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多选题

(多选)如图所示为一种测定运动员体能的装置,运动员的质量为m$_1$,绳的一端拴在腰间并沿水平方向跨过滑轮(不计滑轮质量及摩擦),绳的下端悬挂一个质量为m$_2$的重物,人用力蹬传送带而人的重心不动,使传送带以速率v匀速向右运动.下面说法中正确的是(  )

A
绳子拉力对人做正功
B
绳子拉力对人不做功
C
运动员对传送带做功的瞬时功率为m$_2$gv
D
运动员对传送带做功的瞬时功率为(m$_1$+m$_2$)gv

题目答案

BC

答案解析

分析:

通过在力的方向上有无位移判断力是否做功.人的重心不动知人处于平衡状态,摩擦力与拉力平衡.

解答:

解:人的重心不动知人处于平衡状态,人没有位移,所以绳子拉力对人不做功,故A错误,B正确;

人的重心不动,绳对人的拉力和人与传送带间的摩擦力平衡,而拉力又等于m$_2$g.所以人对传送带做功的功率为m$_2$gv.故C正确,D错误.

故选BC.

点评:

解决本题的关键掌握判断力是否做功的方法,当力与运动方向垂直,该力不做功.

举一反三
多选题

(多选)如图所示,质量为M、长度为L的小车静止在光滑的水平面上,质量为m(可视为质点)的小物块放在小车的最左端.现用一水平恒力F作用在小物块上,使物块从静止开始做匀加速直线运动,物块和小车之间的摩擦力为f,经过一段时间,小车运动的位移为s,此时物块刚好被拉到小车的最右端.则下列说法正确的是(  )

A
此时物块的动能为(F-f)L
B
此时小车的动能为fs
C
这一过程中,物块和小车增加的机械能为Fs
D
这一过程中,物块和小车因摩擦产生的热量为fL

题目答案

BD

答案解析

分析:

根据动能定理:合力做功等于物体动能的变化,求解物块的动能.根据功能关系分析得知,物块和小车增加的机械能为F(s+L)-fL.系统产生的内能等于系统克服滑动摩擦力做功.

解答:

解:

A、根据动能定理得,(F-f)(s+L)=$\frac {1}{2}$mv_-0.则物块的动能为E_k=(F-f)(s+L).故A错误.

B、根据动能定理得,小车的动能为fs,故B正确.

C、由功能关系得知,物块和小车增加的机械能为F(s+L)-fL.故C错误.

D、系统产生的内能等于系统克服滑动摩擦力做功fL.故D正确.

故选BD

点评:

本题考查对功与能的关系的理解能力,要抓住动能定理中的力是指物体所受的合力.

多选题

(多选)一物块静置于光滑水平面上,一颗子弹沿水平方向飞来射入木块中.当子弹进入木块的深度达到最大值2.0cm时.木块沿水平面恰好移动距离1.0cm,在上述过程中(  )

A
系统损失的机械能与子弹损失的动能之比为2:3
B
系统损失的机械能与子弹损失的动能之比为1:2
C
子弹损失的动能与木块增加的动能之比为2:1
D
子弹损失的动能与木块增加的动能之比为3:1

题目答案

AD

答案解析

分析:

子弹受到摩擦是阻力,而木块所受到摩擦是动力,两者摩擦力f大小相等,可认为是恒力.但二者的位移大小不同,做功不同.运用动能定理分别研究子弹和木块,求出各自的动能变化.

解答:

解:由题可知,木块的位移是x$_2$=1.0cm;子弹的位移:x$_1$=x$_2$+d=3.0cm

A、系统损失的机械能与子弹损失的动能之比等于:f•d:fx$_1$=2:3,故A正确,B错误;

C、子弹损失的动能与木块增加的动能之比等于:f•x$_1$:f•x$_2$=3:1,故C错误,D正确;

故选:AD

点评:

考查子弹打木块模型,同时功是能量转化的量度,能量转化的多少可以用功来量度,掌握住功和能的关系就可以分析得出结论.

多选题

(多选)如图所示,某物体以一定初动能E_k0沿固定在水平地面上的粗糙斜面从底端P点开始上滑,一段时间之后物体离开斜面做斜上抛运动,到达最高点Q,设斜面各部分粗糙程度均匀,取地面为零势能面,则关于物体从P到Q的运动过程中机械能随时间的变化关系E-t;及物体的动能随离地面的竖直高度的变化关系E_K-h,下列图象描述正确的是(  )

A
B
C
D

题目答案

AD

答案解析

分析:

物体在斜面上做匀减速直线运动,从斜面抛出后做斜抛运动,机械能的变化量等于除重力以外的力做的功,合外力做的功等于动能的变化量,写出机械能的表达式即可选择图象.

