2020高考物理功率与机车启动问题(解析版)(共12页).docx

《2020高考物理功率与机车启动问题(解析版)(共12页).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020高考物理功率与机车启动问题(解析版)(共12页).docx（13页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上2020年高考物理备考微专题精准突破专题3.2 功率与机车启动问题【专题诠释】一、功率的计算1平均功率的计算方法(1)利用P.(2)利用PFvcos ，其中v为物体运动的平均速度2瞬时功率的计算方法(1)PFvcos ，其中v为t时刻的瞬时速度(2)PFvF，其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度(3)PFvv，其中Fv为物体受到的外力F在速度v方向上的分力二 机车启动问题1模型一以恒定功率启动(1)动态过程(2)这一过程的Pt图象和v t图象如图所示：2模型二以恒定加速度启动(1)动态过程(2)这一过程的Pt图象和v t图象如图所示：3三个重要关系式(1)无论哪

2、种启动过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即vm.(2)机车以恒定加速度启动时，匀加速过程结束时功率最大，速度不是最大，即vvm.(3)机车以恒定功率运行时，牵引力做的功WPt，由动能定理得PtF阻xEk，此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移或速度【高考领航】【2018新课标全国III卷】地下矿井中的矿石装在矿车中，用电机通过竖井运送至地面。某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图所示，其中图线分别描述两次不同的提升过程，它们变速阶段加速度的大小都相同；两次提升的高度相同，提升的质量相等。不考虑摩擦阻力和空气阻力。对于第次和第次提升过程（ ）A矿车上升所用的时间之比

3、为4:5 B电机的最大牵引力之比为2:1C电机输出的最大功率之比为2:1 D电机所做的功之比为4:5【答案】AC【解析】设第次所用时间为t，根据速度图象的面积等于位移（此题中为提升的高度）可知，2t0v0=（t+3t0/2）v0，解得：t=5t0/2，所以第次和第次提升过程所用时间之比为2t05t0/2=45，选项A正确；由于两次提升变速阶段的加速度大小相同，在匀加速阶段，由牛顿第二定律，Fmg=ma，可得提升的最大牵引力之比为11，选项B错误；由功率公式，P=Fv，电机输出的最大功率之比等于最大速度之比，为21，选项C正确；加速上升过程的加速度a1=，加速上升过程的牵引力F1=ma1+mg=

4、m(+g)，减速上升过程的加速度a2=，减速上升过程的牵引力F2=ma2+mg=m(g)，匀速运动过程的牵引力F3=mg。第次提升过程做功W1=F1t0v0+F2t0v0=mgv0t0；第次提升过程做功W2=F1t0v0+F3v03t0/2+F2t0v0=mgv0t0；两次做功相同，选项D错误。【2017天津卷】“天津之眼”是一座跨河建设、桥轮合一的摩天轮，是天津市的地标之一。摩天轮悬挂透明座舱，乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动。下列叙述正确的是（ ）A摩天轮转动过程中，乘客的机械能保持不变 B在最高点，乘客重力大于座椅对他的支持力C摩天轮转动一周的过程中，乘客重力的冲量为零 D摩天轮转动过

5、程中，乘客重力的瞬时功率保持不变【答案】B【解析】机械能等于动能和重力势能之和，乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动，动能不变，重力势能时刻发生变化，则机械能在变化，故A错误；在最高点对乘客受力分析，根据牛顿第二定律有：，座椅对他的支持力，故B正确；乘客随座舱转动一周的过程中，动量不变，是所受合力的冲量为零，重力的冲量，故C错误；乘客重力的瞬时功率，其中为线速度和竖直方向的夹角，摩天轮转动过程中，乘客的重力和线速度的大小不变，但在变化，所以乘客重力的瞬时功率在不断变化，故D错误。【2015年全国二卷】一汽车在平直公路上行驶从某时刻开始计时，发动机的功率P随时间t的变化如图所示假定汽车所受阻力的大

