2020年新教材高中物理 課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)十四 功與功率（含解析）新人教版必修2

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1、功與功率 (25分鐘　60分) 一、選擇題(本題共6小題,每題5分,共30分) 1.以下說(shuō)法正確的是 (　　) A.力是矢量,位移是矢量,所以功也是矢量 B.-10 J的功大于+5 J的功 C.功的正、負(fù)表示方向 D.若某一個(gè)力對(duì)物體不做功,說(shuō)明該物體一定沒有發(fā)生位移 【解析】選B。功是標(biāo)量,只有大小沒有方向,其正負(fù)表示力是動(dòng)力還是阻力, -10 J的功大于+5 J的功,所以A、C錯(cuò)誤,B正確;某一個(gè)力對(duì)物體不做功,可能是力和位移相互垂直,故D錯(cuò)誤。 2.下面關(guān)于功率的說(shuō)法中正確的是 (　　) A.由P=可知:機(jī)器做功越多,其功率越大 B.由P=Fv可知:只要F、v均不

2、為零,F的功率就不為零 C.實(shí)際功率既可以長(zhǎng)時(shí)間小于額定功率,也可以長(zhǎng)時(shí)間大于額定功率 D.額定功率是在正常條件下可以長(zhǎng)時(shí)間工作的最大功率 【解析】選D。由P=可知:機(jī)器做功越多,其功率不一定越大,還要看時(shí)間,故A錯(cuò)誤;根據(jù)P=Fvcosθ可知,F、v均不為零,若θ=90°則F的功率為零,故B錯(cuò)誤;用電器正常工作時(shí)的實(shí)際功率是額定功率,額定功率是在正常條件下可以長(zhǎng)時(shí)間工作的最大功率,實(shí)際功率可以短時(shí)間內(nèi)大于額定功率,不可以長(zhǎng)時(shí)間大于額定功率,故D正確,C錯(cuò)誤。 3.玩具起重機(jī)上懸掛一個(gè)質(zhì)量為500 g的砝碼,從靜止開始以2 m/s2的加速度提升砝碼,3 s內(nèi)拉力所做的功為(g取10 m

3、/s2) (　　) A.9 J　　 　B.18 J　 　　C.24 J　　 　D.54 J 【解析】選D。砝碼上升過(guò)程中,受到重力mg和拉力F,根據(jù)牛頓第二定律得F-mg=ma得F=m(g+a)=6 N,3 s內(nèi)上升的高度為h=at2=×2×32 m=9 m,則3 s內(nèi)拉力所做的功為W=Fh=6×9 J=54 J,故D正確。 4.如圖所示,人站在臺(tái)階式自動(dòng)扶梯上,隨扶梯勻速向下運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是 (　　) A.人所受的重力做正功 B.人所受的重力不做功 C.人對(duì)梯面的壓力不做功 D.梯面對(duì)人的支持力不做功 【解析】選A。對(duì)人受力分析,受到豎直向下的重力,垂直于接觸面向上

4、的支持力,根據(jù)W=Fxcosθ可知,重力對(duì)人做正功,支持力對(duì)人做負(fù)功,故A正確,B、D錯(cuò)誤。人對(duì)梯面的壓力向下,做正功,C錯(cuò)誤。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 某同學(xué)家里裝修,她幫著家長(zhǎng)粉刷墻壁。關(guān)于刷子和墻之間的摩擦力做功情況,下列說(shuō)法正確的是 (　　) A.刷子對(duì)墻的摩擦力做正功 B.刷子對(duì)墻的摩擦力做負(fù)功 C.墻對(duì)刷子的摩擦力做正功 D.墻對(duì)刷子的摩擦力做負(fù)功 【解析】選D。由于墻在刷子作用力的方向上沒有位移,故刷子對(duì)墻的摩擦力不做功,故A、B錯(cuò)誤;墻對(duì)刷子的摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向相反,故墻對(duì)刷子的摩擦力做負(fù)功,故C錯(cuò)誤,D正確。 5.如圖所示,質(zhì)量為1 kg的小物塊從光滑斜面頂端由靜止開

5、始下滑,g取10 m/s2,則小物塊下滑到斜面底端時(shí)重力的功率是 (　　) A.25 W B.25 W C.25 W D.50 W 【解析】選A。根據(jù)牛頓第二定律得,物塊下滑的加速度大小為:a==5 m/s2,根據(jù)=at2,得:t==2 s,則重力做功的平均功率為:P==25 W,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。 6.某同學(xué)站在電梯地板上,利用速度傳感器和計(jì)算機(jī)研究一觀光電梯在升降過(guò)程中的情況,如圖所示是計(jì)算機(jī)顯示的觀光電梯在某一段時(shí)間內(nèi)速度變化的情況(豎直向上為正方向,已知電梯轎廂和乘客的總質(zhì)量為800 kg,g取10 m/s2)。根據(jù)圖像提供的信息,可以判斷下列說(shuō)法中正確的是

