9 用大小不同的两个力$F_{甲}$、$F_{乙}$分别拉同一物体,两个力所做的功$W$与在这两个力的方向上移动的距离$s$的关系图像如图所示,由图可知,两个力的大小关系是(

A.$F_{甲}>F_{乙}$
B.$F_{甲}<F_{乙}$
C.$F_{甲}=F_{乙}$
D.条件不足,无法判断
A
)A.$F_{甲}>F_{乙}$
B.$F_{甲}<F_{乙}$
C.$F_{甲}=F_{乙}$
D.条件不足,无法判断
答案:9. A
解析:
【分析】
首先回忆功的计算公式$W=Fs$,要比较两个力的大小,我们可以使用控制变量法:保持物体在力的方向上移动的距离$s$相同,对比两个力对应的做功$W$的大小,再通过变形公式$F=\frac{W}{s}$判断力的大小关系。观察图像,在横轴($s$轴)任取一个相同的$s$值,作竖线与两条图线相交,能看到$F_甲$对应的做功$W$明显大于$F_乙$对应的$W$,代入公式就能得到$F_甲$更大的结论。
【解析】
解:根据功的定义公式 $W = Fs$,将公式变形可得 $F=\frac{W}{s}$。
采用控制变量法,取相同的移动距离$s$,从图像中可以观察到:当移动距离$s$相等时,力$F_甲$做的功$W_甲$大于力$F_乙$做的功$W_乙$。
代入变形公式$F=\frac{W}{s}$,在$s$相同的情况下,功$W$越大,对应的力$F$就越大,因此可得$F_甲>F_乙$。
所以本题选A。
【答案】
A
【知识点】
功的计算,控制变量法
【点评】
本题是功的公式结合图像的基础应用题,除了用控制变量法推导,也可以直接通过图像的物理意义判断:W-s图像的斜率大小等于力F的大小,斜率越大对应的力越大,本题中甲的图线斜率更大,可直接得到F甲更大的结论,这类图像题是力学的常见基础题型。
【难度系数】
0.8
首先回忆功的计算公式$W=Fs$,要比较两个力的大小,我们可以使用控制变量法:保持物体在力的方向上移动的距离$s$相同,对比两个力对应的做功$W$的大小,再通过变形公式$F=\frac{W}{s}$判断力的大小关系。观察图像,在横轴($s$轴)任取一个相同的$s$值,作竖线与两条图线相交,能看到$F_甲$对应的做功$W$明显大于$F_乙$对应的$W$,代入公式就能得到$F_甲$更大的结论。
【解析】
解:根据功的定义公式 $W = Fs$,将公式变形可得 $F=\frac{W}{s}$。
采用控制变量法,取相同的移动距离$s$,从图像中可以观察到:当移动距离$s$相等时,力$F_甲$做的功$W_甲$大于力$F_乙$做的功$W_乙$。
代入变形公式$F=\frac{W}{s}$,在$s$相同的情况下,功$W$越大,对应的力$F$就越大,因此可得$F_甲>F_乙$。
所以本题选A。
【答案】
A
【知识点】
功的计算,控制变量法
【点评】
本题是功的公式结合图像的基础应用题,除了用控制变量法推导,也可以直接通过图像的物理意义判断:W-s图像的斜率大小等于力F的大小,斜率越大对应的力越大,本题中甲的图线斜率更大,可直接得到F甲更大的结论,这类图像题是力学的常见基础题型。
【难度系数】
0.8
10 小明把一大桶质量为 20 kg 的纯净水从一楼扛到三楼,这一过程中,他对纯净水所做的功大约是
(
A.120 J
B.180 J
C.1 200 J
D.1 800 J
(
C
)A.120 J
B.180 J
C.1 200 J
D.1 800 J
答案:10. C
解析:
【分析】
这是一道功的估算类题目,解题思路如下:
1. 明确小明对纯净水做功的本质是克服纯净水的重力做功,对应的计算公式为W=Gh;
2. 先通过重力公式G=mg计算出纯净水的重力,估算时g可取10N/kg简化计算;
3. 结合生活常识估算从一楼到三楼的实际竖直上升高度:普通居民楼每层高度约为3m,注意一楼本身在地面,从一楼到三楼实际只上升了2层楼的高度,而非3层;
