高中物理人教版 (新课标)必修2第七章 机械能守恒定律1.追寻守恒量——能量课时练习

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修2第七章 机械能守恒定律1.追寻守恒量——能量课时练习，共6页。




题组一 追寻守恒量


1.伽利略的理想斜面实验中,不计斜面的摩擦和空气阻力,在小球从开始滚下到对面最高点的过程中( )


A.小球的动能先减少后增加


B.小球的重力势能先增加后减少


C.小球的动能先增加后减少


D.小球的重力势能一直在减少


解析:伽利略的理想斜面实验中,不计斜面的摩擦和空气阻力,即机械能没有消耗,故在小球从开始滚下到斜面底端的过程中,小球的重力势能先转化为动能,再从斜面底端到最高点的过程中,动能又转化为重力势能。故只有选项C符合题意。


答案:C


2.下列现象中,物体动能转化为势能的是( )


A.秋千在最高处荡向最低处


B.张开弓把箭水平射出去


C.骑自行车匀速驶上斜坡


D.正在腾空上升的礼花弹


解析:正腾空上升的礼花弹,高度越来越高,上升的速度越来越慢,所以是动能转化为势能。秋千在荡向最低处时,速度越来越快,是势能转化为动能。张开弓把箭水平射出是势能转化为功能。匀速驶上斜坡的自行车,动能没变,势能增加,所以A、B、C不对。


答案:D


题组二 对功的理解


3.用水平恒力F作用于质量为M的物体上,使之在粗糙的水平面上沿力的方向移动距离l,恒力做功为W1;再用该恒力作用于质量为m(m≠M)的物体上,使之在光滑的水平面上沿力的方向移动同样的距离,恒力做功为W2,则两次恒力做功的关系是( )


A.W1>W2 B.W1=W2


C.W1

解析:根据功的定义,力F所做的功只与力F的大小及物体在F的方向上发生的位移的大小有关,不需要考虑其他因素的影响,因两次恒力相同,位移也相同,故W1=W2,B项正确。


答案:B


4.一个人乘电梯从1楼到20楼,在此过程中经历了先加速、后匀速、再减速的运动过程,则电梯支持力对人做功情况是( )


A.加速时做正功,匀速时不做功,减速时做负功


B.加速时做正功,匀速和减速时做负功


C.加速和匀速时做正功,减速时做负功


D.始终做正功


解析:人乘坐电梯时,无论是加速、减速,还是匀速,支持力的方向总是竖直向上,与运动方向相同,即支持力的方向与位移方向总是相同,支持力总是做正功,选D。


答案:D


5.(多选)关于摩擦力做功的下列说法中不正确的是( )


A.滑动摩擦力阻碍物体的相对运动,一定做负功


B.静摩擦力起着阻碍物体相对运动趋势的作用,一定不做功


C.静摩擦力和滑动摩擦力一定都做负功


D.系统内相互作用的两物体间一对摩擦力做功的总和等于零


解析:功的计算公式W=Flcs θ中的l是指相对地面的位移,滑动摩擦力和静摩擦力仅起着阻碍物体相对运动或相对运动趋势的作用,它们和物体对地的“绝对位移”方向的夹角可能小于90°,也可能大于90°,故不一定做负功或不做功。系统内的一对摩擦力为作用力和反作用力,虽然大小相等、方向相反,但是在摩擦力方向上发生的位移也不一定相等,故应选A、B、C、D项。


答案:ABCD


题组三 功的计算


6.某人用手将一质量为1 kg的物体由静止提升1 m,这时物体的速度为2 m/s。g取10 m/s2,则下列说法中错误的是( )


`A.手对物体做功12 J


B.合外力对物体做功12 J


C.合外力对物体做功2 J


D.物体克服重力做功10 J


解析:根据物体的运动状态,由v2-=2ah可得,物体的加速度a=2 m/s2,对物体受力分析可知F-mg=ma,所以F=mg+ma=12 N,所以手对物体做功W=Fh=12×1 J=12 J,故A正确。物体受到的合力大小为F合=ma=2 N,所以合力做的功为W合=F合h=2 J,故B错误,C正确。物体重力做的功WG=-mgh=-10 J,所以物体克服重力做功10 J,故D正确。


答案:B


7.(多选)





