高中物理必修二-功与能典型一题多变题集锦

高中物理必修二-功与能典型一题多变题集锦1/11必修二功和能典型一题多变题集锦一.功的计算:1.物体m在水平力F的作用下水平向前行驶的位移为L，如图甲所示，求力F对物体所做的功。相关变式题1)物体m在与水平方向成α角的力F的作用下，沿水平方向向前行驶的距离为L，如图乙所示，求力F对物体所做的功。2):如图所示，物体在力作用下在水平面上发生一段位移L，试分别计算这四种情况下力F对物体所做的功。设在这四种情况下力F和位移L的大小都相同：F=10N，L=1m，角θ的大小如图所示。3)一个质量m=2kg的物体，受到与水平方向成37°角斜向上方的拉力F1=10N，在水平地面上移动的距离s=2m。物体与地面间的滑动摩擦力F2=4.2N。求：（1）、F1、F2分别对物体做的功。（2）、F1、F2对物体做的总功。4)：用50N力拉一个质量为10kg的物体在水平地面上前进，如图所示，若物体前进了10m，拉力F做的功W1=______J，重力G做的功W2=______J，如果物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.1，物体克服阻力做的功W3=_____J．5)如图所示，滑轮和绳的质量及摩擦不计，用力F提升原来静止的质量为m＝10kg的物体，使其以大小为a＝2m/s2的加速度匀加速上升，求前3s内力F做的功．(取g＝10m/s2)6).如图所示，质量m＝1.0kg的物体从半径R＝5m的圆弧的A端，在拉力F作用下从静止沿圆弧运动到顶点B.圆弧AB在竖直平面内，拉力F的大小为15N，方向始终与物体的运动方向一致．若物体到达B点时的速度v＝5m/s，圆弧AB所对应的圆心角θ＝60°，BO边在竖直方向上，取g＝10m/s2.在这一过程中，求：(1)重力mg做的功．(2)拉力F做的功．FFLLFαFα高中物理必修二-功与能典型一题多变题集锦2/11(3)圆弧面对物体的支持力FN做的功．(4)圆弧面对物体的摩擦力Ff做的功7).如图所示，质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，现使斜面水平向左匀速移动距离l.(1)摩擦力对物体做的功为(物体与斜面相对静止)多少？(2)斜面对物体的弹力做的功为多少？(3)重力对物体做的功为多少？(4)斜面对物体做的功是多少？各力对物体所做的总功是多少？变式一：若改为向左以加速度a匀加速移动距离l呢？变式二：若改为一起向上匀速移动距离l呢？变式一：若改为一起向上以加速度a匀加速移动距离l呢？二、重力势能的相对性1.如图，质量m=0.5kg的小球，从桌面上方高h1=1.2m的A点下落到地面上的B点，桌面离地面的高度h2=0.8m．请按要求填写下表．(g=10m/s²)相关变式题：1）．物体在运动过程中，克服重力做功50J，则（）A.重力做功为50JB.物体的重力势能一定增加50JC.物体的重力势能一定减小50JD.重力做功为-50J2）质量是50kg的人沿着长L=150m、倾角为30°的坡路走上土丘，重力对他所做的功是多少？他克服重力所做的功是多少？他的重力势能增加了多少？（g取10m/s2）参考面小球在A处的重力势能（J）小球在B处的重力势能（J）整个过程中重力做功(J)整个过程中重力势能变化量(J)桌面地面330000高中物理必修二-功与能典型一题多变题集锦3/113）．(2010·安徽理综)伽利略曾设计如图9所示的一个实验，将摆球拉至M点放开，摆球会达到同一水平高度上的N点．如果在E或F处钉钉子，摆球将沿不同的圆弧达到同一高度的对应点；反过来，如果让摆球从这些点下落，它同样会达到原水平高度上的M点．这个实验可以说明，物体由静止开始沿不同倾角的光滑斜面(或弧线)下滑时，其末速度的大小()A．只与斜面的倾角有关B．只与斜面的长度有关C．只与下滑的高度有关D．只与物体的质量有关\三.机车的启动问题1.一列火车总质量m＝500t，机车发动机的额定功率P＝6×105W，在轨道上行驶时，轨道对火车的阻力Ff是车重的0.01倍，g取10m/s2，求：(1)火车在水平轨道上行驶的最大速度；(2)在水平轨道上，发动机以额定功率P工作，当行驶速度为v1＝1m/s和v2＝10m/s时，火车的瞬时加速度a1、a2各是多少；(3)在水平轨道上以36km/h速度匀速行驶时，发动机的实际功率P′；变式:若火车从静止开始，保持0.5m/s2的加速度做匀加速运动，1)这一过程维持的最长时间。