1. 小程把八年级下册物理教材从地面拿到课桌上,他对这本书做的功约为()
A. $ 0.3J $
B. $ 3J $
C. $ 30J $
D. $ 300J $
A. $ 0.3J $
B. $ 3J $
C. $ 30J $
D. $ 300J $
答案
B
解析
【分析】
要解决这个问题,我们需要利用功的计算公式$ W=Gh $来求解,解题思路分为三步:首先估算物理教材的质量,进而计算出它的重力;然后估算课桌的高度;最后将重力和高度代入公式计算出做功的大小,再与选项对比得出答案。
1. 估算物理书的质量:八年级下册物理教材的质量约为0.3kg;
2. 计算重力:根据$ G=mg $($ g $取$ 10N/kg $),可得教材的重力$ G=0.3kg×10N/kg=3N $;
3. 估算课桌高度:课桌的高度约为1m;
4. 计算做功:代入$ W=Gh $,得到$ W=3N×1m=3J $,对应选项B。
【解析】
1. 估算物理教材的质量:$ m \approx 0.3kg $;
2. 计算教材的重力:根据重力公式$ G=mg $(取$ g=10N/kg $),
$ G = mg = 0.3kg×10N/kg = 3N $;
3. 估算课桌的高度:$ h \approx 1m $;
4. 计算对教材做的功:根据功的计算公式$ W=Gh $,
$ W = Gh = 3N×1m = 3J $。
因此,答案选B。
【答案】
B
【知识点】
功的计算、常见物理量估算
【点评】
本题属于生活中的物理估算题,既考察了功的计算公式的应用,也要求学生对常见物体的质量、长度有基本的认知,注重物理知识与生活实际的结合,是基础应用型题目,有助于培养学生的估测能力和知识应用能力。
【难度系数】
0.8
要解决这个问题,我们需要利用功的计算公式$ W=Gh $来求解,解题思路分为三步:首先估算物理教材的质量,进而计算出它的重力;然后估算课桌的高度;最后将重力和高度代入公式计算出做功的大小,再与选项对比得出答案。
1. 估算物理书的质量:八年级下册物理教材的质量约为0.3kg;
2. 计算重力:根据$ G=mg $($ g $取$ 10N/kg $),可得教材的重力$ G=0.3kg×10N/kg=3N $;
3. 估算课桌高度:课桌的高度约为1m;
4. 计算做功:代入$ W=Gh $,得到$ W=3N×1m=3J $,对应选项B。
【解析】
1. 估算物理教材的质量:$ m \approx 0.3kg $;
2. 计算教材的重力:根据重力公式$ G=mg $(取$ g=10N/kg $),
$ G = mg = 0.3kg×10N/kg = 3N $;
3. 估算课桌的高度:$ h \approx 1m $;
4. 计算对教材做的功:根据功的计算公式$ W=Gh $,
$ W = Gh = 3N×1m = 3J $。
因此,答案选B。
【答案】
B
【知识点】
功的计算、常见物理量估算
【点评】
本题属于生活中的物理估算题,既考察了功的计算公式的应用,也要求学生对常见物体的质量、长度有基本的认知,注重物理知识与生活实际的结合,是基础应用型题目,有助于培养学生的估测能力和知识应用能力。
【难度系数】
0.8
2. 如图所示,用$ F = 30N $的水平推力推着重为$ 60N $的物体沿水平方向做直线运动。若推力$ F $对物体做了$ 90J $的功,则在这一过程中()

A. 物体一定运动了$ 3m $
B. 物体一定运动了$ 1.5m $
C. 重力做的功一定为$ 90J $
D. 物体一定受到$ 30N $的摩擦力
A. 物体一定运动了$ 3m $
B. 物体一定运动了$ 1.5m $
C. 重力做的功一定为$ 90J $
D. 物体一定受到$ 30N $的摩擦力
答案
A
解析
【分析】
首先,我们需要利用功的计算公式分析物体移动的距离;其次判断重力是否做功,需明确做功的两个必要因素:作用在物体上的力,以及物体在该力的方向上通过的距离;最后分析摩擦力的大小,需考虑物体的运动状态是否为匀速直线运动。
1. 对于物体移动的距离:根据功的公式$ W = Fs $,可推导$ s = \frac{W}{F} $,代入已知的推力和做功大小,即可计算出物体在推力方向上移动的距离;
2. 对于重力做功:重力方向竖直向下,物体沿水平方向运动,在重力方向上没有移动距离,因此重力不做功;
3. 对于摩擦力:物体沿水平方向做直线运动,未说明是匀速直线运动,所以摩擦力与推力不一定是平衡力,摩擦力大小不一定等于推力大小。
【解析】
根据功的计算公式$ W = Fs $,可得物体在推力方向上移动的距离:
$ s = \frac{W}{F} = \frac{90J}{30N} = 3m $,因此物体一定运动了3m,A选项正确,B选项错误;
