專題11 ?功和機(jī)械能考點(diǎn)、考題與提升訓(xùn)練
對(duì)本章考點(diǎn)提煉總結(jié),對(duì)考題進(jìn)行解析
【考點(diǎn)提煉】
功和機(jī)械能是初中物理重點(diǎn)內(nèi)容,也是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的難點(diǎn)。中考試卷中分值高、考查形式多樣、問(wèn)題變化較多的內(nèi)容,中考試題難度一般在簡(jiǎn)單、中等,本章涉及到考題所占分值一般在3-6分之間。本章包含功、功率、動(dòng)能和勢(shì)能、機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化四節(jié)。本章??紵狳c(diǎn)有:功與功率、動(dòng)能和勢(shì)能、機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化。
1.功與功率
★本考點(diǎn)??挤较蛴校?/span>一、功與功率的概念;二、功與功率的計(jì)算。
功與功率的概念:功的概念包括什么是功、做功的兩個(gè)條件、功的單位;功率的概念包括什么是功率、功率的物理意義、功率的單位、功率與速度的關(guān)系。從近幾年的中考試題來(lái)看,對(duì)于“功”主要考查對(duì)概念的理解和掌握程度,主要內(nèi)容有:功概念的認(rèn)識(shí)以及簡(jiǎn)單計(jì)算,能解釋生活中做功例子等。對(duì)于“功率”主要考查學(xué)生對(duì)功率概念的理解和掌握程度,主要內(nèi)容有:功率概念的認(rèn)識(shí)以及簡(jiǎn)單計(jì)算,能進(jìn)行功率的計(jì)算并利用功率解釋生活中例子等。以上問(wèn)題均是概念性的知識(shí)點(diǎn),在中考試題中,均屬于簡(jiǎn)單題,只要考生能正確理解功、規(guī)律的概念,解答不難。
功與功率的計(jì)算:有關(guān)功與功率的計(jì)算是本單元經(jīng)常出現(xiàn)的考題,雖然是計(jì)算題大仍屬于概念性的問(wèn)題。在解答此類考題中,需要注意:一、功的公式:
要很好的利用;功的單位是焦耳,符號(hào)是J;要分清哪個(gè)力對(duì)物體做功,功與力要對(duì)應(yīng);二、牢記規(guī)律計(jì)算公式
,單位是瓦特;物體運(yùn)動(dòng)速度與功率的關(guān)系:
。無(wú)論題型怎樣,一定要注意單位的統(tǒng)一。
★本考點(diǎn)考題形式有選擇題、填空題和計(jì)算題三種形式,選擇題更為常見(jiàn)。對(duì)于計(jì)算題常見(jiàn)的是選擇題或填空題的題干中的一個(gè)選項(xiàng)或者一個(gè)填空內(nèi)容;在大型計(jì)算題中也常見(jiàn)與壓強(qiáng)等其他問(wèn)題結(jié)合在一起組成一個(gè)考題。
選擇題:選擇題是此考點(diǎn)的常見(jiàn)題型。常見(jiàn)考試內(nèi)容有:一、功概念的認(rèn)識(shí)以及簡(jiǎn)單計(jì)算,能解釋生活中做功例子等;二、對(duì)功率概念的理解和掌握程度,能進(jìn)行功率、的計(jì)算并利用功率解釋生活中例子等。此類選擇題均屬于概念性的,試題難度以中等為主;難度較高主要集中在判斷物體(力)做功并與效率結(jié)合在一起的題目,通過(guò)對(duì)功率的計(jì)算考查學(xué)生對(duì)功率概念的理解程度。
填空題:填空題與選擇題一樣,只是考題形式不同,這里只需要強(qiáng)調(diào)一個(gè)問(wèn)題:看清填空題中的選項(xiàng)和單位,只有這樣才能正確填入答案。
大型計(jì)算題:功與功率的計(jì)算型題,其內(nèi)容與選擇題和填空題無(wú)異,只是對(duì)功或功率的計(jì)算存在于大型計(jì)算題中,一般很少出現(xiàn)一個(gè)大型計(jì)算題只考查功或功率,所以功和功率只作為一個(gè)計(jì)算問(wèn)題,并且還會(huì)考查其他知識(shí)點(diǎn)或其他計(jì)算內(nèi)容。
2.動(dòng)能和勢(shì)能
★本考點(diǎn)常考方向有:一、動(dòng)能的概念和影響動(dòng)能的因素;二、勢(shì)能的概念、重力勢(shì)能與彈性勢(shì)能。
動(dòng)能的概念與影響動(dòng)能大小的因素:此問(wèn)題需要牢記以下內(nèi)容:物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能。物體動(dòng)能的大小與兩個(gè)因素有關(guān):一是物體的質(zhì)量;二是物體運(yùn)動(dòng)的速度大小。當(dāng)物體的質(zhì)量一定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的速度越大其動(dòng)能越大,物體的速度越小其動(dòng)能越?。痪哂邢嗤\(yùn)動(dòng)速度的物體,質(zhì)量越大動(dòng)能越大,質(zhì)量越小動(dòng)能越小。動(dòng)能是“由于運(yùn)動(dòng)”而產(chǎn)生的,一定不要把它理解成“運(yùn)動(dòng)的物體具有的能量叫動(dòng)能”,不運(yùn)動(dòng)的物體也具有能量,但不具有動(dòng)能。例如在空中飛行的飛機(jī),不但有動(dòng)能而且還具有其它形式的能量。