解答:

解:A、在斜面上运动某一位置的机械能E=E_K0-f×(v_0t-$\frac {1}{2}$at_),从斜面抛出后,只有重力做功,机械能守恒,不发生变化,故A正确,B错误;

B、在斜面上运动某一位置的动能为:E_K=E_K0-($\frac {f}{sinθ}$+mg)h,在斜抛到最高点的过程中,某一位置的动能为:E_K=E_K1-mgh,

动能随高度的变化关系,从图象角度看是在斜面运动过程中的斜率大于斜抛过程中的斜率,且Q点动能不为零,故C错误,D正确.

故选AD

点评:

本题主要考查了功能关系的直接应用,知道机械能的变化量等于除重力以外的力做的功,合外力做的功等于动能的变化量,注意在最高点竖直方向的速度等于零,水平方向速度不为零,难度适中.

多选题

(多选)如图所示,由电动机带动的水平传送带以速度为v=2.0m/s匀速运行,A端上方靠近传送带料斗中装有煤,打开阀门,煤以流量为Q=50kg/s落到传送带上,煤与传送带达共同速度后被运至B端,在运送煤的过程中,下列说法正确的是(  )

A
电动机应增加的功率为100W
B
电动机应增加的功率为200W
C
在一分钟内因煤与传送带摩擦产生的热为6.0×10_J
D
在一分钟内因煤与传送带摩擦产生的热为1.2×10_J

题目答案

BC

答案解析

分析:

煤流到传送带上后,在摩擦力作用下做初速度为零的匀加速直线运动,摩擦力对煤做正功,对传送带做负功,传送带多做的功转化为煤的动能以及系统之间产生的热量,正确分析煤块的运动情况,利用功能关系可正确解答本题.

解答:

解:设足够小的时间△t内落到传送带上煤的质量为△m,显然Q=△m/△t;这部分煤由于摩擦力f的作用被传送带加速,由功能关系得:

fs=$\frac {△mv}{2}$

煤块在摩擦力作用下加速前进,因此有:

s=$\frac {v+0}{2}$t=$\frac {v}{2}$t

传送带的位移为:s_传=vt

相对位移为:△s=s_传-s=s,由此可知煤的位移与煤和传送带的相对位移相同,

因此摩擦生热为:Q=f△s=$\frac {△mv}{2}$.

传送带需要增加的能量分为两部分:第一部分为煤获得的动能,第二部分为传送带克服摩擦力做功保持传送带速度.所以传送带△t内增加的能量△E为:

△E=$\frac {△mv}{2}$+fs=△mv_

功率:P=$\frac {△E}{△t}$=Qv_=200W,由此可知A错误,B正确.

由前面的分析可知单位时间内产生的热量为:Q_热=$\frac {Q}{2}$v_.

因此一分钟产生的热量为:

Q_总=Q_热t=$\frac {Qv}{2}$t=6.0×10_J,故C正确,D错误.

故选BC.

点评:

传送带问题是高中物理中的一个重要题型,解答这类问题重点做好两类分析:一是运动分析,二是功能关系分析.

多选题

(多选)如图所示,一质量为m的物体被水平细线拴住放在粗糙的水平传送带上,物体距传送带右端的距离为L.当绷紧的传送带分别以v$_1$、v$_2$的速度顺时针转动时(v$_1$<v$_2$),剪断细线,物体到达右端的时间分别为t$_1$、t$_2$,获得的动能分别为E$_1$、E$_2$,则下列判读可能正确的是(  )

A
E$_1$>E$_2$,t_l=t$_2$
B
E$_1$=E$_2$,t_l=t$_2$
C
E$_2$>E$_1$,t$_1$>t$_2$
D
E$_2$>E$_1$,t_l<t$_2$

题目答案

BC

答案解析

分析:

两种情况下绳子断开后,对木块运动情况分析,可比较出运动时间.

解答:

解:绳子断开后,木块受重力、支持力和向右的滑动摩擦力,重力和支持力平衡,合力等于摩擦力,水平向右

加速时,根据牛顿第二定律,有:μmg=ma

解得:a=μg;

故木块可能一直向右做匀加速直线运动;也可能先向右做匀加速直线运动,等到速度与皮带速度相同,然后一起匀速运动;

由于v$_1$<v$_2$,故

①若两种情况下木块都是一直向右做匀加速直线运动,则t_l等于t$_2$ ,所以两种情况下到达最右端的速度是相等的,所以获得的动能相等,E$_1$=E$_2$.

②若传送带速度为v$_1$时,木块先向右做匀加速直线运动,等到速度与皮带速度相同,然后一起匀速运动;传送带速度为v$_2$时,木块一直向左做匀加速直线运动,则t$_1$>t$_2$,E$_2$>E$_1$.