重力方向竖直向下,物体在竖直方向没有移动距离,根据$ W = Gh $,$ h=0 $,所以重力做的功为0,C选项错误;
物体沿水平方向做直线运动,若物体做变速直线运动,摩擦力与推力不是平衡力,大小不等于30N,因此物体受到的摩擦力不一定为30N,D选项错误。
综上,答案选A。
【答案】
A
【知识点】
1. 功的计算($ W=Fs $)
2. 力做功的判断
3. 摩擦力的分析
【点评】
本题考查功的计算、做功的必要因素以及摩擦力的判断,易错点在于忽略物体的运动状态,误认为摩擦力一定等于推力,同时需明确:只有物体在力的方向上移动距离,该力才对物体做功。
【难度系数】
0.7
首先,我们需要利用功的计算公式分析物体移动的距离;其次判断重力是否做功,需明确做功的两个必要因素:作用在物体上的力,以及物体在该力的方向上通过的距离;最后分析摩擦力的大小,需考虑物体的运动状态是否为匀速直线运动。
1. 对于物体移动的距离:根据功的公式$ W = Fs $,可推导$ s = \frac{W}{F} $,代入已知的推力和做功大小,即可计算出物体在推力方向上移动的距离;
2. 对于重力做功:重力方向竖直向下,物体沿水平方向运动,在重力方向上没有移动距离,因此重力不做功;
3. 对于摩擦力:物体沿水平方向做直线运动,未说明是匀速直线运动,所以摩擦力与推力不一定是平衡力,摩擦力大小不一定等于推力大小。
【解析】
根据功的计算公式$ W = Fs $,可得物体在推力方向上移动的距离:
$ s = \frac{W}{F} = \frac{90J}{30N} = 3m $,因此物体一定运动了3m,A选项正确,B选项错误;
重力方向竖直向下,物体在竖直方向没有移动距离,根据$ W = Gh $,$ h=0 $,所以重力做的功为0,C选项错误;
物体沿水平方向做直线运动,若物体做变速直线运动,摩擦力与推力不是平衡力,大小不等于30N,因此物体受到的摩擦力不一定为30N,D选项错误。
综上,答案选A。
【答案】
A
【知识点】
1. 功的计算($ W=Fs $)
2. 力做功的判断
3. 摩擦力的分析
【点评】
本题考查功的计算、做功的必要因素以及摩擦力的判断,易错点在于忽略物体的运动状态,误认为摩擦力一定等于推力,同时需明确:只有物体在力的方向上移动距离,该力才对物体做功。
【难度系数】
0.7
3. 游乐场中摩天轮的示意图如图所示,小芸在摩天轮中坐好后,摩天轮在竖直面内开始匀速转动,以地面为参照物,小芸是的;小芸与摩天轮中心的距离为$ 15m $,她的质量为$ 50kg $,她从最低点转到最高点的过程中,摩天轮对她做的功是$ J $,$ g $取$ 10N/kg $。

答案
运动
15000
15000
解析
【分析】
1. 运动状态判断:以地面为参照物,小芸的位置随摩天轮匀速转动不断发生变化,根据运动和静止的相对性,可判断小芸的运动状态。
2. 功的计算分析:小芸从最低点转到最高点时,上升高度为摩天轮半径的2倍;先利用重力公式计算小芸的重力,再结合功的计算公式,由于匀速转动时摩天轮对小芸的力与重力平衡,所以摩天轮对她做的功等于克服重力做的功,代入数据计算即可。
【解析】
1. 运动状态判断:
以地面为参照物,小芸的位置相对于地面持续发生改变,因此小芸是运动的。
2. 功的计算:
① 计算小芸的重力:
$ G = mg = 50\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 500\mathrm{N} $
② 确定上升高度:
小芸从最低点到最高点,上升的高度为摩天轮半径的2倍,即 $ h = 2 × 15\mathrm{m} = 30\mathrm{m} $
③ 计算摩天轮对小芸做的功:
因为摩天轮匀速转动,摩天轮对小芸的力与重力平衡,所以摩天轮对她做的功等于克服重力做的功:
$ W = Gh = 500\mathrm{N} × 30\mathrm{m} = 15000\mathrm{J} $
【答案】
运动;15000
【知识点】
运动与静止的相对性、功的计算
【点评】
本题结合摩天轮的实际场景,考查了运动状态判断和功的计算,需要准确理解参照物的概念判断运动状态,同时明确上升高度的计算方法,熟练运用重力和功的公式解决问题,侧重基础物理知识的应用。
【难度系数】
0.7
1. 运动状态判断:以地面为参照物,小芸的位置随摩天轮匀速转动不断发生变化,根据运动和静止的相对性,可判断小芸的运动状态。
2. 功的计算分析:小芸从最低点转到最高点时,上升高度为摩天轮半径的2倍;先利用重力公式计算小芸的重力,再结合功的计算公式,由于匀速转动时摩天轮对小芸的力与重力平衡,所以摩天轮对她做的功等于克服重力做的功,代入数据计算即可。
【解析】
1. 运动状态判断:
以地面为参照物,小芸的位置相对于地面持续发生改变,因此小芸是运动的。
2. 功的计算:
① 计算小芸的重力:
