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1. 物理学中规定,力对物体做的功等于___________的乘积,公式为W =________ 。在国际单位制中,功的单位为牛$·$米。功的单位有一个专门的名称叫做焦耳,简称__________,符号是_________。
答案:
力与物体在力的方向上移动的距离;$Fs$;焦;J
解析:
物理学中规定,力对物体做的功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积,公式为$W = Fs$。
小明喜爱踢足球,图 11.1 - 1 所示的是他某次传球时的情景。在足球离开脚后滚动的过程中,小明对足球
不做
(选填“做”或“不做”)功。在足球滚动过程的某个瞬间,若所有外力全部消失,足球将处于
匀速直线运动
(选填“静止”或“匀速直线运动”)状态。
答案:
不做;匀速直线运动
解析:
做功的两个必要因素:一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过的距离。足球离开脚后,小明不再对足球施加力,因此小明对足球不做功。根据牛顿第一定律,一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持静止状态或匀速直线运动状态。足球在滚动过程中处于运动状态,若所有外力全部消失,足球将保持匀速直线运动状态。
图 11.1 - 2 所示的是无人机用绳子吊起物体匀速上升时的情景,此时绳子对物体的拉力
=
(选填“>”“<”或“=”)物体的重力。某次无人机将重为200N的物体从水平地面匀速提升至30m高的楼顶,此过程中无人机对物体做的功为
6000
J。
答案:
=;6000
解析:
物体匀速上升,处于平衡状态,绳子对物体的拉力与物体的重力是一对平衡力,大小相等,即拉力=重力。无人机对物体做的功W=Gh=200N×30m=6000J。
4. 如图11.1-3所示,重100 N的物体A在力$F$的作用下,以2 m/s的速度在水平面上匀速向右运动,此时弹簧测力计的示数为10 N,则拉力$F$为
10
N;拉力在10 s内所做的功为
400
J。(忽略绳重、滑轮重和绳与滑轮之间的摩擦)
答案:
10;400
解析:
物体A匀速运动,摩擦力f=10N。图中为动滑轮,绳子段数n=2,忽略摩擦等,拉力F=f=10N。物体10s内移动距离s=vt=2m/s×10s=20m,拉力端移动距离s'=2s=40m,拉力做功W=Fs'=10N×40m=400J。
5. 一款智能送餐机器人的质量为50 kg,该机器人在水平路面上以0.8 m/s的速度沿直线匀速运动了50 m,它所受到的阻力为60 N。该机器人的重力是
500
N,重力做的功为
0
J,牵引力对机器人做的功为
3000
J。($g$取10 N/kg)
答案:
500;0;3000
解析:
本题可根据重力公式、做功的两个必要因素以及功的计算公式来分别求解机器人的重力、重力做的功和牵引力对机器人做的功。
1. 计算机器人的重力:
根据重力公式$G = mg$(其中$G$为重力,$m$为质量,$g$为重力加速度),已知机器人质量$m = 50\ kg$,$g = 10\ N/kg$,可得:
$G=mg = 50\ kg×10\ N/kg = 500\ N$。
2. 计算重力做的功:
做功的两个必要因素:一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过的距离。
机器人在水平路面上运动,重力方向竖直向下,机器人在重力的方向上没有移动距离,即$h = 0\ m$。
根据功的计算公式$W = Fs$(其中$W$为功,$F$为力,$s$为在力的方向上移动的距离),可得重力做功$W_{G}=Gh = 500\ N×0\ m = 0\ J$。
3. 计算牵引力对机器人做的功:
因为机器人在水平路面上沿直线匀速运动,所以牵引力$F_{牵}$与阻力$f$是一对平衡力,大小相等,即$F_{牵}=f = 60\ N$。
已知机器人在牵引力方向上移动的距离$s = 50\ m$,根据功的计算公式$W = Fs$,可得牵引力对机器人做的功:
$W_{牵}=F_{牵}s = 60\ N×50\ m = 3000\ J$。
6. 图11.1-4所示的实验中,若不使用滑轮组,直接匀速提升钩码所做的功为
0.2
J;使用滑轮组时,拉力所做的功为
0.24
J。得出结论:利用滑轮组提升重物$\underline{(选填“能”或“不能”)}$省功。
答案:
0.2;0.24;不能
解析:
不使用滑轮组时,直接匀速提升钩码所做的功为有用功,根据公式$W_{有}=Gh$,$G=2N$,$h=10cm=0.1m$,可得$W_{有}=2N×0.1m=0.2J$。
由图可知,弹簧测力计的示数为$0.8N$,滑轮组有$3$段绳子承担物重,所以拉力移动的距离$s=3h=3×0.1m=0.3m$。使用滑轮组时拉力所做的功为总功,根据公式$W_{总}=Fs$,可得$W_{总}=0.8N×0.3m=0.24J$。
因为$W_{总}>W_{有}$,所以利用滑轮组提升重物不能省功。
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