2022版新教材高中物理課時(shí)素養(yǎng)評價(jià)一機(jī)械功含解析魯教版必修

PAGE10-機(jī)械功(25分鐘·60分)一、選擇題(此題共6小題,每題6分,共36分)1.關(guān)于力對物體做功的說法中,正確的選項(xiàng)是 ()A.力作用到物體上,力一定對物體做功B.只要物體通過一段位移,就一定有力對物體做了功C.只要物體受到力的作用,而且還通過了一段位移,那么此力一定對物體做了功D.物體受到力的作用,而且有位移發(fā)生,那么力有可能對物體做功,也可能沒有做功【解析】選D。做功的兩個(gè)必備條件是:物體受力和在力的方向上發(fā)生位移。物體受力而且有位移,不一定有力做功。如物體沿光滑水平面做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),所受的兩個(gè)力(重力和支持力)都不做功,A、B、C錯(cuò)。再如沿粗糙斜面下滑的物體,重力和摩擦力做功,支持力不做功,D正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】以下現(xiàn)象中,哪些力做了功 ()A.人推墻而墻不動(dòng)時(shí)人的推力B.在水平公路上行駛的汽車所受的重力C.馬拉車而車不動(dòng)時(shí)馬的拉力D.起重機(jī)吊起重物時(shí)懸繩的拉力【解析】選D。由做功的兩個(gè)因素可知,A中墻沒有在人的推力方向上發(fā)生位移;B中汽車在重力方向上無位移;C中車沒有在馬的拉力方向上發(fā)生位移;D中重物在懸繩的拉力方向上發(fā)生了位移,符合做功的兩個(gè)因素。選項(xiàng)D正確。2.如下圖,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,A.輪胎受到地面的摩擦力做了負(fù)功B.輪胎受到的重力做了正功C.輪胎受到的拉力不做功D.輪胎受到地面的支持力做了正功【解析】選A。根據(jù)力做功的條件,輪胎受到的重力和地面的支持力都與位移垂直,這兩個(gè)力均不做功,B、D錯(cuò)誤;輪胎受到地面的摩擦力與位移反向,做負(fù)功,A正確;輪胎受到的拉力與位移夾角小于90°,做正功,C錯(cuò)誤。3.如下圖,小球位于光滑的斜面上,斜面位于光滑的水平地面上。從地面上看,在小球沿斜面下滑的過程中,斜面對小球的作用力 ()A.垂直于接觸面,做功為零B.垂直于接觸面,做負(fù)功C.不垂直于接觸面,做功為零D.不垂直于接觸面,做功不為零【解析】選B。彈力的方向總是垂直于接觸面;對斜面進(jìn)行受力分析可知,斜面會(huì)向左運(yùn)動(dòng)。如下圖,小球的初始位置為A,末位置為B,位移與N并不垂直,夾角為鈍角,因此做負(fù)功,那么B正確,A、C、D錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如下圖,質(zhì)量為m的物體P放在光滑的傾角為θ的直角劈上,同時(shí)用力F向右推劈,使P與劈保持相對靜止,在前進(jìn)的水平位移為s的過程中,劈對P做的功為 ()A.F·s B.mgsinθC.mgcosθ·s D.mgtanθ·s【解析】選D。P只受到重力mg和劈施加的支持力N兩個(gè)力作用,受力分析如下圖。由于P與劈相對靜止,物體P豎直方向受力平衡,那么有Ncosθ=mg,P的水平位移為s,由功的計(jì)算式W=Fscosα得知,劈對P的作用力N所做的功為W=Nscos(π2-θ)=(mgcosθ)·s·sinθ=mgs·tanθ,選項(xiàng)D正確4.有一根輕繩拴了一個(gè)物體,如下圖,假設(shè)整體以加速度a向下做減速運(yùn)動(dòng)時(shí),作用在物體上的各力做功的情況是 ()A.重力做正功,拉力做負(fù)功,合力做負(fù)功B.重力做正功,拉力做負(fù)功,合力做正功C.重力做正功,拉力做正功,合力做正功D.重力做負(fù)功,拉力做負(fù)功,合力做正功【解析】選A。重力與位移同向,做正功;拉力與位移反向,做負(fù)功;由于做減速運(yùn)動(dòng),所以物體所受合力方向向上,與位移反向,做負(fù)功。那么A正確,B、C、D錯(cuò)誤。5.如下圖,一個(gè)物體放在水平面上,在跟豎直方向成θ角的斜向下的推力F的作用下沿平面移動(dòng)了距離s。假設(shè)物體的質(zhì)量為m,物體與地面之間的摩擦力大小為f,那么在此過程中 ()A.摩擦力做的功為fs B.力F做的功為FscosθC.力F做的功為Fssinθ D.重力做的功為mgs【解析】選C。物體與地面之間的摩擦力大小為f,物體的位移的大小為s,由功的公式可得W=-fs,所以A錯(cuò)誤。力F與豎直方向成θ角,所以在水平方向的分力為Fsinθ,所以F做的功為Fssinθ,所以B錯(cuò)誤,C正確。