$ G = mg = 50\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 500\mathrm{N} $
② 确定上升高度:
小芸从最低点到最高点,上升的高度为摩天轮半径的2倍,即 $ h = 2 × 15\mathrm{m} = 30\mathrm{m} $
③ 计算摩天轮对小芸做的功:
因为摩天轮匀速转动,摩天轮对小芸的力与重力平衡,所以摩天轮对她做的功等于克服重力做的功:
$ W = Gh = 500\mathrm{N} × 30\mathrm{m} = 15000\mathrm{J} $
【答案】
运动;15000
【知识点】
运动与静止的相对性、功的计算
【点评】
本题结合摩天轮的实际场景,考查了运动状态判断和功的计算,需要准确理解参照物的概念判断运动状态,同时明确上升高度的计算方法,熟练运用重力和功的公式解决问题,侧重基础物理知识的应用。
【难度系数】
0.7
4. 如图所示,质量为$ 50kg $的同学在做仰卧起坐运动。若该同学上半身的质量约为全身质量的$ 60\% $,则她上半身的重力约为$ N $。若她在一段时间内做了$ 40 $个仰卧起坐,每次上半身重心上升的距离均为$ 0.3m $,则她在这段时间克服重力做的功约为$ J $。$ g $取$ 10N/kg $。
答案
300
3600
3600
解析
【分析】
首先解决第一空:已知同学全身质量和上半身质量占全身质量的比例,先计算出上半身的质量,再利用重力公式$G=mg$求出上半身的重力;
然后解决第二空:克服重力做功的公式为$W=Gh$,先算出每次做仰卧起坐克服上半身重力做的功,再乘以做的总次数,即可得到这段时间内克服重力做的总功。
【解析】
1. 计算上半身的质量:
已知全身质量$m=50kg$,上半身质量占全身质量的60%,则上半身质量:
$ m_{上} = m × 60\% = 50kg × 0.6 = 30kg $
2. 计算上半身的重力:
根据重力公式$G=mg$,$g=10N/kg$,则上半身重力:
$ G_{上} = m_{上}g = 30kg × 10N/kg = 300N $
3. 计算每次克服重力做的功:
每次上半身重心上升距离$h=0.3m$,根据功的公式$W=Gh$,每次做功:
$ W_{1} = G_{上}h = 300N × 0.3m = 90J $
4. 计算40次克服重力做的总功:
总功$ W_{总} = 40 × W_{1} = 40 × 90J = 3600J $
【答案】
300;3600
【知识点】
重力的计算、功的计算
【点评】
本题属于力学基础计算题,主要考查重力公式和功的计算公式的应用,解题时需注意比例的正确运算以及总功的计算方法,难度较低,适合巩固基础知识点。
【难度系数】
0.9
首先解决第一空:已知同学全身质量和上半身质量占全身质量的比例,先计算出上半身的质量,再利用重力公式$G=mg$求出上半身的重力;
然后解决第二空:克服重力做功的公式为$W=Gh$,先算出每次做仰卧起坐克服上半身重力做的功,再乘以做的总次数,即可得到这段时间内克服重力做的总功。
【解析】
1. 计算上半身的质量:
已知全身质量$m=50kg$,上半身质量占全身质量的60%,则上半身质量:
$ m_{上} = m × 60\% = 50kg × 0.6 = 30kg $
2. 计算上半身的重力:
根据重力公式$G=mg$,$g=10N/kg$,则上半身重力:
$ G_{上} = m_{上}g = 30kg × 10N/kg = 300N $
3. 计算每次克服重力做的功:
每次上半身重心上升距离$h=0.3m$,根据功的公式$W=Gh$,每次做功:
$ W_{1} = G_{上}h = 300N × 0.3m = 90J $
4. 计算40次克服重力做的总功:
总功$ W_{总} = 40 × W_{1} = 40 × 90J = 3600J $
【答案】
300;3600
【知识点】
重力的计算、功的计算
【点评】
本题属于力学基础计算题,主要考查重力公式和功的计算公式的应用,解题时需注意比例的正确运算以及总功的计算方法,难度较低,适合巩固基础知识点。
【难度系数】
0.9
5. 某无人机的总质量为$ 2kg $,静止时与地面接触的总面积为$ 1.0 × 10^{-3}m^2 $。某次航拍中,若无人机匀速竖直上升$ 60m $,升力做的功为$ 1800J $,则无人机受到的重力为$ N $;当静止在水平地面上时,无人机对地面的压强为$ Pa $;无人机匀速上升时受到的阻力为$ N $。$ g $取$ 10N/kg $。
答案
20
$2.0×10^4$
10
$2.0×10^4$
10
解析
【分析】
1. 求重力:已知无人机质量和g的取值,直接利用重力公式G=mg即可计算出重力大小。
