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初中物理人教版八年级下册第十一章 功和机械能综合与测试达标测试
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这是一份初中物理人教版八年级下册第十一章 功和机械能综合与测试达标测试，共10页。试卷主要包含了选择题，填空题，实验探究题，综合题等内容，欢迎下载使用。
初中物理·人教版·八年级下册——本章检测卷
第十一章 功和机械能
本章检测
满分:100分,限时:45分钟
一、选择题(每小题3分,共27分)
1.(2021湖南常德中考)下面四幅图中所描述的力,对物体做了功的是 ( )
2.(2021独家原创试题)如图11-5-1所示,在2021年7月1日庆祝建党100周年大会上,解放军首次以三个编队15架歼-20战机飞过天安门广场上空。若忽略战机飞行过程中自身质量的变化,下列有关说法正确的是 ( )
图11-5-1
A.战机在加速升空时,其动能增加,重力势能减小
B.战机在减速降落时,其动能减小,重力势能减小
C.战机在水平匀速通过天安门广场上空时,其机械能守恒
D.战机在水平匀速转向时,其动能不变,机械能增加
3.(2021安徽中考)图11-5-2所示为游乐场中在竖直面内转动的摩天轮,小红乘坐该摩天轮时速度大小不变,则她从最低点上升到最高点的过程中 ( )
图11-5-2
A.动能减小 B.重力势能不变
C.机械能增大 D.机械能不变
4.(2021天津模拟)有甲、乙两个完全相同的小球,在同一高度以大小相等的速度,将甲球竖直向下抛出、将乙球竖直向上抛出,如图11-5-3所示。不计空气阻力,下列说法正确的是 ( )
图11-5-3
A.刚抛出时刻,甲球的动能大于乙球的动能
B.刚抛出时刻,甲球的动能小于乙球的动能
C.两球在各自刚落地的一瞬间,动能不相等
D.两球在各自刚落地的一瞬间,动能相等
5.(2021云南自贡中考)一位摄影爱好者采用在同一张底片上多次曝光的方法,拍摄了极限跳伞运动员从悬崖上跳下的过程。从运动员离开悬崖时开始,每隔0.3 s曝光一次,得到了一张记录运动员在打开降落伞之前的一段下落情况的照片,如图11-5-4。已知运动员从a点到d点可视为沿竖直方向运动,通过ab、bc和cd的时间间隔均为0.6 s,空气阻力不能忽略。对于运动员从a点到d点的下落过程,下列分析中正确的是 ( )
图11-5-4
A.运动员下落过程中的速度的大小保持不变
B.运动员所受的重力在ab段所做的功等于在cd段所做的功
C.运动员所受的重力在ab段做功比在cd段做功慢
D.运动员下落过程中减少的重力势能全部转化为动能
6.(2020河北邢台一模)如图11-5-5所示,在光滑的水平台面上,弹簧(质量不计)左端固定,右端连接一金属小球,O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置,然后释放小球,小球就在A、B间做往复运动(已知AO=OB)。下列判断正确的是 ( )
图11-5-5
A.小球从A点运动到O点的过程中,小球的动能不断减小
B.小球从A点运动到O点时其动能与弹簧的弹性势能相等
C.小球从O点运动到B点的过程中,小球的动能不断增加
D.小球在O、B间任一位置动能和弹簧的弹性势能之和保持不变
7.(2021浙江绍兴中考)滑板是深受青少年喜欢的一项体育运动。如图11-5-6是U形滑台和运动员姿势的简化示意图。运动员在滑台A处由静止自由下滑,不计滑台摩擦和空气阻力,仅依靠滑行过程中运动员姿势的自然(不用力)变化,最有可能滑到滑台C处的是 ( )
图11-5-6
8.(2020江苏无锡江阴青阳期中)原长为l的橡皮筋一端固定在O点,另一端悬挂一个小钢球,将钢球从O点释放,钢球运动到A点后开始向上返回,O、A两点间高度为2l。选项图中,能反映钢球从O点运动到A点的过程中,其动能随运动距离变化的关系图像的是 ( )
图11-5-7
9.(2021黑龙江大庆中考)一定质量的物体在水平拉力的作用下沿同一水平面做直线运动,其路程(s)-时间(t)关系如图11-5-8所示,下列正确的是 ( )
图11-5-8
A.物体20 s时的速度大于8 s时的速度
B.0~12 s物体所受的拉力大于12~24 s物体所受的拉力
C.0~12 s拉力做的功大于12~24 s拉力做的功
D.0~12 s拉力做功的功率小于12~24 s拉力做功的功率
二、填空题(每空2分,共22分)
10.(2021海南中考)中学生要养成文明的行为习惯,严禁高空抛物。如果一个重0.5 N的鸡蛋从20 m高处自由下落,不计空气阻力,下落过程中鸡蛋的重力势能转化为 能,重力对鸡蛋所做的功为 J。
11.(2021湖北宜昌中考)小勇放学后,背着重40 N的书包沿水平路面走了200 m,用时3 min,又用1 min爬上了大约9 m高的四楼回到了家,小勇的重力为600 N。则他在回家过程中对书包所做的功为 J,他所做总功的功率是 W。
