2022版新教材高中物理课时素养评价一机械功含解析鲁教版必修

PAGE10-机械功(25分钟·60分)一、选择题(此题共6小题,每题6分,共36分)1.关于力对物体做功的说法中,正确的选项是 ()A.力作用到物体上,力一定对物体做功B.只要物体通过一段位移,就一定有力对物体做了功C.只要物体受到力的作用,而且还通过了一段位移,那么此力一定对物体做了功D.物体受到力的作用,而且有位移发生,那么力有可能对物体做功,也可能没有做功【解析】选D。做功的两个必备条件是:物体受力和在力的方向上发生位移。物体受力而且有位移,不一定有力做功。如物体沿光滑水平面做匀速运动时,所受的两个力(重力和支持力)都不做功,A、B、C错。再如沿粗糙斜面下滑的物体,重力和摩擦力做功,支持力不做功,D正确。【补偿训练】以下现象中,哪些力做了功 ()A.人推墙而墙不动时人的推力B.在水平公路上行驶的汽车所受的重力C.马拉车而车不动时马的拉力D.起重机吊起重物时悬绳的拉力【解析】选D。由做功的两个因素可知,A中墙没有在人的推力方向上发生位移;B中汽车在重力方向上无位移;C中车没有在马的拉力方向上发生位移;D中重物在悬绳的拉力方向上发生了位移,符合做功的两个因素。选项D正确。2.如下图,拖着旧橡胶轮胎跑是身体耐力训练的一种有效方法。如果某受训者拖着轮胎在水平直道上跑了100m,A.轮胎受到地面的摩擦力做了负功B.轮胎受到的重力做了正功C.轮胎受到的拉力不做功D.轮胎受到地面的支持力做了正功【解析】选A。根据力做功的条件,轮胎受到的重力和地面的支持力都与位移垂直,这两个力均不做功,B、D错误;轮胎受到地面的摩擦力与位移反向,做负功,A正确;轮胎受到的拉力与位移夹角小于90°,做正功,C错误。3.如下图,小球位于光滑的斜面上,斜面位于光滑的水平地面上。从地面上看,在小球沿斜面下滑的过程中,斜面对小球的作用力 ()A.垂直于接触面,做功为零B.垂直于接触面,做负功C.不垂直于接触面,做功为零D.不垂直于接触面,做功不为零【解析】选B。弹力的方向总是垂直于接触面;对斜面进行受力分析可知,斜面会向左运动。如下图,小球的初始位置为A,末位置为B,位移与N并不垂直,夹角为钝角,因此做负功,那么B正确,A、C、D错误。【补偿训练】如下图,质量为m的物体P放在光滑的倾角为θ的直角劈上,同时用力F向右推劈,使P与劈保持相对静止,在前进的水平位移为s的过程中,劈对P做的功为 ()A.F·s B.mgsinθC.mgcosθ·s D.mgtanθ·s【解析】选D。P只受到重力mg和劈施加的支持力N两个力作用,受力分析如下图。由于P与劈相对静止,物体P竖直方向受力平衡,那么有Ncosθ=mg,P的水平位移为s,由功的计算式W=Fscosα得知,劈对P的作用力N所做的功为W=Nscos(π2-θ)=(mgcosθ)·s·sinθ=mgs·tanθ,选项D正确4.有一根轻绳拴了一个物体,如下图,假设整体以加速度a向下做减速运动时,作用在物体上的各力做功的情况是 ()A.重力做正功,拉力做负功,合力做负功B.重力做正功,拉力做负功,合力做正功C.重力做正功,拉力做正功,合力做正功D.重力做负功,拉力做负功,合力做正功【解析】选A。重力与位移同向,做正功;拉力与位移反向,做负功;由于做减速运动,所以物体所受合力方向向上,与位移反向,做负功。那么A正确,B、C、D错误。5.如下图,一个物体放在水平面上,在跟竖直方向成θ角的斜向下的推力F的作用下沿平面移动了距离s。假设物体的质量为m,物体与地面之间的摩擦力大小为f,那么在此过程中 ()A.摩擦力做的功为fs B.力F做的功为FscosθC.力F做的功为Fssinθ D.重力做的功为mgs【解析】选C。物体与地面之间的摩擦力大小为f,物体的位移的大小为s,由功的公式可得W=-fs,所以A错误。力F与竖直方向成θ角,所以在水平方向的分力为Fsinθ,所以F做的功为Fssinθ,所以B错误,C正确。重力在竖直方向上,物体在竖直方向的位移是零,所以重力做的功为零,所以D错误。6.如下图,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,并与B保持相对静止,A、B一起沿固定的粗糙斜面从底端以一定的初速度沿斜面向上滑动,从A、B上滑到速度减为零的过程中,以下说法正确的选项是 ()A.B对A的支持力做负功B.斜面对B的作用力做正功C.两物体处于超重状态D.B对A的摩擦力做负功【解析】选D。B对A的支持力竖直向上,与A位移方向的夹角小于90°,故支持力做正功,故A错误;A和B一起沿斜面向上做匀减速直线运动,对B分析知斜面对B有支持力和滑动摩擦力,支持力不做功,摩擦力做负功,故斜面对B的作用力做负功,故B错误;A和B一起有沿斜面向下的加速度,故有竖直向下的分加速度,可知两物体处于失重状态,C错误。A具有沿斜面向下的加速度,设为a,将a正交分解为竖直方向分量a1,水平分量a2,如下图,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对A的支持力做正功,摩擦力做负功,故D正确。二、计算题(此题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(10分)如下图,在光滑水平面上,物体受两个相互垂直的大小分别为F1=3N和F2=4N的恒力,其合力在水平方向上,从静止开始运动10m,(1)F1和F2分别对物体做的功是多少?代数和为多大?(2)F1和F2合力为多大?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与W2的代数和:W=W1+W2=18J+32J=50J。