勢(shì)能的概念與影響勢(shì)能大小的因素:重力勢(shì)能:物體由于被舉高而具有的能量,叫做重力勢(shì)能。重力勢(shì)能的大小與質(zhì)量和高度有關(guān)。物體的質(zhì)量越大,被舉得越高,則它的重力勢(shì)能越大。重力勢(shì)能是“被舉高”這個(gè)原因而產(chǎn)生的,一定不要把它理解成“被舉高的物體具有的能量叫重力勢(shì)能”,被舉高的物體具有重力勢(shì)能,同時(shí)也具有其他形式能量。例如在空中飛行的飛機(jī),不但有重力勢(shì)能而且還具有其它形式的能量。
彈性勢(shì)能:物體由于發(fā)生彈性形變,而具有的能叫做彈性勢(shì)能。如撐桿跳高時(shí)彎曲的桿、拉開(kāi)的弓箭都具有彈性勢(shì)能。彈性勢(shì)能的大小與彈性形變的程度有關(guān);形變程度越大,其彈性勢(shì)能越大。
★本考點(diǎn)考題形式有選擇題、填空題和實(shí)驗(yàn)探究題三種類型。
選擇題:此考點(diǎn)的選擇題均是概念性的問(wèn)題,如物體是不是具有動(dòng)能或勢(shì)能、物體動(dòng)能或勢(shì)能的大小是否改變等。此類選擇題一般屬于簡(jiǎn)單題型。本章出現(xiàn)的選擇題,??紵狳c(diǎn)主要集中在動(dòng)能和勢(shì)能的概念、機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化等方面。解答此類選擇題只要對(duì)這些概念、應(yīng)用多做多練,理解深、透,解答不難。
填空題:填空題考查內(nèi)容和注意的問(wèn)題與選擇題無(wú)異,只是考題形式不同,這里不再贅述。
實(shí)驗(yàn)探究題:實(shí)驗(yàn)探究題主要是“影響物體動(dòng)能大小的因素的實(shí)驗(yàn)探究”,對(duì)“影響物體重力勢(shì)能的實(shí)驗(yàn)探究”出現(xiàn)的概率較低。
備考時(shí)一定要牢記:一、物體動(dòng)能的大小與兩個(gè)因素有關(guān):一是物體的質(zhì)量,二是物體運(yùn)動(dòng)的速度大小。當(dāng)物體的質(zhì)量一定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的速度越大其動(dòng)能越大,物體的速度越小其動(dòng)能越??;具有相同運(yùn)動(dòng)速度的物體,質(zhì)量越大動(dòng)能越大,質(zhì)量越小動(dòng)能越??;二、重力勢(shì)能的大小與質(zhì)量和高度有關(guān)。物體的質(zhì)量越大,被舉得越高,則它的重力勢(shì)能越大。主要能很好地理解以上問(wèn)題,回答實(shí)驗(yàn)探究問(wèn)題度不會(huì)太難。
3.機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化
此考點(diǎn)的考查方向比較單一。問(wèn)題就是物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,動(dòng)能和勢(shì)能如何變化,在變化過(guò)程中機(jī)械能是否保持不變。解答此類考題,需要考試注意:一、當(dāng)物體只受重力作用時(shí),物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能之和不變,這就是機(jī)械能守恒;二、在機(jī)械能轉(zhuǎn)化和守恒考題中,注意把物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)與生活實(shí)際,把所學(xué)知識(shí)與生活相結(jié)合。
此考點(diǎn)的考題題型有選擇題和填空題兩個(gè)類型。其特點(diǎn)和備考與上述無(wú)異,這里不再贅述。
以近三年中考真題為例,呈現(xiàn)考點(diǎn)??碱}型
【考點(diǎn)一】功與功率
★典例一:(2019·海南)用大小相同的力F,作用在質(zhì)量不同的物體上,使它們分別在同一水平面上沿力的方向移動(dòng)相同的距離s(如圖所示),F所做的功分別為W1和W2,則( ??)。
A.
?????B.
???????C.
?????D.
【答案】B。
【解析】根據(jù)功的計(jì)算公式
,得
,
。可見(jiàn)
,故應(yīng)選B。
★典例二:(2019·邵陽(yáng))參加今年邵陽(yáng)市初中畢業(yè)學(xué)業(yè)考試的王小鵬同學(xué)聽(tīng)到考試預(yù)備鈴響了,考室還在四樓呀!一口氣從一樓跑到四樓考室,所用時(shí)間為30秒。他上樓過(guò)程克服自身重力做功的功率最接近( ?)。
A.1.5W ???B.15W ???C.150W ???D.1500W
【答案】C。
【解析】王小鵬同學(xué)的體重約為500N,一層樓高約為3m,從一樓跑到四樓上升了三層樓的高度約9m,所用時(shí)間為30s;則克服自己重力做功的功率約為:P=150W。故選C。
★典例三:(2017?黃岡)滑板車是深受小朋友們喜愛(ài)的玩具,使用時(shí)一只腳站在滑板上,另一只腳蹬地,滑板車就能載著人前進(jìn)。蹬地時(shí)人對(duì)車????(選填“做功”或“不做功”);蹬地的腳離地后,人和車由于????一起繼續(xù)向前滑行,滑行時(shí)以人為參照物,滑板車是????(選填“運(yùn)動(dòng)”或“靜止”)的。
?
