习题3 功和能

功和能（一）选择题1．一个质点同时在几个力作用下的位移为： k j i r 654+-=∆ (SI) 其中一个力为恒力k j i F 953+--=(SI)，则此力在该位移过程中所作的功为(A) -67 J ． (B) 17 J ．(C) 67 J ． (D) 91 J ． ［ ］2．对功的概念有以下几种说法：(1) 保守力作正功时，系统内相应的势能增加．(2) 质点运动经一闭合路径，保守力对质点作的功为零．(3) 作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以两者所作功的代数和必为零．在上述说法中：(A) (1)、(2)是正确的． (B) (2)、(3)是正确的．(C) 只有(2)是正确的． (D) 只有(3)是正确的． ［ ］3．质量为m 的一艘宇宙飞船关闭发动机返回地球时，可认为该飞船只在地球的引力场中运动．已知地球质量为M ，万有引力恒量为G ，则当它从距地球中心R 1处下降到R 2处时，飞船增加的动能应等于 (A) 2R GMm (B) 22R GMm (C) 2121R R R R GMm - (D) 2121R R R GMm - (E) 222121R R R R GMm - [ ]4．质量为m ＝0.5 kg 的质点，在Oxy 坐标平面内运动，其运动方程为x ＝5t ，y =0.5t 2（SI ），从t =2 s 到t =4 s 这段时间内，外力对质点作的功为(A) 1.5 J ． (B) 3 J ．(C) 4.5 J ．(D) -1.5 J ． ［ ］5．一质点由原点从静止出发沿x 轴运动，它在运动过程中受到指向原点的力作用，此力的大小正比于它与原点的距离，比例系数为k ．那么当质点离开原点为x 时，它相对原点的势能值是 (A) 221kx -． (B) 221kx ． (C) 2kx -． (D) 2kx ． ［ ］ 6．一物体挂在一弹簧下面，平衡位置在O 点，现用手向下拉物体，第一次把物体由O 点拉到M 点，第二次由O 点拉到N 点，再由N 点送回M 点．则在这两个过程中(A) 弹性力作的功相等，重力作的功不相等．(B) 弹性力作的功相等，重力作的功也相等．(C) 弹性力作的功不相等，重力作的功相等．(D) 弹性力作的功不相等，重力作的功也不相等． ［ ］7．一质点在力F = 5m (5 - 2t ) (SI)的作用下，t =0时从静止开始作直线运动，式中m 为质点的质量，t 为时间，则当t = 5 s 时，质点的速率为(A) 50 m ·s -1．. (B) 25 m ·s -1．(C) 0．(D) -50 m ·s -1． ［ ］8．如图所示，在光滑平面上有一个运动物体P ，在P 的正前方有一个连有弹簧和挡板M 的静止物体Q ，弹簧和挡板M 的质量均不计，P 与Q 的质量相同．物体P 与Q 碰撞后P 停止，Q 以碰前P 的速度运动．在此碰撞过程中，弹簧压缩量最大的时刻是(A) P 的速度正好变为零时．(B) P 与Q 速度相等时． (C) Q 正好开始运动时． (D) Q 正好达到原来P 的速度时． ［ ］9．质点的质量为m ，置于光滑球面的顶点A 处(球面固定不动)，如图所示．当它由静止开始下滑到球面上B 点时，它的加速度的大小为(A) )cos 1(2θ-=g a ． (B) θsin g a =．(C) g a =．(D) θθ2222sin )cos 1(4g g a +-=． ［ ］10．如图示．一质量为m 的小球．由高Ｈ处沿光滑轨道由静止开始滑入环形轨道．若H 足够高，则小球在环最低点时环对它的作用力与小球在环最高点时环对它的作用力之差，恰为小球重量的 (A) 2倍． (B) 4倍． (C) 6倍． (D) 8倍． ［ ］ 11．一质量为60 kg 的人起初站在一条质量为300 kg ，且正以2 m/s 的速率向湖岸驶近的小木船上，湖水是静止的，其阻力不计．现在人相对于船以一水平速率v 沿船的前进方向向河岸跳去，该人起跳后，船速减为原来的一半，v 应为(A) 2 m/s ． (B) 3 m/s ．(C) 5 m/s ． (D) 6 m/s ． ［ ］12．