第十五章功和機械能測試練習(xí)題

第十五章功和機械能【課標(biāo)導(dǎo)航】知道機械功的概念和功率的概念。能用生活、生產(chǎn)中的實例解釋機械功的含義。結(jié)合實例認(rèn)識功的概念，知道做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化過程；知道動能和勢能，能用實例說明物體的動能和勢能以及它們的轉(zhuǎn)化；知道機械能的概念，能用實例說明機械能和其他形式的能的轉(zhuǎn)化。嘗試用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點分析物理問題。結(jié)合實例理解功率的概念，了解功率在實際中的應(yīng)用，知道機械功率的概念，能簡單計算機械功率。能區(qū)分總功、有用功、額外功，理解機械效率。了解機械使用的歷史了展過程，認(rèn)識機械的使用對社會發(fā)展的作用?！局R要點導(dǎo)學(xué)】一、知識要點1、功包含兩個必要因素：一個是作用在物體上的，另一個是物體在這個方向上。2、在物理學(xué)中，把與的乘積叫做功。計算公式為：功在國際單位中的單位：。使用任何機械都，這叫做功的原理。3、為達(dá)到目的，必須要做的功叫做，而為達(dá)到目的，不得不多做的功叫把和的總和叫總功。4、和的比值叫機械效率。機械效率總是小于1。5、單位時間內(nèi)所做的功叫做；它是用來表示做功的快慢。在國際單位中，單位為：。6、物體由于而具有的能，叫做動能；質(zhì)量相同的物體，越大，它的動能越大；運動速度相同的物體，越大，它的動能越大。7、勢能分為兩種：物體由于被舉高而具有的能量叫，質(zhì)量相同的物體，越大，它的勢能越大；高度相同的物體，越大，它的勢能越大。物體由于所具有的能叫做彈性勢能。它的大小與有關(guān)8、和之和稱為機械能。動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化。如果只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，機械能的總和。二、要點梳理（一）功：正確理解“作用在物體上的力”和“物體在力的方向上通過的距離”，=1\*GB3①是做功的兩個必要因素，必須同時滿足，缺一不可。=2\*GB3②有力沒有距離（勞而無功），或者有距離沒有力（不勞無功），這些力都沒有對物體做功；特別要注意有力又有距離，但力的方向與距離垂直時，力也沒有做功，例如：物體沿水平地面而運動時，支持力和重力都不做。=3\*GB3③物體在力的方向上通過的距離，不一定是物體運動的實際距離，如提一袋米上樓梯，提力方向移動的距離是指豎直方向上的距離，而不是樓梯的實際長度。（二）正確理解功率的概念及功率與機械效率的區(qū)別：功率大小與做功多少無關(guān)，而是由做功多少和做功時間的長短共同決定的，是反映物體做功快慢的物理量。功率越大，表示功越快，但所做的功并不一定越多；對于功、功率、時間三個物理量，只有其中兩個因素確定了，才能確定第三者的大小。2、功率和機械效率是兩個完全不同的物理量，功率反映做功的快慢，機械效率則是反映有用功在總功中所占的比例，它們之間沒有必然的聯(lián)系，功率大的機械，效率不一定高，反之效率高的機械，功率不一定大，兩者不能混為一談。（三）功和能：1、物體能夠?qū)ν庾龉?，表明這個物體具有能量。特別要注意的是：正在做功的物體，說明具有能量，但沒有做功的物體，并不是說它不具有能量。2、力做功的過程是能量發(fā)生轉(zhuǎn)化的過程。高處的物體落下，重力做了功，物體的重力勢能減小、而轉(zhuǎn)化為了動能。