12.(2021云南昆明二模)2020年12月起,昆明交警在昆玉高速上采用无人机对道路交通违法行为进行抓拍,如图11-5-9是无人机工作时的场景,无人机在加速上升的过程中动能 ,机械能 。(选填“增大”、“减小”或“不变”)
图11-5-9
13.(2021广东广州从化一模)重为G的小球以速度为0 m/s释放,下落的小球先后经过A、B、C三点,位置如图11-5-10所示,小球在A到B过程中,动能 ,重力势能 (两空选填“增加”“不变”或“减少”);小球在BC段受到弹力的作用,方向为 (选填“竖直向上”或“竖直向下”);落到C点时速度为0 m/s,小球在BC段的重力势能 ,弹簧弹性势能 (两空选填“增加”“不变”或“减少”)。
图11-5-10
三、实验探究题(14题8分,15题14分,共22分)
14.(2021江苏扬州高邮二模)“探究物体动能大小与哪些因素有关”实验中,小华让质量不同的小球从同一斜面同一高度由静止释放,撞击同一木块,木块被撞出一段距离,如图11-5-11甲所示(忽略小球与接触面的摩擦以及撞击过程中的能量损失,图乙中球离开弹簧前的接触面光滑,离开后接触面粗糙)。
图11-5-11
(1)将质量不同的小球从同一高度由静止释放的目的是 。
(2)该实验是通过观察 来反映小球的动能大小。
(3)小明同学将实验装置改进成图乙所示,用同一小球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放,撞击同一木块,将木块撞出一段距离进行比较,可以研究小球的动能大小与 (选填“质量”或“速度”)的关系。
(4)小明觉得利用图乙的装置,也能探究小球的动能大小与质量的关系。只需利用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放,撞击同一木块;小华觉得将质量不同的小球从同一高度静止释放(图丙)撞击同一木块,也能探究小球的动能大小与质量的关系 (选填“小明”或“小华”)的设计方案不可行。
15.某物理学习小组为了探究重力势能的大小与什么因素有关,做了如下猜想:重力势能的大小可能与物体的高度和质量有关。
根据猜想,小明做了如下探究:用一个铁架台、小沙盒、小钢球,让小钢球从不同高度下落,落在细沙上(如图11-5-12所示)。
图11-5-12
(1)该装置是通过观察 来判断物体重力势能的大小的。
(2)小明设计的实验是探究猜想:物体的重力势能与 有关,通过实验观察到的现象是当小球离细沙的高度为h1下落时比高度为h2下落时小球陷入得深些,说明了在 一定的条件下, 越大,物体的重力势能就越大。
(3)为了探究重力势能的大小与另一个因素的关系,请你在以上实验的基础上,再选择一个器材进行探究并简述你的实验方案。
你选择的器材是 ;
你的实验方案:
;
得出的结论是:
。
四、综合题(16题9分,17题8分,18题12分,共29分)
16.(2021独家原创试题)阅读短文,回答问题。
白鹤滩水电站
图11-5-13
白鹤滩水电站(如图11-5-13所示)是在建规模全球第一、单机容量世界第一、装机规模全球第二大水电站,它位于四川省凉山州宁南县和云南省昭通市巧家县境内,是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级电站,具有以发电为主,兼有防洪、拦沙、改善下游航运条件和发展库区通航等综合效益。水库正常蓄水位825米,相应库容206亿立方米,地下厂房装有16台机组,初拟装机容量1 600万千瓦,多年平均发电量602.4亿千瓦时。
(1)水库中的水蕴含巨大的 能,当其从高处流到低处时, 做功,将 能转化为 能,从而推动水轮机发电。
(2)如图11-5-14所示,水库大坝总是建成上窄下宽的梯形,请说明将大坝建成这种形状的物理学道理。
图11-5-14
图11-5-15
(3)建设水电站选址时,是选择图11-5-15甲所示的A址好还是选择图乙所示的B址好?请说明理由。
17.(2021湖南长沙三模)“熊猫空中列车”是我国建造的世界第一列以锂电池动力包为牵引动力的空中悬挂式轨道列车(如图11-5-16所示),它牵引力的功率可达135 kW。某次试验过程中,它以最大功率匀速行驶100 s,完成的距离为1.5 km。求列车在该次试验过程中:
(1)行驶的速度;
(2)牵引力做的功;
(3)牵引力的大小。
图11-5-16
18.(2019贵州六盘水期末)在一次物理拓展课上,老师用如图11-5-17所示的装置为大家讲解了重力势能和动能的计算公式。重力势能的表达式为Ep=mgh,动能的表达式为Ek=12mv2。在能量守恒的状态下,物体的重力势能会全部转化为动能,两者大小相等。在动能全部转化为某个力做的功时,两者在数值上也是相等的。如图所示,图中半径为r=0.45 m的14光滑圆弧轨道AB与粗糙平面BC相连,质量m=2 kg的小物块由静止开始从A点滑下,经B点进入水平面,最后静止在C点。求:(g取10 N/kg)
(1)小物块在A点的重力势能?
(2)小物块经B点时的速度大小?
(3)小物块沿水平面运动过程中克服摩擦力做多少功?
(4)若将BC面换成平直光滑的轨道,则小物块的做功情况是怎样的?为什么?