如图所示，质量分别为m 1和m 2的物体A 和B ，置于光滑桌面上，A 和B 之间连有一轻弹簧．另有质量为m 1和m 2的物体C 和D 分别置于物体A 与B 之上，且物体A 和C 、B 和D 之间的摩擦系数均不为零．首先用外力沿水平方向相向推压A 和B ，使弹簧被压缩．然后撤掉外力，则在A和B 弹开的过程中，对A 、B 、C 、D 弹簧组成的系统(A) 动量守恒，机械能守恒．(B) 动量不守恒，机械能守恒．(C) 动量不守恒，机械能不守恒．(D) 动量守恒，机械能不一定守恒． ［ ］（二）填空题1．如图所示，一物体放在水平传送带上，物体与传送带间无相对滑动，当传送带作匀速运动时，静摩擦力对物体作功为__________；当传送带作加速运动时，静摩擦力对物体作功为__________；当传送带作减速运动时，静摩擦力对物体作功为__________．（仅填“正”，“负”或“零”） 2．某质点在力F ＝(4＋5x )i (SI)的作用下沿x 轴作直线运动，在从x ＝0移动到x ＝10 m的过程中，力F 所做的功为__________．3．有一人造地球卫星，质量为m ，在地球表面上空2倍于地球半径R 的高度沿圆轨道运行，用m 、R 、引力常数G 和地球的质量M 表示时(1)卫星的动能为____________；(2)卫星的引力势能为_____________． 4．一质点在二恒力共同作用下，位移为j i r 83+=∆ (SI)；在此过程中，动能增量为24 J ，已知其中一恒力j i F 3121-=(SI)，则另一恒力所作的功为__________．5．一弹簧原长l 0＝0.1m ，劲度系数k ＝50N ／m ，其一端固定在半径为R ＝0.1 m 的半圆环的端点A ，另一端与一套在半圆环上的小环相连．在把小环由半圆环中点B 移到另一端C 的过程中，弹簧的拉力对小环所作的功为_____________ J ． 6．在如图所示的装置中，忽略滑轮和绳的质量及轴上摩擦，假设绳子不可伸长，则m 2的加速度a 2 =_______________________．7．如图所示，小球沿固定的光滑的1/4圆弧从A 点由静止开始下滑，圆弧半径为R ，则小球在A 点处的切向加速度a t=______________________，小球在B 点处的法向加速度a n =_______________________．8．一个力F 作用在质量为 1.0 kg 的质点上，使之沿x 轴运动．已知在此力作用下质点的运动学方程为3243t t t x +-= (SI)．在0到4 s 的时间间隔内，(1) 力F 的冲量大小I =__________________．(2) 力F 对质点所作的功W =________________．9．质量为m 1和m 2的两个物体，具有相同的动量．欲使它们停下来，外力对它们做的功之比W 1∶W 2 =__________；若它们具有相同的动能，欲使它们停下来，外力的冲量之比I 1∶I 2 =__________．（三）计算题1．质量m ＝2 kg 的质点在力i t F 12=(SI)的作用下，从静止出发沿x 轴正向作直线运动，求前三秒内该力所作的功．2．质量m ＝2 kg 的物体沿x 轴作直线运动，所受合外力F ＝10＋6x 2 (SI)．如果在x=0处时速度v 0＝0；试求该物体运动到x ＝4 m 处时速度的大小．3．劲度系数为k 、原长为l 的弹簧，一端固定在圆周上的A 点，圆周的半径R ＝l ，弹簧的另一端点从距A 点2l 的B 点沿圆周移动1/4周长到C 点，如图所示．求弹性力在此过程中所作的功．4． 如图所示，劲度系数为k 的弹簧，一端固定于墙上，另一端与一质量为m 1的木块A 相接，A 又与质量为m 2的木块B用不可伸长的轻绳相连，整个系统放在光滑水平面上．现在以不变的力F 向右拉m 2，使m 2自平衡位置由静止开始运动，求木块A 、B 系统所受合外力为零时的速度，以及此过程中绳的拉力T 对m 1所作的功，恒力F 对m 2所作的功．Ax5．如图所示，一劲度系数为k 的轻弹簧水平放置，左端固定，右端与桌面上一质量为m 的木块连接，水平力F 向右拉木块．