2. 求对地面的压强:无人机静止在水平地面上时,对地面的压力等于自身重力,再根据压强公式p=F/S(F为压力,S为接触面积)代入数值计算压强。
3. 求匀速上升时的阻力:先根据功的公式W=Fs变形求出升力大小;由于无人机匀速竖直上升,处于平衡状态,受力平衡,升力等于重力与阻力之和(阻力方向竖直向下),据此可计算出阻力大小。
【解析】
1. 计算无人机的重力:
已知无人机总质量$m=2kg$,$g=10N/kg$,根据重力公式$G=mg$,
可得$G=2kg×10N/kg=20N$。
2. 计算静止时对地面的压强:
无人机静止在水平地面上,对地面的压力$F_{压}=G=20N$,
接触面积$S=1.0×10^{-3}m^2$,根据压强公式$p=\frac{F_{压}}{S}$,
代入数据得$p=\frac{20N}{1.0×10^{-3}m^2}=2.0×10^4Pa$。
3. 计算匀速上升时的阻力:
已知升力做功$W=1800J$,上升高度$h=60m$,由功的公式$W=F_{升}h$变形得升力$F_{升}=\frac{W}{h}$,
代入数据得$F_{升}=\frac{1800J}{60m}=30N$。
因为无人机匀速竖直上升,处于平衡状态,受力平衡,升力与重力、阻力的关系为$F_{升}=G+f$,
所以阻力$f=F_{升}-G=30N-20N=10N$。
【答案】
20;$2.0×10^4$;10
【知识点】
重力的计算、压强的计算、二力平衡的应用
【点评】
本题是力学综合题,考查了重力、压强、功的公式应用及二力平衡条件的理解,知识点较为基础,需要学生熟练掌握相关公式并能结合受力分析解决问题。
【难度系数】
0.7
1. 求重力:已知无人机质量和g的取值,直接利用重力公式G=mg即可计算出重力大小。
2. 求对地面的压强:无人机静止在水平地面上时,对地面的压力等于自身重力,再根据压强公式p=F/S(F为压力,S为接触面积)代入数值计算压强。
3. 求匀速上升时的阻力:先根据功的公式W=Fs变形求出升力大小;由于无人机匀速竖直上升,处于平衡状态,受力平衡,升力等于重力与阻力之和(阻力方向竖直向下),据此可计算出阻力大小。
【解析】
1. 计算无人机的重力:
已知无人机总质量$m=2kg$,$g=10N/kg$,根据重力公式$G=mg$,
可得$G=2kg×10N/kg=20N$。
2. 计算静止时对地面的压强:
无人机静止在水平地面上,对地面的压力$F_{压}=G=20N$,
接触面积$S=1.0×10^{-3}m^2$,根据压强公式$p=\frac{F_{压}}{S}$,
代入数据得$p=\frac{20N}{1.0×10^{-3}m^2}=2.0×10^4Pa$。
3. 计算匀速上升时的阻力:
已知升力做功$W=1800J$,上升高度$h=60m$,由功的公式$W=F_{升}h$变形得升力$F_{升}=\frac{W}{h}$,
代入数据得$F_{升}=\frac{1800J}{60m}=30N$。
因为无人机匀速竖直上升,处于平衡状态,受力平衡,升力与重力、阻力的关系为$F_{升}=G+f$,
所以阻力$f=F_{升}-G=30N-20N=10N$。
【答案】
20;$2.0×10^4$;10
【知识点】
重力的计算、压强的计算、二力平衡的应用
【点评】
本题是力学综合题,考查了重力、压强、功的公式应用及二力平衡条件的理解,知识点较为基础,需要学生熟练掌握相关公式并能结合受力分析解决问题。
【难度系数】
0.7
6. 在杭州亚运会田径铁饼赛场上,来来回回运送铁饼的电子机器狗成了“显眼包”,这是世界上首次使用机器狗在赛场上运输铁饼。如图甲所示,工作人员将质量为$ 2kg $的铁饼装在机器狗背部后,机器狗在$ 1min $内的运动图像如图乙所示。若机器狗的质量为$ 14kg $,四条腿与地面接触的总面积为$ 64cm^2 $,运动过程中所受水平阻力为$ 6N $,$ g $取$ 10N/kg $。
(1) 求装上铁饼的机器狗静止在水平地面上时,对地面产生的压强。
(2) 求机器狗在$ 1min $内的平均速度。
(3) 求机器狗的牵引力在$ 1min $内所做的功。

(1) 求装上铁饼的机器狗静止在水平地面上时,对地面产生的压强。
(2) 求机器狗在$ 1min $内的平均速度。
(3) 求机器狗的牵引力在$ 1min $内所做的功。
答案
解:
(1) 装上铁饼的机器狗的总质量$m_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{铁饼}} + m_{\mathrm{狗}} = 2\ \mathrm{kg} + 14\ \mathrm{kg} = 16\ \mathrm{kg}$,