图11-5-17
第十一章 功和机械能
本章检测
一、选择题
1.A 小车在推力的作用下向前运动了一段距离,小车在力的方向上通过了距离,所以力做了功,故A符合题意;用力搬石头,但未搬动,有力作用在物体上,但没有移动距离,所以力不做功,故B不符合题意;叉车托着货物停在水平地面上、手提着滑板在水平路上前行,叉车和手对物体都有力的作用,但没有在力的方向上通过距离,所以力不做功,故C、D不符合题意。
2.B 战机在加速升空时,其速度增加,高度增加,所以动能增加,重力势能增加,故A错误;战机在减速降落时,其速度减小,高度减小,所以动能减小,重力势能减小,故B正确;战机在水平匀速通过天安门广场上空时,由于需要克服空气阻力,将部分机械能转化为其他形式的能,所以战机的机械能不守恒,故C错误;战机在水平匀速转向时,其速度大小不变,高度不变,所以动能不变,重力势能不变,机械能不变,故D错误。
3.C 摩天轮运转速度大小不变,说明小红的速度大小不变,小红质量也不变,所以她的动能大小不变,故A错误;她从最低点上升到最高点的过程中,质量不变,高度增大,重力势能增大,故B错误;小红的动能不变,重力势能变大,所以她的机械能增大,故C正确,D错误。
4.D 由题意可知,两小球的质量相等,抛出后的速度大小和高度都相等,因此,刚抛出时,两球的动能和重力势能的大小均相等,故A、B错误;由于不计空气阻力,在上升和下落的过程中,只有重力做功,因此,小球的机械能守恒,所以,两小球落地时的动能大小相等,故C错误,D正确。
5.C 运动员下落过程中在相同时间内通过的距离不同,因此他的速度的大小是变化的,故A错误;运动员在ab段与cd段通过的距离不同,且运动员的重力不变,由公式W=Gh可知,其所受的重力在ab段所做的功不等于在cd段所做的功,故B错误;运动员在ab段比在cd段通过的距离短,因此相同时间内做功少,即重力在ab段做功比在cd段做功慢,故C正确;由于空气阻力不能忽略,所以运动员下落过程中克服空气阻力会消耗一部分机械能,所以减少的重力势能并没有全部转化为动能,故D错误。
6.D 小球从A点运动到O点的过程中,动能逐渐增大;小球从O点运动到B点的过程中,动能逐渐减小,故A、C错误;小球运动到O点时的速度最大,动能最大,弹簧恢复到原长,弹性势能为零,所以动能和弹性势能不相等,故B错误;水平台面光滑,且AO=OB,说明小球和弹簧组成的整体机械能守恒,所以小球在O、B间任一位置的动能和弹簧的弹性势能之和保持不变,故D正确。
7.B 若运动员站立着从A开始滑行,到达U形滑台另一侧最高位置B点时,若是站立着,则此时重力势能等于在A点的重力势能,动能为零,所以运动员不会继续向前滑行,就不会到达C点,故A错误;若运动员站立着从A开始滑行,到达U形滑台另一侧最高位置B点时,若是全蹲着,则此时重力势能小于在A点的重力势能,则在A点的部分重力势能转化为动能,动能此时不为零,所以运动员会继续向前滑行,就可能会到达C点,故B正确;若运动员全蹲着从A开始滑行,到达U形滑台另一侧最高位置B点时,也应该是全蹲着,因为若是站着到达或者平蹲着到达B点,则运动员在B点的重力势能大于在初始的A点的重力势能,故C、D错误。
8.C 小球从O点下降l过程中,重力势能转化为动能,小球做加速运动,动能逐渐变大;小球继续下降至A点过程中,重力先大于弹力,所以小球做加速运动,速度增大,动能增大;当重力等于弹力时,速度最大,动能最大,因此,动能最大的点在大于l的位置;当重力小于弹力时,小球的速度变小,动能减小,动能会转化为橡皮筋的弹性势能,到达最低点时,其动能为0。所以,对照选项中的图像可知,只有C图符合题意。
9.C 由图像可知,物体0~12 s运动过程中的速度大于12~24 s运动过程中的速度,即物体20 s时的速度小于8 s时的速度,故A错误;由图像可知,物体在0~12 s和12~24 s均做匀速直线运动,拉力等于摩擦力,同一物体对水平面压力相等,接触面的粗糙程度不变,故物体受到的摩擦力相等,所以0~12 s物体所受的拉力等于12~24 s物体所受的拉力,故B错误;0~12 s物体所受的拉力等于12~24 s物体所受的拉力,物体0~12 s通过的路程大于12~24 s通过的路程,由W=Fs可知,0~12 s拉力做的功大于12~24 s拉力做的功,故C正确;0~12 s拉力做的功大于12~24 s拉力做的功,而两段时间相同,所以,0~12 s拉力做功的功率大于12~24 s拉力做功的功率,故D错误。
二、填空题
10.答案 动 10
解析 鸡蛋下落过程中,不计空气阻力,质量不变,高度减小,重力势能减小;速度增加,动能增大,重力势能转化为动能;重力对鸡蛋所做的功为:W=Gh=0.5 N×20 m=10 J。
11.答案 360 24
