高一物理必修二第七章 功 動能 勢能基礎(chǔ)練習(xí)題(帶參考答案)

高一物理必修二第七章功動能勢能基礎(chǔ)練習(xí)題(帶參考答案)一、學(xué)習(xí)要點(diǎn)高一物理第七章功、動能、勢能1.理解功的概念，掌握功的公式W=FScosθ，能夠用這個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算。2.理解正功和負(fù)功的概念，知道在什么情況下力做正功或負(fù)功。3.知道幾個(gè)力對物體所做的總功，以及總功的計(jì)算方法。4.理解動能的概念，了解影響動能的因素。5.理解勢能的概念，了解重力勢能的變化和重力做功的關(guān)系，知道重力做功與路徑無關(guān)。二、學(xué)習(xí)內(nèi)容（一）功的概念1.做功的要素是力和位移，功的表達(dá)式為W=FScosθ。其中，θ為力與位移的夾角。若0°≤θ＜90°，力對物體做正功；若θ=90°，力對物體不做功；若90°＜θ≤180°，力對物體做負(fù)功，也叫物體做功。2.功是一種量，功的正負(fù)號表示動力做功或阻力做功。3.功的國際單位是焦耳（J）。4.總功的求解方法：（1）先求出每一個(gè)力做的功，再求各個(gè)力做功的代數(shù)和，即為總功W總=∑Wi；（2）若物體所受力均為恒力，先求物體所受力的合力，再求總功W總=Fnets。問題1：如何求功？如何理解正、負(fù)功？例1、如圖1所示，一個(gè)物塊在與水平方向成α角的恒力F作用下，沿水平面向右運(yùn)動一段距離s，在此過程中，恒力F對物塊所做的功為（）A．FscosαB．FssinαC．FssinαcosαD．Fscosα練習(xí)1、如圖2所示，一個(gè)質(zhì)量為m=150kg的雪橇，受到與水平方向成θ=37°角斜向上的拉力F=500N作用，在水平面上移動了距離s=5m。雪橇與地面間的滑動摩擦力f=100N。求各力對物體做的功。問題2：功的正負(fù)如何判斷？例2、一人乘電梯從1樓到30樓，在此過程中經(jīng)歷了先加速，后勻速，再減速的運(yùn)動過程。電梯支持力對人做功的情況是（）A．加速時(shí)做正功，勻速時(shí)不做功，減速時(shí)做負(fù)功B．加速時(shí)做正功，勻速和減速時(shí)做負(fù)功C．加速和勻速時(shí)做正功，減速時(shí)做負(fù)功D．始終做正功練習(xí)2、地球在萬有引力作用下繞太陽的運(yùn)動軌道是橢圓，當(dāng)?shù)厍驈慕拯c(diǎn)向遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動的過程中（）A．萬有引力對地球做正功B．萬有引力對地球做負(fù)功C．萬有引力對地球不做功D．有時(shí)做正功，有時(shí)做負(fù)功點(diǎn)評：判斷功的正負(fù)，應(yīng)從功的定義出發(fā)。如果力與位移間的夾角小于90°，則這個(gè)力做正功，表示這個(gè)力充當(dāng)動力；大于90°，這個(gè)力做負(fù)功，表示這個(gè)力充當(dāng)了阻力；等于90°，這個(gè)力不做功。1、物體在重力作用下，由于位置高低差異而具有的能量叫做重力勢能，重力勢能的表達(dá)式為。2、重力勢能是____量，可以為正、負(fù)或零。重力勢能的國際單位是_______。問題6：如何理解重力勢能的正負(fù)性？例6、（雙選題）一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體從高為10m的平臺上自由落下，落地時(shí)速度為20m/s，則物體在落地前后的重力勢能變化量和動能變化量分別為（）A．重力勢能增加，動能減小B．重力勢能減小，動能增加C．重力勢能減小，動能減小D．重力勢能增加，動能增加練習(xí)6、（判斷題）重力勢能是一種相對的能量，只有在地球表面高度為零時(shí)，重力勢能才能取零值。點(diǎn)評：重力勢能是一種相對的能量，其正負(fù)性取決于參考點(diǎn)的選擇，一般取地面為參考點(diǎn)，物體在地面上方時(shí)重力勢能為正，下降時(shí)重力勢能減小，增加動能?？济娌煌?，重力勢能的大小也不同。在本例中，小球在天花板和地面的參考平面下，所以小球在離地面高度為h的位置時(shí)，重力勢能為-mgh。在參考平面上方時(shí)，重力勢能為正值。如果存在空氣阻力，小球下落的速度將減小，重力做功和重力勢能變化都會減小。在不同的參考系中，重力勢能的數(shù)值會有所不同，但是同一位置的重力勢能變化不會因?yàn)閰⒖枷档倪x擇而不同。因此，重力做功與重力勢能的改變是密切相關(guān)的。曹磊在備戰(zhàn)奧運(yùn)會的訓(xùn)練中成功將150kg的杠鈴舉高160cm，這意味著他克服了重力做功并改變了杠鈴的重力勢能。根據(jù)公式，重力做功等于重力勢能的變化量，因此這兩個(gè)量是密切相關(guān)的。在圖7中，小球從斜面上滑下并沿圓軌道滑到最高點(diǎn)P處。在這個(gè)過程中，重力對小球做了正功，而小球的重力勢能減少了。根據(jù)公式，重力做功等于重力勢能的變化量，因此這兩個(gè)量是密切相關(guān)的。正確答案是A。