4. 将重力和高度代入功的公式计算,匹配对应选项即可得到结果。
【解析】
解:
① 计算纯净水的重力:
已知水的质量m=20kg,估算时取g=10N/kg,根据重力公式可得:
G = mg = 20kg × 10N/kg = 200N
② 估算上升的竖直高度:
普通居民楼每层高度约为3m,从一楼到三楼,实际上升的楼层数为3-1=2层,因此总上升高度:
h = 2 × 3m = 6m
③ 计算对纯净水做的功:
小明对水做的功等于克服水的重力做的功,代入W=Gh得:
W = Gh = 200N × 6m = 1200J
因此对应选项为C。
【答案】
C
【知识点】
重力计算,功的计算,长度估测
【点评】
本题的易错点是容易误将一楼到三楼的上升高度判定为3层楼的高度,从而错选D选项,解题时要注意明确实际上升的楼层数为终点楼层数减去起点楼层数,结合生活常识完成估算,属于力学基础估算题型。
【难度系数】
0.6
这是一道功的估算类题目,解题思路如下:
1. 明确小明对纯净水做功的本质是克服纯净水的重力做功,对应的计算公式为W=Gh;
2. 先通过重力公式G=mg计算出纯净水的重力,估算时g可取10N/kg简化计算;
3. 结合生活常识估算从一楼到三楼的实际竖直上升高度:普通居民楼每层高度约为3m,注意一楼本身在地面,从一楼到三楼实际只上升了2层楼的高度,而非3层;
4. 将重力和高度代入功的公式计算,匹配对应选项即可得到结果。
【解析】
解:
① 计算纯净水的重力:
已知水的质量m=20kg,估算时取g=10N/kg,根据重力公式可得:
G = mg = 20kg × 10N/kg = 200N
② 估算上升的竖直高度:
普通居民楼每层高度约为3m,从一楼到三楼,实际上升的楼层数为3-1=2层,因此总上升高度:
h = 2 × 3m = 6m
③ 计算对纯净水做的功:
小明对水做的功等于克服水的重力做的功,代入W=Gh得:
W = Gh = 200N × 6m = 1200J
因此对应选项为C。
【答案】
C
【知识点】
重力计算,功的计算,长度估测
【点评】
本题的易错点是容易误将一楼到三楼的上升高度判定为3层楼的高度,从而错选D选项,解题时要注意明确实际上升的楼层数为终点楼层数减去起点楼层数,结合生活常识完成估算,属于力学基础估算题型。
【难度系数】
0.6
11(易错题)如图所示,甲、乙、丙三种情况下,用大小相同的力$F$使同一物体沿不同的轨迹移动了相同的距离$s$,对于三种情况下拉力$F$所做的功,下列分析正确的是(

A.$W_{\mathrm{甲}}=W_{\mathrm{乙}}=W_{\mathrm{丙}}$
B.$W_{\mathrm{甲}}<W_{\mathrm{乙}}=W_{\mathrm{丙}}$
C.$W_{\mathrm{甲}}<W_{\mathrm{乙}}<W_{\mathrm{丙}}$
D.$W_{\mathrm{甲}}=W_{\mathrm{乙}}>W_{\mathrm{丙}}$
C
)A.$W_{\mathrm{甲}}=W_{\mathrm{乙}}=W_{\mathrm{丙}}$
B.$W_{\mathrm{甲}}<W_{\mathrm{乙}}=W_{\mathrm{丙}}$
C.$W_{\mathrm{甲}}<W_{\mathrm{乙}}<W_{\mathrm{丙}}$
D.$W_{\mathrm{甲}}=W_{\mathrm{乙}}>W_{\mathrm{丙}}$
答案:11. C
易错分析
11. 比较物体在力的方向上通过的距离。甲、乙、丙三种情况下拉力的大小相同;甲中力与物体运动方向垂直,即物体在力的方向上通过的距离为0;乙中物体斜向上运动,则物体在力的方向上通过的距离要小于s;丙中物体在力的方向上通过的距离为s;由$W=Fs$可得,$W_甲<W_乙<W_丙$。
