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B
C
B
12
15
56
0
1800
C
【分析】
解题时首先要明确判断力对物体是否做功的两个缺一不可的核心条件:一是对物体施加了力的作用,二是物体在这个力的方向上移动了一段距离。接下来我们逐个对照四个场景验证两个条件是否同时满足:首先A、C场景中机器狗静止,虽然对重物A施加了向上的支持力,但重物没有任何位移,不满足第二个条件,因此不做功;D场景中机器狗承载重物水平移动,对重物的支持力是竖直向上的,重物的位移是水平方向,在支持力的方向上没有移动距离,也不满足做功条件;只有B场景中,支持力向上,重物沿向上的方向移动了距离,两个条件同时满足,即可选出正确答案。
【解析】
力学中做功的两个必要因素为:①作用在物体上的力;②物体在力的方向上通过的距离,二者缺一不可。对各选项逐一分析:
1. 选项A:机器狗蹲着不动,对重物A施加了向上的支持力,但重物A没有移动距离,不满足做功条件,机器狗对重物A不做功;
2. 选项B:托举重物匀速竖直上升,机器狗对重物A施加向上的支持力,且重物A沿支持力的方向(竖直向上)移动了距离,两个条件同时满足,机器狗对重物A做功;
3. 选项C:机器狗站着不动,对重物A施加了向上的支持力,但重物A没有移动距离,不满足做功条件,机器狗对重物A不做功;
4. 选项D:承载重物匀速水平移动,机器狗对重物A的支持力竖直向上,但重物的位移是水平方向,在支持力的方向上没有移动距离,不满足做功条件,机器狗对重物A不做功。
综上,只有B符合要求。
【答案】B
【知识点】做功的必要因素,力做功的判断
【点评】本题是功的概念类基础题,核心考察对做功两个条件的理解,易错点是D选项,不少同学会误把水平位移当成支持力方向的位移,忽略力和位移方向垂直时力不做功的特点,解题时要注意力和位移的方向必须对应。
【难度系数】0.8
【分析】
我们首先要明确功的计算公式中,距离指的是力的作用点沿力的方向实际移动的距离,不能直接等同于油桶移动的距离s。首先观察装置:绳子绕过油桶,油桶相当于一个变形的动滑轮。我们可以这样推导:当油桶沿水平地面向右匀速滚动距离s时,油桶的整体(圆心)向右平移了s,同时油桶发生滚动,油桶顶端(绳子与油桶的接触点)相对于油桶圆心又额外向右移动了s,因此拉力F的作用点沿拉力方向实际移动的总距离是s+s=2s。之后代入功的计算公式,就能算出拉力做的功。
【解析】
解:油桶滚动的过程等效为动滑轮的工作过程:
1. 当油桶沿水平地面移动距离s时,拉力F的作用点沿水平向右的方向移动的距离为2s;
2. 根据功的定义式$W = F s_{\mathrm{拉}}$,代入$s_{\mathrm{拉}}=2s$,可得拉力做的功$W = F × 2s = 2Fs$。
因此选项C正确,ABD错误。
【答案】
C
【知识点】
功的计算,动滑轮特点
【点评】
本题的易错点是直接将油桶移动的距离s当作拉力作用点的移动距离,错选A。解题的核心是识别出油桶作为变形动滑轮的特点,明确拉力端移动的距离是油桶移动距离的2倍,再代入功的公式计算即可。
【难度系数】
0.5
【分析】
这是一道生活情境下的功的估算题,解题思路非常清晰:首先明确小明做引体向上的过程,本质是克服自身重力做功,对应的功的计算公式为W=Gh,因此只需要合理估算出小明的重力、以及身体上升的高度这两个物理量,代入公式就能算出做功大小。第一步先估算中学生的重力:普通初中生的质量大约在50kg左右,根据G=mg就能算出对应的重力约为500N;第二步估算引体向上过程中身体上升的高度:从手臂完全伸直自然下垂,到下巴超过单杠,人体上升的距离大约在0.5m左右,将两个数值代入功的公式计算,得到结果后匹配对应选项即可。
【解析】
解:
1. 估算小明的重力:普通初中生的质量约为m=50kg,根据重力公式可得小明的重力:
$G = mg = 50\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 500\mathrm{N}$
2. 估算身体上升的高度:做引体向上时,从双臂自然下垂到下巴越过单杠,身体向上移动的距离约为$h=0.5\mathrm{m}$
3. 计算克服重力做的功:小明做引体向上是克服自身重力做功,根据$W=Gh$可得:
$W = Gh = 500\mathrm{N} × 0.5\mathrm{m} = 250\mathrm{J}$
因此小明做功的大小最接近250J。
【答案】
B
【知识点】
功的计算,物理量估测
【点评】
本题结合学生熟悉的引体向上运动创设情境,将物理知识和生活实际结合,重点考察学生对常见物理量的估测能力和功的公式的应用,引导学生不要死记硬背物理公式,要学会用物理知识解释生活中的常见现象。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先我们要明确做功的两个必要条件:一是物体受到力的作用,二是物体在该力的方向上通过一段距离,两个条件缺一不可。首先求克服购物篮重力做的功,重力的方向是竖直向下的,因此只需要选取购物篮在竖直方向上移动的距离,也就是从地面提起的0.6m,代入W=Gh即可计算。接下来求小明的提力做的功,提力的方向是竖直向上的,在水平运动8m的过程中,购物篮在竖直方向没有位移,因此这个阶段提力不做功,只需要计算提起购物篮的过程中提力做的功即可,代入W=Fs就能得到结果。
【解析】
