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11. 提升题 如图8所示，斜面长$s=10\ \mathrm{m}$，高$h=4\ \mathrm{m}$。用平行于斜面的120 N的拉力$F$将重$G=200\ \mathrm{N}$的物体由斜面的底端匀速拉到顶端，用时$t=10\ \mathrm{s}$。求：
(1)拉力做功的功率$P$；
(2)该斜面的机械效率$\eta$；(百分号前保留一位小数)
(3)物体受到的摩擦力$f$。
(1)拉力做功的功率$P$；
(2)该斜面的机械效率$\eta$；(百分号前保留一位小数)
(3)物体受到的摩擦力$f$。
答案
解：
(1) 拉力做的总功：
$W_{\mathrm{总}} = Fs = 120\ \mathrm{N} × 10\ \mathrm{m} = 1200\ \mathrm{J}$
拉力做功的功率：
$P = \frac{W_{\mathrm{总}}}{t} = \frac{1200\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{s}} = 120\ \mathrm{W}$
(2) 拉力做的有用功：
$W_{\mathrm{有}} = Gh = 200\ \mathrm{N} × 4\ \mathrm{m} = 800\ \mathrm{J}$
斜面的机械效率：
$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{800\ \mathrm{J}}{1200\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 66.7\%$
(3) 克服摩擦力做的额外功：
$W_{\mathrm{额}} = W_{\mathrm{总}} - W_{\mathrm{有}} = 1200\ \mathrm{J} - 800\ \mathrm{J} = 400\ \mathrm{J}$
由$W_{\mathrm{额}} = fs$得物体受到的摩擦力：
$f = \frac{W_{\mathrm{额}}}{s} = \frac{400\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{m}} = 40\ \mathrm{N}$
答：(1)拉力做功的功率为120 W；(2)该斜面的机械效率约为66.7%；(3)物体受到的摩擦力为40 N。
(1) 拉力做的总功：
$W_{\mathrm{总}} = Fs = 120\ \mathrm{N} × 10\ \mathrm{m} = 1200\ \mathrm{J}$
拉力做功的功率：
$P = \frac{W_{\mathrm{总}}}{t} = \frac{1200\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{s}} = 120\ \mathrm{W}$
(2) 拉力做的有用功：
$W_{\mathrm{有}} = Gh = 200\ \mathrm{N} × 4\ \mathrm{m} = 800\ \mathrm{J}$
斜面的机械效率：
$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{800\ \mathrm{J}}{1200\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 66.7\%$
(3) 克服摩擦力做的额外功：
$W_{\mathrm{额}} = W_{\mathrm{总}} - W_{\mathrm{有}} = 1200\ \mathrm{J} - 800\ \mathrm{J} = 400\ \mathrm{J}$
由$W_{\mathrm{额}} = fs$得物体受到的摩擦力：
$f = \frac{W_{\mathrm{额}}}{s} = \frac{400\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{m}} = 40\ \mathrm{N}$
答：(1)拉力做功的功率为120 W；(2)该斜面的机械效率约为66.7%；(3)物体受到的摩擦力为40 N。
解析
【分析】
本题为斜面相关的力学计算题，解题思路分三步：① 求拉力的功率，需先计算拉力做的总功，总功等于拉力与斜面长度的乘积，再用总功除以做功时间得到功率；② 求斜面的机械效率，需先计算有用功（克服物体重力做的功，等于物重与斜面高度的乘积），再根据机械效率公式（有用功与总功的比值）计算；③ 求物体受到的摩擦力，需先算出额外功（总功减去有用功，额外功是克服摩擦力做的功），再根据额外功与摩擦力、斜面长度的关系求出摩擦力。
【解析】
解：
(1) 拉力做的总功：
$W_{\mathrm{总}} = Fs = 120\ \mathrm{N} × 10\ \mathrm{m} = 1200\ \mathrm{J}$