【答案】做功、慣性、靜止。
【解析】滑板車使用時(shí)一只腳站在滑板上,另一只腳蹬地,滑板車就能載著人前進(jìn),有力有距離,所以蹬地時(shí)人對(duì)車做功;蹬地的腳離地后,人和車由于具有慣性,仍要保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),所以會(huì)一起繼續(xù)向前滑行;滑行時(shí)以人為參照物,滑板車與人之間的位置沒(méi)有變化,所以是滑板車是靜止的。
★典例四:(2019·天津)小明同學(xué)在探究重力勢(shì)能的大小與什么因素有關(guān)時(shí),提出了如下猜想:
猜想一:物體的重力勢(shì)能與物體的質(zhì)量有關(guān)
猜想二:物體的重力勢(shì)能與物體所在高度有關(guān)
為了驗(yàn)證上述猜想,他計(jì)劃利用小桌、沙子、質(zhì)量不同的鐵塊和刻度尺進(jìn)行實(shí)驗(yàn):如圖所示,將小桌桌腿朝下放在平整的沙面上,把鐵塊從距桌面某一高度由靜止釋放,撞擊在桌面的中心部位,記錄桌腿進(jìn)入沙子的深度。
按上述方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。
實(shí)驗(yàn)序號(hào)
|
鐵塊質(zhì)量m/g
|
鐵塊距桌面高度H/cm
|
桌腿進(jìn)入沙子的深度h/cm
|
①
|
20
|
20
|
1.9
|
②
|
20
|
30
|
2.9
|
③
|
20
|
40
|
3.8
|
④
|
30
|
20
|
2.9
|
⑤
|
40
|
20
|
4.1
|
(1)實(shí)驗(yàn)中通過(guò)比較______來(lái)判斷物體重力勢(shì)能的大??;
(2)為了驗(yàn)證猜想一,需選擇表中______(填實(shí)驗(yàn)序號(hào))三組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析;
(3)分析表中①②③的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可得出的結(jié)論是:______。
【答案】桌腿進(jìn)入沙子的深度;①④⑤;質(zhì)量相同的物體,高度越大,重力勢(shì)能越大。
【解析】(1)通過(guò)小明設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)可以知道,他是通過(guò)比較桌腿進(jìn)入沙子的深淺來(lái)比較重力勢(shì)能的大小的。桌腿進(jìn)入沙堆越深說(shuō)明物體做的功越多,它原來(lái)具有的重力勢(shì)能越大;
(2)根據(jù)控制變量法,要驗(yàn)證物體的重力勢(shì)能與物體的質(zhì)量有關(guān),應(yīng)控制物體的高度相同,改變物體質(zhì)量的大小,故小明要完成探究,需要找數(shù)個(gè)質(zhì)量不同的物體進(jìn)行實(shí)驗(yàn);
故①④⑤三組數(shù)據(jù)符合,所以應(yīng)利用①④⑤三組數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。
(3)比較表中①②③的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn),高度相同,③中桌腿進(jìn)入沙子的深度更深,所以,③中的物體具有重力勢(shì)能大,即可以得出的初步結(jié)論是:質(zhì)量相同的物體,高度越大,重力勢(shì)能越大。
故答案為:(1)桌腿進(jìn)入沙子的深度;(2)①④⑤;(3)質(zhì)量相同的物體,高度越大,重力勢(shì)能越大。
典例五:(2019·武威)“節(jié)能減排,低碳生活”旨在倡導(dǎo)節(jié)約能源和減少二氧化碳排放。李明同學(xué)堅(jiān)持騎自行車上下學(xué),他的質(zhì)量為50kg,所騎自行車質(zhì)量為15kg。(g=10N/kg)求:
(1)若他在平直公路上5min內(nèi)勻速行駛了1500m,則這段時(shí)間他騎行的速度是多大?
(2)若他騎行時(shí)的牽引力恒為60N,則他騎行這5min內(nèi)克服阻力做了多少功?
(3)若他騎行時(shí)自行車兩輪與地面總的接觸面積為25cm2,則他騎行時(shí)自行車對(duì)地面的壓強(qiáng)為多少?
【解析】(1)他騎行的速度是:v=
=
=5m/s。
(2)他在平直公路上5min內(nèi)勻速行駛,受力平衡,則阻力f=F=60N,
所以他騎行這5min內(nèi)克服阻力做的功:W=fs=60N×1500m=9×104J。
(3)騎行過(guò)程中地面受到的壓力為:F壓=G總=(m人+m車)g=(50kg+15kg)×10N/kg=650N,
則他騎行時(shí)自行車對(duì)地面的壓強(qiáng)為:p=
=2.6×105Pa。
答:(1)這段時(shí)間他騎行的速度是5m/s;(2)若他騎行時(shí)的牽引力恒為60N,則他騎行這5min內(nèi)克服阻力做了9×104J功;(3)若他騎行時(shí)自行車兩輪與地面總的接觸面積為25cm2,則他騎行時(shí)自行車對(duì)地面的壓強(qiáng)為2.6×105Pa。
【考點(diǎn)二】動(dòng)能和勢(shì)能
★典例一:(2019·濰坊)無(wú)人機(jī)已被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域,如圖所示是一款四翼無(wú)人機(jī)。在無(wú)人機(jī)勻速上升過(guò)程中,對(duì)其分析正確的是( ?)。
A.質(zhì)量增加
|
B.動(dòng)能增加
|
C.重力勢(shì)能增加
|
D.機(jī)械能不變
|
【答案】C。
【解析】無(wú)人機(jī)勻速上升過(guò)程中,無(wú)人機(jī)的質(zhì)量不變,高度增大,重力勢(shì)能增大;速度不變,質(zhì)量不變,其動(dòng)能不變;無(wú)人機(jī)上升過(guò)程中,沒(méi)有發(fā)生彈性形變,不具有彈性勢(shì)能,所以機(jī)械能等于重力勢(shì)能與動(dòng)能的總和,重力勢(shì)能增大,動(dòng)能不變,其機(jī)械能增大。故選C。
★典例二:(2017?龍東)(多選題)為了更好的推進(jìn)習(xí)總書(shū)記提出的“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略,我國(guó)計(jì)劃發(fā)射十八顆通信衛(wèi)星,為沿線國(guó)家提供服務(wù)。下列關(guān)于人造衛(wèi)星說(shuō)法中,正確的是( )。
A.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到近地點(diǎn)時(shí),動(dòng)能最大,重力勢(shì)能最??;
B.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí),動(dòng)能最大,重力勢(shì)能最??;
C.衛(wèi)星由近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng),重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;
D.衛(wèi)星由遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng),重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能
