专题8 功和机械能压轴培优专题训练-2021-2022学年八年级下册物理《压轴挑战》期末培优专题训练（人教版）

专题8 功和机械能压轴培优专题训练（解析版） 1．如图甲所示，水平放置的方形容器里有一个重为8N、棱长为10cm的正方体物块M，M与容器底部不密合。以5mL/s的恒定水流向容器内注水，容器中水的深度h随时间t的变化关系如图乙所示（g＝10N/kg），水的密度是1.0×103kg/m3，则下面说法不正确的是（ ） A．当t＝140s时，物块M在水中处于漂浮状态 B．当t＝140s时，水对容器底部的压力大小是15N C．图乙中a的值是8cm D．40～140s时段，浮力对物体做功是0.96J 【答案】D。 【解答】解：A.物块M的体积V＝（0.1m）3＝0.001m3； 物块M的质量：m＝＝＝0.8kg； 物块M的密度ρM＝＝＝0.8×103kg/m3＜1.0×103kg/m3； 即物块的密度小于水的密度， 由图像可知：当t＝140s时，水的深度为h＝12cm，大于立方体物块M的边长为10cm； 则根据浮沉条件可知物块在水中将漂浮，故A不符合题意； B.当t＝140s时，注入的水的体积V水＝vt＝5mL/s×140s＝700mL＝7×10﹣4m3， 则G水＝ρ水gV水＝1.0×103kg/m3×10N/kg×7×10﹣4m3＝7N； 所以液体对底部的压力F＝G水+GM＝7N+8N＝15N，故B不符合题意； C.当t＝40s时，正好是物块M处于刚刚开始漂浮的状态，则F浮＝GM＝8N， 根据F浮＝ρ液gV排可得： V排＝＝＝8×10﹣4m3＝800cm3， 所以深度a＝＝＝8cm，故C不符合题意； D.在40﹣140s阶段，物块M上升的高度为h′＝12cm﹣8cm＝4cm＝0.04m，则浮力对物体做功W＝F浮h′＝8N×0.04m＝0.32J，故D符合题意。 故选：D。 2．如图所示，在河中间固定一个细长圆管，管内有一轻质活塞，活塞下端位于水面，面积为1厘米2，质量不计，摩擦不计大气压强恒为1.0×105帕。现将活塞匀速缓慢提高15米，则活塞在15米高处静止不动时，拉力F的大小为　10　牛；在提升的过程中克服水的重力做功　50　焦；拉力F力对活塞至少做功为　100　焦。（g＝10牛/千克） 【答案】10；50；100。 【解答】解：（1）由于大气压强的限制，活塞上升时，由p＝ρgh可得，管内、外水位差的最大值： h0＝＝＝10m。 所以，将活塞匀速缓慢提高15m时，管内、外的水位差h1＝h0＝10m， 活塞继续上升了h2＝H﹣h1＝15m﹣10m＝5m时，水面不动，活塞与水之间是真空； 活塞在15米高处静止不动时，活塞受到竖直向下的大气压力和竖直向上的拉力处于平衡状态， 则拉力F＝p0S＝1.0×105Pa×1×10﹣4m2＝10N； （2）活塞在15米高处静止不动时，管内水的体积V水＝Sh1＝1×10﹣4m2×10m＝1×10﹣3m3， 由ρ＝可得，管内水的质量m水＝ρ水V水＝1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg， 活塞匀速缓慢上升时，水重心上升的高度为h3＝h1＝×10m＝5m， 则在提升的过程中克服水的重力做的功： W水＝G水h3＝m水gh3＝1kg×10N/kg×5m＝50J； （3）水上升阶段拉力做的功等于克服水的重力所做的功，即WF1＝W水＝50J， 水不上升阶段，拉力做的功等于活塞克服大气压力做的功， 则WF2＝Fh2＝10N×5m＝50J， 所以整个过程中，力F做的功WF＝WF1+WF2＝50J+50J＝100J。 故答案为：10；50；100。 3．将一个漂浮在油面上的立方体工件用竖直向下的力F缓缓地压入油内，如图甲所示，工件的下底面与油面的距离为h，力F与h的大小关系如图乙所示。已知力F为负值时，表明它的方向与原来的方向相反，油的密度为　0.8×103　kg/m3，已知容器底面积为5000cm2，从漂浮到F＝400N的过程中，重力对工件做的功为　40　J。 【答案】（1）0.8×103；（2）40。 【解答】解：（1）由图乙可知，A点在CB的延长线上，且h与F是一次函数关系，设为h＝kF+b， 函数过（0，0.2）和（600，0.5）两点，所以可解得函数为h＝5×10﹣4F+0.2， 当h＝0时（即物体刚离开液面），解得F＝400N；由题意可知它表示的量就是工件受到的重力，即当浸入深度为0时（工件在空气中），要用400N的力向上提起，所以工件的重力G＝400N，C点所对应状态，即工件刚好完全浸入h＝0.5m，即立方体工件的边长是0.5m，当浸入深度为0.2m时，F＝0，说明工件处于漂浮状态，此时，工件排开油的体积： V排＝Sh浸＝0.5m×0.5m×0.2m＝0.05m3。 工件处于漂浮，则F浮＝ρ油gV排＝G， 则油的密度ρ油＝＝＝0.8×103kg/m3； （2）容器底面积：