解析 小勇回家过程中对书包的作用力沿竖直方向,所以他背着书包在水平路面行走时,他对书包不做功,只在爬楼过程对书包做了功,所做的功W=Gh=40 N×9 m=360 J;上楼时,克服自身重力做的功W人=G人h=600 N×9 m=5 400 J,整个过程做的总功W总=W+W人=360 J+5 400 J=5 760 J,所做总功的功率P=W总t总=5 760J240s=24 W。
12.答案 增大 增大
解析 无人机在加速上升的过程中,它的质量不变,速度增大,所以动能增大;质量不变,高度增加,所以重力势能增加;因机械能等于动能和势能的总和,所以机械能增大。
13.答案 增加 减少 竖直向上 减少 增加
解析 小球在A到B过程中,质量不变,高度变小,重力势能减少,速度变大,动能增加;小球在BC段受到弹力的作用,弹簧被压缩,所以产生的弹力的方向是竖直向上的;小球在BC段的质量不变,高度减小,重力势能减少;弹簧的弹性形变程度增加,弹性势能增加。
三、实验探究题
14.答案 (1)控制速度相同 (2)木块移动的距离 (3)速度
(4)小明
解析 (1)根据实验的要求可知,将质量不同的小球从同一高度由静止释放的目的是控制小球到达水平面时速度相同,即控制速度相同;(2)根据转换法,实验中是通过观察木块移动的距离判断出小球具有的动能的大小;(3)用同一小球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放,弹簧的弹性势能不相同,小球与弹簧分开后获得的初速度不同,而小球的质量相同,故可以研究小球的动能大小与速度的关系;(4)将质量不同的小球从同一高度静止释放撞击同一木块,小球的速度相同,质量不同,故能探究小球的动能大小与质量的关系;由图乙的装置可知,若用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放,弹簧弹性势能相同,转化为的动能相同,如果按此方案操作,可以观察到的现象是木块最终移动的距离相同,故小明的设计方案不可行。
15.答案 (1)小钢球陷入沙坑的深度 (2)高度 质量 高度 (3)与小钢球体积相等的塑料球(或等体积的不同质量的其他小球等) 让塑料球从高度h1(或等高度)的位置下落,观察塑料球陷入沙坑的深度 在高度一定的条件下,质量越大,物体具有的重力势能就越大
解析 (1)高处的小钢球具有重力势能,具有的重力势能越大,落下时陷入沙坑越深,所以本实验是通过观察小钢球陷入沙坑的深度来判断物体重力势能的大小的;(2)重力势能的大小与质量和高度有关,小明设计的实验使同一小钢球从不同高度落下,控制了质量不变,可以探究重力势能的大小与高度的关系;(3)为了探究重力势能的大小与另一个因素——质量的关系,应该控制高度不变,只改变小球的质量,因此应该选择一个与该小钢球质量不同的小球,同时为了防止因小球的体积不同,而影响小球陷入沙坑的效果,还应该使小球的体积与该小钢球相同。
四、综合题
16.答案 (1)机械 重力 重力势 动 (2)见解析 (3)见解析
解析 (1)水库位置较高,存水量较大,这些水储存了大量的机械能,当水从高处流到低处时,重力做功,将重力势能转化为动能,进而推动水轮发电机发电。(2)大坝做成“上窄下宽”的物理学道理是:从坝体对地基的作用看,坝体上窄下宽,可以增大地基的受力面积,减小坝体对地基的压强;从水对坝体的作用看,因为水的压强随深度的增大而增大,所以大坝通常筑成上窄下宽的形状,可以承受更大的液体压强。(3)B址与A址相比,B址的地势低,与水库的水位落差更大,相同质量的水下落时,重力势能转化成的动能更多,推动水轮机发的电也更多。所以,建设水电站选址时,从能量利用角度来看,应选择B址。
17.答案 (1)15 m/s (2)1.35×107 J (3)9×103 N
解析 (1)路程s=1.5 km=1.5×103 m,行驶的速度为:v=st=1.5×103 m100s=15 m/s;(2)牵引力做的功为:W=Pt=135×103 W×100 s=1.35×107 J;(3)牵引力的大小为:F=Ws=1.35×107 J1.5×103 m=9×103 N。
18.答案 (1)9 J (2)3 m/s (3)9 J (4)若将BC面换成平直光滑的轨道,则小物块不做功,因为在力的方向上没有距离。
解析 (1)小物块在A点的重力势能:Ep=mgh=2 kg×10 N/kg×0.45 m=9 J。
(2)物块由A点滑到B点的过程中,经过的是光滑圆弧轨道AB,没有摩擦,物体的重力势能全部转化为动能,即Ep=Ek=9 J,在B点时,物体的动能Ek=12mv2,所以小物块经B点时的速度:v=2Ekm=2×9J2kg=3 m/s。
(3)小物块沿水平面运动过程中只有摩擦力做功,物体先运动,最后静止,原先所具有的能量全部用来克服摩擦力做功了,所以小物块沿水平面运动过程中克服摩擦力做功:W=Ek=9 J。
(4)若将BC面换成平直光滑的轨道,则小物块在水平面上只受重力和支持力,重力方向竖直向下,支持力方向竖直向上,在力的方向上没有移动距离,所以小物块此时不做功,即做功为零。