2)火车在水平轨道上行驶的最大速度相关变式题1):．如图3所示为汽车在水平路面上启动过程的vt图象.0～t1时间内为匀加速阶段，t1～t2时间内表示以额定功率行驶时的变加速阶段，t2后是与t轴平行的直线，则下列说法正确的是()(A．0～t1时间内，牵引力增大，功率不变B．0～t1时间内，牵引力不变，功率增大C．t1～t2时间内，牵引力增大，加速度减小D．t1～t2时间内，牵引力做的功为12mv22－12mv212)．质量为m的汽车行驶在平直的公路上，在运动中所受阻力恒定。当汽车的加速度为a、速度为v时，发动机的功率是P1：则当功率是P2时，汽车行驶的最大速率为A.vPP12B.vPP21C.mavPvP12D.mavPvP213)．汽车在平直公路上以速度v0匀速行驶，发动机功率为P，牵引力为F0。t1时刻，司机减小了油门，使汽车的功率立即减小一半，并保持该功率继续行驶，到t2时刻，汽车又恢复了匀速直线运动(设整个过程中汽车所受的阻力不变)。下面几个关于汽车牵引力F、汽车速度v在这个过程中随时间t变化的图像中正确的是（）ABCDvv0v0/2t1t2Otvv0v0/2t1t2OtFF0F0/2t1t2OttFF0F0/2t2t1O高中物理必修二-功与能典型一题多变题集锦4/114)．汽车在水平直线公路上行驶，额定功率为Pe=80kW，汽车行驶过程中所受阻力恒为f=2.5×103N，汽车的质量M=2.0×103kg。若汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度的大小为a=1.0m/s2，汽车达到额定功率后，保持额定功率不变继续行驶。求：（1）汽车在整个运动过程中所能达到的最大速度；（2）20s末汽车的瞬时功率；（3）当汽车的速度为5m/s时的瞬时功率；（4）当汽车的速度为20m/s时的加速度。四．动能定理的应用1.物体的质量为m=2kg，放在一个光滑的水平面上，在一个与水平方向成a=37角的恒力F=10N的作用下做匀加速直线运动，物体发生的位移为X=1m．求：物体获得的速度大小。相关变式题1）：若物体与地面的动摩擦因素为μ=0.5，物体获得的速度又为多少？2）：物体的质量为m=2kg，物体与地面的动摩擦因素为μ=0.5，在一个与水平方向成a=37角的恒力F=10N的作用下做匀加速直线运动，物体发生的位移为X=1m后撤去F，问物体还能滑行多远？（要求分别利用牛顿运动定律和动能定理两种方法解题）3）：物体的质量为m=2kg，物体与地面的动摩擦因素为μ=0.5，在一个与水平方向成a=37角的恒力F=10N的作用下做匀加速直线运动，物体发生的位移为X=1m后撤去F，同时物体又滑上一倾角为37动摩擦因素也为μ=0.5的粗糙斜面（设转角处无动能损失），求物体在斜面上上升的最大高度。（要求分别利用牛顿运动定律和动能定理两种方法解题）高中物理必修二-功与能典型一题多变题集锦5/114）：放在一水平地面上的小球质量为m=2kg，小球与桌面的动摩擦因数μ=0.5，在一个与水平方向成a=37角的恒力F=10N的作用下做匀加速直线运动，小球运动位移为X=1m后撤去F，同时进入一半径为R=0.01m的粗糙半圆形轨道（设转角处无动能损失），恰能到达最高点，求小球在半圆形轨道上克服摩擦力做的功。5）．如图所示，倾角θ=37°的斜面底端B平滑连接着半径r=0.40m的竖直光滑圆轨道。质量m=0.50kg的小物块，从距地面h=2.7m处沿斜面由静止开始下滑，小物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.25，求：（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2）（1）物块滑到斜面底端B时的速度大小。（2）物块运动到圆轨道的最高点A时，对圆轨道的压力大小。