2024-2025學(xué)年高中物理第四章機(jī)械能和能源1功課時(shí)練習(xí)含解析教科版必修2

PAGE8-功(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題5分,共30分)1.關(guān)于功的概念,以下說法正確的是 ()A.力是矢量,位移是矢量,所以功也是矢量B.功有正、負(fù),所以功也有方向C.若某一個(gè)力對物體不做功,說明該物體肯定沒有發(fā)生位移D.一個(gè)恒力對物體做的功等于這個(gè)力的大小、物體位移的大小及力和位移方向間夾角的余弦三者的乘積【解析】選D。功是物體之間能量轉(zhuǎn)化的量度,它是標(biāo)量,故A錯(cuò)誤。功有正、負(fù)之分,但功的正、負(fù)不是表示方向,是表示力對物體的做功效果,故B錯(cuò)誤。當(dāng)力的方向和物體位移的方向垂直時(shí),力對物體就不做功,所以物體的位移并不肯定是零,故C錯(cuò)誤。依據(jù)功的定義可知,一個(gè)恒力對物體做的功等于這個(gè)力的大小、物體位移的大小及力和位移間夾角的余弦三者的乘積,故D正確?！炯庸逃?xùn)練】下列現(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.在平直馬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.單位制由基本單位和導(dǎo)出單位組成。功是物理學(xué)中的重要物理量之一,在國際單位制中,功的單位用基本單位可表示為 ()A.J B.N·mC.kg·m2·s-2 D.kg·m·s-1【解析】選C。依據(jù)W=Fx可知,1J=1N·m=kg·m2·s-2,其中N、J都不是基本單位。故選C。3.如圖所示,拖著舊橡膠輪胎跑步是身體耐力訓(xùn)練的一種有效方法。假如某受訓(xùn)者拖著輪胎在水平直道上跑了100m,A.輪胎受到的地面摩擦力做了負(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。由題知,輪胎受到地面的摩擦力方向水平向左,而位移水平向右,兩者夾角為180°,則輪胎受到地面的摩擦力做了負(fù)功,故選項(xiàng)A正確;輪胎受到的重力豎直向下,而輪胎的位移水平向右,則輪胎在豎直方向上沒有發(fā)生位移,重力不做功,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;拉力與水平方向的夾角為銳角,所以輪胎受到的拉力做正功,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;輪胎受到地面的支持力豎直向上,而輪胎的位移水平向右,則輪胎在豎直方向上沒有發(fā)生位移,支持力不做功,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！究偨Y(jié)提升】三種不做功的狀況(1)物體運(yùn)動(dòng)發(fā)生了位移,但沒有受到力的作用。例如,物體在光滑水平面上做勻速運(yùn)動(dòng),摩擦力(為零)不做功。(2)物體受到力的作用,物體運(yùn)動(dòng)但沿力的方向沒有位移。例如,將物體豎直上拋,物體上升又落回到拋出點(diǎn)的整個(gè)過程,重力不做功。(3)物體受到了力的作用,也發(fā)生了位移,但物體受到的力始終與物體的位移方向垂直。例如,物體在光滑水平面上做勻速運(yùn)動(dòng),支持力、重力不做功。4.M放在光滑水平面上,m放在粗糙水平面上,在相同水平推力F的作用下,兩物體移動(dòng)了相同的位移s,推力F對兩物體所做功的關(guān)系是 ()A.在粗糙水平面上所做的功較多B.在光滑水平面上所做的功較多C.兩次所做的功一樣多D.做功多少與物體通過這段位移的時(shí)間有關(guān)【解析】選C。由功的公式W=FL可得,m、M受到的力一樣大,在力方向上的位移的大小也一樣,所以推力F對兩個(gè)物體所做的功一樣多,所以C正確。故選C。5.(2024·哈爾濱高一檢測)關(guān)于摩擦力做功,下列說法中正確的是 ()A.滑動(dòng)摩擦力阻礙物體的相對運(yùn)動(dòng),肯定做負(fù)功B.靜摩擦力起著阻礙物體相對運(yùn)動(dòng)趨勢的作用,肯定不做功C.靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力肯定都做負(fù)功D.靜摩擦力可能對物體做正功【解析】選D?；瑒?dòng)摩擦力的方向與物體相對運(yùn)動(dòng)方向相反,但與運(yùn)動(dòng)方向可以相同,也可以相反,物體受滑動(dòng)摩擦力也有可能位移為零,故滑動(dòng)摩擦力可能做負(fù)功,也可能做正功,也可以不做功,故A、C均錯(cuò)誤。