易错分析
11. 比较物体在力的方向上通过的距离。甲、乙、丙三种情况下拉力的大小相同;甲中力与物体运动方向垂直,即物体在力的方向上通过的距离为0;乙中物体斜向上运动,则物体在力的方向上通过的距离要小于s;丙中物体在力的方向上通过的距离为s;由$W=Fs$可得,$W_甲<W_乙<W_丙$。
解析:
【分析】
我们要比较三种情况拉力做功的大小,首先回忆功的计算公式$W=Fs$,这里的$s$不是物体移动的总路程,而是物体沿拉力方向通过的有效距离,这是解题的核心。首先明确已知条件:三个场景下拉力$F$的大小完全相同,物体移动的总路程$s$也相同,接下来逐个分析每个场景中物体沿拉力方向的有效距离:
1. 甲场景:拉力$F$竖直向上,物体移动方向是水平的,说明物体在拉力的方向(竖直方向)上没有移动距离,沿力方向的有效距离为0;
2. 乙场景:拉力$F$竖直向上,物体沿斜向移动了距离$s$,物体在竖直方向(拉力的方向)上的位移分量,必然小于总路程$s$;
3. 丙场景:拉力$F$水平向右,物体的移动方向也完全是水平向右,和拉力方向完全一致,沿拉力方向的有效距离就等于总路程$s$。
最后把三个有效距离代入功的公式,就能直接比较出三个功的大小关系。
【解析】
解:功的计算公式为$W=Fs$,其中$s$代表物体沿力的方向通过的有效距离,已知三次拉力大小均为$F$,物体移动的总路程均为$s$:
1. 甲图中,拉力$F$竖直向上,物体沿水平方向移动距离$s$,物体在拉力方向(竖直方向)的位移为0,因此拉力做功$W_甲 = F × 0 = 0$;
2. 乙图中,拉力$F$竖直向上,物体沿斜向移动距离$s$,物体在拉力方向(竖直方向)的位移分量$s_竖 < s$,因此拉力做功$W_乙 = F · s_竖$,满足$0 < W_乙 < Fs$;
3. 丙图中,拉力$F$水平向右,物体沿拉力方向移动距离$s$,沿力方向的有效距离等于$s$,因此拉力做功$W_丙 = F · s$。
对比三者可得:$W_甲 < W_乙 < W_丙$,因此选项C正确。
【答案】
C
【知识点】
功的计算,功的必要因素
【点评】
本题属于易错题,很多同学会直接将总路程$s$代入功的计算公式,忽略了公式中$s$的物理含义是“沿力的方向的有效位移”,误选A选项。解题时一定要先判断力的方向和物体位移方向的夹角,只有沿力方向的分量才能参与功的计算。
【难度系数】
0.6
我们要比较三种情况拉力做功的大小,首先回忆功的计算公式$W=Fs$,这里的$s$不是物体移动的总路程,而是物体沿拉力方向通过的有效距离,这是解题的核心。首先明确已知条件:三个场景下拉力$F$的大小完全相同,物体移动的总路程$s$也相同,接下来逐个分析每个场景中物体沿拉力方向的有效距离:
1. 甲场景:拉力$F$竖直向上,物体移动方向是水平的,说明物体在拉力的方向(竖直方向)上没有移动距离,沿力方向的有效距离为0;
2. 乙场景:拉力$F$竖直向上,物体沿斜向移动了距离$s$,物体在竖直方向(拉力的方向)上的位移分量,必然小于总路程$s$;
3. 丙场景:拉力$F$水平向右,物体的移动方向也完全是水平向右,和拉力方向完全一致,沿拉力方向的有效距离就等于总路程$s$。
最后把三个有效距离代入功的公式,就能直接比较出三个功的大小关系。
【解析】
解:功的计算公式为$W=Fs$,其中$s$代表物体沿力的方向通过的有效距离,已知三次拉力大小均为$F$,物体移动的总路程均为$s$:
1. 甲图中,拉力$F$竖直向上,物体沿水平方向移动距离$s$,物体在拉力方向(竖直方向)的位移为0,因此拉力做功$W_甲 = F × 0 = 0$;
2. 乙图中,拉力$F$竖直向上,物体沿斜向移动距离$s$,物体在拉力方向(竖直方向)的位移分量$s_竖 < s$,因此拉力做功$W_乙 = F · s_竖$,满足$0 < W_乙 < Fs$;