总重力$G_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{总}}g = 16\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 160\ \mathrm{N}$,
静止在水平地面上时,对地面的压力$F_{\mathrm{压}} = G_{\mathrm{总}} = 160\ \mathrm{N}$,
接触面积$S = 64\ \mathrm{cm}^2 = 64 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 6.4 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^2$,
对地面产生的压强$p = \frac{F_{\mathrm{压}}}{S} = \frac{160\ \mathrm{N}}{6.4 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^2} = 2.5 × 10^4\ \mathrm{Pa}$。
(2) 0~0.6 min内机器狗运动的路程$s_1 = v_1t_1 = 1.0\ \mathrm{m/s} × 0.6 × 60\ \mathrm{s} = 36\ \mathrm{m}$,
0.6~1 min内机器狗运动的路程$s_2 = v_2t_2 = 0.8\ \mathrm{m/s} × (1 - 0.6) × 60\ \mathrm{s} = 19.2\ \mathrm{m}$,
1 min内运动的总路程$s_{\mathrm{总}} = s_1 + s_2 = 36\ \mathrm{m} + 19.2\ \mathrm{m} = 55.2\ \mathrm{m}$,
平均速度$v = \frac{s_{\mathrm{总}}}{t_{\mathrm{总}}} = \frac{55.2\ \mathrm{m}}{60\ \mathrm{s}} = 0.92\ \mathrm{m/s}$。
(3) 机器狗匀速运动,牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等,所以牵引力$F_{\mathrm{牵}} = f = 6\ \mathrm{N}$,
牵引力做的功$W = F_{\mathrm{牵}}s_{\mathrm{总}} = 6\ \mathrm{N} × 55.2\ \mathrm{m} = 331.2\ \mathrm{J}$。
答:
(1) 装上铁饼的机器狗静止在水平地面上时,对地面产生的压强为$2.5 × 10^4\ \mathrm{Pa}$;
(2) 机器狗在1 min内的平均速度为0.92 m/s;
(3) 机器狗的牵引力在1 min内所做的功为331.2 J。
(1) 装上铁饼的机器狗的总质量$m_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{铁饼}} + m_{\mathrm{狗}} = 2\ \mathrm{kg} + 14\ \mathrm{kg} = 16\ \mathrm{kg}$,
总重力$G_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{总}}g = 16\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 160\ \mathrm{N}$,
静止在水平地面上时,对地面的压力$F_{\mathrm{压}} = G_{\mathrm{总}} = 160\ \mathrm{N}$,
接触面积$S = 64\ \mathrm{cm}^2 = 64 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 6.4 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^2$,
对地面产生的压强$p = \frac{F_{\mathrm{压}}}{S} = \frac{160\ \mathrm{N}}{6.4 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^2} = 2.5 × 10^4\ \mathrm{Pa}$。
(2) 0~0.6 min内机器狗运动的路程$s_1 = v_1t_1 = 1.0\ \mathrm{m/s} × 0.6 × 60\ \mathrm{s} = 36\ \mathrm{m}$,
0.6~1 min内机器狗运动的路程$s_2 = v_2t_2 = 0.8\ \mathrm{m/s} × (1 - 0.6) × 60\ \mathrm{s} = 19.2\ \mathrm{m}$,