【答案】A、D。
【解析】衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到近地點(diǎn)時(shí),速度最大,距離最近,所以動(dòng)能最大,重力勢(shì)能最小,故A正確。
衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí),速度最小,距離最遠(yuǎn),所以動(dòng)能最小,重力勢(shì)能最大,故B錯(cuò)誤。
衛(wèi)星由近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng),速度越來(lái)越小,動(dòng)能越來(lái)越小,同時(shí)距離地球越來(lái)越遠(yuǎn),重力勢(shì)能越來(lái)越大,動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能,故C錯(cuò)誤。
衛(wèi)星由遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng),速度越來(lái)越大,動(dòng)能越來(lái)越大,同時(shí)距離地球越來(lái)越近,重力勢(shì)能越來(lái)越小,重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,故D正確。
★典例三:(2017?揚(yáng)州)揚(yáng)州城區(qū)的高層建筑越來(lái)越多,但高空拋物卻存在巨大的安全隱患,因?yàn)楦咛幍奈矬w具有較大的( ?)。
A.彈性勢(shì)能 ?B.重力勢(shì)能 ?C.體積 ?D.阻力
【答案】B。
【解析】物體的重力勢(shì)能與物體的高度有關(guān),物體的質(zhì)量越大、高度越高,重力勢(shì)能越大,所以高處的物體具有較大重力勢(shì)能,故B正確為答案。
★典例四:(2017·深圳)關(guān)于功和能,下列描述正確的是( )。
A.機(jī)械表上發(fā)條是增加了發(fā)條的彈性勢(shì)能;
B.深圳大亞灣核電站是把電能轉(zhuǎn)化為核能;
C.汽車加油后,以原來(lái)的速度繼續(xù)勻速行駛它的動(dòng)能會(huì)降低;
D.“飛流直下三千尺”中水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能
【答案】A。
【解析】A:上緊的機(jī)械表發(fā)條具有彈性勢(shì)能,并且發(fā)條形變?cè)酱缶哂械膹椥詣?shì)能越大;故A正確。
B:在核電站中,核燃料發(fā)生裂變,釋放出核能,把核能再轉(zhuǎn)化為電能;故B錯(cuò)誤。
C:汽車加油后相對(duì)于原來(lái)質(zhì)量增加,雖然仍按原速度行駛,但動(dòng)能相對(duì)于原來(lái)是增加的;故C錯(cuò)誤。
D:“流直下三千尺”中,高處的水具有大量重力勢(shì)能,下落過(guò)程中重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;故D錯(cuò)誤。
★典例五:(2019·綿陽(yáng))2019年1月3日,嫦娥四號(hào)實(shí)現(xiàn)了人類探測(cè)器首次成功在月球背面軟著陸。嫦娥四號(hào)探測(cè)器在距離月球表面100米高處懸停,對(duì)月球表面識(shí)別,并自主避障,選定相對(duì)平坦的區(qū)域后,開(kāi)始緩慢地豎直下降,最后成功軟著陸。從距離月球表面100米到軟著陸在月球表面的過(guò)程中,嫦娥四號(hào)探測(cè)器的重力勢(shì)能________,機(jī)械能________。(選填“增加”或“不變”或“減少”)
【答案】減少;減少。
【解析】嫦娥四號(hào)從距離月球表面100米到軟著陸在月球表面的過(guò)程中,質(zhì)量不變,高度減小,重力勢(shì)能減少;該過(guò)程中其速度減小,動(dòng)能減少;探測(cè)器沒(méi)有發(fā)生彈性形變,不具有彈性勢(shì)能,則機(jī)械能等于重力勢(shì)能與動(dòng)能的總和,所以其機(jī)械能減少。
故答案為:減少;減少。
【考點(diǎn)三】機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化
★典例一:(2017?眉山)如圖所示,人造衛(wèi)星沿橢圓形軌道繞地球運(yùn)行,下列說(shuō)法正確的是( ?)。
A.衛(wèi)星在近地點(diǎn)時(shí),動(dòng)能最大,機(jī)械能最大;
B.衛(wèi)星在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí),勢(shì)能最大,機(jī)械能最大;
C.衛(wèi)星從近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)行時(shí),動(dòng)能逐漸減小,勢(shì)能逐漸增大,機(jī)械能不變;
D.衛(wèi)星從遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)行時(shí),動(dòng)能逐漸減小,勢(shì)能逐漸增大,機(jī)械能不變
【答案】C。
【解析】衛(wèi)星在近地點(diǎn)時(shí),速度最大,動(dòng)能最大,距離地球最近,勢(shì)能最小,衛(wèi)星在繞地球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,沒(méi)有受到任何阻力作用,機(jī)械能守恒;故A錯(cuò)誤。
衛(wèi)星在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí),速度最小,動(dòng)能最小,距離地球最遠(yuǎn),勢(shì)能最大,衛(wèi)星在繞地球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,沒(méi)有受到任何阻力作用,機(jī)械能守恒;故B錯(cuò)誤。
衛(wèi)星從近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)行時(shí),速度越來(lái)越小,動(dòng)能逐漸減小,距離地球越來(lái)越遠(yuǎn),勢(shì)能逐漸增大,衛(wèi)星在繞地球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,沒(méi)有受到任何阻力作用,機(jī)械能守恒;故C正確。
衛(wèi)星從遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)行時(shí),速度越來(lái)越大,動(dòng)能逐漸增大,距離地球越來(lái)越近,勢(shì)能逐漸減小,衛(wèi)星在繞地球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,沒(méi)有受到任何阻力作用,機(jī)械能守恒;故D錯(cuò)誤。答案C。
★典例二:(2017?廣州)電梯勻速上升過(guò)程中,電梯的( ??)。
A.動(dòng)能保持不變 ?B.機(jī)械能保持不變 ?C.重力勢(shì)能保持不變 ?D.動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能