如图所示,摆球质量为m,悬线的长为L,把悬线拉到水平位置后放手。设在摆球运动过程中空气阻力F阻的大小不变,则对于摆球由A到B的过程,下列说法正确的是( )


A.重力做功为mgL


B.绳的拉力做功为0


C.空气阻力(F阻)做功为-mgL


D.空气阻力(F阻)做功为-F阻·πL


解析:





如图所示,因为拉力FT在运动过程中始终与运动方向垂直,故不做功,即WT=0。重力在整个运动过程中始终不变,小球在重力方向上的位移为AB在竖直方向上的投影L,所以WG=mgL。F阻所做总功等于每个小弧段上F阻所做功的代数和,即WF阻=-(F阻Δx1+F阻Δx2+…)=


-F阻·πL。故重力mg做的功为mgL,绳子拉力做功为零,空气阻力所做的功为-F阻·πL。


答案:ABD


8.





如图所示,用F=5.0 N的水平拉力,使质量m=5.0 kg的物体由静止开始沿光滑水平面做匀加速直线运动。求:


(1)物体开始运动后t=2.0 s内通过的距离x;


(2)这段时间内,力F对物体做的功W。


解析:(1)由牛顿第二定律F=ma得


物体的加速度a= m/s2=1 m/s2


2.0 s内通过的距离x=at2=×1×22 m=2 m。


(2)力F对物体做的功W=Fx=5.0×2 J=10 J。


答案:(1)2 m (2)10 J





(建议用时:30分钟)


1.在伽利略的斜面实验中,小球停下来的高度为h1,与它出发时的高度h2相同,我们把这一事实说成是“有某一量守恒”,下列说法中正确的是( )





A.小球在运动的过程中速度是守恒的


B.小球在运动的过程中高度是守恒的


C.小球在运动的过程中动能是守恒的


D.小球在运动的过程中能量是守恒的


解析:伽利略斜面实验中高度、速度、动能都随时间变化,唯一不变的是能量。


答案:D


2.





如图所示,电动小车沿斜面从A匀速运动到B,则在运动过程中( )


A.动能减少,势能增加


B.动能不变,势能增加


C.动能减少,势能不变


D.动能不变,势能减少


解析:小车沿斜面从A运动到B,位置升高,势能增加;小车沿斜面匀速运动,速度大小不变,故小车的动能不变。


答案:B


3.





如图所示,物体受到的两相互垂直的力F1、F2对物体做功大小分别为6 J和8 J,则合外力对物体所做的功的大小为( )


A.6 JB.8 JC.10 JD.14 J


解析:功是标量,求总功应将各个力的功求代数和,即6 J+8 J=14 J,选D。


答案:D


4.关于一对作用力和反作用力的功,下列说法中正确的是( )


A.如果其中一个力做正功,另一个力必做负功


B.一对作用力与反作用力做功可能都为零


C.这两个力一定同时都做正功或都做负功


D.一对作用力与反作用力做功的代数和必为零


解析:一对作用力和反作用力虽然大小相等、方向相反,但它们的位移关系不确定,故这对力做功的关系也不确定。B项正确,A、C、D项错误。


答案:B


5.如图所示,质量分别为M和m的两物块(均可视为质点,且M>m)分别在同样大小的恒力作用下,沿水平面由静止开始做直线运动,两力与水平面的夹角相同,两物块经过的位移相同。设此过程中F1对M做功为W1,F2对m做的功为W2,则( )





A.无论水平面光滑与否,都有W1=W2


B.若水平面光滑,则W1>W2


C.若水平面粗糙,则W1>W2


D.若水平面粗糙,则W1

解析:根据功的公式W=Flcs α可知W1=W2。


答案:A


点评:一个力对物体做的功只与力F、位移l、力与位移的夹角α有关,与物体所受的其他力及运动状态无关。





6.在平直的公路上,汽车由静止开始做匀加速运动。当速度达到vm后,立即关闭发动机而滑行直到停止。v-t图线如图所示,汽车的牵引力大小为F1,摩擦力大小为F2。全过程中,牵引力做的功为W1,克服摩擦阻力做功为W2。以下有关F1、F2及W1、W2间关系的说法正确的是( )