1 min内运动的总路程$s_{\mathrm{总}} = s_1 + s_2 = 36\ \mathrm{m} + 19.2\ \mathrm{m} = 55.2\ \mathrm{m}$,
平均速度$v = \frac{s_{\mathrm{总}}}{t_{\mathrm{总}}} = \frac{55.2\ \mathrm{m}}{60\ \mathrm{s}} = 0.92\ \mathrm{m/s}$。
(3) 机器狗匀速运动,牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等,所以牵引力$F_{\mathrm{牵}} = f = 6\ \mathrm{N}$,
牵引力做的功$W = F_{\mathrm{牵}}s_{\mathrm{总}} = 6\ \mathrm{N} × 55.2\ \mathrm{m} = 331.2\ \mathrm{J}$。
答:
(1) 装上铁饼的机器狗静止在水平地面上时,对地面产生的压强为$2.5 × 10^4\ \mathrm{Pa}$;
(2) 机器狗在1 min内的平均速度为0.92 m/s;
(3) 机器狗的牵引力在1 min内所做的功为331.2 J。
解析
【分析】
1. 对于第一问,要计算机器狗对地面的压强,首先明确水平面上静止的物体对地面的压力等于总重力,先求出机器狗和铁饼的总质量,再计算总重力得到压力,然后将接触面积单位换算为平方米,最后利用压强公式$p=\frac{F}{S}$计算压强。
2. 第二问求平均速度,根据平均速度的定义,需要先根据v-t图像分别算出两段时间内机器狗运动的路程,求和得到总路程,再除以总时间1min(60s)即可。
3. 第三问求牵引力做功,机器狗匀速运动时牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等,再利用功的公式$W=Fs$,代入牵引力和总路程计算即可。
【解析】
(1) 计算装上铁饼的机器狗对地面的压强:
总质量:$m_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{铁饼}} + m_{\mathrm{狗}} = 2\ \mathrm{kg} + 14\ \mathrm{kg} = 16\ \mathrm{kg}$
总重力:$G_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{总}}g = 16\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 160\ \mathrm{N}$
水平地面静止时,对地面的压力:$F_{\mathrm{压}} = G_{\mathrm{总}} = 160\ \mathrm{N}$
接触面积换算:$S = 64\ \mathrm{cm}^2 = 64 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 6.4 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^2$
压强:$p = \frac{F_{\mathrm{压}}}{S} = \frac{160\ \mathrm{N}}{6.4 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^2} = 2.5 × 10^4\ \mathrm{Pa}$
(2) 计算机器狗1min内的平均速度:
0~0.6min内的路程:$s_1 = v_1t_1 = 1.0\ \mathrm{m/s} × 0.6 × 60\ \mathrm{s} = 36\ \mathrm{m}$
0.6~1min内的路程:$s_2 = v_2t_2 = 0.8\ \mathrm{m/s} × (1 - 0.6) × 60\ \mathrm{s} = 19.2\ \mathrm{m}$
总路程:$s_{\mathrm{总}} = s_1 + s_2 = 36\ \mathrm{m} + 19.2\ \mathrm{m} = 55.2\ \mathrm{m}$
平均速度:$v = \frac{s_{\mathrm{总}}}{t_{\mathrm{总}}} = \frac{55.2\ \mathrm{m}}{60\ \mathrm{s}} = 0.92\ \mathrm{m/s}$
(3) 计算牵引力做的功:
机器狗匀速运动,牵引力与阻力平衡,故$F_{\mathrm{牵}} = f = 6\ \mathrm{N}$
牵引力做功:$W = F_{\mathrm{牵}}s_{\mathrm{总}} = 6\ \mathrm{N} × 55.2\ \mathrm{m} = 331.2\ \mathrm{J}$
