2022年机械功和机械能例题与练习题.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第 12 章 机械功和机械能例题与习题【例 1】在平地上,用50N 的水平推力推动重100N的箱子,前进了10m(图 1),推箱子的小伴侣做了多少功?假如把这个箱子匀速举高1.5m,他做了多少功?【分析】水平推箱子做的功 W,等于水平推力 F 和水平前进的距离 s 的乘积 Fs;匀速举箱子时用的力 F 与箱子重 G大小相等、方向相反;举箱子是 F 克服重力(阻力)G使箱子在 F 方向上上升 h,所做的功 W2Fh Gh,这种情形下,经常为了简便而说:克服阻力G做的功 W2Gh;【解答】F50N,s10m,G 100N,h1.5m;W Fs50N
2、 10m 500J;W2Gh100N 1.5m 150J ;答:他推箱子做功 500J,举箱子做功 150J;【说明】题中给了两个力:50N、100N,也给了两个距离:10m、1.5m;千万不要死记乱套公式,算出两个功:W100N 10m 1000J,W250N 1.5m 75J;对于公式,务必要在懂得的基础上记忆、运用;WFs 中的 F 是使物体在它的方向上通过距离 s 的力, s 是物体在 F 方向上通过的距离;【例 2】 重为 100N的物体在光滑水平面上匀速移动80m,就重力对物体做的功是多少?【分析】重力的方向竖直向下,在竖直方向上物体没有发生移动;物体在光滑水平面上移 动,是由于物
3、体有惯性,可以保持运动状态不变;水平方向上没有受到作用力;【解答】 W Gh100 0 0 【说明】力对物体做功,必需有力作用在物体上,且物体在力的方向上通过距离;假如有 作用力,但在力的方向上没发生移动,或者不受作用力,物体静止或匀速直线运动,都没 有力对物体做功;名师归纳总结 【例 3】 某人用 100N顿的水平拉力,将500N 顿的物体在水平地面上匀速移动8m,拉力做第 1 页,共 16 页了多少功?如他用100N顿的力竖直向上提此重物,他对物体做多少功?- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 【分析】当他用100N的水平拉力作用于物体,物体且在这个力
4、的方向上移动8m,他对物体做的功应等于 FS;而他用 100N顿的力竖直向上提重物时,物体仍静止不动,物体没有在这个力的方向上移动距离,所以他对物体没做功;【解答】WFF100N 8m8 10 J s20 W20 【说明】做功有两个必要的因素,即作用在物体上的力和物体在该力方向上移动的距离,两者缺一不行;【例 4】 高出水面30m处有一个容积是50m3的水箱,要用一台离心式水泵抽水给水箱,1h 能把水箱布满即可;这台水泵的功率至少是多少千【分析】W?(取 g10N/ 千克)这道题要求的功率;功率 P=W/t,其中 t 是 1h, 而 W可以依据 WGh求出,其中 G是 50m3水重, h 是
5、30m;G的值,从水的体积 V 和密度 求出质量 m以后就知道了;思路 P=W/tW=GhG=mgm= V 【解答】m= V=1 10 3kg/m 3 50m 3=5 10 kg G=mg=5 10 kg 10N/kg=5 10 3N W=Gh=5 10 3N 30m=1.5 10 7J P=W/t=1.5 1 0 7J/3600s=4200W=4.2kW 答:水泵的功率应不小于 4.2kW;【例 5】 重 2540N的货物;如图 2 所示,滑轮组把它提升 1.7m;如不考虑摩擦,也不考虑滑轮和绳子的物重,就:(1)绳端拉力 F 是多少 N?(2)绳端移动的距离是多少 m?少?(3)如考虑摩擦