【答案】A。
【解析】動(dòng)能與質(zhì)量和速度有關(guān),質(zhì)量越大,速度越大,動(dòng)能越大;重力勢(shì)能與質(zhì)量和高度有關(guān),質(zhì)量厚度越大,重力勢(shì)能越大。因?yàn)殡娞輨蛩?,因此?dòng)能不變;又因?yàn)樯仙?,所以重力?shì)能增大,機(jī)械能是重力勢(shì)能和動(dòng)能之和。因此機(jī)械能增大。
選自近三年中考真題和各名校模擬考題,加強(qiáng)考點(diǎn)訓(xùn)練
一、選擇題
1.(2019·邵陽(yáng))一物體在水平拉力F的作用下,沿力的方向以0.2m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)了4s,拉力F大小為5N,4s內(nèi)拉力F做的功為( ?)。
A.1J ????B.3J ???C.2J ???D.4J
【解析】D。
【解析】由v可得,物體移動(dòng)的距離s=vt=0.2m/s×4s=0.8m,
拉力F做的功W=Fs=5N×0.8m=4J。故選D。
2.(2019·邵陽(yáng))參加今年邵陽(yáng)市初中畢業(yè)學(xué)業(yè)考試的王小鵬同學(xué)聽(tīng)到考試預(yù)備鈴響了,考室還在四樓呀!一口氣從一樓跑到四樓考室,所用時(shí)間為30秒。他上樓過(guò)程克服自身重力做功的功率最接近( ?)。
A.1.5W ???B.15W ???C.150W ???D.1500W
【答案】C。
【解析】王小鵬同學(xué)的體重約為500N,一層樓高約為3m,從一樓跑到四樓上升了三層樓的高度約9m,所用時(shí)間為30s;
則克服自己重力做功的功率約為:P150W。故選C。
3.(2017·廣東)媽媽與小明進(jìn)行爬山比賽,他們選擇的起點(diǎn)、路徑和終點(diǎn)都相同,全程設(shè)為勻速運(yùn)動(dòng),媽媽的體重是小明的2倍,媽媽所用的時(shí)間是小明的3倍,若媽媽克服重力做功為W1、功率為P1,小明克服自身重力做功為W2、功率為P2,則下列關(guān)系正確的是( ?)。
A.W1:W2=1:1 ??B.W1:W2=2:3 ??C.P1:P2=1:1 ??D.P1:P2=2:3
【答案】D。
【解析】由題意可知,媽媽的重力與小明的重力之比是:
,他們所用時(shí)間之比為:
;根據(jù)功的公式:
(h是高度),得到:
,
;根據(jù)功率公式:
,得到:
,
;下面解答此題:
,
;由此可見(jiàn)正確答案是D。
4.(2017?岳陽(yáng))如圖,小明沿水平地面推箱子,但箱子沒(méi)有移動(dòng),此過(guò)程( ??)。
?
A.小明對(duì)箱子沒(méi)有做功; ?????????????????B.重力對(duì)箱子做了功;
C.小明對(duì)箱子的推力大于地面對(duì)箱子的阻力;D. 箱子所受的重力與箱子對(duì)地面的壓力是一對(duì)平衡力
【答案】A。
【解析】做功包括兩個(gè)必要的條件:一是有力作用在物體上,二是物體在力的方向通過(guò)了一段距離;小明對(duì)箱子用了力且箱子在力的方向上移動(dòng)了距離,所以小明做了功,故A正確。
箱子在重力的方向上沒(méi)有移動(dòng)距離,所以重力不做功,故B錯(cuò)。
箱子處于靜止?fàn)顟B(tài),在水平方向上受力平衡,所以小明對(duì)箱子的推力等于地面對(duì)箱子的阻力,故C錯(cuò)。
重力和壓力和方向是相同的,它們不是平衡力,故D錯(cuò);應(yīng)選A。
5.(2017·長(zhǎng)春)一位同學(xué)正在進(jìn)行投擲實(shí)心球的訓(xùn)練,以下情境中,他對(duì)球做功的是( ??)。
A.手拿球靜止;B.手托球水平勻速直線運(yùn)動(dòng)
C.將球舉起; ?D.拋出后的球在空中繼續(xù)運(yùn)動(dòng)
【答案】C。
【解析】A、手拿球靜止,有力,但球沒(méi)有在力的方向上移動(dòng)距離,故沒(méi)有做功,故A錯(cuò)誤。
B、手托球水平勻速直線運(yùn)動(dòng),有力,但球沒(méi)有在力的方向上移動(dòng)距離,故沒(méi)有做功,故B錯(cuò)誤。
C、將球舉起,有力作用在球上,球在力的方向上通過(guò)了一定的距離,故有力做功,故C正確。
D、球飛出去,球由于慣性向前運(yùn)動(dòng),有距離,但沒(méi)有對(duì)球施加力,沒(méi)有對(duì)球做功,故D錯(cuò)誤。
故選C。
6.(2017?德陽(yáng))一定質(zhì)量的物體在水平拉力的作用下沿水平面運(yùn)動(dòng),物體運(yùn)動(dòng)的路程S-t時(shí)間圖象如圖所示,根據(jù)圖象,下列判斷正確的是( ?)。
A.物體10s時(shí)的速度大于4s時(shí)的速度;
B.0-6s拉力對(duì)物體所做的功大于6-12s拉力對(duì)物體所做的功;
C.0-6s拉力對(duì)物體做功的功率小于6-12s拉力對(duì)物體做功的功率;
D.0-6s物體所受的拉力大于6-12s物體所受的拉力
【答案】B。
【解析】從圖象上看,0~6s和6s~12s物體以不同的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng),而0~6s過(guò)程中通過(guò)的路程是3m,6~12s的過(guò)程中通過(guò)路程為1m,因?yàn)橄嗤瑫r(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程越多,速度越大,因此0~6s過(guò)程中的速度大于6~12s的過(guò)程中的速度,即4s時(shí)的速度大于10s時(shí)的速度,故A錯(cuò)誤。
從圖中可以看出,0~6s過(guò)程中通過(guò)的距離為3m;6~12s的過(guò)程中通過(guò)的距離為1m;而拉力相同,由W=FS可知,0至6s內(nèi)鋼索拉力做
的功大于6s至12s內(nèi)鋼索拉力做的功;故B正確。
由于速度發(fā)生了改變,根據(jù)P=Fv可知,由0~6s過(guò)程中的速度大于6~12s的過(guò)程中的速度,0-6s拉力對(duì)物體做功的功率大于6-12s拉力對(duì)物體做功的功率,故C錯(cuò)誤。
因?yàn)槲矬w做勻速直線運(yùn)動(dòng),拉力等于阻力,0~6s物體所受的拉力等于6-12s物體所受的拉力,故D錯(cuò)誤。
7.(2017?杭州)如圖所示,木塊沿斜面從頂端勻速下滑的過(guò)程中,木塊的( )。
A.重力勢(shì)能減小,動(dòng)能增大;B.重力勢(shì)能減小,機(jī)械能減小;
C.動(dòng)能不變,機(jī)械能不變; ?D.重力勢(shì)能不變,機(jī)械能減小
【答案】B。
【解析】木塊在勻速下滑的過(guò)程中,速度不變,動(dòng)能不變;高度減小,重力勢(shì)能減?。荒緣K在下滑過(guò)程中,受到摩擦力的作用;木塊要克服摩擦力做功,機(jī)械能減少。
二、填空題
8.(2017?紹興)如圖為四旋翼無(wú)人機(jī),質(zhì)量為1.2千克,下方懸掛著一個(gè)質(zhì)量為0.1千克的攝像機(jī)。在10秒內(nèi)無(wú)人機(jī)從地面豎直上升了20米,然后邊攝像邊斜向上飛行了30秒,儀表盤(pán)上顯示離地高度為36米。無(wú)人機(jī)前10秒對(duì)攝像機(jī)做功???????焦,整個(gè)過(guò)程中,無(wú)人機(jī)對(duì)攝像機(jī)做功的功率為??????????瓦。
?
