课时训练(十三)机械功与机械能(限时:50分钟)|基础巩固|一、选择题1.将一本物理书从地面捡起放到课桌上，所做的功大约是（)A. 0.2 JB.2 JC.20 JD.200 J2.【2019海南】用大小相同的力F，作用在质量不同的物体上，使它们分别在同一水平面上沿力的方向移动相同的距离s（如图K13-1所示)，F所做的功分别为W1和W2，则（)图K13-1A. W1=12W2B.W1=W2C.W1=2W2D.W1=4W23.【2018柳州】下列四组数据给出了四个力做功与做功所用的时间，其中功率最大的是（)A. 40 J，8 sB.80 J，8 sC.80 J，10 sD.90 J，10 s4.【2019宜宾】用轻绳将小球系好后，固定在天花板上，做成一个摆，如图K13-2所示。小球在a、c之间往返运动，不计空气阻力。对小球从a点向右摆动到c点的过程，下列说法中正确的是（)图K13-2A. 小球的运动状态没有发生变化 B.小球所受重力的方向总是竖直向下的 C.小球的动能先减小后增大D.小球的机械能不守恒5.【2019巴中】如图K13-3所示，物体从斜面顶端匀速滑到斜面底端，在此过程中，下列说法正确的是（) 图K13-3A. 物体动能增大，机械能不变B.物体动能不变，机械能减小C.物体重力势能不变，机械能不变D.物体重力势能减小，机械能增大6.【2019黄石】专业蹦床运动（如图K13-4所示)逐渐进入大众生活，下列对蹦床运动的相关表述错误的是（)图K13-4A. 下落到蹦床前运动员的重力势能转化为动能B.运动员下降到最低点时，蹦床的弹性势能最大C.运动员想弹得更高，就要在蹦床上发力，消耗体能D.若运动员不发力，会一直运动下去，因为能量是守恒的7.【2018德州】两次水平拉动同一物体在同一水平面上做匀速直线运动，两次物体运动的s-t图像如图K13-5所示。根据图像，下列判断正确的是（)图K13-5A. 两次物体运动的速度v1v2B.两次物体所受的拉力F1F2C.06 s两次拉力对物体所做的功W1W2D.06 s两次拉力对物体做功的功率P1P28.【2018自贡】如图K13-6所示，用滑轮组提升重物时，重400 N的物体在10 s内匀速上升了1 m。已知拉绳子的力F为250 N，则提升重物的过程中（)图K13-6A. 做的总功是400 JB.拉力F的功率是25 WC.绳子自由端被拉下1 mD.滑轮组的机械效率是80%9.工人师傅利用如图K13-7所示的两种方式，将重均为300 N的货物从图示位置向上缓慢提升一段距离。F1、F2始终沿竖直方向;图甲中OB=2OA，图乙中动滑轮重为60 N，重物上升速度为0.01 m/s，不计杠杆重、绳重和摩擦，则下列说法正确的是（)图K13-7A. 甲、乙两种方式都省一半的力B.甲方式中F1由150 N逐渐变大C.乙方式中机械效率约为83.3%D.乙方式中F2的功率为3 W10.（双选)【2019成都】如图K13-8甲所示的装置中，每个滑轮的重力均为10 N，物体A的重力GA=100 N，物体B的重力GB=40 N，对A施加水平向右的拉力F1=110 N，使A以0.1 m/s的速度匀速向右运动;撤去拉力F1，在A的右侧加挂一个与它相同的物体，如图乙所示，对B施加一个竖直向下的拉力F2，使A以0.2 m/s的速度匀速向左运动。绳重及滑轮转轴处的摩擦等因素忽略不计，则下列说法正确的是（)图K13-8A. 图甲中，A受到的摩擦力为110 NB.图乙中，F2的大小为45 NC.图乙中，P点处受到的拉力为145 ND.图乙中，F2做功的功率为2 W二、填空题11.【2018柳州】6月份是柳州杨梅成熟的季节，熟透的杨梅会从树上自然掉落，下落过程中速度越来越大，杨梅的能转化成能。 12.【2019山西】小明利用“3D”打印机，打印出和自己大小一样的“自己”模型，但其质量只有自己的110，则这个模型的密度是小明密度的 。小明把模型从一楼搬到二楼教室克服模型重力做功约为J。 13.在探究“汽车的速度”的实验中，甲、乙两辆相同的汽车在同一水平地面上做直线运动的s-t图像如图K13-9所示。