2024年新教材高中物理课时素养评价十四功与功率含解析新人教版必修2

PAGE9-功与功率(25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每题5分,共30分)1.以下说法正确的是 ()A.力是矢量,位移是矢量,所以功也是矢量B.-10J的功大于+5J的功C.功的正、负表示方向D.若某一个力对物体不做功,说明该物体肯定没有发生位移【解析】选B。功是标量,只有大小没有方向,其正负表示力是动力还是阻力,-10J的功大于+5J的功,所以A、C错误,B正确;某一个力对物体不做功,可能是力和位移相互垂直,故D错误。2.下面关于功率的说法中正确的是 ()A.由P=Wt可知:机器做功越多,B.由P=Fv可知:只要F、v均不为零,F的功率就不为零C.实际功率既可以长时间小于额定功率,也可以长时间大于额定功率D.额定功率是在正常条件下可以长时间工作的最大功率【解析】选D。由P=Wt可知:机器做功越多,其功率不肯定越大,还要看时间,故A错误;依据P=Fvcosθ可知,F、v均不为零,若θ=90°则F的功率为零,故B错误;用电器正常工作时的实际功率是额定功率,额定功率是在正常条件下可以长时间工作的最大功率,实际功率可以短时间内大于额定功率,不行以长时间大于额定功率,故D正确,C3.玩具起重机上悬挂一个质量为500g的砝码,从静止起先以2m/s2的加速度提升砝码,3s内拉力所做的功为(g取10m/s2) ()A.9JB.18JC.24JD.54J【解析】选D。砝码上升过程中,受到重力mg和拉力F,依据牛顿其次定律得F-mg=ma得F=m(g+a)=6N,3s内上升的高度为h=12at2=12×2×32m=9m,则3s内拉力所做的功为W=Fh=6×9J=54J,故4.如图所示,人站在台阶式自动扶梯上,随扶梯匀速向下运动,下列说法正确的是 ()A.人所受的重力做正功B.人所受的重力不做功C.人对梯面的压力不做功D.梯面对人的支持力不做功【解析】选A。对人受力分析,受到竖直向下的重力,垂直于接触面对上的支持力,依据W=Fxcosθ可知,重力对人做正功,支持力对人做负功,故A正确,B、D错误。人对梯面的压力向下,做正功,C错误。【补偿训练】某同学家里装修,她帮着家长粉刷墙壁。关于刷子和墙之间的摩擦力做功状况,下列说法正确的是 ()A.刷子对墙的摩擦力做正功B.刷子对墙的摩擦力做负功C.墙对刷子的摩擦力做正功D.墙对刷子的摩擦力做负功【解析】选D。由于墙在刷子作用力的方向上没有位移,故刷子对墙的摩擦力不做功,故A、B错误;墙对刷子的摩擦力与运动方向相反,故墙对刷子的摩擦力做负功,故C错误,D正确。5.如图所示,质量为1kg的小物块从光滑斜面顶端由静止起先下滑,g取10m/s2,则小物块下滑到斜面底端时重力的功率是 ()A.25W B.252WC.253W D.50W【解析】选A。依据牛顿其次定律得,物块下滑的加速度大小为:a=mgsinθm=5m/s2,依据hsinθ=12at2,得:t=2hasinθ=2s,则重力做功的平均功率为:P=mght=25W,故A正确6.某同学站在电梯地板上,利用速度传感器和计算机探讨一观光电梯在升降过程中的状况,如图所示是计算机显示的观光电梯在某一段时间内速度改变的状况(竖直向上为正方向,已知电梯轿厢和乘客的总质量为800kg,g取10m/s2)。依据图像供应的信息,可以推断下列说法中正确的是 ()A.在0～5s内,电梯加速上升,该同学处于失重状态B.在10～20s内,钢缆对电梯做正功C.在10～20s内,电梯上升的位移为20mD.在20～25s内,电梯(包括乘客)的重力做功为4×104J【解析】选B。在0～5s内,从速度—时间图像可知,此时的加速度为正,说明电梯的加速度向上,此时人处于超重状态,故A错误;由图像可知,10～20s内电梯还处于上升阶段,钢缆对电梯的力向上,则钢缆对电梯做正功,故B正确;在10～20s内,从速度—时间图像可知电梯上升的位移为:2×102m=10m,故C错误;在20～25s内,从速度—时间图像可知电梯向下运动的位移为:h=1×52m=2.5m,则电梯(包括乘客)的重力做功为W=mgh=800×10×2.5J=2×104J,故二、计算题(本题共2小题,共30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.(14分)质量为m=2kg的物体在水平地面上,受到与水平面成θ=37°,大小F1=10N的拉力作用,移动的距离s=2m,已知:物体与地面的滑动摩擦因数μ=0.3,g取10m/s2。(sin37°=0.6,cos37°=0.8)(1)求拉力F1对物体所做的功。(2)求摩擦力F2对物体所做的功。(3)求合外力F对物体所做的总功。