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B
D
大于
1200
0
40
解:
(1) 货箱的速度$v=\frac{h}{t}=\frac{3\ \mathrm{m}}{10\ \mathrm{s}}=0.3\ \mathrm{m/s}$
(2) 叉车对货箱所做的功$W=Gh=mgh=300\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} × 3\ \mathrm{m}=9000\ \mathrm{J}$
(3) 叉车对货箱所做功的功率$P=\frac{W}{t}=\frac{9000\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{s}}=900\ \mathrm{W}$
D
【分析】
这道题考查功和功率的概念辨析,我们首先要明确功率的定义和决定因素:功率的计算公式是$P=\frac{W}{t}$,它的大小由做功的多少和做功所用的时间两个因素共同决定,不能仅通过单一的做功多少或者时间长短直接判断功率大小,同时功率本身的物理意义就是描述做功的快慢,我们可以结合这两点逐一排查每个选项的正误。
【解析】
我们结合功率的定义、物理意义和公式逐一分析选项:
1. 分析A选项:根据公式$P=\frac{W}{t}$,做功W越多,如果对应的做功时间t也很长,功率P不一定越大,仅通过做功多少无法判断功率大小,A错误。
2. 分析B选项:功率的物理意义就是用来描述物体做功的快慢,功率越大,代表单位时间内完成的功越多,做功就越快,B正确。
3. 分析C选项:根据推导公式$W=Pt$,功率P小的机器,如果做功的时间t足够长,完成的总功W也可以很大,因此功率小的机器做功不一定少,C错误。
4. 分析D选项:根据公式$P=\frac{W}{t}$,做功时间t越短,如果对应的做功总量W也很小,功率P不一定越大,仅通过时间长短无法判断功率大小,D错误。
综上,正确选项为B。
【答案】
B
【知识点】
功率的物理意义、功率公式$P=\frac{W}{t}$
【点评】
本题属于功和功率章节的基础概念辨析题,易错点是同学们容易忽略功率的大小同时受功和时间两个变量影响,片面根据某一个物理量的大小判断功率的高低,解题时紧扣功率的定义和公式,逐一对照条件就能快速排除错误选项。
【难度系数】
0.9
【分析】
首先先识别甲乙两个滑轮的类型:甲的滑轮轴固定不动,是定滑轮;乙的滑轮轴随重物同步移动,是动滑轮。接下来第一步根据定滑轮、动滑轮的工作特点,不计绳重和摩擦的条件下分别计算两个手的拉力,对比拉力大小排除错误选项。第二步计算乙的拉力功率:先根据动滑轮的绳子段数得到手移动的距离,再计算拉力做的总功,最后用功率公式P=W/t算出乙的拉力功率,即可匹配出正确答案。
【解析】
1. 计算甲的拉力:甲为定滑轮,定滑轮不省力,不计绳重和摩擦时,拉力等于物重,因此$F_{\mathrm{甲}}=G_{\mathrm{物}}=100\ \mathrm{N}$。
2. 计算乙的拉力:乙为动滑轮,承担总重的绳子段数n=2,不计绳重和摩擦,动滑轮拉力为物重和滑轮总重的二分之一:
$F_{\mathrm{乙}}=\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{轮}}}{2}=\frac{100\ \mathrm{N}+20\ \mathrm{N}}{2}=60\ \mathrm{N}$
可得$F_{\mathrm{甲}}=100\ \mathrm{N} > F_{\mathrm{乙}}=60\ \mathrm{N}$,直接排除A、B选项。