拉力做功的功率：
$P = \frac{W_{\mathrm{总}}}{t} = \frac{1200\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{s}} = 120\ \mathrm{W}$
(2) 拉力做的有用功：
$W_{\mathrm{有}} = Gh = 200\ \mathrm{N} × 4\ \mathrm{m} = 800\ \mathrm{J}$
斜面的机械效率：
$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{800\ \mathrm{J}}{1200\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 66.7\%$
(3) 克服摩擦力做的额外功：
$W_{\mathrm{额}} = W_{\mathrm{总}} - W_{\mathrm{有}} = 1200\ \mathrm{J} - 800\ \mathrm{J} = 400\ \mathrm{J}$
由$W_{\mathrm{额}} = fs$得物体受到的摩擦力：
$f = \frac{W_{\mathrm{额}}}{s} = \frac{400\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{m}} = 40\ \mathrm{N}$
答：(1)拉力做功的功率为120 W；(2)该斜面的机械效率约为66.7%；(3)物体受到的摩擦力为40 N。
【答案】
(1)拉力做功的功率为120 W；(2)该斜面的机械效率约为66.7%；(3)物体受到的摩擦力为40 N
【知识点】
功的计算、功率、机械效率
【点评】
本题考查斜面场景下的功、功率、机械效率及摩擦力的综合计算，属于力学简单机械的基础应用，需要学生明确总功、有用功、额外功的概念，熟练运用相关公式，解题时需注意各物理量的对应关系，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题为斜面相关的力学计算题，解题思路分三步：① 求拉力的功率，需先计算拉力做的总功，总功等于拉力与斜面长度的乘积，再用总功除以做功时间得到功率；② 求斜面的机械效率，需先计算有用功（克服物体重力做的功，等于物重与斜面高度的乘积），再根据机械效率公式（有用功与总功的比值）计算；③ 求物体受到的摩擦力，需先算出额外功（总功减去有用功，额外功是克服摩擦力做的功），再根据额外功与摩擦力、斜面长度的关系求出摩擦力。
【解析】
解：
(1) 拉力做的总功：
$W_{\mathrm{总}} = Fs = 120\ \mathrm{N} × 10\ \mathrm{m} = 1200\ \mathrm{J}$
拉力做功的功率：
$P = \frac{W_{\mathrm{总}}}{t} = \frac{1200\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{s}} = 120\ \mathrm{W}$
(2) 拉力做的有用功：
$W_{\mathrm{有}} = Gh = 200\ \mathrm{N} × 4\ \mathrm{m} = 800\ \mathrm{J}$
斜面的机械效率：
$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{800\ \mathrm{J}}{1200\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 66.7\%$
(3) 克服摩擦力做的额外功：
$W_{\mathrm{额}} = W_{\mathrm{总}} - W_{\mathrm{有}} = 1200\ \mathrm{J} - 800\ \mathrm{J} = 400\ \mathrm{J}$
由$W_{\mathrm{额}} = fs$得物体受到的摩擦力：
$f = \frac{W_{\mathrm{额}}}{s} = \frac{400\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{m}} = 40\ \mathrm{N}$
答：(1)拉力做功的功率为120 W；(2)该斜面的机械效率约为66.7%；(3)物体受到的摩擦力为40 N。
【答案】
(1)拉力做功的功率为120 W；(2)该斜面的机械效率约为66.7%；(3)物体受到的摩擦力为40 N
【知识点】
功的计算、功率、机械效率
【点评】
本题考查斜面场景下的功、功率、机械效率及摩擦力的综合计算，属于力学简单机械的基础应用，需要学生明确总功、有用功、额外功的概念，熟练运用相关公式，解题时需注意各物理量的对应关系，难度适中。
【难度系数】
0.5
12.如图9所示,用钢球、木块和带有斜槽的长木板来探究物体的动能与哪些因素有关。