【答案】(1)20;(2)0.9W。
【解析】(1)前10秒對(duì)攝像機(jī)做功W=Gh=mgh=0.1kg×10N/kg×20m=20J。
整個(gè)過(guò)程無(wú)人機(jī)對(duì)攝像機(jī)做功
,
功率:
。
9.(2019·遂寧)如圖是老師設(shè)計(jì)的探究機(jī)械能轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)裝置,將一彈簧下端固定于帶槽的斜面底端,彈簧上端處于斜面A點(diǎn)處;將一小球從斜面頂端釋放,小球經(jīng)過(guò)斜面A點(diǎn)后壓縮彈簧,在斜面C點(diǎn)停止;然后在彈力的作用下小球再向上運(yùn)動(dòng)到斜面的D點(diǎn),接看再向下運(yùn)動(dòng);如此往復(fù)幾次后小球在斜面的B點(diǎn)靜止,那么小球第一次下降經(jīng)過(guò)斜面的______(選填“A““B““C”“D”“O”)點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大;小球上升時(shí)不能再回到O點(diǎn)的原因主要是小球克服摩擦做功,將部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了______。
?
【答案】B;內(nèi)能。
【解析】(1)從O到A的過(guò)程中,小球沿斜面向下重力的分力大于沿斜面向上的摩擦力,合力沿斜面向下,小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng);
由題意可知,小球最后在斜面的B點(diǎn)靜止,小球在該點(diǎn)受到的合力為零,則從A到B的過(guò)程中,小球沿斜面向下重力的分力大于沿斜面向上的摩擦力與彈力之和,合力沿斜面向下,小球做變加速直線運(yùn)動(dòng);
從B到C的過(guò)程中,小球沿斜面向下重力的分力小于沿斜面向上的摩擦力與彈力之和,合力沿斜面向上,小球做變減速直線運(yùn)動(dòng),直至在C點(diǎn)瞬時(shí)靜止,綜上可知,小球第一次下降經(jīng)過(guò)斜面的B點(diǎn)時(shí)速度最大,動(dòng)能最大;
(2)小球上升時(shí)不能再回到O點(diǎn)的原因主要是小球克服摩擦做功,將部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。
故答案為:B;內(nèi)能。
10.(2019·湖州)打網(wǎng)球已成為我國(guó)青少年喜歡的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,如圖甲為快速飛行的網(wǎng)球遇到迎面而來(lái)的球拍時(shí)的三個(gè)瞬間,圖乙為用頻閃相機(jī)拍攝的網(wǎng)球離開(kāi)球拍后在空中飛行過(guò)程的照片。
(1)網(wǎng)球遇到球拍時(shí),球和球拍都變形了,這說(shuō)明______(寫(xiě)兩點(diǎn))。
(2)球遇到球拍后的某一瞬間,網(wǎng)球的速度剛好變?yōu)榱悖瑒t該瞬間網(wǎng)球所受的力是否平衡?______
(3)網(wǎng)球表面比較粗糙,在空中飛行時(shí)所受空氣阻力不可忽略。圖乙中,網(wǎng)球從A點(diǎn)經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)B飛行到C點(diǎn)的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是______(選填序號(hào))。
①在A、B、C三點(diǎn),網(wǎng)球在A點(diǎn)機(jī)械能最大
②位于最高點(diǎn)B時(shí),網(wǎng)球的動(dòng)能為零
③在該飛行過(guò)程中,網(wǎng)球的勢(shì)能先增大后減小
【答案】力使物體發(fā)生形變;力的作用是相互的;否;①③。
【解析】(1)球撞到球拍上,球拍發(fā)生了形變;說(shuō)明:力能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);同時(shí)球的運(yùn)動(dòng)方向也發(fā)生了變化,說(shuō)明球也受到了球拍的力;說(shuō)明:力的作用是相互的;
(2)物體受力平衡時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不發(fā)生改變;物體速度某個(gè)瞬間為零并能說(shuō)明物體就受力平衡,小球速度為零下一瞬間將反向運(yùn)動(dòng),說(shuō)明小球不是出于平衡狀態(tài)。所以該瞬間小球受力不平衡。
(3)網(wǎng)球飛行過(guò)程中高度先增大再減少,所以小球的重力勢(shì)能先增大再減小,而過(guò)小球離開(kāi)球拍后它的彈性勢(shì)能是不變的,所以勢(shì)能先增大后減小。
故答案是:(1)力使物體發(fā)生形變,力的作用是相互的;(2)否;(3)①③。
三、實(shí)驗(yàn)探究題
11.(2017?廣元)如圖甲所示是小張“探究物體的動(dòng)能與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置。
?