3. 计算乙的拉力功率:已知重物上升高度h=2m,动滑轮绳子自由端移动的距离$s=nh=2×2\ \mathrm{m}=4\ \mathrm{m}$,拉力做的总功$W_{\mathrm{乙}}=F_{\mathrm{乙}}s=60\ \mathrm{N}×4\ \mathrm{m}=240\ \mathrm{J}$,做功时间t=2s,因此拉力的功率:
$P_{\mathrm{乙}}=\frac{W_{\mathrm{乙}}}{t}=\frac{240\ \mathrm{J}}{2\ \mathrm{s}}=120\ \mathrm{W}$
综上可得$F_{\mathrm{甲}}>F_{\mathrm{乙}}$,$P_{\mathrm{乙}}=120\ \mathrm{W}$,对应选项D。
【答案】
D
【知识点】
定滑轮特点,动滑轮特点,功率计算
【点评】
本题属于滑轮基础综合题,易错点是计算动滑轮总功时容易忽略动滑轮自身重力的影响,或是搞错绳子自由端移动距离和物体上升高度的倍数关系,只要牢记定滑轮、动滑轮的工作特性,结合功和功率的基础公式逐步推导,就能顺利得到结果。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先我们从木块的运动状态入手推导:两次木块都做匀速直线运动,根据二力平衡的规律,拉力和滑动摩擦力大小相等。接下来判断两次滑动摩擦力的大小:滑动摩擦力只和压力大小、接触面粗糙程度有关,本题中是同一个木块,对木板的压力等于木块重力,大小不变,又是同一块木板,接触面粗糙程度也完全相同,所以两次的滑动摩擦力相等,也就说明两次的拉力大小是相等的。接下来比较拉力的功率,我们可以用功率的推导式P=Fv判断,拉力F相同,已知v₁>v₂,直接就能得出第一次的功率更大,逐步推导即可得到结果。
【解析】
1. 木块沿水平木板做匀速直线运动时,水平方向受到的拉力与滑动摩擦力是一对平衡力,因此拉力大小等于滑动摩擦力大小。
2. 两次实验中,同一木块对木板的压力等于木块自身重力,压力大小不变,且接触面粗糙程度完全相同,因此两次木块受到的滑动摩擦力大小相等,可得两次拉力$F_1=F_2$。
3. 由功率公式可推导得:$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv$,已知$v_1>v_2$,且$F_1=F_2$,因此$P_1>P_2$,即第一次拉力做功的功率大于第二次拉力做功的功率。
【答案】
大于
【知识点】
二力平衡,滑动摩擦力影响因素,功率计算
【点评】
本题属于力学基础综合题,易错点是部分同学会错误认为运动速度更大时拉力也更大,实际上滑动摩擦力与物体运动速度无关,匀速运动时拉力始终等于摩擦力,利用P=Fv的推导式可以快速完成功率大小的比较,能帮助学生深化对力学核心概念的理解。
【难度系数】
0.7
【分析】
我们解题首先要明确做功的两个必要条件:一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过的距离,两个条件缺一不可。首先分析前5s的过程:货物匀速竖直上升,无人机对货物的拉力和货物重力是平衡力,拉力大小等于重力200N,拉力方向竖直向上,货物在拉力方向移动了6m,直接用W=Fs就能算出这阶段的功。接着分析后25s的过程:货物水平匀速运动,此时无人机对货物的拉力仍然是竖直向上的,但是货物的运动方向是水平的,在拉力的方向(竖直方向)上没有移动距离,所以这个阶段拉力不做功。最后计算整个过程的功率:总功就是前一阶段做的功,总时间是两个阶段的时间之和,再用功率公式P=W/t就能算出平均功率。
【解析】
1. 计算前5s内无人机对货物做的功:
货物竖直匀速上升,二力平衡可得无人机对货物的拉力$F=G=200\ \mathrm{N}$,沿拉力方向移动的距离$s_1=6\ \mathrm{m}$,
根据功的计算公式可得:$W_1 = Fs_1 = 200\ \mathrm{N} × 6\ \mathrm{m} = 1200\ \mathrm{J}$。