靜摩擦力的方向與物體相對運(yùn)動(dòng)趨勢方向相反,但與運(yùn)動(dòng)方向可以相同,也可以相反,還可以與運(yùn)動(dòng)方向垂直,故靜摩擦力可以做正功,也可以做負(fù)功,也可以不做功,故B錯(cuò)誤,D正確?！究偨Y(jié)提升】對摩擦力做功的相識不能錯(cuò)誤地認(rèn)為摩擦力肯定做負(fù)功,事實(shí)上摩擦力既可能做負(fù)功,也可能做正功,還可能不做功。(1)靜止的物體受到滑動(dòng)摩擦力或靜摩擦力時(shí),摩擦力對該物體不做功。(2)運(yùn)動(dòng)的物體受到滑動(dòng)摩擦力或靜摩擦力時(shí),若摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反,則摩擦力做負(fù)功,該摩擦力就是阻力;若摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相同,則摩擦力做正功,該摩擦力就是動(dòng)力。6.如圖所示,質(zhì)量為M的物體放在光滑水平地面上,在受到與水平方向成α角的恒力F作用下,從靜止起先運(yùn)動(dòng),在時(shí)間t內(nèi),F對物體所做的功為WF。下列僅單獨(dú)變更某一物理量(設(shè)該物理量變更后物體仍在水平面上運(yùn)動(dòng)),可使恒力所做的功為2WF的是 ()A.使恒力的大小增大為2FB.使物體質(zhì)量減小為C.做功時(shí)間增長為2tD.α從60°變?yōu)?°【解析】選B。恒力增大為2F時(shí),物體的加速度變?yōu)樵瓉淼?倍,由x=at2知,在相同時(shí)間內(nèi)物體通過的位移為原來的2倍,由W=Fxcosα可知,恒力做功為4WF,故A錯(cuò)誤;物體質(zhì)量減小為,則物體的加速度變?yōu)樵瓉淼?倍,由x=at2知,在相同時(shí)間內(nèi)物體通過的位移為原來的2倍,由W=Fxcosα可知,恒力做功為2WF,故B正確;做功時(shí)間增長為2t,由x=at2知,物體通過的位移為原來的4倍,由W=Fxcosα,可知,恒力做功為4WF,故C錯(cuò)誤;由W=Fxcosα=F··t2cosα=(cosα)2,α角從60°變?yōu)?°,則得恒力做功為4WF,故D錯(cuò)誤。二、計(jì)算題(本題共2小題,共30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.(14分)利用斜面把重100N的貨物從斜面底端推到頂端,假如貨物所受的摩擦力為8N,且已知斜面高為3m,傾角為37°,其他阻力不計(jì),(1)克服重力所做的功和克服摩擦阻力所做的功。(2)推力F的大小及F所做的功?！窘馕觥?1)對貨物受力分析如圖?？朔亓λ龅墓G=Gh=100×3J=300J?？朔Σ磷枇λ龅墓f=fl=f·=8×5J=40J。(2)F=Gsin37°+f=100×0.6N+8N=68N。推力F所做的功應(yīng)當(dāng)?shù)扔赪G+Wf,所以推力F所做的功WF=300J+40J=340J。答案:(1)300J40J(2)68N340J【總結(jié)提升】幾個(gè)力對物體做功的計(jì)算當(dāng)物體在多個(gè)力的共同作用下發(fā)生一段位移時(shí),合力對物體所做的功等于各分力對物體做功的代數(shù)和,故計(jì)算合力的功有以下兩種方法。(1)先由W=Fxcosα計(jì)算各個(gè)力對物體所做的功W1、W2、W3……然后求全部力做功的代數(shù)和,即W合=W1+W2+W3+…(2)先由力的合成或依據(jù)牛頓其次定律求出合力F合,然后由W合=F合xcosα計(jì)算總功,此時(shí)α為F合的方向與x的方向間的夾角。留意:當(dāng)在一個(gè)過程中,幾個(gè)力作用的位移不相同時(shí),只能用方法(1)。8.(16分)如圖所示,靜止在水平桌面的紙帶上有一質(zhì)量為0.1kg的小鐵塊,它離紙帶的右端距離為0.5m,鐵塊與紙帶間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1。現(xiàn)用力向左以2m/s2的加速度將紙帶從鐵塊下抽出,求:(不計(jì)鐵塊大小,鐵塊不滾動(dòng)。(1)將紙帶從鐵塊下抽出須要多長時(shí)間?(2)紙帶對鐵塊做的功是多少?【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:(1)鐵塊在紙帶上滑動(dòng)時(shí),所受的合力為滑動(dòng)摩擦力,依據(jù)牛頓其次定律求出鐵塊的加速度。