6、 (　　) A.在0～5 s內(nèi),電梯加速上升,該同學(xué)處于失重狀態(tài) B.在10～20 s內(nèi),鋼纜對(duì)電梯做正功 C.在10～20 s內(nèi),電梯上升的位移為20 m D.在20～25 s內(nèi),電梯(包括乘客)的重力做功為4×104 J 【解析】選B。在0～5 s內(nèi),從速度—時(shí)間圖像可知,此時(shí)的加速度為正,說(shuō)明電梯的加速度向上,此時(shí)人處于超重狀態(tài),故A錯(cuò)誤;由圖像可知,10～20 s內(nèi)電梯還處于上升階段,鋼纜對(duì)電梯的力向上,則鋼纜對(duì)電梯做正功,故B正確;在10～20 s內(nèi),從速度—時(shí)間圖像可知電梯上升的位移為: m=10 m,故C錯(cuò)誤;在20～25 s內(nèi),從速度—時(shí)間圖像可知電梯向下運(yùn)動(dòng)

7、的位移為:h= m=2.5 m,則電梯(包括乘客)的重力做功為W=mgh=800×10×2.5 J=2×104 J,故D錯(cuò)誤。 二、計(jì)算題(本題共2小題,共30分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位) 7.(14分)質(zhì)量為m=2 kg的物體在水平地面上,受到與水平面成θ=37°,大小F1=10 N的拉力作用,移動(dòng)的距離s=2 m,已知:物體與地面的滑動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.3,g取10 m/s2。(sin37°=0.6,cos37°=0.8) (1)求拉力F1對(duì)物體所做的功。 (2)求摩擦力F2對(duì)物體所做的功。 (3)求合外力F對(duì)物體所做的總功。 【解析】(1)拉力

8、F1對(duì)物體所做的功為: W1=F1scosθ=10×2×0.8 J=16 J (2)摩擦力F2對(duì)物體所做的功為: =-F2s=-μ(mg-F1sin37°)s =-0.3×(20-10×0.6)×2 J=-8.4 J (3)整個(gè)過(guò)程中只有拉力和滑動(dòng)摩擦力做功,重力和支持力不做功, 故W合=W1+=16 J-8.4 J=7.6 J 答案:(1)16 J　(2)-8.4 J　(3)7.6 J 8.(16分)如圖所示,一地鐵列車從甲站由靜止啟動(dòng)后做直線運(yùn)動(dòng),先勻加速運(yùn)動(dòng)t1=10 s達(dá)到速度大小v=54 km/h,再勻速運(yùn)動(dòng)t2=100 s,接著勻減速運(yùn)動(dòng)t3=12 s到達(dá)乙站停車。

9、列車在運(yùn)行過(guò)程中所受的阻力大小恒為Ff=1×105 N,列車在減速過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作,求: (1)列車勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服阻力所做的功W。 (2)列車的質(zhì)量m。 (3)列車在勻加速階段牽引力的平均功率。 【解析】(1)已知v=54 km/h=15 m/s 列車在勻速階段的位移為:x=vt2=1 500 m 列車勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服阻力所做的功為: W=Ffx=1.5×108 J (2)設(shè)列車勻減速階段的加速度大小為a′,由牛頓第二定律有:Ff=ma′ 又:a′=,解得m=8×104 kg (3)設(shè)列車在勻加速階段的加速度大小為a,由牛頓第二定律有:F-Ff=ma 又:

10、a= 該階段牽引力的平均功率為=F 解得:=1.65×106 W。 答案:(1)1.5×108 J　(2)8×104 kg (3)1.65×106 W (15分鐘　40分) 9.(6分)如圖甲所示,滑輪質(zhì)量、摩擦均不計(jì),質(zhì)量為2 kg的物體在F作用下由靜止開始向上做勻加速運(yùn)動(dòng),其速度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示,由此可知 (　　) A.物體加速度大小為2 m/s2 B.F的大小為21 N C.2 s末F的功率大小為42 W D.2 s內(nèi)F做功的平均功率為42 W 【解析】選A。根據(jù)v-t圖像知加速度a= m/s2=2 m/s2,故A正確;牛頓第二定律得,2F-mg=m

11、a,解得F= N=12 N,故B錯(cuò)誤;物體在2 s內(nèi)的位移x=at2 =×2×22 m=4 m,則拉力作用點(diǎn)的位移x′=8 m,則拉力F做功的大小為W=Fx′=12×8 J=96 J,平均功率==48 W,故D錯(cuò)誤;2 s末物體的速度v=4 m/s,拉力作用點(diǎn)的速度v′=2v=8 m/s,則F的功率P=Fv′=12×8 W=96 W,故C錯(cuò)誤。 10.(6分)(多選)如圖所示,某中學(xué)科技小組制作了利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)小車的裝置。當(dāng)太陽(yáng)光照射到小車上方的光電板時(shí),光電板中產(chǎn)生的電流經(jīng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)小車前進(jìn)。小車在平直的公路上由靜止開始勻加速行駛,經(jīng)過(guò)時(shí)間t,速度為v時(shí)功率達(dá)到額定功率,并保持不變;小車

