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1、计算题 (15分)静止在水平地面上的木箱,质量m=50 kg.木箱与地面间的动摩擦因数μ=0.4,若用大小为400 N、方向与水平方向成37°角的斜向上的拉力拉木箱从静止开始运动,使木箱能够到达50 m远处,拉力最少做多少功?(cos37°=0.8,取g=10 m/s2)
参考答案:7.68×103 J
本题解析:欲使拉力做功最少,须使拉力作用的位移最小,故重物应先在拉力作用下加速,再撤去拉力使木箱减速,到达50 m处时速度恰好减为0.设加速时加速度的大小为a1,减速时加速度的大小为a2.
由牛顿第二定律得,加速时有:
水平方向Fcos37°-μFN=ma1
竖直方向Fsin37°+FN-mg=0
减速时有:μmg=ma2
且有v2=2a1x1=2a2x2 x1+x2=x
联立以上各式解得:x1≈24 m
由功的定义,有
W=Fx1cos37°=400×24×0.8 J=7.68×103 J.
本题难度:简单
2、简答题 如图所示,均匀光滑直杆AB长为L,可绕光滑固定转轴O转动,O在距B点
处.在水平杆的另一端A下摆经过的轨迹上安装光电门,用来测量A端的瞬时速度vA,光电门测量位置和距转轴O的高度差h可以调节,有一质量为m的小球套在光滑杆上,重力加速度g取10m/s2.
(1)若杆的质量忽略不计,小球固定在杆OA的中点处,由静止释放杆,请写出光电门测量到的速度vA与高度差h的关系式;
(2)实际情况下杆的质量M不能忽略,拿走小球后重复实验,得到了如图所示的vA2与h关系图线.请写出杆绕O点转动时的动能Ek与vA的关系式;
(3)将光电门安装在OA中点正下方处,将杆由水平位置静止释放,套在杆上某处的小球由静止开始沿杆下滑,恰好经过该光电门,测得小球对地速度大小为v.已知杆的质量M是小球质量m的倍,杆绕O点转动时的动能Ek与vA满足(2)问关系.求此时小球重力做功的瞬时功率P.
参考答案:(1)根据图中几何关系可知,A端下降高度为h时,小球下降高度为h2,设此时小球的速度为v1.有机械能守恒定律:12mv12=mgh2
由小球与A端共轴,有相同的角速度,所以:vA=2v1
解得:vA=2
本题解析:
本题难度:一般
3、选择题 质量为m的物体,在距地面h高处以
的加速度由静止竖直下落到地面,下列说法中正确的是(?)
A.物体重力势能减少
B.重力对物体做功
C.物体的机械能减少
D.物体的动能增加
参考答案:C
本题解析:物体在下落过程中,重力做正功为mgh,则重力势能减小也为mgh.故AB错误;物体的合力为
,则合力做功为
,所以物体的动能增加为
,D错误;物体除重力做功,阻力做负功,导致机械能减少.由阻力做功为
,得机械能减少为
,C正确;
故选C
点评:功是能量转化的量度,重力做功导致重力势能变化;合力做功导致动能变化;除重力外其他力做功导致机械能变化;弹力做功导致弹性势能.
本题难度:一般
4、选择题 2012年5月19日,在2012钻石联赛上海站男子110米栏比赛中,中国选手刘翔以12秒97的成绩夺冠。他采用蹲踞式起跑,在发令枪响后,左脚迅速蹬离起跑器,在向前加速的同时提升身体重心。如图所示,假设刘翔的质量为m,在起跑时前进的距离s内,重心升高量为h,获得的速度为v,克服阻力做功为
,则在此过程中

A.地面的支持力对刘翔做功为mgh
B.刘翔自身做功为
mv2+mgh+
C.刘翔的重力势能增加量为
mv2+
D.刘翔的动能增加量为mgh+
参考答案:B
本题解析:地面的支持力竖直向上,作用点在力的方向没有发生位移,支持力不做功,A错;由动能定理可知B对;刘翔的重力势能增加量为自身做功减去
mv2+
,C错;刘翔动能增加量为自身做功减去mgh+
,D错;
本题难度:一般
5、选择题 在如图甲所示的电路中,电源的电动势为3.0V,内阻不计,L1、L2、L3为3个用特殊材料制成的同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示.当开关S闭合稳定后( )
A.通过L1的电流大小为通过L2电流的2倍
B.L2消耗的电功率约为0.375?W
C.L1消耗的电功率为0.75W
D.L2的电阻为6Ω