③两种情况下木块都是先向右做匀加速直线运动,等到速度与皮带速度相同,然后一起匀速运动,则t$_1$>t$_2$,E$_2$>E$_1$.故BC正确.

故选:BC.

点评:

本题关键对木块进行运动分析,得出有三种不同的情况,然后逐项进行讨论是解题的关键.

多选题

(多选)如图所示,质量为m的物体在水平传送带上由静止释放,传送带由电动机带动,始终保持以速度v匀速运动,物体与传送带间的动摩擦因数为μ,物体在滑下传送带之前能保持与传送带相对静止,对于物体从静止释放到与传送带相对静止这一过程,下列说法中正确的是(  )

A
电动机多做的功为$\frac {1}{2}$mv_
B
物体在传送带上的划痕长$\frac {v2}{μg}$
C
传送带克服摩擦力做的功为mv_
D
电动机增加的功率为μmgv

题目答案

CD

答案解析

分析:

物体在传送带上运动时,物体和传送带要发生相对滑动,所以电动机多做的功一部分转化成了物体的动能另一部分就是增加了相同的内能.根据牛顿第二定律和运动学公式求出物体和传送带的位移,从而得出相对位移的大小.

解答:

解:A、电动机多做的功转化成了物体的动能和内能,物体在这个过程中获得动能是$\frac {1}{2}$mv_,由于滑动摩擦力做功,所以电动机多做的功一定要大于$\frac {1}{2}$mv_,故A错误.

B、物体做匀加速直线运动的加速度a=μg,则匀加速直线运动的时间为:t=$\frac {v}{a}$=$\frac {v}{μg}$,在这段时间内传送带的位移为:x$_1$=vt=$\frac {v}{μg}$,物体的位移为:x$_2$=$\frac {v}{2a}$=$\frac {v}{2μg}$,则相对运动的位移,即划痕的长度为:△x=x$_1$-x$_2$=$\frac {v}{2μg}$.故B错误.

C、传送带克服摩擦力做功为:W_f=μmgx$_1$=mv_.故C正确.

D、电动机增加的功率即为克服摩擦力做功的功率,大小为fv=μmgv,故D正确.

故选:CD.

点评:

解决本题的关键知道物体在传送带上发生相对运动时的运动规律,以及知道能量的转化,知道电动机多做的功等于物体动能的增加和摩擦产生的内能之和.

多选题

(多选)如图所示,倾斜的传动带以恒定的速度v$_2$向上运动,一个小物块以初速度v$_1$从底端冲上传动带,且v$_1$大于v$_2$,小物块从传动带底端到达顶端的过程中一直做减速运动,则(  )

A
小物块到达顶端的速度可能等于零
B
小物块到达顶端的速度不可能等于v$_2$
C
小物块的机械能一直在减小
D
小物块所受的合外力一直做负功

题目答案

AD

答案解析

分析:

小物块以初速度v$_1$从底端冲上传动带,且v$_1$大于v$_2$,所以物块在重力沿斜面的分量及摩擦力作用下做匀减速运动,当速度减为v$_2$后,重力沿斜面的分量大于向上的摩擦力,物体继续减速,摩擦力方向上,(也可以一直减到顶端时速度刚好为v$_2$),根据除重力以外的力做的功等于机械能的变化量,判断机械能的变化情况,根据动能定理可知,W_合=△E_K判断合力做功情况.

解答:

解:A、小物块以初速度v$_1$从底端冲上传动带,且v$_1$大于v$_2$,所以物块在重力沿斜面的分量及摩擦力作用下做匀减速运动,当速度减为v$_2$后,重力沿斜面的分量大于向上的摩擦力,物体继续减速,到达顶端时,速度正好减为零,故A正确;

B、小物块从传动带底端到达顶端的过程中一直做减速运动,减到顶端时速度刚好与传送带速度相等,故B错误;

C、除重力以外的力做的功等于机械能的变化量,刚开始v$_1$大于v$_2$,摩擦力方向向下,做负功,机械能减小,当速度减为v$_2$后,再减速时,摩擦力方向向上,做正功,机械能增大,故C错误;

D、根据动能定理可知,W_合=△E_K,因为物体一直做减速运动,速度动能一直减小,合外力一直做负功,故D正确.

故选:AD

点评:

本题主要考查了动能定理、机械能守恒定律的条件的直接应用,关键是正确分析物体的运动情况和受力情况,还要会分析摩擦力的方向,难度适中.