12、又繼續(xù)前進(jìn)了距離s,達(dá)到最大速度vm。設(shè)小車的質(zhì)量為m,運(yùn)動(dòng)過(guò)程所受阻力恒為f,則 (　　) A.小車的額定功率為fvm B.小車的額定功率為fv C.小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的牽引力為f+ D.小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的牽引力為f+ 【解題指南】解答本題需明確以下兩點(diǎn): (1)小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),牽引力不變,功率增大,達(dá)到額定功率后做變加速直線運(yùn)動(dòng)。 (2)當(dāng)牽引力等于阻力時(shí),速度達(dá)到最大,做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 【解析】選A、C。小車勻加速行駛時(shí),牽引力不變,電動(dòng)機(jī)的功率隨著小車速度的增大而增大,當(dāng)達(dá)到額定功率時(shí),以額定功率行駛,做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng),最終當(dāng)牽引力等于阻力

13、時(shí),速度達(dá)到最大,所以額定功率P=fvm,故A正確,B錯(cuò)誤;小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)加速度a=,根據(jù)牛頓第二定律知F-f=ma,聯(lián)立解得F=f+m,故C正確,的單位是m,與力的單位不同,D錯(cuò)誤。 11.(6分)(多選)物體在水平地面上受到水平推力的作用,在6 s內(nèi),力F、速度v隨時(shí)間變化如圖所示,由圖像可得 (　　) A.物體的質(zhì)量為2 kg B.物體與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.025 C.在2 s內(nèi)推力做的功為3 J D.物體在6 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移為6 m 【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行: (1)由v-t圖像看出,物體在2～6 s做勻速運(yùn)動(dòng)。 (2)由F-t圖像讀出物體在運(yùn)動(dòng)

14、過(guò)程中受到的滑動(dòng)摩擦力的作用。 (3)由v-t圖像的斜率求出物體在0～2 s的加速度。 (4)根據(jù)牛頓第二定律求出物體的質(zhì)量m,根據(jù)滑動(dòng)摩擦力公式求出動(dòng)摩擦因數(shù)μ,與時(shí)間軸所圍面積為物體運(yùn)動(dòng)的位移。 【解析】選B、C。由v-t圖像看出,物體在2～6 s做勻速直線運(yùn)動(dòng),則有:Ff=F2= 1 N 由速度圖像可知,0～2 s物體加速度為: a== m/s2 F=3 N 由牛頓第二定律得:F-Ff=ma 代入解得:m=4 kg,故A錯(cuò)誤;由Ff =μN(yùn)=μmg 得:μ=0.025,故B正確;前2 s內(nèi)通過(guò)的位移為:x=×2×1 m=1 m,在2 s內(nèi)推力做的功為:W=Fx=3

15、J,故C正確;物體在6 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移為:x=(×2×1+1×4) m=5 m,故D錯(cuò)誤。 12.(22分)高速連續(xù)曝光照相機(jī)可在底片上重疊形成多個(gè)圖像。現(xiàn)利用一架照相機(jī)對(duì)某家用汽車的加速性能進(jìn)行研究,如圖為汽車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)三次曝光的照片,圖中汽車的實(shí)際長(zhǎng)度為4 m,照相機(jī)每?jī)纱纹毓獾臅r(shí)間間隔為2.0 s。已知該汽車的質(zhì)量為1 000 kg,額定功率為90 kW,汽車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的阻力始終為1 500 N。 (1)試?yán)脠D示,求該汽車的加速度。 (2)若汽車由靜止開始以此加速度做勻加速運(yùn)動(dòng),勻加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)最多能保持多長(zhǎng)時(shí)間? (3)汽車所能達(dá)到的最大速度是多大? 【解析】(1)由題圖可得汽車在第1個(gè)2.0 s時(shí)間內(nèi)的 位移x1=9 m,第2個(gè)2.0 s時(shí)間內(nèi)的位移x2=15 m 汽車的加速度a==1.5 m/s2。 (2)由F-Ff=ma得,汽車牽引力 F=Ff+ma=(1 500+1 000×1.5)N=3 000 N 汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)的末速度 v== m/s=30 m/s 勻加速運(yùn)動(dòng)保持的時(shí)間 t== s=20 s。 (3)汽車所能達(dá)到的最大速度 vm== m/s=60 m/s。 答案:(1)1.5 m/s2　(2)20 s　(3)60 m/s - 9 -