①F1∶F2=1∶3 ②F1∶F2=4∶3 ③W1∶W2=1∶1 ④W1∶W2=1∶3


A.②③B.②④C.①③D.①④


解析:由v-t图线知,汽车在前后两阶段的加速度大小之比为a1∶a2=1∶3。由于F1-F2=ma1,F2=ma2,所以F1∶F2=4∶3,②正确;汽车存在牵引力时前进的位移为x1,牵引力做的功W1=F1·x1,汽车整个过程前进的位移为x2,整个过程汽车克服摩擦力做功W2=F2·x2。又由v-t图线知x1∶x2=3∶4,故W1∶W2=1∶1,③正确。故选项A正确。


答案:A


7.





(多选)如图所示,物体沿弧形轨道滑下后进入足够长的水平传送带,传送带以图示方向匀速运转,则传送带对物体做功情况可能是( )


A.始终不做功B.先做负功后做正功


C.先做正功后不做功D.先做负功后不做功


解析:设传送带速度大小为v1,物体刚滑上传送带时的速度大小为v2。


①当v1=v2时,物体随传送带一起匀速直线运动,故物体与传送带之间不存在摩擦力,即传送带对物体始终不做功,选项A正确。


②当v1

③当v1>v2时,物体相对传送带向左运动,物体受到的滑动摩擦力方向向右,则物体先做匀加速直线运动直到速度达到v1再做匀速直线运动,故传送带对物体先做正功后不做功,选项C正确。


答案:ACD





8.(多选)如图所示,用恒定的拉力F拉置于光滑水平面上的质量为m的物体,由静止开始运动时间t,拉力F斜向上与水平面夹角为60°。如果要使拉力做的功变为原来的4倍,在其他条件不变的情况下,可以将( )


A.拉力变为2F


B.时间变为2t


C.物体质量变为


D.拉力大小不变,但方向改为与水平面平行


解析:由牛顿第二定律得a=,由运动学公式得位移x=at2=t2,所以拉力做的功W=Fx·cs 60°=t2。当F'=2F时,W'=4W;当t'=2t时,W'=4W;当m'=m时,W'=2W;当θ=0°时,W'=4W,由此可知,C错,A、B、D对。


答案:ABD


9.





如图所示,质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为μ。现使斜面水平向左匀速移动距离l。试求:


(1)摩擦力对物体做的功(物体与斜面相对静止);


(2)斜面对物体的弹力做的功;


(3)重力对物体做的功;


(4)斜面对物体做的功是多少?各力对物体所做的总功是多少?


解析:





物体相对斜面静止,物体相对地面水平向左匀速移动l。物体受力情况如图所示。物体受到重力mg、摩擦力Ff和支持力FN的作用。这些力均是恒力,故可用W=Flcs α计算各力的功。根据物体的平衡条件,可得


Ff=mgsin θ,FN=mgcs θ。


(1)Wf=Fflcs(180°-θ)=-mglsin θcs θ;


(2)WN=FNlcs(90°-θ)=mglsin θcs θ;


(3)WG=mglcs 90°=0;


(4)斜面对物体做的功为斜面对物体施加的力做功的代数和,即W斜=Wf+WN =0


各个力对物体所做的总功等于各力做功的代数和


即W总=Wf+WN+WG=0。


答案:(1)-mglsin θcs θ (2)mglsin θcs θ (3)0 (4)0 0





10.如图所示,水平的传送带以速度v顺时针运转,两传动轮M、N之间的距离为l=10 m,若在M轮的正上方将一质量为m=3 kg的物体轻放在传送带上,已知物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.3,在以下两种情况下物体由M处传送到N处的过程中,传送带对物体的摩擦力做了多少功?(g取10 m/s2)


(1)传送带速度v1=6 m/s;


(2)传送带速度v2=9 m/s。


解析:物体在传送带上加速运动时


a=μg=3 m/s2。


刚好加速运动10 m时速度为


v0= m/s=2 m/s。


(1)由于v1=6 m/s

l'= m=6 m


传送带摩擦力做功为


W=Ffl'=μmgl'=9×6 J=54 J。


(2)由于v2=9 m/s>v0=2 m/s,所以物体从M至N的过程中一直加速,摩擦力做功为


W=Ffl=μmgl=9×10 J=90 J。


答案:(1)54 J (2)90 J