6、、滑轮和绳子的物重,须在绳端施力 800N,滑轮组的机械效率是多【分析】使用滑轮组时,重物 G由 n 段绳子承担,提起重物 G所用的力 F 就是重物 G的 n分之一;由于重物 G是由 n 段绳子承担,当重物上升 hm时,绳末端移动的距离 snhm;如考虑摩擦、滑轮和绳子的物重,滑轮组的机械效率等于有用功和总功的比值;名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 【解答】( 1)绳端拉力为 F=G/n=2540N/4=635N (2)绳端移动的距离为 s nh4 1.7m 6.8m (3)滑轮组的机械效率为 =W有/W 总=Gh
7、/Fs=Gh/Fnh=G/Fn=2540N/4 800N79% 【说明】如何判定有用功、额外功、总功,是解机械效率有关问题的关键,解题时可以用 机械做功的目的来分析;凡是用机械来上升物体的,使物体上升所做的功为有用功;且有 W有 Gh,即有用功等于被上升的物体的重力与其提上升度的乘积;凡是动力做的功就是 总功;且有 W总 Fs,它等于力与机械在动力作用下移动的距离的乘积;而用来克服摩擦 和机械自身重力所做的功为额外功;W额 W总 W有;图 2 【例 6】下面的物体中,只具有动能的是_;只有势能的是_;既具有动能、又具有势能的是 ;A停在地面上的汽车;B在空中飞行的飞机;C被起重机吊在空中静止的
8、货物;D弹簧;E在水平铁轨上正行驶的火车;【分析】停在地面上的汽车没有运动,它不具有动能;因在地面上,它也没有势能;正在空中飞行的飞机,它在运动着,具有动能;它离地面有肯定的高度,又具有重力 势能;在空中静止的货物,它没有动能,只有重力势能;弹簧在没有发生弹性形变时,它不具有弹性势能;水平铁轨上行驶的火车,只有动能没有势能;名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 【解答】只有势能的是C;只有动能的是E;既有动能又有势能的是B;【说明】在确定物体具有何种能量时,应依据动能、重力势能、弹性势能的定义,分析物 体是否在运动,是
9、否被举高,是否发生了弹性形变,符合哪一种能量的定义,就确定物体 具有哪一种能量;【例 7】以下物体各具有什么形式的机械能?1 高速升空的火箭;2 被拉长的弹弓橡皮条;3 被水电站拦河坝挡住的上游水;4 竖直到达最高点的上抛小球;【分析】对比动能、重力势能、弹性势能的定义,即能判定出上述物体各具有什么形式的 能;【解答】 1 高速升空的火箭,速度不为零,且高度在增加,因此具有动能和势能;2 被拉长的弹弓橡皮条发生弹性形变,具有弹性势能;3 被拦河坝挡住的上游水是流淌的,具有功能;同时水位又被拦河坝提得较高,因此又具有重力势能;4 小球被竖直抛到最高点时,不再运动,速度为零,因此只具有重力势能;【
10、例 8】判定以下几种情形下,物体的动能、势能是否变化?是增加仍是削减?1 货物在钢丝绳的牵引下上升,但速度在减小;2 电梯上升得越来越快;3 汽车在平直大路上匀速前进;4 弯曲的钢锯条在逐步变直;【分析】 1 货物在上升过程中,离地面的高度增加,运动速度减小;2 电梯在上升过程中,离地面的高度及运动速度都增加;3 汽车在平直大路上匀速行驶时,其离地面的高度和运动速度都没有发生变化;4 弯曲的钢锯条在逐步变直的过程中,弹性形变逐步变小;【解答】 1 货物的重力势能增加,动能削减;2 电梯的重力势能增加,动能增加;3 汽车的重力势能、动能都不变;4 钢锯条的弹性势能减小;名师归纳总结 - - -
11、- - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 【说明】在说明动能的大小和变化时,应抓住质量和速度进行分析;说明势能的大小和变 化时,应抓住质量和离地面的高度或抓住弹性形变的情形进行分析;【例 9】一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升,在整个过程中,乒乓球机械能转 化的情形是 A 势能动能势能; B 动能势能势能; C动能势能动能势能动能; D势能动能势能动能势能;【分析】乒乓球在高处,由于被举高具有势能;在下落过程中,高度降低,速度增大,在 撞击地面前,球的全部势能转化为动能;在撞击地板的一瞬时,由于球发生形变,球的动 能转化为球的弹性势能;球在复