3. 丙图中,拉力$F$水平向右,物体沿拉力方向移动距离$s$,沿力方向的有效距离等于$s$,因此拉力做功$W_丙 = F · s$。
对比三者可得:$W_甲 < W_乙 < W_丙$,因此选项C正确。
【答案】
C
【知识点】
功的计算,功的必要因素
【点评】
本题属于易错题,很多同学会直接将总路程$s$代入功的计算公式,忽略了公式中$s$的物理含义是“沿力的方向的有效位移”,误选A选项。解题时一定要先判断力的方向和物体位移方向的夹角,只有沿力方向的分量才能参与功的计算。
【难度系数】
0.6
12 一颗质量为 20 g 的子弹从枪膛中水平射出。若子弹在枪膛内受火药爆炸后产生的气体的平均作用力是 600 N,枪膛长 80 cm,射出后子弹在空中飞行 1 000 m,则气体对子弹所做的功是(
A.480 J
B.0.18 J
C.120 J
D.$6× 10^{5}\ \mathrm{J}$
A
)A.480 J
B.0.18 J
C.120 J
D.$6× 10^{5}\ \mathrm{J}$
答案:12. A
解析:
【分析】
我们求解气体对子弹做的功时,首先要紧扣做功的两个必要条件:一是作用在物体上的力,二是物体在这个力的方向上移动的距离,两个条件必须同时满足。首先判断气体推力的作用范围:火药爆炸产生的推力仅在子弹处于枪膛内运动时持续作用,子弹离开枪膛后,气体不再对子弹施加推力,因此子弹射出后在空中飞行的1000m属于干扰条件,不能用来计算气体的做功,同时题目给出的子弹质量20g也是无关的干扰量。接下来我们只需要将枪膛长度换算为国际单位米,代入功的计算公式W=Fs即可算出最终结果。
【解析】
1. 筛选有效物理量:已知气体对子弹的平均作用力F=600N,该推力仅在子弹沿枪膛运动的过程中生效,对应的位移就是枪膛的长度。
2. 单位换算:枪膛长s=80cm=0.8m。
3. 代入功的定义式计算:
根据功的计算公式W=Fs,代入数据得:
W = Fs = 600N × 0.8m = 480J。
因此气体对子弹所做的功为480J,对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
功的计算;做功的必要条件
【点评】
本题的易错点是很多同学会误将子弹在空中飞行的1000m当成推力作用下的位移,错算得到$6×10^5J$的错误结果,解题的核心是先明确力的作用对应的位移区间,排除题目设置的干扰条件,再代入公式计算即可,整体属于基础的功的概念应用题。
【难度系数】
0.6
我们求解气体对子弹做的功时,首先要紧扣做功的两个必要条件:一是作用在物体上的力,二是物体在这个力的方向上移动的距离,两个条件必须同时满足。首先判断气体推力的作用范围:火药爆炸产生的推力仅在子弹处于枪膛内运动时持续作用,子弹离开枪膛后,气体不再对子弹施加推力,因此子弹射出后在空中飞行的1000m属于干扰条件,不能用来计算气体的做功,同时题目给出的子弹质量20g也是无关的干扰量。接下来我们只需要将枪膛长度换算为国际单位米,代入功的计算公式W=Fs即可算出最终结果。
【解析】
1. 筛选有效物理量:已知气体对子弹的平均作用力F=600N,该推力仅在子弹沿枪膛运动的过程中生效,对应的位移就是枪膛的长度。
2. 单位换算:枪膛长s=80cm=0.8m。
3. 代入功的定义式计算:
根据功的计算公式W=Fs,代入数据得:
W = Fs = 600N × 0.8m = 480J。
因此气体对子弹所做的功为480J,对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
功的计算;做功的必要条件
【点评】
本题的易错点是很多同学会误将子弹在空中飞行的1000m当成推力作用下的位移,错算得到$6×10^5J$的错误结果,解题的核心是先明确力的作用对应的位移区间,排除题目设置的干扰条件,再代入公式计算即可,整体属于基础的功的概念应用题。