重力在豎直方向上,物體在豎直方向的位移是零,所以重力做的功為零,所以D錯(cuò)誤。6.如下圖,特殊材料制成的B上外表水平,相同材料制成的A置于B上,并與B保持相對靜止,A、B一起沿固定的粗糙斜面從底端以一定的初速度沿斜面向上滑動(dòng),從A、B上滑到速度減為零的過程中,以下說法正確的選項(xiàng)是 ()A.B對A的支持力做負(fù)功B.斜面對B的作用力做正功C.兩物體處于超重狀態(tài)D.B對A的摩擦力做負(fù)功【解析】選D。B對A的支持力豎直向上,與A位移方向的夾角小于90°,故支持力做正功,故A錯(cuò)誤;A和B一起沿斜面向上做勻減速直線運(yùn)動(dòng),對B分析知斜面對B有支持力和滑動(dòng)摩擦力,支持力不做功,摩擦力做負(fù)功,故斜面對B的作用力做負(fù)功,故B錯(cuò)誤;A和B一起有沿斜面向下的加速度,故有豎直向下的分加速度,可知兩物體處于失重狀態(tài),C錯(cuò)誤。A具有沿斜面向下的加速度,設(shè)為a,將a正交分解為豎直方向分量a1,水平分量a2,如下圖,由于具有水平分量a2,故A必受水平方向的摩擦力f,所以B對A的支持力做正功,摩擦力做負(fù)功,故D正確。二、計(jì)算題(此題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(10分)如下圖,在光滑水平面上,物體受兩個(gè)相互垂直的大小分別為F1=3N和F2=4N的恒力,其合力在水平方向上,從靜止開始運(yùn)動(dòng)10m,(1)F1和F2分別對物體做的功是多少?代數(shù)和為多大?(2)F1和F2合力為多大?合力做功是多少?【解析】(1)力F1做的功:W1=F1scosθ1=3×10×35力F2做的功:W2=F2scosθ2=4×10×45W1與W2的代數(shù)和:W=W1+W2=18J+32J=50J。(2)F1與F2的合力F=F1合力F做的功W′=Fs=5×10J=50J。答案:(1)18J32J50J(2)5N50J8.(14分)如下圖,質(zhì)量m=50kg的滑雪運(yùn)發(fā)動(dòng)從高度h=30m的坡頂由靜止下滑,斜坡的傾角θ=37°,(1)滑雪運(yùn)發(fā)動(dòng)所受的重力對他做了多少功?(2)各力對運(yùn)發(fā)動(dòng)做的總功是多少?(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,【解析】(1)重力做的功:WG=mgh=50×10×30J=1.5×104J。(2)運(yùn)發(fā)動(dòng)所受合力:F合=mgsin37°-μmgcos37°=260N方向沿斜坡向下,沿合力方向位移s=50m,合力做的功W合=F合·s=260×50J=1.3×104答案:(1)1.5×104J(2)1.3×104J【補(bǔ)償訓(xùn)練】甲、乙兩人在河的兩岸同時(shí)用繩拉船,使船在河的中間沿直線路徑行駛,甲、乙的拉力分別為F1和F2,其大小和方向如下圖,在船行駛80m的過程中(1)先求出合力,再求合力做的功。(2)先求出兩個(gè)分力F1和F2做的功,再求兩個(gè)功的代數(shù)和。比擬兩種方法計(jì)算的結(jié)果,你能得出什么結(jié)論?【解析】(1)根據(jù)平行四邊形定那么可知:小船受到的合外力大小為F=F12+F2合外力方向與船的運(yùn)動(dòng)方向一致。根據(jù)功的定義式W=Fs可知:合力做的功為W=Fs=200N×80m=1.6×104(2)拉力F1與船的位移成60°角,那么拉力F1對船所做的功:W1=100N×80m×cos60°=4000拉力F2與船的位移成30°角,那么拉力F2對船所做的功:W2=1003N×80m×cos30°=12000外力對船做的總功為W=W1+W2=4000J+12000J=1.6×104J兩種方法求外力總功的效果是相同的。答案:(1)200N1.6×104J(2)4000J12000J16000J兩種方法計(jì)算的結(jié)果相同,說明用兩種方法求外力的總成效果是一樣的。(15分鐘·40分)9.(6分)(多項(xiàng)選擇)如下圖,在皮帶傳送裝置中,皮帶把物體P勻速送到皮帶頂端,在這個(gè)過程中,以下說法中正確的選項(xiàng)是 ()A.摩擦力對物體P做正功B.物體P克服摩擦力做功C.皮帶克服摩擦力做功D.摩擦力對皮帶不做功【解析】選A、C。物體P相對于傳送帶有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢,故受斜向上的靜摩擦力,摩擦力的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相同,故摩擦力對P做正功,A正確,B錯(cuò)誤;物體P受斜向上的靜摩擦力,根據(jù)牛頓第三定律,物體P對傳送帶的摩擦力斜向下,而傳送帶向上運(yùn)動(dòng),故摩擦力對傳送帶做負(fù)功,故C正確,D錯(cuò)誤。