由图可知，甲车的动能（选填“大于”“小于”或“等于”)乙车的动能;经过相同的时间，甲、乙两车牵引力做的功之比为。（空气阻力忽略不计) 图K13-9三、实验探究题14.【2019绥化】如图K13-10所示，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止。图K13-10（1)小球滚下斜面的过程中，它的能转化为动能，其动能大小是通过木块移动的距离来反映的。 （2)分析比较两次实验，可探究出的结论是:质量相同的物体，速度越大，动能越大。 （3)甲实验中若木块的重力为1 N，水平移动的距离是30 cm，则重力对木块做功J。 （4)如果水平面光滑，则（选填“能”或“不能”)完成本实验。 15.【2019绥化】图K13-11是智慧小组“测滑轮组的机械效率”的实验装置。测得的实验数据如下表。图K13-11实验次数物重G/N物体上升高度h/m拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率110.10.60.355.6%220.11.00.366.7%340.11.80.3（1)实验过程中，应竖直向上拉动弹簧测力计。 （2)第三次实验中滑轮组的机械效率是。（精确到0.1%) （3)分析表中实验数据可知，同一滑轮组，物重，滑轮组的机械效率越高。 （4)若在第三次实验中，物体上升的速度为0.1 m/s，则拉力F的功率为W。 （5)创新小组也利用重为1 N、2 N、4 N的物体进行了三次实验，每次测得的机械效率均大于智慧小组的测量值，则创新小组测量值偏大的原因可能是。（填字母) A. 测拉力时，弹簧测力计未调零，指针指在零刻度线下方B.弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升C.所使用的动滑轮的重力小于智慧小组的16.【2018鞍山】斜面是在生活和生产中常见的简单机械，也是物理实验中常用的实验器材。（1)使用斜面提升物体可以省力。如图K13-12甲所示，将重力为5 N的木块放在长1 m、高0.2 m的斜面上，沿斜面向上匀速拉动弹簧测力计，记下弹簧测力计的示数为1.6 N，则该斜面的机械效率=%;木块在斜面上运动时受到的滑动摩擦力为N。继续探究，可以得出斜面越陡，省力越（选填“多”或“少”)，机械效率越（选填“高”或“低”)。 图K13-12（2)用斜面探究“物体的动能跟哪些因素有关”的实验，如图乙所示，使一个小球从斜面上不同高度由静止开始滚下，撞击水平面上的小木块，通过观察比较小球动能的大小，可以探究物体的动能跟这一因素的关系。 四、综合应用题17.【2019北部湾经济区】我们在超市购物时，常常使用购物车。已知购物车的质量为10 kg，小明用10 N的水平推力推着购物车沿水平地面运动了4 m，用时4 s。求:（g取10 N/kg)（1)购物车的重力。（2)推力所做的功。（3)推力的功率。18.质量为60 kg的工人用如图K13-13甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图像如图乙所示，机械中摩擦力及绳重忽略不计。（g取10 N/kg)（1)影响滑轮组机械效率的因素之一是。 （2)若工人在1 min内将货物匀速向上提高了6 m，作用在钢绳自由端的拉力为400 N，求拉力的功率。（3)求动滑轮受到的重力。（4)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，此滑轮组的机械效率最大值是多少？（结果精确到0.1%)图K13-13|能力提升|一、选择题1.【2018东营】关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是（)A. 通过改进机械的性能可使机械效率达到100%B.做功多的机械，功率一定大C.功率大的机械，做功一定快D.做功快的机械，机械效率一定高2.如图K13-14所示，光滑斜面长度ABAC，沿斜面AB和AC分别将同一重物从它们的底部拉到顶部，所需拉力分别为F1和F2，所做的功分别为W1和W2。