【难度系数】
0.6
13 举高甲、乙两物体所做的功之比为$1:2$,甲、乙两物体所受重力之比为$2:3$,则甲、乙两物体被举高的高度之比为(
A.$1:3$
B.$3:4$
C.$4:3$
D.$2:1$
B
)A.$1:3$
B.$3:4$
C.$4:3$
D.$2:1$
答案:13. B
解析:
【分析】
这是一道克服重力做功的比例求解问题,首先我们要明确举高物体时,克服重力做功的公式为W=Gh,其中G是物体的重力,h是物体被举高的高度。题目已经给出了甲乙做功的比值、重力的比值,要求高度之比,我们只需要先对功的公式做变形,推导出高度h的表达式,再将两个物体的高度作比,代入已知的比值化简计算,就能得到最终的高度比,推导过程中要注意物理量的对应关系,不要把比值的分子分母颠倒。
【解析】
已知:$W_甲:W_乙=1:2$,$G_甲:G_乙=2:3$
举高物体时,克服重力做功的公式为:$W=Gh$
对公式变形,可得物体被举高的高度表达式:$h=\frac{W}{G}$
因此甲乙两物体的高度之比为:
$\frac{h_甲}{h_乙}=\frac{\frac{W_甲}{G_甲}}{\frac{W_乙}{G_乙}}=\frac{W_甲}{W_乙}×\frac{G_乙}{G_甲}$
将已知比值代入上式:
$\frac{h_甲}{h_乙}=\frac{1}{2}×\frac{3}{2}=\frac{3}{4}$
即$h_甲:h_乙=3:4$,对应选项B。
【答案】B
【知识点】
重力做功公式,物理量比值运算
【点评】
本题属于功章节的基础比例计算题,核心是对W=Gh公式的灵活变形,解题时只要注意推导比值过程中不要颠倒重力的对应顺序,就可以轻松算出结果,是刚学完功的概念后非常典型的基础题型。
【难度系数】
0.7
这是一道克服重力做功的比例求解问题,首先我们要明确举高物体时,克服重力做功的公式为W=Gh,其中G是物体的重力,h是物体被举高的高度。题目已经给出了甲乙做功的比值、重力的比值,要求高度之比,我们只需要先对功的公式做变形,推导出高度h的表达式,再将两个物体的高度作比,代入已知的比值化简计算,就能得到最终的高度比,推导过程中要注意物理量的对应关系,不要把比值的分子分母颠倒。
【解析】
已知:$W_甲:W_乙=1:2$,$G_甲:G_乙=2:3$
举高物体时,克服重力做功的公式为:$W=Gh$
对公式变形,可得物体被举高的高度表达式:$h=\frac{W}{G}$
因此甲乙两物体的高度之比为:
$\frac{h_甲}{h_乙}=\frac{\frac{W_甲}{G_甲}}{\frac{W_乙}{G_乙}}=\frac{W_甲}{W_乙}×\frac{G_乙}{G_甲}$
将已知比值代入上式:
$\frac{h_甲}{h_乙}=\frac{1}{2}×\frac{3}{2}=\frac{3}{4}$
即$h_甲:h_乙=3:4$,对应选项B。
【答案】B
【知识点】
重力做功公式,物理量比值运算
【点评】
本题属于功章节的基础比例计算题,核心是对W=Gh公式的灵活变形,解题时只要注意推导比值过程中不要颠倒重力的对应顺序,就可以轻松算出结果,是刚学完功的概念后非常典型的基础题型。
【难度系数】
0.7
14 用水平拉力先后两次拉着重为 20 N 的同一物体,沿同一水平面做直线运动。第一次拉力为10 N,物体恰好做匀速直线运动,拉力对物体做了 20 J 的功;第二次拉力为 20 N,拉力对物体做了48 J 的功。分析两次做功过程,可知:第一次物体运动了
2
m,第二次物体受到的摩擦力是10
N,物体运动了2.4
m。答案:14. 2 10 2.4
解析:
【分析】