6、小f恒定不变下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图线中，可能正确的是() 【答案】A【解析】由Pt图象知：0t1内汽车以恒定功率P1行驶，t1t2内汽车以恒定功率P2行驶设汽车所受牵引力为F，则由PFv得，当v增加时，F减小，由a知a减小，又因速度不可能突变，所以选项B、C、D错误，选项A正确【方法技巧】分析机车启动问题常出现的三点错误(1)在机车功率公式PFv中，F是机车的牵引力而不是机车所受合力，当PFfvm时，牵引力与阻力平衡，机车达到最大运行速度(2)恒定功率下的启动过程一定不是匀加速，匀变速直线运动的公式不适用，这种加速过程发动机做的功可用WPt计算，不能用WFl计算(因为F是变力)

7、(3)以恒定牵引力加速时的功率一定不恒定，这种加速过程发动机做的功常用WFl计算，不能用WPt计算(因为功率P是变化的)【最新考向解码】【例1】(2019浙江宁波高三上学期期末十校联考)设在平直公路上以一般速度行驶的自行车，所受阻力约为车、人总重的0.02倍，则骑车人的功率最接近于()A101 kW B103 kWC1 kW D10 kW【答案】A【解析】设人和车的总质量为80 kg，总重力即为800 N，则受到的阻力大小为16 N，假设骑自行车的速度为10 m/s，则匀速行驶时，骑车人的功率为PFvfv1610 W160 W，最接近于0.1 kW，A正确。【例2】(2019山东烟台高三上学期

8、期末)如图所示，把两个相同的小球从离地面相同高度处，以相同大小的初速度v分别沿竖直向上和竖直向下方向抛出，不计空气阻力。则下列说法中不正确的是()A两小球落地时速度相同 B两小球落地时，重力的瞬时功率相同C从小球抛出到落地，重力对两小球做的功相等 D从小球抛出到落地，重力对两小球做功的平均功率相等【答案】D【解析】由机械能守恒定律得，两小球落地时的速度大小相等，方向相同，A正确；由于两小球落地时速度相同，故重力的瞬时功率相同，B正确；由重力做功公式Wmgh得，从开始运动至落地，重力对两小球做的功相等，C正确；从抛出至落地，重力对两小球做的功相等，但是两小球运动的时间不同，故重力对两小球做功的平

9、均功率不相等，D错误。【例3】(2019贵州遵义高三模拟)提高物体(例如汽车)运动速率的有效途径是增大发动机的功率和减小阻力因数(设阻力与物体运动速率的平方成正比，即Ffkv2，k是阻力因数)当发动机的额定功率为P0时，物体运动的最大速率为vm，如果要使物体运动的速率增大到2vm，则下列办法可行的是()A阻力因数不变，使发动机额定功率增大到2P0 B发动机额定功率不变，使阻力因数减小到C阻力因数不变，使发动机额定功率增大到8P0 D发动机额定功率不变，使阻力因数减小到【答案】C【解析】物体匀速运动时，牵引力与阻力相等，由PFvmFfvmkv，要使物体运动的速率增大到2vm，阻力因数不变时，需使

10、发动机额定功率增大到8P0，故A错误，C正确；发动机额定功率不变时，需使阻力因数减小到，故B、D错误【微专题精练】1.(2019广东佛山模拟)质量为2 kg的小铁球从某一高度由静止释放，经3 s到达地面，不计空气阻力，g取10 m/s2.则()A2 s末重力的瞬时功率为200 W B2 s末重力的瞬时功率为400 WC2 s内重力的平均功率为100 W D2 s内重力的平均功率为400 W【答案】B【解析】小铁球只受重力，做自由落体运动，2 s末速度为v1gt120 m/s，下落2 s末重力做功的瞬时功率Pmgv121020 W400 W，故选项A错误，B正确；2 s内的位移为h2gt2220

11、 m，所以前2 s内重力的平均功率为 W200 W，故选项C、D错误2同一恒力按同样的方式施于物体上，使它分别沿着粗糙水平地面和光滑水平地面移动相同一段距离时，恒力做的功和平均功率分别为W1、P1和W2、P2，则二者的关系是()AW1W2、P1P2BW1W2、P1P2CW1W2、P1P2 DW1W2、P1P2【答案】B【解析】由功的定义WFlcos 可知，W1W2，由于沿粗糙地面运动时加速度较小，通过相同位移所用时间较长，所以根据P可知，P1P2，故B正确3一汽车的额定功率为P，设在水平公路行驶所受的阻力恒定，最大行驶速度为vm，则()A无论汽车以哪种方式启动，加速度与牵引力成正比 B若汽车匀