（四）機械效率：有用功和總功在具體的實例中可以從這個角度區(qū)分：有用功就是不用任何機械，而直接對物體所做的功；總功就是使用了機械之后，動力所做的功。如用滑輪組提起貨物的過程：有用功就是不用滑輪組，直接提起物體所做的功即Gh，而用滑輪組拉繩子的自由端，所做的功Fs就是總功。（五）機械能是動能和勢能的統(tǒng)稱，運動物體的動能跟它的勢能的總和就是這個物體的機械能。如果沒有摩擦和介質(zhì)阻力，只有重力做功，物體的機械能將保持不變。例如：貨物被起重機勻速提升的過程中，貨物的動能不變，重力勢能增加，故其機械能也增加；一個在空中自由下落的物體（不考慮空氣阻力），重力勢能減少，動能增加，是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，但物體機械能總量保持不變。三、實驗技能：1、《斜面的機械效率》=1\*GB3①猜想：人們通過斜面拉動物體向上運動，需要克服摩擦阻力做功，因此斜面的機械效率必然與摩擦阻力做功的多少有關(guān)。摩擦阻力的大小由壓力及接觸面的粗糙程度決定，所以壓力及接觸面的粗糙程度都會影響到機械效率的高低。斜面的傾斜程度又會影響的物體對斜面的壓力大小。綜合以上分析：斜面的機械效率與斜面的粗糙程度和斜面的傾斜程度有關(guān)。=2\*GB3②在此僅僅探究：斜面的傾斜程度與其機械效率的關(guān)系。在實驗設(shè)計上則應(yīng)用“控制變量法”進(jìn)行，即控制斜面及木塊的粗糙程度不變而改變斜面的傾斜程度。=3\*GB3③需要測量的物理量的確定：使用斜面的目的是將物體升高，因此直接提物體所做的功就是有用功，這需要測量木塊的重和物體升高的距離；通過斜面將物體升高，拉力所做的功則是總功，應(yīng)測量拉力和斜面的長度。當(dāng)然在拉動木塊運動時應(yīng)保持勻速才能測出穩(wěn)定的拉力。=4\*GB3④實驗結(jié)論：斜面越傾斜，機械效率越高。2、《動能的大小與什么因素有關(guān)？》《重力勢能的大小與什么因素有關(guān)？》這兩個實驗的共同點是都是采用了“控制變量法”進(jìn)行探究的。在實驗設(shè)計中需要解決的兩個問題是：=1\*GB3①通過什么現(xiàn)象來確定物體的動能或勢能的大??？=2\*GB3②如何能實現(xiàn)對相關(guān)因素（如高度、速度）的控制？【典型例題點評】例1、（05.廣州）教學(xué)大樓每層樓高為３m，小明提著一重為50Ｎ的箱子，沿樓梯從一樓登上三樓，再沿三樓水平走廊走了４m進(jìn)入課室，從一樓到課室過程中小明對箱做的總功為Ａ．0JＢ．300JＣ．450JＤ．500J分析與解：小明在登上3樓的過程，提力做功：F=G，S=2h=6m,W=FS=300J.在水平走廊走時，因為提力與運動的方向垂直，所以提力不做功。因此從一樓到教室，小明做的總功為300J。正確答案：B。點評：此題重點考察功的兩要素和功的計算，在計算某個力做功時，應(yīng)先判斷這個力是否做功，確定這個力的方向上移動的距離，切記力的方向上通過的距離不一定是物體運動的實際距離。例2、（05.廣州）下列說法中正確的是Ａ．機械效率越高，機械做功一定越快Ｂ．做功越多的機械，機械效率一定越高Ｃ．功率越大的機械做功一定越多Ｄ．做功越快的機械，功率一定越大分析與解：功率是反映做功快慢的物理量，大小等于做功的多少與時間的比值。機械效率則是反映在使用機械時，有用功在總功中占的百分比。A機械效率高，不能說明機械做功快。B、做功多的機械，同樣不能說明機械效率高。C功率越大，只說明機械做功快，而不能說明做功多。正確答案：D點評：此題主要考察考生對功率、機械效率在兩個物理量的理解。