我们可以分三步逐步推导:1. 求第一次物体运动距离,已知第一次的拉力和拉力做的功,直接用功的计算公式W=Fs变形s=W/F就能算出路程。2. 求第二次的摩擦力,首先第一次物体做匀速直线运动,水平方向拉力和滑动摩擦力二力平衡,得到此时摩擦力大小;滑动摩擦力的大小只和接触面压力、粗糙程度有关,两次是同一物体同一水平面,这两个因素都没变,所以第二次摩擦力和第一次相等。3. 求第二次物体运动距离,同样用W=Fs的变形公式,代入第二次的拉力和做功数值就能算出路程。
【解析】
1. 计算第一次物体的运动路程:
已知第一次拉力$F_1=10\ \mathrm{N}$,拉力做功$W_1=20\ \mathrm{J}$,根据功的公式$W=Fs$,变形可得:
$s_1=\frac{W_1}{F_1}=\frac{20\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{N}}=2\ \mathrm{m}$。
2. 计算第二次物体受到的摩擦力:
第一次物体做匀速直线运动,水平方向上拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,因此$f=F_1=10\ \mathrm{N}$。
第二次拉动物体时,物体对水平面的压力等于自身重力$20\ \mathrm{N}$,大小不变,且接触面粗糙程度和第一次完全相同,因此滑动摩擦力大小不变,仍为$10\ \mathrm{N}$。
3. 计算第二次物体的运动路程:
已知第二次拉力$F_2=20\ \mathrm{N}$,拉力做功$W_2=48\ \mathrm{J}$,同理根据$W=Fs$变形得:
$s_2=\frac{W_2}{F_2}=\frac{48\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{N}}=2.4\ \mathrm{m}$。
【答案】
2;10;2.4
【知识点】
功的计算,二力平衡,滑动摩擦力影响因素
【点评】
本题属于力学基础综合题,易错点是容易错误认为第二次拉力变大,摩擦力也随之变大,需要明确滑动摩擦力仅由压力大小和接触面粗糙程度决定,与拉力大小、物体运动速度无关,整体考察对核心概念和基础公式的掌握程度。
【难度系数】
0.7
我们可以分三步逐步推导:1. 求第一次物体运动距离,已知第一次的拉力和拉力做的功,直接用功的计算公式W=Fs变形s=W/F就能算出路程。2. 求第二次的摩擦力,首先第一次物体做匀速直线运动,水平方向拉力和滑动摩擦力二力平衡,得到此时摩擦力大小;滑动摩擦力的大小只和接触面压力、粗糙程度有关,两次是同一物体同一水平面,这两个因素都没变,所以第二次摩擦力和第一次相等。3. 求第二次物体运动距离,同样用W=Fs的变形公式,代入第二次的拉力和做功数值就能算出路程。
【解析】
1. 计算第一次物体的运动路程:
已知第一次拉力$F_1=10\ \mathrm{N}$,拉力做功$W_1=20\ \mathrm{J}$,根据功的公式$W=Fs$,变形可得:
$s_1=\frac{W_1}{F_1}=\frac{20\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{N}}=2\ \mathrm{m}$。
2. 计算第二次物体受到的摩擦力:
第一次物体做匀速直线运动,水平方向上拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,因此$f=F_1=10\ \mathrm{N}$。
第二次拉动物体时,物体对水平面的压力等于自身重力$20\ \mathrm{N}$,大小不变,且接触面粗糙程度和第一次完全相同,因此滑动摩擦力大小不变,仍为$10\ \mathrm{N}$。
3. 计算第二次物体的运动路程:
已知第二次拉力$F_2=20\ \mathrm{N}$,拉力做功$W_2=48\ \mathrm{J}$,同理根据$W=Fs$变形得:
$s_2=\frac{W_2}{F_2}=\frac{48\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{N}}=2.4\ \mathrm{m}$。
【答案】
2;10;2.4
【知识点】
功的计算,二力平衡,滑动摩擦力影响因素
【点评】
本题属于力学基础综合题,易错点是容易错误认为第二次拉力变大,摩擦力也随之变大,需要明确滑动摩擦力仅由压力大小和接触面粗糙程度决定,与拉力大小、物体运动速度无关,整体考察对核心概念和基础公式的掌握程度。
【难度系数】
0.7
15 如图所示,一工人用滑轮组提升重为500 N的物体,所用的拉力F为200 N,物体以0.2 m/s的速度匀速上升了10 s。(不计绳重和摩擦)
(1) 求物体上升的高度。
(2) 求拉力所做的功。
(3) 若物重为800 N,提升相同高度,则拉力所做的功为多少?

(1) 求物体上升的高度。
(2) 求拉力所做的功。
(3) 若物重为800 N,提升相同高度,则拉力所做的功为多少?
答案:15. (1) $h=vt=0.2\ \mathrm{m/s}×10\ \mathrm{s}=2\ \mathrm{m}$ (2) $s=3h=3×2\ \mathrm{m}=6\ \mathrm{m}$,$W=Fs=200\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1\ 200\ \mathrm{J}$ (3) 由$F=\dfrac{1}{3}(G+G_动)$可得,$G_动=3F-G=3×200\ \mathrm{N}-500\ \mathrm{N}=100\ \mathrm{N}$,若物重为800 N,则$F'=\dfrac{1}{3}(G'+G_动)=\dfrac{1}{3}×(800\ \mathrm{N}+100\ \mathrm{N})=300\ \mathrm{N}$,$W'=F's=300\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1\ 800\ \mathrm{J}$
解析:
【分析】
首先梳理解题思路:第一问已知物体匀速上升的速度和运动时间,直接用速度公式的变形形式h=vt就能求出物体上升的高度,属于基础运动学计算。第二问需要先判断滑轮组承担物重的绳子段数n,从题图中可得出n=3,由此得到绳子自由端移动的距离s=nh,再代入功的计算公式W=Fs就能算出拉力做的总功。第三问题目明确不计绳重和摩擦,滑轮组拉力满足F=1/n(G+G动),先利用已知的物重500N、拉力200N算出动滑轮的重力,动滑轮重力是固定不变的,当物重变为800N时,代入公式算出新的拉力,由于提升高度不变,绳子自由端移动的距离和第二问一致,最后用W'=F's即可算出新的拉力做功。
【解析】
(1) 已知物体上升速度v=0.2 m/s,上升时间t=10 s,由v=h/t变形得物体上升的高度:
$h=vt=0.2\ \mathrm{m/s}×10\ \mathrm{s}=2\ \mathrm{m}$
(2) 由图可知,该滑轮组承担物重的绳子段数n=3,因此绳子自由端移动的距离:
$s=3h=3×2\ \mathrm{m}=6\ \mathrm{m}$
已知拉力F=200 N,拉力所做的功:
$W=Fs=200\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1\ 200\ \mathrm{J}$
(3) 不计绳重和摩擦,由$F=\dfrac{1}{3}(G+G_动)$可得动滑轮的重力:
$G_动=3F-G=3×200\ \mathrm{N}-500\ \mathrm{N}=100\ \mathrm{N}$