10.(6分)(多項(xiàng)選擇)如下圖,擺球質(zhì)量為m,懸線長度為L,把懸線拉到水平位置后放手。設(shè)在擺球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中空氣阻力的大小F阻不變,那么以下說法正確的選項(xiàng)是 ()A.重力做功為mgLB.懸線的拉力做功為0C.空氣阻力做功為-mgLD.空氣阻力做功為-12F阻【解析】選A、B、D。因?yàn)槔在運(yùn)動(dòng)過程中始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直,故不做功,即WT=0;重力在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中始終不變,擺球在重力方向上的位移為AB在豎直方向上的投影L,所以WG=mgL?？諝庾枇λ龅目偣Φ扔诿總€(gè)小弧段上空氣阻力所做功的代數(shù)和,即W阻=-(F阻Δx1+F阻Δx2+…)=-12F阻πL。應(yīng)選項(xiàng)A、B、D正確,C11.(6分)一滑塊在水平地面上沿直線滑行,t=0時(shí),其速度為1m/s。從此刻開始在滑塊運(yùn)動(dòng)方向上再施加一水平作用力F,力F和滑塊的速度v隨時(shí)間的變化規(guī)律分別如圖甲和乙所示。設(shè)在第1s內(nèi)、第2s內(nèi)、第3s內(nèi)力F對滑塊做的功分別為W1、W2、W3,A.W1=W2=W3 B.W1<W2<W3C.W1<W3<W2 D.W1=W2<W3【解析】選B。在v-t圖像中,圖線與坐標(biāo)軸所圍面積大小等于滑塊某時(shí)間段的位移,由圖乙可計(jì)算第1s內(nèi)、第2s內(nèi)、第3s內(nèi)滑塊的位移分別是x1=0.5m、x2=0.5m、x3=1m,所以W1=F1x1=0.5J,W2=F2x2=1.5J,W3=F3x3=2J,所以W1<W2<W3,那么B項(xiàng)正確【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多項(xiàng)選擇)質(zhì)量為2kg的物體置于水平面上,在運(yùn)動(dòng)方向上受到水平拉力F的作用,沿水平方向做勻變速運(yùn)動(dòng),拉力F作用2s后撤去,物體運(yùn)動(dòng)的速度圖像如下圖,那么以下說法正確的選項(xiàng)是(g取10A.拉力F做功150JB.拉力F做功350JC.物體克服摩擦力做功100JD.物體克服摩擦力做功175J【解析】選A、D。由題圖可以求出0～2s內(nèi)的加速度a1=2.5m/s2,2～6s內(nèi)的加速度a2=-2.5m/s2,由F+f=ma1,f=ma2聯(lián)立,得F=10N,f=-5N,由題圖還可求出前2s內(nèi)的位移l1=15m,2～6s內(nèi)的位移l2=2015J=150J,摩擦力做功Wf=f(l1+l2)=-5×(15+20)J=-175J,即物體克服摩擦力做功175J,故A、D正確,B、C錯(cuò)誤。12.(22分)如下圖,水平傳送帶以速度v順時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn),兩傳動(dòng)輪M、N之間的距離為L=10m,假設(shè)在M輪的正上方將一質(zhì)量為m=3kg的物體輕放在傳送帶上,物體與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.3,在以下兩種情況下物體由A處傳送到B處的過程中,傳送帶對物體的摩擦力做了多少功?(g取(1)傳送帶速度v=6m(2)傳送帶速度v=9m【解析】物體在傳送帶上加速運(yùn)動(dòng)時(shí)a=μg=3m/s剛好加速運(yùn)動(dòng)10v0=2aL=60m/s=2m/s。(1)由于v=6m/s<v0=2所以物體先加速至6m/s再勻速運(yùn)動(dòng),加速過程的位移為L′=v22a=36傳送帶摩擦力做功W=fL′=μmgL′=9×6J=54J。(2)由于v=9m/s>v0=2所以物體從A至B的過程中一直加速。摩擦力做功W′=fL=μmgL=9×10J=90J。答案:(1)54J(2)90J【總結(jié)提升】摩擦力做功的分析(1)滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力都可以對物體不做功,如手握瓶子使其在水平面內(nèi)移動(dòng),瓶子所受靜摩擦力與位