它們都與功相關(guān)，但它們分別描述功的不同方面的特性，無法進(jìn)行大小的比較。例3、（05.南寧）圖14-1所示，小球由靜止從軌道最高處的A點滾下到最低處B點時，下列說法中正確的是（）A.小球在A點時只有動能，沒有重力勢能B.小球在A點時只有重力勢能，沒有動能C.小球從A點到B點的過程中，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能D.小球從A點到B點的過程中，機械能增加分析與解：物體的動能由其質(zhì)量、運動速度決定；重力勢能由質(zhì)量、被舉起的高度決定。所以小球在A點時，具有重力勢能；在B點則具有動能，從A點運動到B點，是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程。整個過程，如果不計摩擦阻力，則機械能守衡。正確答案：B點評：此題主要考察考動能與什么因素有關(guān)、重力勢能與什么因素有關(guān)，以及動能、重力勢能在實際的物體運動過程中相互轉(zhuǎn)化的分析。例4、（05.南通）在“測滑輪組機械效率”的實驗中，用同一滑輪組進(jìn)行了兩次實驗，實驗數(shù)據(jù)如下表所示．序號鉤碼重G/N鉤碼上升的高度h/cm彈簧測力計的示數(shù)F/N彈簧測力計移動的距離S/cm1250.6252481.1在表格的空格處，填上合適的數(shù)據(jù)．在圖14-2中用筆畫線代替細(xì)繩組裝滑輪組．(3)第1次實驗測得滑輪組的機械效率為________．(4)如果將重為3N的鉤碼掛在同一滑輪組下，根據(jù)題中已有的信息可以判斷出這時滑輪組的機械效率應(yīng)在___________范圍內(nèi)．分析與解：(1)由第一次實驗數(shù)據(jù)中可以看到：彈簧測力計移動的距離是鉤碼上升的高度的5倍，說明滑輪組是由5段繩子承擔(dān)總重量。所以在表格中，第二次彈簧測力計移動的距離應(yīng)該是40厘米(2)見14-3圖，一共是5段繩子。(3)第一次的機械效率第二次的機械效率(4)對于同一個滑輪組，其機械效率會隨著被提起的重物的質(zhì)量的增大而提高?，F(xiàn)提起的重物的重量恰好介于前兩次的鉤碼重量，所以此時機械效率的范圍應(yīng)在第一次與第二次的機械效率之間。即：66.7%<η<72.7%點評：此題考察考生對滑輪組特性的掌握情況及靈活運用的能力。對于滑輪組的特性主要有：=1\*GB3①用滑輪組吊起重物，拉力與重物的重力不一定存在倍數(shù)關(guān)系，但拉力拉繩子的自由端移動的距離與物體被提升的距離肯定存在倍數(shù)關(guān)系，而且這一倍數(shù)就是滑輪組所繞繩子的段數(shù)。=2\*GB3②有用功就是不用滑輪組，而直接提起物體所做的功即Gh，總功就是拉繩子的動力所做的功即FL。=3\*GB3③滑輪組的機械效率不是一成不變。同一個滑輪組，其機械效率隨吊起的物體的重力的增大而增大。例5（05.北京）如圖14-4所示，是一種居民樓電梯結(jié)構(gòu)的截面示意圖。A為電梯，廂底有兩個動滑輪B．其功能相當(dāng)于一個動滑輪，使用兩個動滑輪的好處是能幫助電梯保持穩(wěn)定。C為配重，起平衡作用。在拉力F作用下電梯廂能在電梯井中沿豎直通道上下運行。現(xiàn)有10個人同時乘坐電梯（每個人的質(zhì)量均按60kg計算），電梯廂以0.5m/s的速度勻速上升時，拉力為F1,F1的功率P1為10kw，動滑輪B的機械效率為η1；電梯廂運行了12m后，從電梯中下去了5個人，此后電梯廂以0.5m/s的速度勻速上升時，拉力為F2，F(xiàn)2的功率為P2，動滑輪B的機械效率為η2（不計繩重及滑輪摩擦，g取10N/kg）求：(l）η1：η2;