(2)F1与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)如下图,质量m=50kg的滑雪运发动从高度h=30m的坡顶由静止下滑,斜坡的倾角θ=37°,(1)滑雪运发动所受的重力对他做了多少功?(2)各力对运发动做的总功是多少?(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)运发动所受合力: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【补偿训练】甲、乙两人在河的两岸同时用绳拉船,使船在河的中间沿直线路径行驶,甲、乙的拉力分别为F1和F2,其大小和方向如下图,在船行驶80m的过程中(1)先求出合力,再求合力做的功。(2)先求出两个分力F1和F2做的功,再求两个功的代数和。比拟两种方法计算的结果,你能得出什么结论?【解析】(1)根据平行四边形定那么可知:小船受到的合外力大小为F=F12+F2合外力方向与船的运动方向一致。根据功的定义式W=Fs可知:合力做的功为W=Fs=200N×80m=1.6×104(2)拉力F1与船的位移成60°角,那么拉力F1对船所做的功:W1=100N×80m×cos60°=4000拉力F2与船的位移成30°角,那么拉力F2对船所做的功:W2=1003N×80m×cos30°=12000外力对船做的总功为W=W1+W2=4000J+12000J=1.6×104J两种方法求外力总功的效果是相同的。答案:(1)200N1.6×104J(2)4000J12000J16000J两种方法计算的结果相同,说明用两种方法求外力的总成效果是一样的。(15分钟·40分)9.(6分)(多项选择)如下图,在皮带传送装置中,皮带把物体P匀速送到皮带顶端,在这个过程中,以下说法中正确的选项是 ()A.摩擦力对物体P做正功B.物体P克服摩擦力做功C.皮带克服摩擦力做功D.摩擦力对皮带不做功【解析】选A、C。物体P相对于传送带有向下运动的趋势,故受斜向上的静摩擦力,摩擦力的方向与物体运动方向相同,故摩擦力对P做正功,A正确,B错误;物体P受斜向上的静摩擦力,根据牛顿第三定律,物体P对传送带的摩擦力斜向下,而传送带向上运动,故摩擦力对传送带做负功,故C正确,D错误。10.(6分)(多项选择)如下图,摆球质量为m,悬线长度为L,把悬线拉到水平位置后放手。设在摆球从A点运动到B点的过程中空气阻力的大小F阻不变,那么以下说法正确的选项是 ()A.重力做功为mgLB.悬线的拉力做功为0C.空气阻力做功为-mgLD.空气阻力做功为-12F阻【解析】选A、B、D。因为拉力T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,摆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。空气阻力所做的总功等于每个小弧段上空气阻力所做功的代数和,即W阻=-(F阻Δx1+F阻Δx2+…)=-12F阻πL。应选项A、B、D正确,C11.(6分)一滑块在水平地面上沿直线滑行,t=0时,其速度为1m/s。从此刻开始在滑块运动方向上再施加一水平作用力F,力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图甲和乙所示。设在第1s内、第2s内、第3s内力F对滑块做的功分别为W1、W2、W3,A.W1=W2=W3 B.W1<W2<W3C.W1<W3<W2 D.W1=W2<W3【解析】选B。在v-t图像中,图线与坐标轴所围面积大小等于滑块某时间段的位移,由图乙可计算第1s内、第2s内、第3s内滑块的位移分别是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项正确【补偿训练】(多项选择)质量为2kg的物体置于水平面上,在运动方向上受到水平拉力F的作用,沿水平方向做匀变速运动,拉力F作用2s后撤去,物体运动的速度图像如下图,那么以下说法正确的选项是(g取10A.拉力F做功150JB.拉力F做功350JC.物体克服摩擦力做功100JD.物体克服摩擦力做功175J【解析】选A、D。由题图可以求出0～2s内的加速度a1=2.5m/s2,2～6s内的加速度a2=-2.5m/s2,由F+f=ma1,f=ma2联立,得F=10N,f=-5N,由题图还可求出前2s内的位移l1=15m,2～6s内的位移l2=2015J=150J,摩擦力做功Wf=f(l1+l2)=-5×(15+20)J=-175J,即物体克服摩擦力做功175J,故A、D正确,B、C错误。12.(22分)如下图,水平传送带以速度v顺时针运转,两传动轮M、N之间的距离为L=10m,假设在M轮的正上方将一质量为m=3kg的物体轻放在传送带上,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A处传送到B处的过程中,传送带对物体的摩擦力做了多少功?(g取(1)传送带速度v=6m(2)传送带速度v=9m【解析】物体在传送带上加速运动时a=μg=3m/s刚好加速运动10v0=2aL=60m/s=2m/s。(1)由于v=6m/s<v0=2所以物体先加速至6m/s再匀速运动,加速过程的位移为L′=v22a=36传送带摩擦力做功W=fL′=μmgL′=9×6J=54J。(2)由于v=9m/s>v0=2所以物体从A至B的过程中一直加速。摩擦力做功W′=fL=μmgL=9×10J=90J。答案:(1)54J(2)90J【总结提升】摩擦力做功的分析(1)滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体不做功,如手握瓶子使其在水平面内移动,瓶子所受静摩擦力与位