12、原形变的过程中,弹性势能又转化成动能,使球产生一个 反方向的速度(如不考虑能的缺失,就此速度与球撞击地板前的速度大小相同),向上跳 起;在上升的过程中,动能又逐步转化成势能,直至动能为零;从下落到反跳的全过程 中,经受的能量变化过程是:重力势能动能弹性势能动能重力势能;填空题1. 人用水桶从井中提水的时候,对水所做的功是功,对桶和绳所做的功是功2. 起重机将 3000N 的物体在 1min 内匀速上升20m,在这段时间内起重机做的功为6 104J,起重机的功率为W;A点,重力3. 如图 1 所示,某同学在做俯、卧撑运动,可将他视为一个杠杆,他的重心在为 500N,那么他将身体撑起,双手对地面的
13、压力至少N,如他在 1min 内做了 30 个俯卧撑,每次肩部上升的距离均为0.4m,就他的功率至少为W;图 1 4甲、乙两位同学分别把同样重的木头从一楼搬到三楼,甲用的时间比乙用的时间长,两个对木头做功的大小关系是 是同学;W甲 W乙(选填“ ” 、“ ” 或“ ” ,对木头做功快的名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5某起重机将1 104N 的重物沿竖直方向提起,重物由静止开头向上做变速直线运动,然后做匀速直线运动,已知重物在开头的 30s 内上升的高度为 16m,在接着的 10s 内又匀速上升了 8m;如空气阻
14、力忽视不计,就在匀速运动过程中,起重机对重物的拉力的功率是W;在上述的 40s 内重物运动的平均速度是 m/s ;6重 500N 的物体,在 100N 的水平拉力作用下,沿水平地面以 0.5m s 的速度匀速运动10s在这个过程中,重力所做的功是 J,拉力做功的功率是 w7某商场售货员用 20N 的水平推力使质量为 65kg 的货物沿水平方向匀速移动了 3m,就该售货员对货物做功 J,货物的重力做功 J,物体受到的摩擦阻力是 N8用 10N 的水平拉力,拉着木块在水平桌面上做匀速直线运动,木块受到的摩擦力是 N,如木块移动了 0.5m,就拉力做的功 J. 9 如图 2 所示,已知物重等于 G,
15、请你补充一个物理理,用物得 G 和补充的物理量求出动滑轮的机械效率(绳重和摩擦忽视不计)补充的物理量名称和符号: 机机械效率 =. 10用图 3 所示的滑轮组将重为 G的物体匀速提升 h . 绳子移动的距离为;所做的有用功为;假设所用的拉力为 F,就该滑轮组的机械效率为 . 图 2 图 3 11如图 4 所示,小穆同学在“ 测滑轮组机械效率” 的试验中,匀速拉起重为 6N的物体,使物体上升了 0.2m,弹簧测力计示数为 N,就有用功是 J,机械效率为. 12用如图 5 所示的机械拉着重 120N,绳子末端的水平拉力为500N的物体在水平地面上匀速运动,物体受到的摩擦力为 50N,就滑轮组的机械
16、效率为;如物体运动的速度为名师归纳总结 0.2m/s ,就 10s 内拉力做的功是J. 第 6 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4 图 513用两个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组提升重物,当将一个重为 1000N的重物匀速提升 2m时,人站在地面上所用的拉力为 312.5N ,如不计绳重和摩擦,就该滑轮组所做的有用功是 J,机械效率是 . 14一台液压起重机在10s 内把一辆重为15000N 的汽车举高了2m,起重机对汽车做了焦的功,功率是W;15图 6 为某举重运动员在0.5s 内由支撑到起立将杠铃举起过程中拍照的两张照片,杠铃
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