(2)拉力F2的功率P2。分析與解：在不計繩重及滑輪摩擦的情況下，拉力F與電梯廂重G1及人重G2的關(guān)系為：由此可得：電梯廂的重為；電梯上升的速度為v,則繩子端拉動的速度為2v所以：從電梯中下去了5個人后：機械效率之比：此時的拉力：點評：此題是一道綜合計算題，從實際生活中的電梯引出問題，考察的知識點有：功、功率、機械效率，動滑輪等內(nèi)容。要求考生能根據(jù)題目創(chuàng)設(shè)的理想條件，利用已知條件及動滑輪的特點，找到求解電梯廂的重力方法，由此求出整個機械的有用功和總功。【能力訓(xùn)練】（一）填空題一名舉重運動員在3s內(nèi)把質(zhì)量為100kg的杠鈴舉高1．8m，則此過程中該運動員做功的功率是W。(g取10N／kg)2、今天，小明是學(xué)校的升旗手，他將一面國旗在國歌聲中勻速升到旗桿頂端。（1）旗桿頂端裝有定滑輪，利用它來升國旗，目的是改變；（2）國旗勻速上升過程中能會逐漸增大；3、以同樣速度行駛的大卡車和小轎車，的動能大，所以在同樣的道路上，不同車型的限制車速是不同的，大卡車的最大行駛速度應(yīng)比小轎車（填“大”或“小”）4、小明直接用繩把一桶沙從地面吊到二樓，做功W1，提沙的機械效率為η1；小強利用動滑輪將同一桶沙從地面吊到二樓，做功W2，提沙的機械效率為η2。不計繩重，則W1

W2。η1η2。(選填“大于”、“小于”或“等于”)5、我們玩溜溜球時發(fā)現(xiàn)，如果不用力將球向下擲出，球就不能自動回到手中．?dāng)[球每次上升的高度都比前一次要低些，這是因為6、物體G的重為16N，手拉繩的力為10N。但物體被勻速拉動提高h(yuǎn)時，動滑輪的機械效率為（不考慮摩擦）。若想增大動滑輪的機械效率，可采用的方法是。7、如圖14-5所示，建筑工人用滑輪組提升重為220N的泥桶，動滑輪重為20N，不計滑輪與軸繩子的力為______N，拉力的功率為________W，滑輪組的機械效率為________.8、一架我國自行研制的殲-8Ⅱ戰(zhàn)斗機的質(zhì)量為1.5×103kg，發(fā)動機用8×104N的推力使飛機在10s內(nèi)前進(jìn)9、小剛要鋸開厚度均勻的木板，每拉一次，據(jù)條移動的距離為0.3m，所用的力為180N，連續(xù)拉鋸50次用了1min，這個過程中小剛做功為____________J，功率是___________W10一人師傅常利用斜面把重物搬運到汽車上。汽車車廂高度h=1.5m，斜面長度s=3m，現(xiàn)用力F沿斜面把重籮筐G=1800N的重物勻速拉到車上。若實際拉力F’=1200N，則該斜面的機械效率是__（二）選擇題1、在圖14-6的幾個情形中所提到的力沒有做功的是（）2、如圖14-7所示，用水平力F拉著重為100N的物體，在水平地面上向左勻速移動了5m，物體所受地面的摩擦力大小為20N，則A.重力做的功是500JB.拉力大小為100NC.拉力大小為120ND.拉力做的功為100J3、4月23日，南寧市某商場舉行首屆跑樓梯比賽，共有500多名選手參加。若要比較參賽者的功率大小，需測出的物理量是（）A.登樓所用的時間B.參賽者的體重，所登樓層的高度C.參賽者的體重，所登樓層的高度以及登樓所用的時間D.參賽者的體重，所登樓層的高度，登樓所用的時間以及參賽者通過的路程4、如圖14-8所示，一個質(zhì)量為50kg的人，在10s內(nèi)連續(xù)向上跳12個臺階，已知每個臺階的高度為0.2m，則這個人在這段時間內(nèi)的功率是（g取10NA.1200WB.10WC.12WD.120W5、關(guān)于力、距離、功與功率的關(guān)系，下列說法正確的是（）A．