【解析】(1)拉力F1对物体所做的功为:W1=F1scosθ=10×2×0.8J=16J(2)摩擦力F2对物体所做的功为:WF2=-F2s=-μ(mg-F1sin37=-0.3×(20-10×0.6)×2J=-8.4J(3)整个过程中只有拉力和滑动摩擦力做功,重力和支持力不做功,故W合=W1+WF答案:(1)16J(2)-8.4J(3)7.6J8.(16分)如图所示,一地铁列车从甲站由静止启动后做直线运动,先匀加速运动t1=10s达到速度大小v=54km/h,再匀速运动t2=100s,接着匀减速运动t3=12s到达乙站停车。列车在运行过程中所受的阻力大小恒为Ff=1×105N,列车在减速过程中发动机停止工作,求: (1)列车匀速运动过程中克服阻力所做的功W。(2)列车的质量m。(3)列车在匀加速阶段牵引力的平均功率P。【解析】(1)已知v=54km/h=15m/s列车在匀速阶段的位移为:x=vt2=1500m列车匀速运动过程中克服阻力所做的功为:W=Ffx=1.5×108J(2)设列车匀减速阶段的加速度大小为a′,由牛顿其次定律有:Ff=ma′又:a′=vt3,解得m=8×10(3)设列车在匀加速阶段的加速度大小为a,由牛顿其次定律有:F-Ff=ma又:a=v该阶段牵引力的平均功率为P=Fv解得:P=1.65×106W。答案:(1)1.5×108J(2)8×104kg(3)1.65×106W(15分钟40分)9.(6分)如图甲所示,滑轮质量、摩擦均不计,质量为2kg的物体在F作用下由静止起先向上做匀加速运动,其速度随时间的改变关系如图乙所示,由此可知()A.物体加速度大小为2m/s2B.F的大小为21NC.2s末F的功率大小为42WD.2s内F做功的平均功率为42W【解析】选A。依据v-t图像知加速度a=42m/s2=2m/s2,故A正确;牛顿其次定律得,2F-mg=ma,解得F=20+42N=12N,故B错误;物体在2s内的位移x=1=12×2×22m=4m,则拉力作用点的位移x′=8m,则拉力F做功的大小为W=Fx′=12×8J=96J,平均功率P=Wt=48W,故D错误;2s末物体的速度v=4m/s,拉力作用点的速度v′=2v=8m/s,则F的功率P=Fv′=12×8W=96W,故10.(6分)(多选)如图所示,某中学科技小组制作了利用太阳能驱动小车的装置。当太阳光照耀到小车上方的光电板时,光电板中产生的电流经电动机带动小车前进。小车在平直的马路上由静止起先匀加速行驶,经过时间t,速度为v时功率达到额定功率,并保持不变;小车又接着前进了距离s,达到最大速度vm。设小车的质量为m,运动过程所受阻力恒为f,则 ()A.小车的额定功率为fvmB.小车的额定功率为fvC.小车做匀加速直线运动时的牵引力为f+mvD.小车做匀加速直线运动时的牵引力为f+vt【解题指南】解答本题需明确以下两点:(1)小车做匀加速直线运动,牵引力不变,功率增大,达到额定功率后做变加速直线运动。(2)当牵引力等于阻力时,速度达到最大,做匀速直线运动。【解析】选A、C。小车匀加速行驶时,牵引力不变,电动机的功率随着小车速度的增大而增大,当达到额定功率时,以额定功率行驶,做加速度渐渐减小的加速运动,最终当牵引力等于阻力时,速度达到最大,所以额定功率P=fvm,故A正确,B错误;小车做匀加速直线运动加速度a=vt,依据牛顿其次定律知F-f=ma,联立解得F=f+mvt,故C正确,vt2的单位是m,11.(6分)(多选)物体在水平地面上受到水平推力的作用,在6s内,力F、速度v随时间改变如图所示,由图像可得 ()A.物体的质量为2kgB.物体与地面的动摩擦因数为0.025C.在2s内推力做的功为3JD.物体在6s内运动的位移为6m【解题指南】解答本题可按以下思路进行:(1)由v-t图像看出,物体在2～6s做匀速运动。(2)由F-t图像读出物体在运动过程中受到的滑动摩擦力的作用。(3)由v-t图像的斜率求出物体在0～2s的加速度。(4)依据牛顿其次定律求出物体的质量m,依据滑动摩擦力公式求出动摩擦因数μ,与时间轴所围面积为物体运动的位移。【解析】选B、C。由v-t图像看出,物体在2～6s做匀速直线运动,则有:Ff=F2=1N由速度图像可知,0～2s物体加速度为:a=ΔvΔt=12F=3N由牛顿其次定律得:F-Ff=ma代入解得:m=4kg,故A错误;由Ff=μN=μmg得:μ=0.025,故B正确;前2s内通过的位移为:x=12×2×1m=1m,在2s内推力做的功为:W=Fx=3J,故C正确;物体在6s内运动的位移为:x=(12×2×1+112.(22分)高速连续曝光照相机可在底片上重叠形成多个图像。现利用一架照相机对某家用汽车的加速性能进行探讨,如图为汽车做匀加速直线运动时三次曝光的照片,图中汽车的实际长度为4m,照相机每两次曝光的时间间隔为2.0s。已知该汽车的质量为1000kg,额定功率为90kW,汽车运动过程中所受的阻力始终为1500N。 (1)试利用图示,求该汽车的加速度。(2)若汽车由静止起先以此加速度做匀加速运动,匀加速运动状态最多能保持多长时间?(3)汽车所能达到的最