(1)小張讓大小不同的實(shí)心鋼球從同一斜面上相同的高度處由靜止?jié)L下,在水平面上運(yùn)動(dòng)并推動(dòng)木塊移動(dòng),是為了探究動(dòng)能大小與??????的關(guān)系;
(2)同班同學(xué)小紅發(fā)現(xiàn),木塊被鋼球撞擊后移動(dòng)的距離沒(méi)有其他同學(xué)的明顯,認(rèn)為是木塊太重導(dǎo)致滑動(dòng)摩擦力過(guò)大的原因造成。為了驗(yàn)證猜測(cè),小紅設(shè)計(jì)了如圖乙所示“探究滑動(dòng)摩擦力與壓力大小關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),當(dāng)接觸面粗糙程度不變,用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得到了表格中的相關(guān)數(shù)據(jù),請(qǐng)你根據(jù)表中數(shù)據(jù)幫她分析并得出,滑動(dòng)摩擦力f與壓力F之間的數(shù)量關(guān)系式為???????。
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
木塊對(duì)木板壓力F/N
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)f/N
|
0.6
|
0.9
|
1.2
|
1.5
|
1.8
|
【答案】(1)質(zhì)量;(2)f=0.3F。
【解析】(1)影響動(dòng)能大小的因素是物體質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度;小明選用大小不同的鋼球,故其質(zhì)量也不同,如果從同一斜面的同一高度靜止?jié)L下,它們的速度相同,故實(shí)驗(yàn)是為了探究動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系。
(2)由表哥中的數(shù)據(jù),可求得f1=0.3F;滑動(dòng)摩擦力的大小等于拉力大小,即彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù),故滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力之間的關(guān)系為:f=0.3F。
12.(2017?紹興)探究“水平拋出物體飛行的距離a與物體質(zhì)量m、拋出高度H、拋出時(shí)的速度v的關(guān)系”時(shí),設(shè)計(jì)并進(jìn)行了如圖甲實(shí)驗(yàn)。

?
實(shí)驗(yàn)一:質(zhì)量不同的A、B球在斜面同一高度處由靜止滑下,下落到不同高度的地面。
實(shí)驗(yàn)二:質(zhì)量不同的A、B球在斜面不同高度處由靜止滑下,下落到同一高度的地面。
實(shí)驗(yàn)得到表一、表二兩組數(shù)據(jù):
表一
mA=100克,mB=50克,h=0.2米
|
次數(shù)
|
球
|
桌面離地高度H/米
|
落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)水平距離s/米
|
1
|
A
|
0.5
|
???????
|
2
|
A
|
1.0
|
0.74
|
3
|
A
|
1.5
|
0.90
|
4
|
B
|
0.5
|
0.53
|
5
|
B
|
1.0
|
0.74
|
6
|
B
|
1.5
|
0.91
|
表二
mA=100克,mB=50克,H=1.2米
|
次數(shù)
|
球
|
桌面離地高度H/米
|
落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)水平距離s/米
|
1
|
A
|
0.1
|
0.59
|
2
|
A
|
0.2
|
0.81
|
3
|
A
|
0.3
|
0.99
|
4
|
B
|
0.1
|
0.58
|
5
|
B
|
0.2
|
0.81
|
6
|
B
|
0.3
|
1.00
|
(1)如圖乙所示,是A球從斜面高h=0.2米處下落時(shí),測(cè)量球落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)水平距離的示意圖,該距離是??????????米。
(2)實(shí)驗(yàn)一,球在斜面的同一高度靜止釋放,是為了保持小球離開(kāi)桌面時(shí)的????????????相同。
(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可得出的結(jié)論是???????????????????????????????????。
【答案】(1)0.51~0.54;(2)水平速度;(3)水平拋出物體飛行的距離與拋出點(diǎn)的水平速度和拋出高度有關(guān),與質(zhì)量大小無(wú)關(guān)。水平拋出速度越大、拋出高度越高,水平飛行距離越遠(yuǎn)。
【解析】(1)根據(jù)尺子的示數(shù),估讀距離為0.51~0.54m;(2)球在斜面的同一高度靜止釋放,使重力做的功相同,保持小球離開(kāi)桌面時(shí)的速度相同;(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可得出的結(jié)論是水平拋出物體飛行的距離與拋出點(diǎn)的水平速度和拋出高度有關(guān),與質(zhì)量大小無(wú)關(guān)。水平拋出速度越大、拋出高度越高,水平飛行距離越遠(yuǎn)。
四、計(jì)算題
13.(2017·益陽(yáng))跳傘是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)的運(yùn)動(dòng),現(xiàn)在越來(lái)越受到人們的喜愛(ài).在某次跳傘訓(xùn)練過(guò)程中,一體重為500N的運(yùn)動(dòng)員從空中懸停的直升機(jī)上由靜止開(kāi)始豎直跳下,其速度與時(shí)間的關(guān)系如圖所示,經(jīng)15s下落210m后,開(kāi)始做勻速直線運(yùn)動(dòng)直至落地,整個(gè)過(guò)程用時(shí)30s,求在這個(gè)過(guò)程中:
?
(1)運(yùn)動(dòng)員下落的平均速度;
(2)重力做的功;
(3)勻速下降時(shí)重力做功的功率。
【解析】(1)由題可知,運(yùn)動(dòng)員在0﹣15s下落的路程為s前=210m,
由圖象可知,15s后運(yùn)動(dòng)員以6m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng),
則運(yùn)動(dòng)員在15﹣30s通過(guò)的路程為:s后=vt后=6m/s×15s=90m;
運(yùn)動(dòng)員通過(guò)的總路程為:s=s前+s后=210m+90m=300m,
總時(shí)間為t=30s,則整個(gè)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員下落的平均速度:v′=
=
=10m/s。
(2)運(yùn)動(dòng)員下落的高度為:h=s=300m;
重力做的功:W=Gh=500N×300m=1.5×105J。
(3)勻速下降時(shí),重力做功的功率:P=Fv=Gv=500N×6m/s=3×103W。
答:(1)運(yùn)動(dòng)員下落的平均速度為10m/s;(2)重力做的功為1.5×105J;(3)勻速下降時(shí)重力做功的功率為3×103W。
14.(2019·海南)如圖所示是正在航拍的無(wú)人機(jī)。起飛前,放在地面上要確保四腳著地;啟動(dòng)后,利用遙控器可控制它運(yùn)動(dòng)和工作。無(wú)人機(jī)的參數(shù)如下表,求:(g取10N/kg)
(1)無(wú)人機(jī)從地面飛到離地20m高處,至少要多長(zhǎng)時(shí)間?