木块处于静止状态．若木块与桌面间的静摩擦系数为μ且F >μ m g ，求弹簧的弹性势能E P 应满足的关系．6．一物体与斜面间的摩擦系数μ = 0.20，斜面固定，倾角α = 45°．现给予物体以初速率v 0 = 10 m/s ，使它沿斜面向上滑，如图所示．求： (1) 物体能够上升的最大高度h ； (2) 该物体达到最高点后，沿斜面返回到原出发点时的速率v ．7．把一质量为m ＝0.4 kg 的物体，以初速度v 0＝20 m/s 竖直向上抛出，测得上升的最大高度H ＝16 m ，求空气对它的阻力f （设为恒力）等于多大？8．一个弹簧下端挂质量为0.1 kg 的砝码时长度为0.07 m ，挂0.2 kg 的砝码时长度为0.09 m ．现在把此弹簧平放在光滑桌面上，并要沿水平方向从长度l 1=0.10 m 缓慢拉长到l 2=0.14 m ，外力需作功多少？ 9．一质量为2 kg 的质点，在xy 平面上运动，受到外力j t i F 2244-= (SI)的作用，t = 0时，它的初速度为j i430+=v (SI)，求t = 1 s 时质点的速度及受到的法向力n F .10．一细绳两端分别拴着质量m 1= 1 kg ，m 2 = 2 kg 的物体A 和B ，这两个物体分别放在两水平桌面上，与桌面间的摩擦系数都是μ =0.1．绳子分别跨过桌边的两个定滑轮吊着一个动滑轮，动滑轮下吊着质量m 3 = 1 kg 的物体C ，如图所示．设整个绳子在同一平面内，吊着动滑轮的两段绳子相互平行．如绳子与滑轮的质量以及滑轮轴上的摩擦可以略去不计，绳子不可伸长，求A 、B 、C 相对地面加速度1a 、2a 、3a的大小． (取g = 10m/s 2 ) 11．如图所示，质量为m A 的小球A 沿光滑的弧形轨道滑下，与放在轨道端点P 处(该处轨道的切线为水平的)的静止小球B 发生弹性正碰撞，小球B 的质量为m B ，A 、B 两小球碰撞后同时落在水平地面上．如果A 、B 两球的落地点距P 点正下方O 点的距离之比L A / L B =2/5，求：两小球的质量比m A /m B ． 12．两个质量分别为m 1和m 2的木块A 和B ，用一个质量忽略不计、劲度系数为k 的弹簧联接起来，放置在光滑水平面上，使A 紧靠墙壁，如图所示．用力推木块B 使弹簧压缩x 0，然后释放．已知m 1 = m ，m 2 = 3m ，求： (1) 释放后，A 、B 两木块速度相等时的瞬时速度的大小； (2) 释放后，弹簧的最大伸长量． 13．两个质量为m 1和m 2的小球在一直线上作完全弹性碰撞，碰撞前两小球的速度分别为v 1和v 2（同向）．碰撞过程中，两小球的最大形变势能是多少？14．如图所示，将一块质量为M 的光滑水平板PQ 固结在劲度系数为k 的轻弹簧上; 质量为m 的小球放在水平光滑桌面上，桌面与平板PQ 的高度差为h ．现给小球一个水平初速0v ，使小球落到平板上与平板发生弹性碰撞．求弹簧的最大压缩量是多少？（四）理论推导与证明题1．假设在最好的刹车情况下，汽车轮子不在路面上滚动，而仅有滑动，试从功、能的观点出发，证明质量为m 的汽车以速率v 沿着水平道路运动时，刹车后，要它停下来所需要的 3 Agk μ22v最短距离为（μk 为车轮与路面之间的滑动摩擦系数）．2．试就质点受变力作用而且做一般曲线运动的情况推导质点的动能定理，并说明定理的物理意义．（五）问答题1．有人把一物体由静止开始举高h 时，物体获得速度v ，在此过程中，若人对物体作功为W ，则有试问这一结果正确吗？这可以理解为“合外力对物体所作的功等于物体动能的增量与势能的增量之和”吗？为什么？2．请分别写出质点系的动量守恒、动能守恒和机械能守恒的条件．（六）改错题 1．一列火车以速度u 作匀速直线运动，当一位实验者站在该列车的一节敞车上面，将小球以221v m 的动能(相对火车)抛出后，站在地面上的观察者认为，在抛出的瞬时，小球的动能一定等于小球随车一起运动时的初始动能221mu 与抛出时小球相对火车的动能221v m 之和，即222121mu m E K +=v 请指出此结论是否正确, 并给以改正。