则（)图K13-14A. F1F2，W1=W2B.F1F2，W1W2C.F1F2，W1W2D.F1F2，W1=W23.如图K13-15所示，不计绳重和摩擦，把重力G=16 N的物体匀速提起所用的拉力F=10 N，则下列关于该动滑轮的说法中错误的是（)图K13-15A. 动滑轮重4 NB.使用该动滑轮要费距离C.此次该动滑轮的机械效率为80%D.提升物体的速度越快，机械效率越高4.【2018广安】如图K13-16所示，斜面长3 m、高0.6 m，建筑工人用绳子在6 s内将重500 N的物体从其底端沿斜面向上匀速拉到顶端，拉力是150 N（忽略绳子的重力)，则下列说法正确的是（)图K13-16A. 斜面上的摩擦力是50 NB.拉力的功率是50 WC.拉力所做的功是300 JD.斜面的机械效率是80%5.建筑工人用如图K13-17所示的滑轮组，在4 s内将重为1500 N的物体A沿水平方向匀速移动2 m的过程中，所用的拉力大小为375 N，物体受到水平地面的摩擦力为物重的0.4倍。在此过程中下列说法正确的是（)图K13-17A. 绳子自由端沿水平方向移动了6 mB.物体受到的拉力为750 NC.拉力F的功率为750 WD.滑轮组的机械效率为80%6.【2018乐山】图K13-18甲中力F1水平拉着重为G的物体在水平路面上匀速移动s的距离。图乙中用动滑轮拉着它也在同一路面匀速移动s的距离，拉力为F2。使用动滑轮的过程中（)图K13-18A. 总功为W总=F2sB.有用功为W有用=GsC.机械效率为=Gs2F2s100%D.额外功为W额外=2F2s-F1s7.甲、乙两个滑轮组如图K13-19所示，其中的每一个滑轮的质量都相同，用它们分别将重为G1、G2的物体提高相同的高度，不计滑轮组的摩擦，下列说法中正确的是（)图K13-19A. 若G1=G2，拉力做的额外功相同B.若G1=G2，拉力做的总功相同C.若G1=G2，甲的机械效率大于乙的机械效率D.用甲、乙其中的任何一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变8.如图K13-20所示是杂技演员演出时的过程示意图。男演员从甲处用力向上起跳，落下后踩在跷跷板的a端，能把站在b端的女演员弹上乙处。由于存在阻力，故（)图K13-20A. 男演员的质量必须要大于女演员的质量B.甲处男演员的势能一定要大于乙处女演员的势能C.男演员离开跳台时的机械能一定大于乙处女演员的势能D.女演员弹起时的动能与她站在乙处时的机械能相等9.有一种运动叫蹦极，如图K13-21所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员，运动员从O点自由下落，A点处弹性绳自然伸直，B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力相等处，C点是蹦极运动员到达的最低点。运动员从O点到C点的运动过程中，忽略空气阻力，则（)图K13-21A. 从O至C运动员速度一直减小B.从O点至A点运动员机械能不守恒，从A点至C点机械能守恒C.从O至A过程中运动员速度增大，从A至C过程中运动员速度减小D.从O至B过程中运动员速度增大，从B至C过程中运动员速度减小10.（多选)【2019河北】如图13-22所示，重为G的物体在拉力F的作用下，以速度v匀速运动了s。已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的1n，不计绳重、轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是（)图K13-22A. 使用该滑轮组一定省力B.拉力的功率为2FvC.额外功为1n（2nF-G)sD.滑轮组的机械效率为G2F100%二、填空题11.如图K13-23所示的甲、乙两套装置，每个滑轮的质量均相等，用它们分别将重力为G1和G2的重物匀速提升一定高度，所用竖直向上的拉力大小分别为F1和F2，忽略绳重和摩擦。若F1=F2，则G1G2;若G1=G2，则它们的机械效率12。