初中物理·人教版·八年级下册——本章检测卷
第十一章 功和机械能
本章检测
满分:100分,限时:45分钟
一、选择题(每小题3分,共27分)
1.(2021湖南常德中考)下面四幅图中所描述的力,对物体做了功的是 ( )
2.(2021独家原创试题)如图11-5-1所示,在2021年7月1日庆祝建党100周年大会上,解放军首次以三个编队15架歼-20战机飞过天安门广场上空。若忽略战机飞行过程中自身质量的变化,下列有关说法正确的是 ( )
图11-5-1
A.战机在加速升空时,其动能增加,重力势能减小
B.战机在减速降落时,其动能减小,重力势能减小
C.战机在水平匀速通过天安门广场上空时,其机械能守恒
D.战机在水平匀速转向时,其动能不变,机械能增加
3.(2021安徽中考)图11-5-2所示为游乐场中在竖直面内转动的摩天轮,小红乘坐该摩天轮时速度大小不变,则她从最低点上升到最高点的过程中 ( )
图11-5-2
A.动能减小 B.重力势能不变
C.机械能增大 D.机械能不变
4.(2021天津模拟)有甲、乙两个完全相同的小球,在同一高度以大小相等的速度,将甲球竖直向下抛出、将乙球竖直向上抛出,如图11-5-3所示。不计空气阻力,下列说法正确的是 ( )
图11-5-3
A.刚抛出时刻,甲球的动能大于乙球的动能
B.刚抛出时刻,甲球的动能小于乙球的动能
C.两球在各自刚落地的一瞬间,动能不相等
D.两球在各自刚落地的一瞬间,动能相等
5.(2021云南自贡中考)一位摄影爱好者采用在同一张底片上多次曝光的方法,拍摄了极限跳伞运动员从悬崖上跳下的过程。从运动员离开悬崖时开始,每隔0.3 s曝光一次,得到了一张记录运动员在打开降落伞之前的一段下落情况的照片,如图11-5-4。已知运动员从a点到d点可视为沿竖直方向运动,通过ab、bc和cd的时间间隔均为0.6 s,空气阻力不能忽略。对于运动员从a点到d点的下落过程,下列分析中正确的是 ( )
图11-5-4
A.运动员下落过程中的速度的大小保持不变
B.运动员所受的重力在ab段所做的功等于在cd段所做的功
C.运动员所受的重力在ab段做功比在cd段做功慢
D.运动员下落过程中减少的重力势能全部转化为动能
6.(2020河北邢台一模)如图11-5-5所示,在光滑的水平台面上,弹簧(质量不计)左端固定,右端连接一金属小球,O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置,然后释放小球,小球就在A、B间做往复运动(已知AO=OB)。下列判断正确的是 ( )
图11-5-5
A.小球从A点运动到O点的过程中,小球的动能不断减小
B.小球从A点运动到O点时其动能与弹簧的弹性势能相等
C.小球从O点运动到B点的过程中,小球的动能不断增加
D.小球在O、B间任一位置动能和弹簧的弹性势能之和保持不变
7.(2021浙江绍兴中考)滑板是深受青少年喜欢的一项体育运动。如图11-5-6是U形滑台和运动员姿势的简化示意图。运动员在滑台A处由静止自由下滑,不计滑台摩擦和空气阻力,仅依靠滑行过程中运动员姿势的自然(不用力)变化,最有可能滑到滑台C处的是 ( )
图11-5-6
8.(2020江苏无锡江阴青阳期中)原长为l的橡皮筋一端固定在O点,另一端悬挂一个小钢球,将钢球从O点释放,钢球运动到A点后开始向上返回,O、A两点间高度为2l。选项图中,能反映钢球从O点运动到A点的过程中,其动能随运动距离变化的关系图像的是 ( )
图11-5-7
9.(2021黑龙江大庆中考)一定质量的物体在水平拉力的作用下沿同一水平面做直线运动,其路程(s)-时间(t)关系如图11-5-8所示,下列正确的是 ( )
图11-5-8
A.物体20 s时的速度大于8 s时的速度
B.0~12 s物体所受的拉力大于12~24 s物体所受的拉力
C.0~12 s拉力做的功大于12~24 s拉力做的功
D.0~12 s拉力做功的功率小于12~24 s拉力做功的功率
二、填空题(每空2分,共22分)
10.(2021海南中考)中学生要养成文明的行为习惯,严禁高空抛物。如果一个重0.5 N的鸡蛋从20 m高处自由下落,不计空气阻力,下落过程中鸡蛋的重力势能转化为 能,重力对鸡蛋所做的功为 J。
11.(2021湖北宜昌中考)小勇放学后,背着重40 N的书包沿水平路面走了200 m,用时3 min,又用1 min爬上了大约9 m高的四楼回到了家,小勇的重力为600 N。则他在回家过程中对书包所做的功为 J,他所做总功的功率是 W。
12.(2021云南昆明二模)2020年12月起,昆明交警在昆玉高速上采用无人机对道路交通违法行为进行抓拍,如图11-5-9是无人机工作时的场景,无人机在加速上升的过程中动能 ,机械能 。(选填“增大”、“减小”或“不变”)
图11-5-9