当物重G'=800 N时,此时的拉力:
$F'=\dfrac{1}{3}(G'+G_动)=\dfrac{1}{3}×(800\ \mathrm{N}+100\ \mathrm{N})=300\ \mathrm{N}$
提升相同高度,绳子自由端移动距离仍为s=6 m,此时拉力所做的功:
$W'=F's=300\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1\ 800\ \mathrm{J}$
【答案】
(1) 物体上升的高度为2 m;(2) 拉力所做的功为1200 J;(3) 物重为800 N时拉力所做的功为1800 J
【知识点】
速度公式应用,滑轮组总功计算,动滑轮受力推导
【点评】
本题是滑轮组的基础综合计算题,整体难度偏低,核心要求是正确判断承担物重的绳子段数n,易错点是第三问中物重改变后拉力会同步变化,不能直接沿用初始的200N拉力计算新的总功,需要利用不计绳重摩擦的条件先求出不变的动滑轮重力,再推导新拉力,符合滑轮组的实际受力规律。
【难度系数】
0.7
首先梳理解题思路:第一问已知物体匀速上升的速度和运动时间,直接用速度公式的变形形式h=vt就能求出物体上升的高度,属于基础运动学计算。第二问需要先判断滑轮组承担物重的绳子段数n,从题图中可得出n=3,由此得到绳子自由端移动的距离s=nh,再代入功的计算公式W=Fs就能算出拉力做的总功。第三问题目明确不计绳重和摩擦,滑轮组拉力满足F=1/n(G+G动),先利用已知的物重500N、拉力200N算出动滑轮的重力,动滑轮重力是固定不变的,当物重变为800N时,代入公式算出新的拉力,由于提升高度不变,绳子自由端移动的距离和第二问一致,最后用W'=F's即可算出新的拉力做功。
【解析】
(1) 已知物体上升速度v=0.2 m/s,上升时间t=10 s,由v=h/t变形得物体上升的高度:
$h=vt=0.2\ \mathrm{m/s}×10\ \mathrm{s}=2\ \mathrm{m}$
(2) 由图可知,该滑轮组承担物重的绳子段数n=3,因此绳子自由端移动的距离:
$s=3h=3×2\ \mathrm{m}=6\ \mathrm{m}$
已知拉力F=200 N,拉力所做的功:
$W=Fs=200\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1\ 200\ \mathrm{J}$
(3) 不计绳重和摩擦,由$F=\dfrac{1}{3}(G+G_动)$可得动滑轮的重力:
$G_动=3F-G=3×200\ \mathrm{N}-500\ \mathrm{N}=100\ \mathrm{N}$
当物重G'=800 N时,此时的拉力:
$F'=\dfrac{1}{3}(G'+G_动)=\dfrac{1}{3}×(800\ \mathrm{N}+100\ \mathrm{N})=300\ \mathrm{N}$
提升相同高度,绳子自由端移动距离仍为s=6 m,此时拉力所做的功:
$W'=F's=300\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1\ 800\ \mathrm{J}$
【答案】
(1) 物体上升的高度为2 m;(2) 拉力所做的功为1200 J;(3) 物重为800 N时拉力所做的功为1800 J
【知识点】
速度公式应用,滑轮组总功计算,动滑轮受力推导
【点评】
本题是滑轮组的基础综合计算题,整体难度偏低,核心要求是正确判断承担物重的绳子段数n,易错点是第三问中物重改变后拉力会同步变化,不能直接沿用初始的200N拉力计算新的总功,需要利用不计绳重摩擦的条件先求出不变的动滑轮重力,再推导新拉力,符合滑轮组的实际受力规律。
【难度系数】
0.7