(1)如图甲所示,钢球在滚下斜槽的过程中,它的能转化为动能,其动能大小是通过来反映的。
(2)通过探究,小明得知动能的大小与物体的质量和速度都有关,他从课外书上看到图乙所示的方案:用质量不同的两个钢球将同一弹簧压缩到相同程度,放手后钢球被弹出去撞击放在同一位置的木块。想要验证钢球的动能与质量的关系,图乙方案的操作(选填“能”或“不能”)控制钢球的速度不变。
(3)图丙所示的交通标志牌显示了交通管理部门对不同车型在相关路段设定的最大。
(1)如图甲所示,钢球在滚下斜槽的过程中,它的能转化为动能,其动能大小是通过来反映的。
(2)通过探究,小明得知动能的大小与物体的质量和速度都有关,他从课外书上看到图乙所示的方案:用质量不同的两个钢球将同一弹簧压缩到相同程度,放手后钢球被弹出去撞击放在同一位置的木块。想要验证钢球的动能与质量的关系,图乙方案的操作(选填“能”或“不能”)控制钢球的速度不变。
(3)图丙所示的交通标志牌显示了交通管理部门对不同车型在相关路段设定的最大。
答案
解：
(1) 重力势；木块被钢球推动后移动的距离大小
(2) 不能
(3) 行驶速度（速度）
(1) 重力势；木块被钢球推动后移动的距离大小
(2) 不能
(3) 行驶速度（速度）
解析
【分析】
本题围绕“探究物体的动能与哪些因素有关”设置问题，分三个部分思考：
1. 第(1)题：钢球在斜槽上具有重力势能，滚下时高度降低、速度增大，重力势能转化为动能；实验利用转换法，通过木块被推动的距离大小反映钢球动能的大小，距离越远，动能越大。
2. 第(2)题：验证动能与质量的关系需控制速度相同、改变质量。图乙中同一弹簧压缩程度相同，弹性势能相同，释放后转化为钢球的动能，不同质量的钢球获得的动能相等，由动能公式可知，动能相同时质量不同则速度不同，无法控制速度不变，故不能验证。
3. 第(3)题：图丙是交通限速标志牌，显示不同车型的最大行驶速度，因为动能与质量和速度有关，大货车质量大需限速更低。
【解析】
(1) 钢球滚下斜槽时，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，因此是重力势能转化为动能；实验中通过木块被钢球推动后移动的距离大小，间接反映钢球动能的大小，这是转换法的应用。
(2) 验证动能与质量的关系时，需控制钢球的速度相同，改变质量。图乙中，同一弹簧压缩到相同程度，弹性势能相同，释放后弹性势能转化为钢球的动能，因此不同质量的钢球获得的动能相等，根据动能公式$E_k=\frac{1}{2}mv^2$，动能相等时，质量不同则速度不同，无法控制速度不变，所以该方案不能控制钢球的速度不变。
(3) 图丙的交通标志牌是限速标志，显示了不同车型在该路段设定的最大行驶速度，目的是通过限制速度控制动能，保障交通安全。
【答案】
(1) 重力势；木块被钢球推动后移动的距离大小
(2) 不能
(3) 行驶速度（速度）
【知识点】
动能的影响因素、能量转化、速度与交通安全
【点评】
本题考查动能影响因素的探究实验，涉及转换法、控制变量法的应用，结合生活中的交通限速知识，注重基础知识点的理解与应用，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕“探究物体的动能与哪些因素有关”设置问题，分三个部分思考：
1. 第(1)题：钢球在斜槽上具有重力势能，滚下时高度降低、速度增大，重力势能转化为动能；实验利用转换法，通过木块被推动的距离大小反映钢球动能的大小，距离越远，动能越大。
2. 第(2)题：验证动能与质量的关系需控制速度相同、改变质量。图乙中同一弹簧压缩程度相同，弹性势能相同，释放后转化为钢球的动能，不同质量的钢球获得的动能相等，由动能公式可知，动能相同时质量不同则速度不同，无法控制速度不变，故不能验证。
3. 第(3)题：图丙是交通限速标志牌，显示不同车型的最大行驶速度，因为动能与质量和速度有关，大货车质量大需限速更低。
【解析】
(1) 钢球滚下斜槽时，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，因此是重力势能转化为动能；实验中通过木块被钢球推动后移动的距离大小，间接反映钢球动能的大小，这是转换法的应用。
(2) 验证动能与质量的关系时，需控制钢球的速度相同，改变质量。图乙中，同一弹簧压缩到相同程度，弹性势能相同，释放后弹性势能转化为钢球的动能，因此不同质量的钢球获得的动能相等，根据动能公式$E_k=\frac{1}{2}mv^2$，动能相等时，质量不同则速度不同，无法控制速度不变，所以该方案不能控制钢球的速度不变。
(3) 图丙的交通标志牌是限速标志，显示了不同车型在该路段设定的最大行驶速度，目的是通过限制速度控制动能，保障交通安全。
【答案】
(1) 重力势；木块被钢球推动后移动的距离大小
(2) 不能
(3) 行驶速度（速度）
【知识点】
动能的影响因素、能量转化、速度与交通安全
【点评】
本题考查动能影响因素的探究实验，涉及转换法、控制变量法的应用，结合生活中的交通限速知识，注重基础知识点的理解与应用，难度适中。
【难度系数】
0.6