6）、如图11所示为“S”形玩具轨道，该轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成的，固定在竖直平面内，轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆连接而成的，圆半径比细管内径大得多，轨道底端与水平地面相切，弹射装置将一个小球(可视为质点)从a点水平射向b点并进入轨道，经过轨道后从p点水平抛出，已知小球与地面ab段间的动摩擦因数μ＝0.2，不计其他能量损失，ab段长L＝1.25m，圆的半径R＝0.1m，小球质量m＝0.01kg，轨道质量为M＝0.15kg，g＝10m/s2，求：(1)若v0＝5m/s，小球从p点抛出后的水平射程；(2)若v0＝5m/s，小球经过轨道的最高点时，管道对小球作用力的大小和方向；(3)设小球进入轨道之前，轨道对地面的压力大小等于轨道自身的重力，当v0至少为多大时，轨道对地面的压力为零？7)（2012浙江卷）.由光滑细管组成的轨道如图所示，其中AB段和BC段是半径为R的四分之一圆弧，轨道固定在竖直平面内。一质量为m的小球，从距离水平地面为H的管口D处静止释放，最后能够从A端水平抛出落到地面上。下列说法正确的是（）A.小球落到地面时相对于A点的水平位移值为θABOh高中物理必修二-功与能典型一题多变题集锦6/11B.小球落到地面时相对于A点的水平位移值为C.小球能从细管A端水平抛出的条件是H2RD.小球能从细管A端水平抛出的最小高度Hmin=R8）.（09·浙江·24）（18分）某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛。比赛路径如图所示，赛车从起点A出发，沿水平直线轨道运动L后，由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道，离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点，并能越过壕沟。已知赛车质量m=0.1kg，通电后以额定功率P=1.5w工作，进入竖直轨道前受到阻力恒为0.3N，随后在运动中受到的阻力均可不记。图中L=10.00m，R=0.32m，h=1.25m，S=1.50m。问：要使赛车完成比赛，电动机至少工作多长时间?（取g=10m/s2）9）(08·山东理综·24)某兴趣小组设计了如图所示的玩具轨道,其中“2008”四个等高数字用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,固定在竖直平面内,(所有数字均由圆或半圆组成,圆半径比细管的内径大得多),底端与水平地面相切,弹射装置将一个小物体(可视为质点)以v0=5m/s的水平初速度由a点弹出,从b点进入轨道,依次经过“8002”后从p点水平抛出,小物体与地面ab段间的动摩擦因数μ=0.3,不计其它机械能损失.已知ab段长L=1.5m,数字“0”的半径R=0.2m,小物体质量m=0.01kg,g=10m/s2.求:小物体从p点抛出后的水平射程.小物体经过数字“0”的最高点时管道对小物体作用力的大小方向.高中物理必修二-功与能典型一题多变题集锦7/1110).（09·安徽·24）（20分）过山车是游乐场中常见的设施。下图是一种过山车的简易模型，它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形轨道组成，B、C、D分别是三个圆形轨道的最低点，B、C间距与C、D间距相等，半径12.0mR、21.4mR。一个质量为1.0mkg的小球（视为质点），从轨道的左侧A点以012.0m/sv的初速度沿轨道向右运动，A、B间距16.0Lm。小球与水平轨道间的动摩擦因数0.2，圆形轨道是光滑的。假设水平轨道足够长，圆形轨道间不相互重叠。重力加速度取210m/sg，计算结果保留小数点后一位数字。试求（1）小球在经过第一个圆形轨道的最高点时，轨道对小球作用力的大小；（2）如果小球恰能通过第二圆形轨道，B、C间距L应是多少；（3）在满足（2）的条件下，如果要使小球不能脱离轨道，在第三个圆形轨道的设计中，半径3R应满足的条件；小球最终停留点与起点A的距离。高中物理必修二-功与能典型一题多变题集锦8/11三．机械能守恒定律的应用1.如图，小球的质量为m，悬线的长为L，把小球拉开使悬线和竖直方向的夹角为，然后从静止