哪个做法可以提高测量的准确度______
A ．两个光电门尽量靠近
B ．选用大小相同，但密度小一点的铝球
C ．在集成框架上加装水平仪，确保刻度尺测量的是竖直高度
五、解答题
17．你怎样理解“从人类利用能量的角度说，内能（热能）是品质最低的能量”？
18．航空母舰下水，已知某型号的舰载飞机挂弹药总质量约为4210kg m =⨯，在跑道上加速时的牵引力为51.410N F =⨯，所受阻力为其受到的重力的0.2倍，当飞机的速度达到50m/s 时才能离开航空母舰起飞。

航空母舰处于静止状态，飞机先经电磁弹射装置加速，若要求该飞机再在跑道上加速160m 时起飞，求：
（1）飞机离开电磁弹射装置时的速度；
（2）飞机在跑道上加速过程中牵引力的平均功率。

19．某汽车发动机的额定功率为P ，质量m =2000 kg ，当汽车在路面上行驶时受到的阻力为车对路面压力的0.1倍．若汽车从静止开始以a =1m/s 2
的加速度在水平路面上匀加速启动，t 1=20s 时，达到额定功率．此后汽车以额定功率运动，t 2=100 s 时速度达到最大值，汽车的v -t 图象如图所示，取g =10 m/s 2，求：
(1)汽车的额定功率P ；
(2)汽车在t 1至t 2期间的位移s 2；
(3)若汽车在路面倾角为θ的斜坡路段行驶，求匀速上坡的最大速度（已知sin θ=0.1，cos 1θ≈）．
参考答案与解析：
1．B
【详解】下落2s 时重力的功率是
222102W 400W y P mgv mg t ===⨯⨯=
故选B 。

2．C
【详解】探测器减速下降过程中，速度减小，则动能减小；高度降低，则重力势能减小，故机械能减小。

故选C 。

3．C
【详解】ABC ．物体受重力和支持力作用，对物体根据动能定理得
22N 211122
W mgH mv mv -=- AB 错误，C 正确；
D ．对电梯，合力做功等于电梯动能的变化量，即
22211122
W Mv Mv '=-合 D 错误。

故选C 。

4．A
【详解】取桌面为零势能面，则
Ep 1=0
物体乙，在桌面以下
Ep 2<0
所以
Ep 1>Ep 2
故A 正确，BCD 错误。

5．C
【详解】A ．根据能量守恒，拉力做功全部用于克服摩擦阻力做功，即12W W =，A 错误；
B ．由图像可知，直线的斜率大小为加速度大小，力F 作用时加速度
m 1m 1s
v a v == 撤去F 之后
m m 22s 2
v v a == 所以
122a a =
故B 错误；
C ．因为12W W =，功率关系为
111s W P =，22113s 3
W P P == C 正确；
D ．拉力做功过程运动的位移为
m 12
v x = 整个过程物体运动的位移为
m m 23322
v v x ⨯== 因12W W =，可得
1f 2Fx F x =
代入得
f 3F F =
D 错误。

故选C 。

6．C
【详解】根据
W =Fl cos θ
因F 1=F 2，l 1=l 2，夹角θ也相等，可知
W 1=W 2
C 正确，AB
D 错误。

故选C 。

7．C
【详解】A ．对物体进行分析受力，由牛顿第二定律可得
()F mg ma
F m g a -==+
故A 错误；
BD ．物体增加的机械能等于拉力做的功，即
)E m g a H ∆=(＋
故BD 错误；
C ．由动能定理可知，物体增加的动能等于合外力做的功，即
k E maH ∆=
故C 正确。

故选C 。

【点睛】物体动能变化量等于合外力所做的功，物体机械能的变化量等于除重力以外的合力所做的功。

8．D
【详解】当木块速度达到最大时，木块所受定滑轮的拉力等于阻力与重力沿斜面向下的分力之和，根据滑轮的特点可得，在绳上提供的拉力
1(sin cos )2
F mg mg θμθ=+ 绳子的速度
2v v =绳
根据
P Fv =绳
可得
sin cos P v mg mg θμθ
=+ 故选D 。

9．BD
【详解】A. 无人机吊着救生圈竖直匀速下降，故救生圈的动能不变，故A 错误；
BCD ．救生圈竖直匀速下降，救生圈所受重力做正功，救生圈的重力势能减少，而动能不变，所以救生圈的机械能减小，故BD 正确，C 错误。

故选BD 。

10．AB
【详解】A ．用太阳灶烧水是太阳能转化为内能，故A 正确；
B ．电灯发光是消耗电能，转化为光能，故B 正确；
C ．核电站发电是核能转化为电能，故C 错误；
D ．生石灰放入凉水中，水温升高是化学能转化为内能，故D 错误。