2. 计算后25s内无人机对货物做的功:
货物水平匀速运动时,无人机对货物的拉力方向竖直向上,而货物的运动方向为水平方向,货物在拉力的方向上没有移动距离,不满足做功的条件,因此这个阶段拉力对货物做功$W_2=0\ \mathrm{J}$。
3. 计算整个过程的功率:
整个过程无人机做的总功$W_{\mathrm{总}} = W_1 + W_2 = 1200\ \mathrm{J} + 0\ \mathrm{J} = 1200\ \mathrm{J}$,
总时间$t_{\mathrm{总}} = 5\ \mathrm{s} + 25\ \mathrm{s} = 30\ \mathrm{s}$,
根据功率公式可得:$P = \frac{W_{\mathrm{总}}}{t_{\mathrm{总}}} = \frac{1200\ \mathrm{J}}{30\ \mathrm{s}} = 40\ \mathrm{W}$。
【答案】
1200;0;40
【知识点】
功的计算;做功的判断;功率的计算
【点评】
本题结合无人机配送的生活情境命题,核心考察对做功必要条件的理解,易错点是误认为水平移动阶段拉力也做功,只要牢记力和运动方向垂直时力不做功,再结合基础的功和功率公式即可顺利求解。
【难度系数】
0.7
【分析】
我们解题首先要明确做功的两个必要条件:一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过的距离,两个条件缺一不可。首先分析前5s的过程:货物匀速竖直上升,无人机对货物的拉力和货物重力是平衡力,拉力大小等于重力200N,拉力方向竖直向上,货物在拉力方向移动了6m,直接用W=Fs就能算出这阶段的功。接着分析后25s的过程:货物水平匀速运动,此时无人机对货物的拉力仍然是竖直向上的,但是货物的运动方向是水平的,在拉力的方向(竖直方向)上没有移动距离,所以这个阶段拉力不做功。最后计算整个过程的功率:总功就是前一阶段做的功,总时间是两个阶段的时间之和,再用功率公式P=W/t就能算出平均功率。
【解析】
1. 计算前5s内无人机对货物做的功:
货物竖直匀速上升,二力平衡可得无人机对货物的拉力$F=G=200\ \mathrm{N}$,沿拉力方向移动的距离$s_1=6\ \mathrm{m}$,
根据功的计算公式可得:$W_1 = Fs_1 = 200\ \mathrm{N} × 6\ \mathrm{m} = 1200\ \mathrm{J}$。
2. 计算后25s内无人机对货物做的功:
货物水平匀速运动时,无人机对货物的拉力方向竖直向上,而货物的运动方向为水平方向,货物在拉力的方向上没有移动距离,不满足做功的条件,因此这个阶段拉力对货物做功$W_2=0\ \mathrm{J}$。
3. 计算整个过程的功率:
整个过程无人机做的总功$W_{\mathrm{总}} = W_1 + W_2 = 1200\ \mathrm{J} + 0\ \mathrm{J} = 1200\ \mathrm{J}$,
总时间$t_{\mathrm{总}} = 5\ \mathrm{s} + 25\ \mathrm{s} = 30\ \mathrm{s}$,
根据功率公式可得:$P = \frac{W_{\mathrm{总}}}{t_{\mathrm{总}}} = \frac{1200\ \mathrm{J}}{30\ \mathrm{s}} = 40\ \mathrm{W}$。
【答案】
1200;0;40
【知识点】
功的计算;做功的判断;功率的计算
【点评】
本题结合无人机配送的生活情境命题,核心考察对做功必要条件的理解,易错点是误认为水平移动阶段拉力也做功,只要牢记力和运动方向垂直时力不做功,再结合基础的功和功率公式即可顺利求解。
【难度系数】
0.7
【分析】