13.(2021广东广州从化一模)重为G的小球以速度为0 m/s释放,下落的小球先后经过A、B、C三点,位置如图11-5-10所示,小球在A到B过程中,动能 ,重力势能 (两空选填“增加”“不变”或“减少”);小球在BC段受到弹力的作用,方向为 (选填“竖直向上”或“竖直向下”);落到C点时速度为0 m/s,小球在BC段的重力势能 ,弹簧弹性势能 (两空选填“增加”“不变”或“减少”)。
图11-5-10
三、实验探究题(14题8分,15题14分,共22分)
14.(2021江苏扬州高邮二模)“探究物体动能大小与哪些因素有关”实验中,小华让质量不同的小球从同一斜面同一高度由静止释放,撞击同一木块,木块被撞出一段距离,如图11-5-11甲所示(忽略小球与接触面的摩擦以及撞击过程中的能量损失,图乙中球离开弹簧前的接触面光滑,离开后接触面粗糙)。
图11-5-11
(1)将质量不同的小球从同一高度由静止释放的目的是 。
(2)该实验是通过观察 来反映小球的动能大小。
(3)小明同学将实验装置改进成图乙所示,用同一小球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放,撞击同一木块,将木块撞出一段距离进行比较,可以研究小球的动能大小与 (选填“质量”或“速度”)的关系。
(4)小明觉得利用图乙的装置,也能探究小球的动能大小与质量的关系。只需利用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放,撞击同一木块;小华觉得将质量不同的小球从同一高度静止释放(图丙)撞击同一木块,也能探究小球的动能大小与质量的关系 (选填“小明”或“小华”)的设计方案不可行。
15.某物理学习小组为了探究重力势能的大小与什么因素有关,做了如下猜想:重力势能的大小可能与物体的高度和质量有关。
根据猜想,小明做了如下探究:用一个铁架台、小沙盒、小钢球,让小钢球从不同高度下落,落在细沙上(如图11-5-12所示)。
图11-5-12
(1)该装置是通过观察 来判断物体重力势能的大小的。
(2)小明设计的实验是探究猜想:物体的重力势能与 有关,通过实验观察到的现象是当小球离细沙的高度为h1下落时比高度为h2下落时小球陷入得深些,说明了在 一定的条件下, 越大,物体的重力势能就越大。
(3)为了探究重力势能的大小与另一个因素的关系,请你在以上实验的基础上,再选择一个器材进行探究并简述你的实验方案。
你选择的器材是 ;
你的实验方案:
;
得出的结论是:
。
四、综合题(16题9分,17题8分,18题12分,共29分)
16.(2021独家原创试题)阅读短文,回答问题。
白鹤滩水电站
图11-5-13
白鹤滩水电站(如图11-5-13所示)是在建规模全球第一、单机容量世界第一、装机规模全球第二大水电站,它位于四川省凉山州宁南县和云南省昭通市巧家县境内,是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级电站,具有以发电为主,兼有防洪、拦沙、改善下游航运条件和发展库区通航等综合效益。水库正常蓄水位825米,相应库容206亿立方米,地下厂房装有16台机组,初拟装机容量1 600万千瓦,多年平均发电量602.4亿千瓦时。
(1)水库中的水蕴含巨大的 能,当其从高处流到低处时, 做功,将 能转化为 能,从而推动水轮机发电。
(2)如图11-5-14所示,水库大坝总是建成上窄下宽的梯形,请说明将大坝建成这种形状的物理学道理。
图11-5-14
图11-5-15
(3)建设水电站选址时,是选择图11-5-15甲所示的A址好还是选择图乙所示的B址好?请说明理由。
17.(2021湖南长沙三模)“熊猫空中列车”是我国建造的世界第一列以锂电池动力包为牵引动力的空中悬挂式轨道列车(如图11-5-16所示),它牵引力的功率可达135 kW。某次试验过程中,它以最大功率匀速行驶100 s,完成的距离为1.5 km。求列车在该次试验过程中:
(1)行驶的速度;
(2)牵引力做的功;
(3)牵引力的大小。
图11-5-16
18.(2019贵州六盘水期末)在一次物理拓展课上,老师用如图11-5-17所示的装置为大家讲解了重力势能和动能的计算公式。重力势能的表达式为Ep=mgh,动能的表达式为Ek=12mv2。在能量守恒的状态下,物体的重力势能会全部转化为动能,两者大小相等。在动能全部转化为某个力做的功时,两者在数值上也是相等的。如图所示,图中半径为r=0.45 m的14光滑圆弧轨道AB与粗糙平面BC相连,质量m=2 kg的小物块由静止开始从A点滑下,经B点进入水平面,最后静止在C点。求:(g取10 N/kg)
(1)小物块在A点的重力势能?
(2)小物块经B点时的速度大小?
(3)小物块沿水平面运动过程中克服摩擦力做多少功?
(4)若将BC面换成平直光滑的轨道,则小物块的做功情况是怎样的?为什么?