力越大，功率越大B．距離越長，功率越大C．做功越多，功率越大D．做功越快，功率越大6、正值農(nóng)忙季節(jié)，農(nóng)田需要大量的灌溉用水，若水泵在0.5h內(nèi)把360m3的水抽到5mA．1.8×106JB．3.6×106WC．10kWD．3.6×107W7、如圖（不計繩重與摩擦，且動滑輪重G動小于物重G），用它們分別將重相同的甲、乙兩物體勻速提升相同的高度，所用的拉力分別為F甲、F乙，它們的機械效率分別為η甲、η乙。則下列關(guān)系正確的是：A．F甲＜F乙B．F甲＞F乙C．η甲＜η乙D．η甲=η乙8、一個滑輪組經(jīng)改進(jìn)后提高了機械效率,用它把同一物體勻速提升同樣的高度，改進(jìn)后與改進(jìn)前相比()A.有用功減少，總功減少B．有用功增加，總功增加C.有用功不變，總功不變D．有用功不變，總功減少9、如圖14-10所示，是用于鍛煉身體的體育器材——跑步機。人在跑步機上可以實現(xiàn)快走或跑步動作，達(dá)到鍛煉身體的目的。下面關(guān)于人在跑步過程中的敘述，錯誤的是A．人對跑步機做了功B．人對跑步機沒有做功C．人體消耗的能量一部分轉(zhuǎn)化為跑步機的內(nèi)能D．腳底與跑步機間有摩擦作用AUTONUM0、如圖所示，在水平拉力F作用下，使重40N的物體A勻速移動5m，物體A受到地面的摩擦力為5N，不計滑輪、繩子的重力及滑輪與繩子間的摩擦，拉力F做的功為（）A．50J B．25J C．100J D．200J11、下列物理量單位間的關(guān)系不正確的是（）A．1Pa=1N/m2 B．1W=1N·m C．1Ω=1V/A D．1A=1C/s12、同學(xué)們在探究“影響滑輪組機械效率高低的因素”時提出了下列假設(shè)（1）滑輪組機械效率高低可能與動滑輪重有關(guān)（2）滑輪組機械效率高低可能與被提物重有關(guān)（3）滑輪組機械效率高低可能與物體提升高度有關(guān)（3）滑輪組機械效率高低可能與與承重繩子段數(shù)有關(guān)然后一位同學(xué)設(shè)計了如圖所示的兩個滑輪組，進(jìn)行對比實驗來驗證提出的假設(shè)，則該實驗驗證的假設(shè)是（）A.（1）B.（2）C.（3）D.（4）13、下列實例中機械能不變化的是（）A、飛機在空中水平勻速飛行B、運載火箭迅速升入高空C、貨物沿傾斜木板慢慢滑下D、短跑運動員加速沖刺14、一個小朋友從滑梯上勻速滑下來的過程中，下列說法正確的是()A、動能減小，重力勢能減小，機械能減小Ｂ、動能減小，重力勢能增大，機械能減小C、動能不變，重力勢力減小，機械能減小D、動能不變，重力勢能減小，機械能不變15、跳傘運動員跳出飛機艙門,打開降落傘前他下降的速度越來越大,這一過程運動員的A．動能增大，重力勢能增大B．動能增大，重力勢能減小C．動能減小，重力勢能增大D．動能減小，重力勢能減?。ㄈ嶒炋骄款}：在做“測滑輪組機械效率”的實驗中，小強和同學(xué)們組裝了如圖所示的甲、乙兩個滑輪組（每只滑輪重都相同，不計摩擦和繩重）。（1）對于甲圖所示的滑輪組，如果沒有刻度尺，只要測出鉤碼重G，然后豎直向上勻速拉動彈簧秤使鉤碼升高，從彈簧秤上讀出拉力值F，即可算出該滑輪組的機械效率η=。（2）比較甲、乙兩滑輪組的機械效率，可知η甲η乙（選填：＞、＜或＝）。（3）實驗后小強猜想，對于同一滑輪組（例如圖乙），它的機械效率也可能不是固定的，于是他用實驗進(jìn)行了探究，并證明自己的猜想是正確的。你認(rèn)為小強應(yīng)采用的正確方法是什么？答：（四）計算題1、某地區(qū)的平均風(fēng)速是6.0m/s，已知空氣的密度是1.2㎏／m3．此地有一風(fēng)車，