12、加速启动，则在刚达到额定功率时的速度等于vmC汽车以速度vm匀速行驶，若要减速，则要减少实际功率 D若汽车以额定功率启动，则做匀加速直线运动【答案】C【解析】根据牛顿第二定律得a，可知加速度与牵引力不成正比关系，故A错误；若汽车匀加速启动，功率达到额定功率时，速度没有达到最大，然后做加速度减小的加速运动，当加速度为零时，速度最大，故B错误；汽车匀速行驶时，牵引力等于阻力，若要减速，则需减小牵引力，速度不变，减小实际功率，牵引力减小，故C正确；若汽车以额定功率启动，汽车先做加速度减小的加速运动，加速度减为零后做匀速直线运动，故D错误4.如图所示，在外力作用下某质点运动的v t图象为正弦曲线从图中

13、可以判断()A在0t1时间内，外力的功率先增大后减小 B在0t1时间内，外力的功率逐渐为零C在t2时刻，外力的功率为零 D在t3时刻，外力的功率最大【答案】AC【解析】由题图知，t0时，v0，外力F0，外力的功率为零，t1时刻，质点的加速度为零，外力为零，外力的功率为零，所以0t1时间内，外力的功率先增大后减小，选项A正确，B错误；t2时刻，v0，此时外力的功率为零，选项C正确；t3时刻，外力为零，外力的功率为零，选项D错误5.如图所示，质量为60 kg的某运动员在做俯卧撑运动，运动过程中可将她的身体视为一根直棒已知重心在c点，其垂线与脚、两手连线中点间的距离Oa、Ob分别为0.9 m和0.6

14、 m若她在1 min内做了30个俯卧撑，每次肩部上升的距离均为0.4 m，则1 min内克服重力做的功和相应的功率约为(g取10 m/s2)()A430 J,7 W B4 320 J,72 WC720 J,12 W D7 200 J,120 W【答案】B【解析】设重心上升的高度为h，根据相似三角形可知，每次俯卧撑中，有，即h0.24 m一次俯卧撑中，克服重力做功Wmgh60100.24 J144 J，所以1 min内克服重力做的总功为W总NW4 320 J，功率P72 W，故选项B正确6一辆汽车在平直的公路上以某一初速度运动，运动过程中保持恒定的牵引功率，其加速度a和速度的倒数的图象如图所示若

15、已知汽车的质量，则根据图象所给信息，不能求出的物理量是()A汽车的功率 B汽车行驶的最大速度C汽车受到的阻力 D汽车运动到最大速度所需的时间【答案】D【解析】由FFfma、PFv可得a，由a图象可知，k40 m2s3，可求出汽车的功率P，由a0时0.05 m1s，可得汽车行驶的最大速度vm20 m/s，再由vm，可求出汽车受到的阻力Ff，但无法求出汽车运动到最大速度所需的时间7.(2019海口模拟)质量为m的物体静止在光滑水平面上，从t0时刻开始受到水平力的作用力的大小F与时间t的关系如图所示，力的方向保持不变，则()A3t0时刻的瞬时功率为 B3t0时刻的瞬时功率为 C在t0到3t0这段时间

16、内，水平力的平均功率为 D在t0到3t0这段时间内，水平力的平均功率为 【答案】BD【解析】：2t0时刻速度大小v2a12t0t0，3t0时刻的速度大小为v3v2a2t02t0t0，3t0时刻力F3F0，所以瞬时功率P3F0v3，A错、B对；03t0时间段，水平力对物体做功WF0x13F0x2F0(2t0)23F0t0，平均功率P，C错、D对8.水平路面上行驶的汽车所受到的阻力大小Ff与汽车行驶的速率成正比若汽车从静止出发，先做匀加速直线运动，达到额定功率后保持额定功率行驶，则在整个行驶过程中，汽车受到的牵引力大小F与阻力大小Ff关系图象是()【答案】A【解析】汽车先做匀加速直线运动，速度增大