（均选填“”“=”或“”) 图K13-2312.【2019龙东】如图K13-24所示，小聪用滑轮组拉动水平地面上重为500 N的物体A，使它沿水平方向匀速前进2 m，地面对它的摩擦力为150 N，小聪施加的拉力F=100 N（忽略绳重和滑轮重)，则滑轮组做的有用功为J，滑轮组的机械效率为。 图K13-2413.【2019温州】为了解火箭升空过程中的相关运动状况，兴趣小组制作了一模型火箭，重为8 N（不包含燃料)，发射后获取模型火箭的飞行高度与时间的关系，如图K13-25所示。图K13-25（1)模型火箭燃料耗尽后仍能向上飞行一段距离，这是因为模型火箭具有。 （2)图中标注的A、B、C三个位置中，模型火箭的重力势能最小的是。 （3)模型火箭从最高点B下落到地面，重力做功的功率为W。 三、实验探究题14.【2019眉山】为了探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度之间的关系，探究小组的同学利用木板、刻度尺、 弹簧测力计、木块等器材设计了如图K13-26所示的实验装置。实验测得的数据如下表:图K13-26实验次数123斜面倾斜程度较缓较陡最陡木块重力G/N333斜面高度h/m0.20.30.4沿斜面拉力F/N1.61.82.0斜面长度s/m111机械效率37.5%60%请你根据表中的数据解答下列问题:（1)实验中要求用沿斜面向上的力拉着木块在斜面上做运动，该过程中木块的机械能（选填“变大”“不变”或“变小”)。 （2)第2次实验中，斜面的机械效率为，斜面对木块的摩擦力为N。 （3)斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系是。 （4)试列举出生活中利用斜面的一个实例 。 15.【2019黄石】探究小组为探究影响滑轮组的机械效率的因素，实验装置如图K13-27所示，数据如下表所示。图K13-27次数钩码重力/N提升钩码高度/cm有用功/J拉力/N总功/J机械效率11.0400.41.10.8845%21.5400.61.41.1254%32.030 1.7 42.5401.02.01.6063%（1)请把表格中三个未完成的空补充完整。（2)甲同学根据表格数据可以得出:钩码重力逐渐增大时，滑轮组机械效率（选填“增大”“减小”或“不变”)。请你解释出现这种现象的原因， 。 （3)乙同学进一步研究，测出动滑轮的质量为100 g，根据表格中的数据得出:总功总是大于有用功与克服动滑轮重力的功之和，即W总W有用+W轮，他猜测还有因素影响机械效率。（写一种因素即可) （4)丙同学计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值W=W总-W有用-W轮，通过比较第1、2和组的数据，发现提升重物的重力越大，差值W（选填“越大”“越小”或“不变”)，请你利用所学知识对此做出解释 。 四、综合应用题16.【2019攀枝花】如图K13-28所示，在水平路面上行驶的汽车通过滑轮组拉着重G=9104 N的货物A沿斜面向上匀速运动。货物A的速度为v=2 m/s，经过t=10 s，货物A竖直升高h=10 m。已知汽车对绳的拉力F的功率P=120 kW，不计绳、滑轮的质量和摩擦，求:（1)t时间内汽车对绳的拉力所做的功。（2)汽车对绳的拉力大小。（3)斜面的机械效率。图K13-2817.某人站在水平高台上用如图K13-29所示的滑轮组提升重物，不计绳重和摩擦。第一次他匀速提升重物G1=150 N时，人竖直向上拉绳的力为F1，人对高台的压强为p1;第二次他匀速提升另一重物G2=270 N时，人竖直向上拉绳的力为F2，人对高台的压强为p2。两次物体匀速上升的速度均为0.5 m/s，人的重力G人=500 N，且p1p2=1415。求:（1)若人的双脚与高台的总接触面积为410-2 m2，当人站在高台上没有拉绳时，人对高台的压强。（2)第一次提升重物时，克服物体重力做功的功率。（3)第二次提升重物时，滑轮组的机械效率。