人用力將足球踢出，球在空中飛行了40m，因此人對足球做了功。根據(jù)公式，功等于力乘以位移，因此人對足球做功的大小為300N×40m=12000J。正確答案是B。如果物體未被推動，則物體的位移為零，因此人對物體做功為零。正確答案是C。重力只有在物體沿著它的方向移動時(shí)才會做功，因此當(dāng)物體豎直上升時(shí)，重力不做功。正確答案是D。變力也可以做功，因?yàn)楣Φ亩x是力乘以位移。只有在力的方向與位移方向相同時(shí)才能做正功，否則做負(fù)功。正確答案是B。根據(jù)動能定理，物體的動能等于其質(zhì)量乘以速度的平方除以2。因此，當(dāng)v1=－v2時(shí)，E(k1)=E(k2)。正確答案是C。重力勢能等于物體的質(zhì)量乘以重力加速度乘以高度，因此重力勢能與物體的材質(zhì)無關(guān)。由于實(shí)心鐵球比實(shí)心木球重，因此它們在同一高度上的重力勢能應(yīng)該相等，即鐵球的重力勢能等于木球的重力勢能。正確答案是D。根據(jù)功的定義，功等于力乘以位移，因此拉力的功與合力的功應(yīng)該成正比。當(dāng)斜向拉時(shí)，合力的大小更大，因此合力的功也更大，而拉力的功相對較小。正確答案是A。系統(tǒng)受到的合外力的方向與重力方向相反，因此重力做的功應(yīng)該是負(fù)值。由于重力勢能的變化量等于重力做功的相反數(shù)，因此重力勢能的變化量也應(yīng)該是負(fù)值。C.合力的功相等，斜向拉時(shí)拉力的功大。運(yùn)動員跳傘時(shí)經(jīng)歷加速下降和減速下降兩個(gè)過程。將人和傘看成一個(gè)系統(tǒng)，在這兩個(gè)過程中，重力做功使系統(tǒng)的重力勢能增加。關(guān)于摩擦力做功，滑動摩擦力總是對物體做負(fù)功，靜摩擦力對物體不做功。拖著舊橡膠輪胎跑是身體耐力訓(xùn)練的一種有效方法。如果某受訓(xùn)者拖著輪胎在水平直道上跑了100m，那么輪胎受到的拉力做正功，輪胎受到地面的支持力做了正功。重20N的鐵球從離地面40m高處由靜止開始下落，若空氣阻力是球重的0.2倍，則該球從下落到著地的過程中，重力對小球做功為800J，空氣阻力對小球做功為-160J（負(fù)數(shù)表示阻力），小球克服空氣阻力做功為160J，合外力做功為800J-160J=640J。一質(zhì)量為4.0kg的物體，由高為2.0m、傾角為53°的固定斜面頂端滑到底端，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.2。物體所受重力做功為78.4J，物體所受摩擦力做負(fù)功為-15.7J，物體所受支持力不做功，合外力做功為78.4J-15.7J=62.7J。小明提包回家時(shí)，小明提包的力不做功。如果物體在運(yùn)動過程中克服重力做功50J，則物體的重力勢能減少了50J。在皮帶傳送裝置中，摩擦力對物體做負(fù)功，支持力對物體不做功，合外力對物體做正功。甲乙兩物體的動能相等的情況是，質(zhì)量相同，速度大小也相同，但甲向東運(yùn)動，乙向西運(yùn)動。1、在水平路面上，一個(gè)重量為500N的小車受到100N的水平拉力作用，能夠勻速向前移動5m。在這個(gè)過程中，拉力對小車所做的功為500J，因?yàn)楣Φ扔诹Τ艘晕灰?。阻力對小車所做的功?，因?yàn)樾≤囀莿蛩龠\(yùn)動，所以阻力與位移的乘積為0。重力對小車所做的功為0，因?yàn)橹亓Φ姆较蚺c小車的位移方向垂直。2、如圖13所示，一個(gè)恒力F沿著光滑水平面拉動物體前進(jìn)了s，拉力F與水平方向保持θ角。根據(jù)功的定義，拉力對物體所做的功為Fscosθ。所以，拉力F對物體做的功為Fscosθ。3、一重錘的質(zhì)量是2kg，從20m高處自由落體下落。初始時(shí)，重錘的重力勢能為200J；下落5m后，重力勢能為700J。重力勢能的增加量為500J，因?yàn)橹劐N下落了5m，所以重力做功為500J。根據(jù)能量守恒定律，重力做功等于重力勢能的減少量，所以重力勢能減少了500J。重力做功W與重力勢能改變△E的關(guān)系式為W=△E，所以重力做功與重力勢能改變量的關(guān)系為500J=△E。4、在物體運(yùn)動過程中，若受到多個(gè)力的作用，則外力所做功的總和等于物體動能的增量。動能的增量等于末動能減去初動能，即△EK=EK2?EK1。動能的計(jì)算公式為EK=1/2mv2，其中m為物體的質(zhì)量，v為物體的速度。根據(jù)公式G=mgh，可以計(jì)算出物體的重力勢能為6×10^3J。根據(jù)牛頓第二定律mgsinθ-f=ma，解出物體高度為20m。其中，sin30°=0.5，摩擦力f=60N。摩擦力做功為Wf=-fscos180°=-1.2×10^3J。合外力對物體做的功為W=Wn+Wg+Wf=4.8×10^3J。動能公式為Ek=1/2mv^2，單位為焦耳（J）。重力勢能公式為Ep=mgh，參考平面為基準(zhǔn)面，高度為正值，負(fù)值表示低于基準(zhǔn)面。重力勢能的變化量△Ep與重力做功Wg的關(guān)系為Wg=-△Ep。如果下落時(shí)有空氣阻力，表格中的數(shù)據(jù)