故选AB 。

【点睛】注意根据能量的来源进行区分彼此之间的转换关系。

11．AC
【详解】A ．从B 到C 的过程，通过铜质圆环的磁通量向上增大，根据楞次定律可知，圆环中产生顺时针方向的电流（从上往下看），故A 正确；
B ．从A 到D 的过程中，通过铜质圆环的磁通量增大，圆环为了阻碍磁通量增加而受到的安培力驱使圆环有远离磁铁的趋势，即圆环会受到斜向下偏左的安培力，则圆环对桌面压力大于圆环重力，故B 错误；
C ．A 到
D 过程圆环为了阻碍磁通量增加而受到的安培力驱使圆环有远离磁铁的趋势，有向左的运动趋势；D 到
E 过程，圆环为了阻碍磁通量减小而有向左的运动趋势，两个过程的运动趋势相同，则圆环受到的摩擦力方向相同，故C 正确；
D ．磁铁运动过程使圆环产生了感应电流而发热，根据能量守恒可知磁铁的机械能减小，可知A 、
E 两点所处高度不相等，故D 错误。

故选AC 。

12．BD
【详解】A ．汽车由A 匀速率运动到B ，牵引力做正功，摩擦力与重力做负功，根据动能定理得
G 0f W W W --=牵
牵引力等于克服摩擦力与重力做的功，故A 错误；
B ．根据动能定理可知，汽车由A 匀速率运动到B 的过程中，动能变化为0，所以合外力对汽车不做功，故B 正确；
C ．牵引力、重力和摩擦力的总功为0，牵引力和重力做的总功等于克服摩擦力做的功，故C 错误；
D ．根据重力做功量度重力势能的变化，功是量度能的变化，所以汽车在上拱形桥的过程中克服重力做了多少功，就有多少外界能量转化为汽车的重力势能，故D 正确。

故选BD 。

13． 212mv 2
v m r
【详解】[1]小球的动能为
2k 12
E mv = [2]向心力大小为
2
F r v m =
14．38
mgL 【详解】方法一：整体的重心位置不易确定，可将题图中链条分为等长两部分，如图甲所示
则减少的重力势能为
p 113Δ22248
L L E mg mg mgL =⨯+⨯= 方法二：如图乙所示
可认为是将桌面上的一半链条移到了整体链条的下端，原伸出桌面部分的链条未动，则整体重力势能的变化量为
p 133Δ248
L E mg mgL =⨯= 15． 天平 竖直弹起的高h ，圆珠笔的质量m mgh
【详解】（1）[1]若圆珠笔做竖直上抛运动，增加的重力势能等于动能的减小量，而动能的减小量又等于弹性势能的减小；故需要测量：竖直弹起的高度h ，圆珠笔的质量m ，需要天平测量圆珠笔的质量；
（2）[2]由（1）分析可知，需要测量：竖直弹起的高度h ，圆珠笔的质量m ；
（3）[3]增加的重力势能等于动能的减小量，而动能的减小量又等于弹性势能的减，故弹性势能增加量
△E =mgh
16． d t
2k 2111122mv mkx - C 【详解】（1）[1]光电门测速是用挡光时间内的平均速度来表示小球体通过光电门的瞬时速度，则
d v t
= （2）[2]根据位移速度关系式有
()2221212v v g x x -=-
结合图乙有
2g k =
解得
2
k g = （3）[3]若选择刻度尺的0刻度所在高度为零势能面，则小铁块经过光电门1时的动能与重力势能为
2k 112
E mv =，p 1E mgx =- 结合（1）中结论，解得小铁块经过光电门1时的机械能为
2k p 111122
E E E mv mkx =+=- （4）[4]A ．光电门测速原理表达式为
d v t
=∆ 挡光时间Δt 越小，实验误差越小，两个光电门间距适当大一些，小球经过光电门的速度大一些，挡光时间短一些，测速误差小一些，A 错误；
B ．小球下落过程受空气阻力作用，为了减小空气阻力的影响，实验中应选用大小相同，但密度大一点的铅
球，B 错误；
C ．实验中测量的是小球竖直下落的高度，因此实验中可以在集成框架上加装水平仪，确保刻度尺测量的是竖直高度，C 正确。

故选C 。

17．从人类利用能量的角度说，内能（热能）的存在形式是最无序的，是难以再利用的，因此说内能（热能）是品质最低的能量。

【详解】从人类利用能量的角度说，内能（热能）的存在形式是最无序的，是难以再利用的，因此说内能（热能）是品质最低的能量。

18．（1）30m/s ；（2）65.610⨯W
【详解】（1）飞机离开电磁弹射装置后在跑道上做匀加速直线运动，由牛顿第二定律有
0.2F mg ma -=
解得飞机运动的加速度
25m/s a =
由运动学公式有
2202v v ax -=
解得飞机离开电磁弹射装置时的速度
030m/s v =
（2）飞机离开电磁弹射装置后在跑道上做匀加速直线运动的时间为
04s v v v t a a
-∆=== 该过程中牵引力做功为
571.410160J=2.2410J W Fx ==⨯⨯⨯
飞机在跑道上加速过程中牵引力的平均功率为
7
62.2410W=5.610W 4
t W P ⨯=⨯= 19．（1）80kW ；（2）2600m ；（3）20m/s
【详解】（1）由图像可知，汽车的最大速度为v 0=40m/s
汽车F-kmg=0
汽车的额定功率P=Fv 0=80kW ；
（2）汽车在t 2至t 3期间，根据动能定理
22322111()=22m P t t fx mv mv --- 解得：x 2=2600m ；
（3）该车匀速上坡的最大速度 F-mgsin θ-kmgcos θ=0 80m P Fv kW '==
解得：m v '=20m/s。