图K13-29【参考答案】基础巩固1.B【解析】一本物理书的重力约2 N,从地面捡起放到课桌上,上升的高度约1 m,则所做的功W=Gh=2 N1 m=2 J,故选B。2.B【解析】根据功的计算公式W=Fs,得W1=Fs,W2=Fs。可见W1=W2,故选B。3.B4.B5.B【解析】物体从斜面顶端匀速滑到斜面底端,动能不变,重力势能减小,机械能减小。所以选B。6.D7.C8.D【解析】由题图知,n=2,则绳子自由端移动的距离s=2h=21 m=2 m,故C错误；拉力做的总功W总=Fs=250 N2 m=500 J,故A错误；拉力F的功率P=W总t=500J10s=50 W,故B错误；有用功W有用=Gh=400 N1 m=400 J,滑轮组的机械效率=W有用W总100%=400J500J100%=80%,故D正确。9.C10.CD11.重力势动12.110150（估测数值合理即可）13.小于1414.（1）重力势（2）甲、乙（3）0（4）不能15.（1）匀速缓慢（或匀速）（2）74.1%（3）越大（越重）（4）0.54（5）C【解析】（1）实验过程中,应竖直向上匀速缓慢拉动弹簧测力计。（2）第3次实验中,滑轮组的机械效率为=W有用W总100%=GhFs100%=4N0.1m1.8N0.3m100%74.1%。（3）分析表格中的数据可知,同一滑轮组,物重越大,滑轮组的机械效率越高。（4）图中物体和动滑轮的总重是由3段绳子承担的,所以绳子自由端移动的速度为v绳=3v物=30.1 m/s=0.3 m/s,拉力的功率为P=Fv绳=1.8 N0.3 m/s=0.54 W。（5）若测量拉力时,弹簧测力计没有调零,指针在零刻度线的下方,会导致所测拉力偏大,计算出的机械效率偏小,故A不符合题意；若弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升,所测拉力偏大,计算出的机械效率偏小,故B不符合题意；若所使用的动滑轮重力偏小,会导致额外功所占比例偏小,所测量的机械效率偏大,故C符合题意。16.（1）62.50.6少高（2）小木块移动的距离速度【解析】（1）木块在斜面上运动时,拉力做的总功为W总=Fs=1.6 N1 m=1.6 J,有用功为W有用=Gh=5 N0.2 m=1 J,则斜面的机械效率=W有用W总100%=1J1.6J100%=62.5%,额外功为W额外=W总-W有用=1.6 J-1 J=0.6 J,滑动摩擦力为f=W额外s=0.6J1m=0.6 N。继续探究,可得结论：斜面越陡,省力越少,机械效率越高。17.解：（1）购物车的重力G=mg=10 kg10 N/kg=100 N。（2）推力所做的功W=Fs=10 N4 m=40 J。（3）推力的功率P=Wt=40J4s=10 W。18.解：（1）物重（或动滑轮重）（2）由题图甲可知,n=3,则绳端移动的距离s=nh=36 m=18 m,拉力做的功W=Fs=400 N18 m=7200 J,拉力的功率P=Wt=7200J60s=120 W。（3）由图乙可知,物重G=300 N时,滑轮组的机械效率=60%,因机械中摩擦力及绳重忽略不计,克服物重做的功为有用功,克服动滑轮重和物重做的功为总功,所以,滑轮组的机械效率=W有用W总100%=Gh（G+G动）h100%=GG+G动100%=300N300N+G动100%=60%,解得G动=200 N。（4）已知工人的质量为60 kg,则该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时,对绳子的最大拉力F大=G人=m人g=60 kg10 N/kg=600 N,由F=1n（G+G动）可得,提升的最大物重G大=nF大-G动=3600 N-200 N=1600 N,则滑轮组的最大机械效率大=G大G大+G动100%=1600N1600N+200N100%88.9%。能力提升1.C2.A3.D4.A5.D【解析】绳端移动的距离s是物体A移动距离的2倍,即4 m,A错误。由于物体匀速运动,水平方向受到的拉力与摩擦力平衡,大小相等,故物体所受拉力FA=f=0.4G=0.41500 N=600 N,B错误。