多选题

(多选)如图所示,甲、乙两种粗糙面不同的传送带,倾斜放于水平地面,与水平面的夹角相同,以同样恒定速率v向上运动.现将一质量为m的小物体(视为质点)轻轻放在A处,小物体在甲传送带上到达B处时恰好达到速率v;在乙上到达离B竖直高度为h的C处时达到速率v,已知B处离地面高度皆为H.则在物体从A到B过程中(  )

A
小物块在两种传送带上具有的加速度相同
B
将小物体传送到B处,甲传送带消耗的电能比乙大
C
两种传送带对小物体做功相等
D
将小物体传送到B处,两种系统产生的热量相等

题目答案

BC

答案解析

分析:

小物块从底端上升到顶端过程与上升到速度达到皮带速度过程不同,动能定理表达式不同.本题的关键是比较两种情况下产生的热量关系.

解答:

解:A、根据牛顿第二定律得:f$_1$-mgsinθ=ma$_1$=m$\frac {v}{2$\frac {H}{sinθ}$}$

f$_2$-mgsinθ=ma$_2$=m$\frac {v}{2•$\frac {H-h}{sinθ}$}$

可见a$_1$<a$_2$,故A错误;

D、由摩擦生热Q=fS_相对知,Q_甲=f$_1$S$_1$=f$_1$(vt$_1$-$\frac {vt$_1$}{2}$)=f$_1$$\frac {H}{sinθ}$

Q_乙=f$_2$S$_2$=f$_2$$\frac {H-h}{sinθ}$

解得:Q_甲=mgH+$\frac {1}{2}$mv_,Q_乙=mg(H-h)+$\frac {1}{2}$mv_,Q_甲>Q_乙,故D错误;

B、根据能量守恒定律,电动机消耗的电能E_电等于摩擦产生的热量Q与物块增加机械能的和,

因物块两次从A到B增加的机械能相同,Q_甲>Q_乙,所以将小物体传送到B处,两种传送带消耗的电能甲更多,故B正确;

C、传送带对小物体做功等于小物块的机械能的增加量,动能增加量相等,重力势能的增加量也相同,故两种传送带对小物体做功相等,故C正确;

故选:BC.

点评:

解决该题关键要能够对物块进行受力分析,运用运动学公式和牛顿第二定律找出相对位移和摩擦力的关系.

注意传送带消耗电能和摩擦生热的关系及求法.

多选题

(多选)如图所示,足够长传送带与水平方向的倾角为θ,物块a通过平行于传送带的轻绳跨过光滑轻滑轮与物块b相连,b的质量为m,开始时,a、b及传送带均静止且a不受传送带摩擦力作用,现让传送带逆时针匀速转动,则在b上升h高度(未与滑轮相碰)过程中(  )

A
物块a重力势能减少mgh
B
摩擦力对a做的功大于a机械能的增加
C
摩擦力对a做的功小于物块a、b动能增加之和
D
任意时刻,重力对a、b做功的瞬时功率大小相等

题目答案

ABD

答案解析

分析:

通过开始时,a、b及传送带均静止且a不受传送带摩擦力作用,根据共点力平衡得出a、b的质量关系.根据b上升的高度得出a下降的高度,从而求出a重力势能的减小量,根据能量守恒定律判断摩擦力功与a、b动能以及机械能的关系.

解答:

解:A、开始时,a、b及传送带均静止且a不受传送带摩擦力作用,有m_agsinθ=m_bg,则m_a=$\frac {m}{sinθ}$.b上升h,则a下降hsinθ,则a重力势能的减小量为m_bg×hsinθ=mgh.故A正确.

B、根据能量守恒得,系统机械能增加,摩擦力对a做的功等于a、b机械能的增量.所以摩擦力做功大于a的机械能增加.因为系统重力势能不变,所以摩擦力做功等于系统动能的增加.故B正确,C错误.

D、任意时刻a、b的速率相等,对b,克服重力的瞬时功率P_b=mgv,对a有:P_a=m_agvsinθ=mgv,所以重力对a、b做功的瞬时功率大小相等.故D正确.

故选ABD.

点评:

本题是力与能的综合题,关键对初始位置和末位置正确地受力分析,以及合理选择研究的过程和研究的对象,运用能量守恒进行分析.

多选题

(多选)一辆小车静止在光滑的水平面上,小车立柱上固定一条长为L、系有小球的水平细绳,小球由静止释放,如图所示,不计一切摩擦,下列说法正确的是(  )

A
小球的机械能守恒
B
小球的机械能不守恒
C
球、车系统的机械能守恒
D
球、车系统的机械能不守恒

题目答案

BC

答案解析

分析:

小球与小车组成的系统在水平方向不受外力,系统机械能守恒,但对小球来说,不满足机械能守恒的条件.

解答:

解:A:小球由静止释放过程中,绳子拉力对小球做功,小球机械能不守恒,故A错误,B正确.

C:小球与小车系统在整个过程中只有重力做功,系统机械能守恒,故C正确D错误.

故选:BC.

点评:

遇到相互作用的问题,一般要从系统的角度考虑机械能是否守恒,同时涉及到整体法与隔离法的应用.