1. 计算克服购物篮重力做的功:
已知购物篮重力G=20N,购物篮沿重力反方向(竖直向上)移动的距离h=0.6m,根据功的计算公式W=Gh,可得克服重力做功:
$W_G = G· h = 20\mathrm{N} × 0.6\mathrm{m} = 12\mathrm{J}$。
2. 计算整个过程中小明对购物篮的提力做的功:
小明的提力方向为竖直向上,在水平匀速运动8m的阶段,购物篮的位移方向为水平方向,与提力方向垂直,该阶段购物篮在提力方向上没有移动距离,因此此过程提力做功为0。
因此提力做的总功仅为提起购物篮阶段的功,已知提力F=25N,沿提力方向的位移为h=0.6m,可得:
$W_F = F· h = 25\mathrm{N} × 0.6\mathrm{m} = 15\mathrm{J}$。
【答案】
12;15
【知识点】
功的计算;做功的判断
【点评】
本题的核心易错点是容易误将水平移动的8m代入功的计算公式,忽略了“力与位移方向垂直时,该力不做功”的规律,重点考察对功的两个必要因素的理解,提醒学生计算功时必须先确认位移是沿对应力的方向上的分量,不能盲目套用公式。
【难度系数】
0.6
【分析】
这道题考查重力做功的计算,首先要明确重力做功的核心特点:重力做功只和物体沿重力方向(竖直向下)移动的距离有关,和水平方向移动的距离、出手的推力大小都没有关系。首先定位题目要求的过程是实心球从最高点到落地的过程,从图中找到这个过程里实心球竖直方向下落的高度是2.8m,排除题目里给出的90N推力、7m和10m的水平距离这些干扰数据,再代入重力做功公式W=Gh就能算出结果。
【解析】
解:重力做功的计算公式为$W=Gh$,其中$G$是物体受到的重力,$h$是物体沿重力方向(竖直方向)移动的距离。
实心球从最高点到落地的过程中,竖直方向下落的高度$h=2.8\ \mathrm{m}$,已知实心球重力$G=20\ \mathrm{N}$,代入公式可得:
$W = Gh = 20\ \mathrm{N} × 2.8\ \mathrm{m} = 56\ \mathrm{J}$
【答案】
56
【知识点】
重力做功计算,功的公式应用
【点评】
本题设置了多个干扰条件,容易误导学生误用推力、水平距离来计算做功,解题的关键是牢记重力做功的影响因素,只选取竖直方向的有效高度代入计算,排除多余无关数据的干扰。
【难度系数】
0.7
【分析】
我们可以分两空逐步推导:第一空判断重力做功情况,首先回忆做功的两个必要要素:一是存在作用在物体上的力,二是物体要在这个力的方向上移动距离。重力方向是竖直向下的,机器人全程沿水平方向运动,竖直方向没有位移,因此直接可以判断重力不做功。第二空计算推力做功,第一步先用速度公式算出机器人10s内运动的路程,第二步从给出的F-v图像里找到速度0.6m/s对应的推力大小,最后代入功的计算公式W=Fs就能算出推力做的功。
【解析】
1. 重力做功计算:
扫地机器人在水平地面运动,重力方向为竖直向下,机器人的运动方向是水平方向,在重力的方向上没有移动距离,因此重力做功为0J。
2. 水平推力做功计算:
① 由速度公式$v=\frac{s}{t}$,可得机器人10s内运动的路程:
$s=vt=0.6\ \mathrm{m/s} × 10\ \mathrm{s}=6\ \mathrm{m}$
② 从图乙的F-v关系图像中,可读出速度为0.6m/s时,对应的水平推力$F=300\ \mathrm{N}$;
③ 代入功的计算公式,得到水平推力做的功:
$W=Fs=300\ \mathrm{N} × 6\ \mathrm{m}=1800\ \mathrm{J}$
【答案】0;1800
【知识点】做功判断,速度公式,功的计算
【点评】本题是力学基础综合题,核心考查对做功条件的理解和图像信息提取能力,易错点是容易忽略重力方向和运动方向垂直的特点,误算重力做功,只要掌握基础公式、正确读取图像数据就能顺利解题。
【难度系数】0.8
【分析】
这道题的核心是紧扣功的计算公式推导结果,首先我们先明确功的计算规则:功的大小等于作用在物体上的力,与物体在该力的方向上移动的距离的乘积。先提取题目给出的已知条件:三个场景中作用在物体上的恒力F大小完全相等,三个物体沿力F的方向移动的距离s也完全相等,不需要考虑物体的质量差异,也不需要考虑运动路径是水平、斜面还是竖直,直接代入功的公式就可以对比三个功的大小,顺理成章得到三者相等的结论。
【解析】
根据功的定义,功的计算公式为:$W = Fs$,其中F是作用在物体上的力,s是物体在力的方向上通过的距离。
对三种情况分别计算:
1. 甲物体:水平方向受力为F,沿力的方向移动距离为s,因此$W_{\mathrm{甲}} = Fs$;
2. 乙物体:沿斜面向上受力为F,沿力的方向移动距离为s,因此$W_{\mathrm{乙}} = Fs$;
3. 丙物体:竖直方向受力为F,沿力的方向移动距离为s,因此$W_{\mathrm{丙}} = Fs$。
由此可得$W_{\mathrm{甲}}=W_{\mathrm{乙}}=W_{\mathrm{丙}}$。
【答案】
C
【知识点】
功的计算,做功的必要条件
【点评】
本题属于基础概念考察题,容易出现的误区是被题干给出的物体质量不同、运动场景不同的条件误导,错误认为做功大小有差异,实际上功的大小仅由力和沿力方向的位移两个因素决定,和物体质量、运动轨迹等其他因素无关,只要牢牢紧扣功的定义公式就能快速得出正确结论。
【难度系数】
0.8