图11-5-17
第十一章 功和机械能
本章检测
一、选择题
1.A 小车在推力的作用下向前运动了一段距离,小车在力的方向上通过了距离,所以力做了功,故A符合题意;用力搬石头,但未搬动,有力作用在物体上,但没有移动距离,所以力不做功,故B不符合题意;叉车托着货物停在水平地面上、手提着滑板在水平路上前行,叉车和手对物体都有力的作用,但没有在力的方向上通过距离,所以力不做功,故C、D不符合题意。
2.B 战机在加速升空时,其速度增加,高度增加,所以动能增加,重力势能增加,故A错误;战机在减速降落时,其速度减小,高度减小,所以动能减小,重力势能减小,故B正确;战机在水平匀速通过天安门广场上空时,由于需要克服空气阻力,将部分机械能转化为其他形式的能,所以战机的机械能不守恒,故C错误;战机在水平匀速转向时,其速度大小不变,高度不变,所以动能不变,重力势能不变,机械能不变,故D错误。
3.C 摩天轮运转速度大小不变,说明小红的速度大小不变,小红质量也不变,所以她的动能大小不变,故A错误;她从最低点上升到最高点的过程中,质量不变,高度增大,重力势能增大,故B错误;小红的动能不变,重力势能变大,所以她的机械能增大,故C正确,D错误。
4.D 由题意可知,两小球的质量相等,抛出后的速度大小和高度都相等,因此,刚抛出时,两球的动能和重力势能的大小均相等,故A、B错误;由于不计空气阻力,在上升和下落的过程中,只有重力做功,因此,小球的机械能守恒,所以,两小球落地时的动能大小相等,故C错误,D正确。
5.C 运动员下落过程中在相同时间内通过的距离不同,因此他的速度的大小是变化的,故A错误;运动员在ab段与cd段通过的距离不同,且运动员的重力不变,由公式W=Gh可知,其所受的重力在ab段所做的功不等于在cd段所做的功,故B错误;运动员在ab段比在cd段通过的距离短,因此相同时间内做功少,即重力在ab段做功比在cd段做功慢,故C正确;由于空气阻力不能忽略,所以运动员下落过程中克服空气阻力会消耗一部分机械能,所以减少的重力势能并没有全部转化为动能,故D错误。
6.D 小球从A点运动到O点的过程中,动能逐渐增大;小球从O点运动到B点的过程中,动能逐渐减小,故A、C错误;小球运动到O点时的速度最大,动能最大,弹簧恢复到原长,弹性势能为零,所以动能和弹性势能不相等,故B错误;水平台面光滑,且AO=OB,说明小球和弹簧组成的整体机械能守恒,所以小球在O、B间任一位置的动能和弹簧的弹性势能之和保持不变,故D正确。
7.B 若运动员站立着从A开始滑行,到达U形滑台另一侧最高位置B点时,若是站立着,则此时重力势能等于在A点的重力势能,动能为零,所以运动员不会继续向前滑行,就不会到达C点,故A错误;若运动员站立着从A开始滑行,到达U形滑台另一侧最高位置B点时,若是全蹲着,则此时重力势能小于在A点的重力势能,则在A点的部分重力势能转化为动能,动能此时不为零,所以运动员会继续向前滑行,就可能会到达C点,故B正确;若运动员全蹲着从A开始滑行,到达U形滑台另一侧最高位置B点时,也应该是全蹲着,因为若是站着到达或者平蹲着到达B点,则运动员在B点的重力势能大于在初始的A点的重力势能,故C、D错误。
8.C 小球从O点下降l过程中,重力势能转化为动能,小球做加速运动,动能逐渐变大;小球继续下降至A点过程中,重力先大于弹力,所以小球做加速运动,速度增大,动能增大;当重力等于弹力时,速度最大,动能最大,因此,动能最大的点在大于l的位置;当重力小于弹力时,小球的速度变小,动能减小,动能会转化为橡皮筋的弹性势能,到达最低点时,其动能为0。所以,对照选项中的图像可知,只有C图符合题意。
9.C 由图像可知,物体0~12 s运动过程中的速度大于12~24 s运动过程中的速度,即物体20 s时的速度小于8 s时的速度,故A错误;由图像可知,物体在0~12 s和12~24 s均做匀速直线运动,拉力等于摩擦力,同一物体对水平面压力相等,接触面的粗糙程度不变,故物体受到的摩擦力相等,所以0~12 s物体所受的拉力等于12~24 s物体所受的拉力,故B错误;0~12 s物体所受的拉力等于12~24 s物体所受的拉力,物体0~12 s通过的路程大于12~24 s通过的路程,由W=Fs可知,0~12 s拉力做的功大于12~24 s拉力做的功,故C正确;0~12 s拉力做的功大于12~24 s拉力做的功,而两段时间相同,所以,0~12 s拉力做功的功率大于12~24 s拉力做功的功率,故D错误。
二、填空题
10.答案 动 10
解析 鸡蛋下落过程中,不计空气阻力,质量不变,高度减小,重力势能减小;速度增加,动能增大,重力势能转化为动能;重力对鸡蛋所做的功为:W=Gh=0.5 N×20 m=10 J。
11.答案 360 24
解析 小勇回家过程中对书包的作用力沿竖直方向,所以他背着书包在水平路面行走时,他对书包不做功,只在爬楼过程对书包做了功,所做的功W=Gh=40 N×9 m=360 J;上楼时,克服自身重力做的功W人=G人h=600 N×9 m=5 400 J,整个过程做的总功W总=W+W人=360 J+5 400 J=5 760 J,所做总功的功率P=W总t总=5 760J240s=24 W。