(2)在紙帶從鐵塊下抽出的過程中,紙帶與鐵塊的位移之差為L,依據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式求出所需的時(shí)間。(3)求出鐵塊的位移,紙帶對鐵塊做的功等于滑動(dòng)摩擦力做的功?！窘馕觥?1)設(shè)紙帶的加速度為a1,鐵塊的加速度為a2,則a2==μg=1m/s2 ①L=a1t2-a2t2 ②①②式聯(lián)立,代入數(shù)據(jù)得t=1s③(2)鐵塊運(yùn)動(dòng)的位移s=a2t2 ④W=μmgs ⑤③④⑤式聯(lián)立,代入數(shù)據(jù)得W=0.05J答案:(1)1s(2)0.05J(15分鐘·40分)9.(6分)(2024·成都高一檢測)質(zhì)量為m的物體沿底邊長度相等、傾角不同的a、b、c三個(gè)斜面從頂端滑下,如圖所示,物體和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同,a、b、c三個(gè)斜面與水平面的夾角的關(guān)系是θ1>θ2>θ3,物體從a、b、c三個(gè)斜面頂端究竟端過程中,摩擦力做功分別是W1、W2、W3,則它們的關(guān)系是 ()A.W1>W2>W3 B.W1=W2>W3 C.W1>W3>W2 D.W1=W2=W3【解析】選D。設(shè)斜面的底邊長為x,斜面的傾角為θ,則任一斜面的長度為L=,物體在斜面上下滑時(shí)所受的摩擦力大小為Ff=μmgcosθ,故摩擦力做功為W=-FfL=-μmgx,與傾角無關(guān),故W1=W2=W3,所以D正確,A、B、C錯(cuò)誤。10.(6分)一張桌子始終靜止在水平地面上,一根木棒沿著水平桌面從A運(yùn)動(dòng)到B,發(fā)生的位移為x,如圖所示。若木棒與桌面間的摩擦力大小為Ff,則木棒對桌面的摩擦力和桌面對棒的摩擦力做的功各為 ()A.-Ff·x,-Ff·x B.Ff·x,-Ff·xC.-Ff·x,0 D.0,-Ff·x【解析】選D。木棒對桌面的摩擦力和桌面對木棒的摩擦力為作用力和反作用力,大小相等、方向相反,從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中,木棒受到的摩擦力為Ff,位移為x,摩擦力做的是負(fù)功,所以桌面對木棒的摩擦力做的功為-Ffx,桌面受到的摩擦力的大小也為Ff,但桌面沒動(dòng),位移是0,所以木棒對桌面的摩擦力做的功為0。故選D。11.(6分)用恒力F使質(zhì)量為10kg的物體從靜止起先以2m/s2的加速度勻加速上升,不計(jì)空氣阻力,g取10A.2s內(nèi)恒力F做功80JB.2s內(nèi)重力做的功是400JC.2s內(nèi)物體克服重力做的功是400JD.2s內(nèi)合力做的功為零【解析】選C。依據(jù)牛頓其次定律可知,恒力為:F=mg+ma=10×10N+10×2N=120N2s內(nèi)物體上升的高度:h=at2=×2×22m=4m2s內(nèi)恒力F做功:W1=Fh=120×4J=480J故選項(xiàng)A不符合題意;2s內(nèi)重力做功:W2=-mgh=-400J即2s內(nèi)物體克服重力做功為400J,故選項(xiàng)B不符合題意,C符合題意;2s內(nèi)合力做的功:W=W1+W2=480J-400J=80J,故選項(xiàng)D不符合題意?！炯庸逃?xùn)練】(多選)物體沿直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖像如圖所示,已知在第1秒內(nèi)合外力對物體做的功為W,則下列結(jié)論正確的是 ()A.從第1秒末到第3秒末合外力做功為WB.從第3秒末到第5秒末合外力做功為-2WC.從第5秒末到第7秒末合外力做功為WD.從第3秒末到第4秒末合外力做功為-0.75W【解析】選C、D。在第1秒內(nèi),物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),做功為W,設(shè)此時(shí)的合外力為F,位移為x,從第3秒末到第7秒末由圖像的斜率可以知道,此時(shí)的合外力大小為F,第3秒末到第5秒末合外力的方向與速度方向相反,第5秒末到第7秒末合外力的方向與速度方向相同。所以有第3秒末到第5秒末的位移為2x,第5秒末到第7秒末的位移也為2x,所以合外力做功為W2=F×2x×cos180°=-W,W3=F×2x×cos0°=W,第3秒末到第4秒末物體的位移為x,所以W4=×x×cos180°=-0.75W,所以C、D正確。12.(22分)一物體放在水平地面上,如圖甲所示,已知物體所受水平拉力F隨時(shí)間t的變更狀況如圖乙所示,物體相應(yīng)的速度v隨時(shí)間t的變更關(guān)系如圖丙所示。求:(1)0～6s時(shí)間內(nèi)物體的