【答案】
(1) $2.5 × 10^4\ \mathrm{Pa}$
(2) $0.92\ \mathrm{m/s}$
(3) $331.2\ \mathrm{J}$
【知识点】
压强的计算、平均速度计算、功的计算
【点评】
本题结合杭州亚运会机器狗的实际场景,考查了压强、平均速度、功的计算,同时涉及二力平衡的应用,解题时需注意单位换算,准确分析运动图像获取信息,熟练运用相关公式是解题关键。
【难度系数】
0.7
1. 对于第一问,要计算机器狗对地面的压强,首先明确水平面上静止的物体对地面的压力等于总重力,先求出机器狗和铁饼的总质量,再计算总重力得到压力,然后将接触面积单位换算为平方米,最后利用压强公式$p=\frac{F}{S}$计算压强。
2. 第二问求平均速度,根据平均速度的定义,需要先根据v-t图像分别算出两段时间内机器狗运动的路程,求和得到总路程,再除以总时间1min(60s)即可。
3. 第三问求牵引力做功,机器狗匀速运动时牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等,再利用功的公式$W=Fs$,代入牵引力和总路程计算即可。
【解析】
(1) 计算装上铁饼的机器狗对地面的压强:
总质量:$m_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{铁饼}} + m_{\mathrm{狗}} = 2\ \mathrm{kg} + 14\ \mathrm{kg} = 16\ \mathrm{kg}$
总重力:$G_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{总}}g = 16\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 160\ \mathrm{N}$
水平地面静止时,对地面的压力:$F_{\mathrm{压}} = G_{\mathrm{总}} = 160\ \mathrm{N}$
接触面积换算:$S = 64\ \mathrm{cm}^2 = 64 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 6.4 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^2$
压强:$p = \frac{F_{\mathrm{压}}}{S} = \frac{160\ \mathrm{N}}{6.4 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^2} = 2.5 × 10^4\ \mathrm{Pa}$
(2) 计算机器狗1min内的平均速度:
0~0.6min内的路程:$s_1 = v_1t_1 = 1.0\ \mathrm{m/s} × 0.6 × 60\ \mathrm{s} = 36\ \mathrm{m}$
0.6~1min内的路程:$s_2 = v_2t_2 = 0.8\ \mathrm{m/s} × (1 - 0.6) × 60\ \mathrm{s} = 19.2\ \mathrm{m}$
总路程:$s_{\mathrm{总}} = s_1 + s_2 = 36\ \mathrm{m} + 19.2\ \mathrm{m} = 55.2\ \mathrm{m}$
平均速度:$v = \frac{s_{\mathrm{总}}}{t_{\mathrm{总}}} = \frac{55.2\ \mathrm{m}}{60\ \mathrm{s}} = 0.92\ \mathrm{m/s}$
(3) 计算牵引力做的功:
机器狗匀速运动,牵引力与阻力平衡,故$F_{\mathrm{牵}} = f = 6\ \mathrm{N}$
牵引力做功:$W = F_{\mathrm{牵}}s_{\mathrm{总}} = 6\ \mathrm{N} × 55.2\ \mathrm{m} = 331.2\ \mathrm{J}$
【答案】
(1) $2.5 × 10^4\ \mathrm{Pa}$
(2) $0.92\ \mathrm{m/s}$
(3) $331.2\ \mathrm{J}$
【知识点】
压强的计算、平均速度计算、功的计算
【点评】
本题结合杭州亚运会机器狗的实际场景,考查了压强、平均速度、功的计算,同时涉及二力平衡的应用,解题时需注意单位换算,准确分析运动图像获取信息,熟练运用相关公式是解题关键。
【难度系数】
0.7
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