12.答案 增大 增大
解析 无人机在加速上升的过程中,它的质量不变,速度增大,所以动能增大;质量不变,高度增加,所以重力势能增加;因机械能等于动能和势能的总和,所以机械能增大。
13.答案 增加 减少 竖直向上 减少 增加
解析 小球在A到B过程中,质量不变,高度变小,重力势能减少,速度变大,动能增加;小球在BC段受到弹力的作用,弹簧被压缩,所以产生的弹力的方向是竖直向上的;小球在BC段的质量不变,高度减小,重力势能减少;弹簧的弹性形变程度增加,弹性势能增加。
三、实验探究题
14.答案 (1)控制速度相同 (2)木块移动的距离 (3)速度
(4)小明
解析 (1)根据实验的要求可知,将质量不同的小球从同一高度由静止释放的目的是控制小球到达水平面时速度相同,即控制速度相同;(2)根据转换法,实验中是通过观察木块移动的距离判断出小球具有的动能的大小;(3)用同一小球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放,弹簧的弹性势能不相同,小球与弹簧分开后获得的初速度不同,而小球的质量相同,故可以研究小球的动能大小与速度的关系;(4)将质量不同的小球从同一高度静止释放撞击同一木块,小球的速度相同,质量不同,故能探究小球的动能大小与质量的关系;由图乙的装置可知,若用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放,弹簧弹性势能相同,转化为的动能相同,如果按此方案操作,可以观察到的现象是木块最终移动的距离相同,故小明的设计方案不可行。
15.答案 (1)小钢球陷入沙坑的深度 (2)高度 质量 高度 (3)与小钢球体积相等的塑料球(或等体积的不同质量的其他小球等) 让塑料球从高度h1(或等高度)的位置下落,观察塑料球陷入沙坑的深度 在高度一定的条件下,质量越大,物体具有的重力势能就越大
解析 (1)高处的小钢球具有重力势能,具有的重力势能越大,落下时陷入沙坑越深,所以本实验是通过观察小钢球陷入沙坑的深度来判断物体重力势能的大小的;(2)重力势能的大小与质量和高度有关,小明设计的实验使同一小钢球从不同高度落下,控制了质量不变,可以探究重力势能的大小与高度的关系;(3)为了探究重力势能的大小与另一个因素——质量的关系,应该控制高度不变,只改变小球的质量,因此应该选择一个与该小钢球质量不同的小球,同时为了防止因小球的体积不同,而影响小球陷入沙坑的效果,还应该使小球的体积与该小钢球相同。
四、综合题
16.答案 (1)机械 重力 重力势 动 (2)见解析 (3)见解析
解析 (1)水库位置较高,存水量较大,这些水储存了大量的机械能,当水从高处流到低处时,重力做功,将重力势能转化为动能,进而推动水轮发电机发电。(2)大坝做成“上窄下宽”的物理学道理是:从坝体对地基的作用看,坝体上窄下宽,可以增大地基的受力面积,减小坝体对地基的压强;从水对坝体的作用看,因为水的压强随深度的增大而增大,所以大坝通常筑成上窄下宽的形状,可以承受更大的液体压强。(3)B址与A址相比,B址的地势低,与水库的水位落差更大,相同质量的水下落时,重力势能转化成的动能更多,推动水轮机发的电也更多。所以,建设水电站选址时,从能量利用角度来看,应选择B址。
17.答案 (1)15 m/s (2)1.35×107 J (3)9×103 N
解析 (1)路程s=1.5 km=1.5×103 m,行驶的速度为:v=st=1.5×103 m100s=15 m/s;(2)牵引力做的功为:W=Pt=135×103 W×100 s=1.35×107 J;(3)牵引力的大小为:F=Ws=1.35×107 J1.5×103 m=9×103 N。
18.答案 (1)9 J (2)3 m/s (3)9 J (4)若将BC面换成平直光滑的轨道,则小物块不做功,因为在力的方向上没有距离。
解析 (1)小物块在A点的重力势能:Ep=mgh=2 kg×10 N/kg×0.45 m=9 J。
(2)物块由A点滑到B点的过程中,经过的是光滑圆弧轨道AB,没有摩擦,物体的重力势能全部转化为动能,即Ep=Ek=9 J,在B点时,物体的动能Ek=12mv2,所以小物块经B点时的速度:v=2Ekm=2×9J2kg=3 m/s。
(3)小物块沿水平面运动过程中只有摩擦力做功,物体先运动,最后静止,原先所具有的能量全部用来克服摩擦力做功了,所以小物块沿水平面运动过程中克服摩擦力做功:W=Ek=9 J。
(4)若将BC面换成平直光滑的轨道,则小物块在水平面上只受重力和支持力,重力方向竖直向下,支持力方向竖直向上,在力的方向上没有移动距离,所以小物块此时不做功,即做功为零。
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