(2)無(wú)人機(jī)從20m高處降落到地面,重力做功是多少?
(3)無(wú)人機(jī)停放在水平地面上時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)是多少?
(4)無(wú)人機(jī)的突出問(wèn)題是飛行時(shí)間短,請(qǐng)?zhí)岢鲆粋€(gè)解決問(wèn)題的合理建議。
?
【解析】(1)由
得至少要用的時(shí)間為:
(2)重力做功為:
(3)無(wú)人機(jī)對(duì)地面的壓強(qiáng)為:
(4)無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程需要消耗電能來(lái)克服重力做功,所以為了減少電能的消耗,延長(zhǎng)飛行時(shí)間,可以減小無(wú)人機(jī)的質(zhì)量?;蛘咴黾与姵貎?chǔ)存的電能也可以延長(zhǎng)飛行時(shí)間。
15.(2019·湘潭)為解決某偏遠(yuǎn)山區(qū)的用電困難,利用當(dāng)?shù)厮Y源豐富的特點(diǎn),扶貧工作隊(duì)籌措資金為當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)了一座小型水力發(fā)電站,讓水壩的水下泄時(shí)沖動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電,供當(dāng)?shù)鼐用裆钏?。若水?/span>10m高處下泄,每小時(shí)下泄量為7.2×106kg,取g=10N/kg。
(1)每小時(shí)水的重力做的功W為多少?
(2)若水的重力做的功有80%轉(zhuǎn)化為電能,發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率P是多少?
【解析】(1)每小時(shí)下泄量為7.2×106kg,則這些水的重力:G=mg=7.2×106kg×10N/kg=7.2×107N,
每小時(shí)水的重力做的功:W=Gh=7.2×107N×10m=7.2×108J;
(2)由
可得,產(chǎn)生的電能:W電=80%×W=80%×7.2×108J=5.76×108J,
則發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率:
答:(1)每小時(shí)水的重力做的功W為7.2×108J;(2)若水的重力做的功有80%轉(zhuǎn)化為電能,發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率P是1.6×105W。
16.(2019·濰坊)一輛質(zhì)量為1.5×103kg的汽車陷入一泥濘路段,司機(jī)師傅利用滑輪組和周圍條件,組裝成了如圖所示的拖車裝置。已知汽車通過(guò)泥濘路段需移動(dòng)8m距離,汽車在泥濘路段受到的阻力為車重的0.1倍,滑輪組的機(jī)械效率為80%,g取10N/kg。
在將車勻速拖離泥濘路段過(guò)程中,求:
(1)做的有用功;
(2)作用在繩子自由端的拉力。
【解析】(1)汽車在泥濘路段受到的阻力:f=0.1mg=0.1×1.5×103kg×10N/kg=1.5×103N;
將車勻速拖離,由二力平衡條件可得,滑輪組對(duì)車的拉力:F拉=f=1.5×103N;
所做有用功:W有=F拉s車=1.5×103N×8m=1.2×104J,
(2)由圖可知n=3,則繩子移動(dòng)的距離:s繩=3s車=3×8m=24m,
由
;
由W總=Fs繩可得,作用在繩子自由端的拉力:
。
答:(1)做的有用功為1.2×104J;(2)作用在繩子自由端的拉力為625N。
17.(2017?嘉興)如圖為某款擦窗機(jī)器人,它憑借其底部的真空泵在機(jī)身和玻璃之間形成低氣壓,牢牢地吸附在豎直玻璃上。請(qǐng)回答:
(1)當(dāng)它靜止在豎直玻璃上時(shí),受到的摩擦力方向是???????。
(2)擦窗機(jī)器人的擦試速度是4分鐘/米2,要擦完總面積為3米2的窗玻璃需要???分鐘。
(3)工作時(shí)擦窗機(jī)器人對(duì)玻璃的壓力為28牛,內(nèi)外氣壓差達(dá)到800帕,求擦窗機(jī)器人與玻璃的接觸面積至少為多少平方米?
(4)擦窗機(jī)器人的總質(zhì)量為1.2千克,工作時(shí)的實(shí)際功率為80瓦,它在豎直向上擦窗過(guò)程中有0.25%的電能用于克服重力做功;若窗戶足夠高,持續(xù)豎直向上擦窗20分鐘,擦窗機(jī)器人可上升的最大高度為多少米?(取g=10牛/千克)
【解析】(1)擦窗機(jī)器人在豎直玻璃板上靜止時(shí),處于平衡狀態(tài),豎直方向受到的重力和摩擦力是一對(duì)平衡力,故摩擦力的方向是豎直向上的。
(2)擦窗機(jī)器人的擦試速度是4分鐘/米2,要擦完總面積為 3 米2的窗玻璃需要的時(shí)間為:t=4分鐘/米2×3 米2=12分鐘。
(3)由
得,擦窗機(jī)器人與玻璃的接觸面積為:
;
(4)機(jī)器人消耗的電能為:W電=P電t=80W×1200s=96000J;克服重力所做的功:W′=W電η=96000J×0.25%=240J;機(jī)器人的重力為:G=mg=1.2kg×10N/kg=12N;
由W=Gh得上升的高度為:
。
【答案】(1)豎直向上;(2)12;(3)擦窗機(jī)器人與玻璃的接觸面積至少為0.035m2;(4)擦窗機(jī)器人可上升的最大高度為20m。
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