拉力做功W总=Fs=375 N4 m=1500 J,则拉力的功率P=W总t=1500J4s=375 W,C错误。滑轮组的机械效率=W有用W总100%=FAsAFs100%=FA2F100%=600N2375N100%=80%,D正确。6.D7.C8.C9.D10.BC【解析】拉力F在拉动物体的同时还提起了动滑轮,动滑轮重力未知,则不能确定是否省力,故A错误。由图知,承担物重的绳子段数为2,物体移动速度为v,拉力端移动的速度为2v,则拉力的功率P=2Fv,故B正确。由题意可知,物体运动时受到的摩擦阻力f=1nG,滑轮组克服摩擦力做的功为有用功,即W有用=fs=1nGs,拉力F端移动的距离s绳=2s,则拉力F做的总功W总=Fs绳=2Fs,做的额外功W额外=W总-W有用=2Fs-1nGs=1n（2nF-G）s,该滑轮组的机械效率=W有用W总100%=1nGs2Fs100%=G2nF100%,故C正确,D错误。11.=【解析】忽略绳重和摩擦,设滑轮重力为G,2F1=G1+G,3F2=G2+G,若F1=F2,则G2=32G1+12G,则G1 G2；若G1=G2,将重物提升相同高度,动滑轮也提升了相同高度,所做额外功相同,有用功相同,则机械效率相同。12.30075%13.（1）惯性（2）C（3）7014.（1）匀速直线变大（2）50%0.9（3）同一斜面,斜面越陡,机械效率越高（4）盘山公路（或用木板搭成斜面,将重物推上汽车等）【解析】（1）在本实验中,要求木块处于平衡状态,所以应拉着它在斜面上做匀速直线运动。由于木块沿斜面匀速上升,速度不变,故动能大小不变,但高度增加,重力势能变大,所以机械能变大。（2）由第2组数据可得,做的有用功W有用=Gh=3 N0.3 m=0.9 J,总功W总=Fs=1.8 N1 m=1.8 J,则机械效率=W有用W总100%=0.9 J1.8 J100%=50%；对于斜面来说,克服摩擦力做的功为额外功,额外功W额外=W总-W有用=1.8 J-0.9 J=0.9 J,则斜面对木块的摩擦力为f=W额外s=0.9 J1 m=0.9 N。（3）通过3次实验对比,可得出结论：同一斜面,斜面越陡,机械效率越高。15.（1）0.61.0259%（2）增大动滑轮重力不变,随着钩码重力增大,有用功所占比例增大（3）绳重（或各种摩擦）（4）4越大所挂钩码越重,摩擦力越大,额外功越多16.解：（1）t时间内汽车对绳的拉力做的功WF=Pt=120103 W10 s=1.2106 J。（2）由图可知,承担对A拉力的绳子段数n=3,则拉力端移动速度vF=3v=32 m/s=6 m/s,则拉力端移动的距离sF=vFt=6 m/s10 s=60 m,由W=Fs可得,汽车对绳的拉力F=WFsF=1.2106 J60m=2104 N。（3）该过程做的有用功W有用=Gh=9104 N10 m=9105 J,斜面的机械效率=W有用WF100%=9105 J1.2106 J100%=75%。17.解：（1）当人站在高台上没有拉绳时,对高台的压力F压=G人=500 N,人对高台的压强p人=F压S=500N410-2 m2=1.25104 Pa。（2）第一次提升重物时,克服物体重力做功的功率P=G1v=150 N0.5 m/s=75 W。（3）由题图可知,n=3,则绳子自由端的拉力F=1n（G+G动）=13（G+G动）,人对高台的压力F压=G人+F=G人+13（G+G动）,对高台的压强p=F压S=G人+13（G+G动）S=3G人+G+G动3S,则p1=3G人+G1+G动3S=3500N+150N+G动3S=1650N+G动3S,p2=3G人+G2+G动3S=3500N+270N+G动3S=1770N+G动3S,由p1p2=1650N+G动3S1770N+G动3S=1650N+G动1770N+G动=1415,解得G动=30 N,因不计绳重和摩擦,由=W有用W总100%=Gh（G+G动）h100%=GG+G动100%可得,第二次提升重物时滑轮组的机械效率=G2G2+G动100%=270N270N+30N100%=90