17、，Ffkv增大，根据牛顿第二定律得：FFfma可知，牵引力随着Ff的增大而均匀增大，图象是一条倾斜的直线，功率达到额定功率后，F，Ffkv，则F，则牵引力与阻力成反比，故A正确9.(2019中原名校联盟质检)如图甲所示，水平面上一质量为m的物体在水平力F作用下开始做加速运动，力F的功率P保持恒定，运动过程中物体所受的阻力f大小不变，物体速度最终达到稳定值vm，作用过程物体速度的倒数与加速度a的关系图象如图乙所示仅在已知功率P的情况下，根据图象所给信息可知以下说法中正确的是()A可求出m、f和vm B不能求出mC不能求出f D可求出加速运动时间【答案】A【解析】当加速度为零时，物体做匀速运动，此

18、时的牵引力等于阻力，速度为最大值，最大速度vm m/s10 m/s；由功率的计算公式可得PFv，而Ffma，联立可得 a，物体速度的倒数与加速度a的关系图象斜率为k，纵轴截距为0.1，因此可求出m、f和vm，选项A正确，B、C错误物体做变加速运动，无法求出物体加速运动的时间，选项D错误10.(2019郑州检测)如图所示，斜面顶端A与另一点B在同一水平线上，甲、乙两小球质量相等小球甲沿光滑斜面以初速度v0从顶端A滑到底端，小球乙以同样的初速度从B点抛出，不计空气阻力，则()A两小球落地时速率相同 B两小球落地时，重力的瞬时功率相同C从开始运动至落地过程中，重力对它们做功相同 D从开始运动至落地过

19、程中，重力的平均功率相同【答案】AC【解析】由于斜面光滑，且不计空气阻力，故两小球运动过程中只有重力做功，由机械能守恒定律可知两小球落地时速率相同，故选项A正确；由于A小球沿斜面做匀加速运动，B小球做斜抛运动，它们落地时的速度方向不同，故两小球落地时，重力的瞬时功率不相同，选项B错误；由于重力做功与路径无关，只与始末位置的高度差有关，故从开始运动至落地过程中，重力对它们做功相同，选项C正确；由于两小球的运动规律不同，所以从开始运动至落地过程中所用时间不同，由P可知重力的平均功率不同，选项D错误11.(2019广东揭阳模拟)质量为400 kg的赛车在平直赛道上以恒定功率加速，受到的阻力不变，其加

20、速度a与速度的倒数的关系如图所示，则赛车()A速度随时间均匀增大 B加速度随时间均匀增大C输出功率为160 kW D所受阻力大小为1 600 N【答案】CD【解析】由题图可知，加速度是变化的，故赛车做变加速直线运动，选项A错误；由PFv和FF阻ma可得a，由此式可知，赛车速度增大时，加速度逐渐减小，故赛车做加速度逐渐减小的加速运动，选项B错误；由a结合a图象可得F阻4m(N)，P400m(W)，代入数据解得F阻1 600 N，P160 kW，选项C、D正确12.一列火车总质量m500 t，发动机的额定功率P6105 W，在轨道上行驶时，轨道对列车的阻力Ff是车重的0.01倍(g取10 m/s2

21、)(1)求列车在水平轨道上行驶的最大速度；(2)在水平轨道上，发动机以额定功率P工作，求当行驶速度为v11 m/s和v210 m/s时，列车的瞬时加速度a1、a2的大小；(3)列车在水平轨道上以36 km/h的速度匀速行驶时，求发动机的实际功率P；(4)若列车从静止开始，保持0.5 m/s2的加速度做匀加速运动，求这一过程维持的最长时间【答案】(1)12 m/s(2)1.1 m/s20.02 m/s2(3)5105 W(4)4 s【解析】(1)列车以额定功率行驶，当牵引力等于阻力，即FFfkmg时，列车的加速度为零，速度达到最大值vm，则vm12 m/s.(2)当vvm时，列车做加速运动，若v11 m/s，则F16105 N，根据牛顿第二定律得a11.1 m/s2若v210 m/s，则F26104 N根据牛顿第二定律得a20.02 m/s2.(3)当v36 km/h10 m/s时，列车匀速运动，则发动机的实际功率PFfv5105 W.(4)由牛顿第二定律得FFfma3105 N在此过程中，速度增大，发动机功率增大，当功率为额定功率时速度为v，即v2 m/s，由vat得t4 s.专心-专注-专业