这是一道力学基础综合计算题,解题思路非常清晰:第一问已知货箱匀速上升的高度和所用时间,直接套用匀速直线运动的速度公式即可求出货箱的速度;第二问由于货箱匀速竖直提升,叉车对货箱的拉力和货箱重力二力平衡,叉车对货箱做的功等于克服货箱重力做的功,先通过G=mg算出重力,再代入W=Gh就能得到做功的大小;第三问已经得到了叉车做的功和对应的做功时间,直接代入功率的定义式P=W/t就可以算出功率,全程只需要注意物理量对应、单位统一即可顺利求解。
【解析】
(1) 已知货箱竖直提升的高度h=3 m,提升所用时间t=10 s,根据匀速直线运动的速度公式:
$v=\frac{h}{t}=\frac{3\ \mathrm{m}}{10\ \mathrm{s}}=0.3\ \mathrm{m/s}$
(2) 先计算货箱的重力:
$G=mg=300\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=3000\ \mathrm{N}$
货箱匀速竖直上升,叉车对货箱的拉力与货箱重力平衡,因此叉车对货箱所做的功等于克服货箱重力做的功:
$W=Gh=3000\ \mathrm{N} × 3\ \mathrm{m}=9000\ \mathrm{J}$
(3) 根据功率的定义式,代入已求出的功和做功时间:
$P=\frac{W}{t}=\frac{9000\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{s}}=900\ \mathrm{W}$
【答案】
(1) 0.3 m/s (2) 9000 J (3) 900 W
【知识点】
速度计算,重力做功,功率计算
【点评】
本题属于力学基础送分题型,考察匀速运动速度、功、功率的基础公式应用,没有设置复杂的物理情景和陷阱,只需要牢记对应公式、代入对应物理量准确计算就能得到正确结果,适合巩固基础公式的使用规则。
【难度系数】
0.9
【分析】
我们先梳理题目给出的已知条件:①两人对甲、乙的拉力大小完全相等;②两个物体最终被提升的竖直高度都是H;③两个操作过程所用的时间相同。接下来第一步先确定两个拉力对应的沿拉力方向的移动距离:小明竖直拉甲,甲沿拉力方向移动的距离就等于提升高度H;小强沿斜面拉乙,乙沿拉力方向移动的是斜面的长度,从图中可以直接看出斜面长度明显大于竖直高度H,也就是乙的移动距离比甲大。之后我们就可以利用功的公式W=Fs,在拉力F相同的前提下,通过移动距离的大小关系比较两个功的大小;再利用功率公式P=W/t,在时间t相同的前提下,通过功的大小关系比较两个功率的大小,最终匹配选项得到正确结果。
【解析】
1. 确定拉力方向的移动距离
小明竖直提升甲,甲沿拉力方向移动的距离$s_{AB}=H$;小强沿斜面拉动乙,乙沿拉力方向移动的距离为斜面CD的长度,由图可知斜面长度$s_{CD}>H$,因此可得$s_{CD}>s_{AB}$。
2. 比较做功大小
已知两人对甲、乙的拉力大小F相等,根据功的计算公式$W=Fs$:当拉力F相同时,物体沿拉力方向移动的距离s越大,拉力做的功越多,因此$W_{AB}=F· s_{AB} < W_{CD}=F· s_{CD}$,由此判断选项A、B错误。
3. 比较功率大小
已知两个过程的操作时间t完全相同,根据功率的计算公式$P=\frac{W}{t}$:当时间t相同时,拉力做的功W越大,对应的功率P就越大,结合已经得到的$W_{AB}<W_{CD}$,可以推出$P_{AB}<P_{CD}$,因此选项C错误,D正确。
【答案】
D
【知识点】
功的计算,功率的计算,斜面长度特点
【点评】
本题属于功和功率的基础概念应用题,不需要代入具体数值计算,重点考查对公式的灵活推导能力,易错点是容易混淆“物体上升的竖直高度”和“拉力方向的移动距离”,误以为提升高度相等拉力做功就相等,解题时先明确两个拉力的移动距离大小关系,再结合给定的等量条件逐步推导即可轻松得到结果。
【难度系数】
0.7