高考物理专题功率与机车启动的两个模型练习.docx

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1、专题34功率与机车启动的两个模型1公式P一般用来计算平均功率，瞬时功率用公式PFvcos 进行计算，若v取平均速度，则PFvcos 为平均功率.2.分析机车启动问题时，抓住两个关键：(1)汽车的运动状态，即根据牛顿第二定律找出牵引力与加速度的关系；(2)抓住功率的定义式，即牵引力与速度的关系.3.机车启动四个常用规律：(1)PFv；(2)FFfma；(3)vat(a恒定)；(4)PtFfxEk(P恒定)1.(2020湖北随州市3月调研)如图1所示，一半圆槽固定在水平面上，A、B两点为最高点，O为最低点，一个小球在外力控制下沿AOB做匀速圆周运动，下列说法正确的是()图1A半圆槽对小球的支持力先

2、做正功后做负功B合力对小球先做负功后做正功C小球在最低点O时，所受合力的功率最大D整个过程中小球重力的功率先减小后增大答案D解析小球在外力控制下沿AOB做匀速圆周运动，半圆槽对小球的支持力与其速度一直垂直，故支持力不做功，故A错误；小球做匀速圆周运动，合力提供向心力，指向圆心，方向始终与速度方向垂直，合力不做功，功率为零，故B、C错误；小球在运动过程中，竖直分速度先减小后增大，故小球重力的功率先减小后增大，故D正确2(2020河南洛阳市一模)为了人民的健康和社会的长远发展，我国环保部门每天派出大量的洒水车上街进行空气净化除尘，已知某种型号的洒水车的操作系统是由发动机带动变速箱，变速箱带动洒水泵

3、产生动力将罐体内的水通过管网喷洒出去，假设行驶过程中车受到的摩擦阻力与其质量成正比，受到的空气阻力与车速成正比，当洒水车在平直路面上匀速行驶并且匀速洒水时，以下判断正确的是()A洒水车的动能保持不变B发动机的功率保持不变C牵引力的功率随时间均匀减小D牵引力大小跟洒水时间成反比答案C解析以车和车内的水为研究对象，受力分析可知，水平方向受牵引力、摩擦阻力和空气阻力作用，由题意，车受到的摩擦阻力与其质量成正比，受到的空气阻力与车速成正比，洒水车匀速行驶，合力为零，整体的质量在减小，故摩擦阻力在减小，空气阻力恒定不变，则由FFfF阻0知，牵引力减小，Ekmv2，洒水车的质量减小，速度不变，故动能减小，

4、故A错误发动机的功率PFv，牵引力减小，速度不变，则发动机的功率减小，故B错误牵引力FFfF阻，洒水车的质量随时间均匀减小，则牵引力的大小随洒水时间均匀减小，不成反比，故D错误牵引力的功率随洒水时间均匀减小，故C正确3(多选)(2020陕西宝鸡中学第三次模拟)我国高铁技术处于世界领先水平和谐号动车组是由动车和拖车编组而成，提供动力的车厢叫动车，不提供动力的车厢叫拖车假设动车组各车厢的质量均为m，动车的额定功率都为P，动车组在水平直轨道上运行过程中阻力恒为车重的k倍某列动车组由8节车厢组成，其中第1、5节车厢为动车，其余为拖车，则该动车组()A启动时乘客受到车厢作用力的方向与车运动的方向相同B加

5、速运动时，第3、4节与第7、8节车厢间的作用力之比为11C无论是匀加速启动还是以恒定功率启动，行驶的最大速度vm都为D以恒定功率启动达到最大速度vm的过程中，动车组的平均速度大于vm答案BD解析启动时乘客受到车厢的作用力包括两部分，一部分提供乘客前进的动力，与运动方向相同，另一部分对乘客的竖直向上的支持力与重力平衡，因此乘客受到车厢的作用力应该是这两部分力的合力，方向与乘客运动方向不同，A错误；由于第1、5节车厢为动车，其余为拖车，根据对称性，第4、5节车厢间不存在作用力，第3、4节与第7、8节车厢间的作用力相等，B正确；设每节动车的功率为P，每一节车厢的质量是m，阻力为kmg，以恒定的功率启

6、动时，最后做匀速运动，牵引力等于阻力时速度达到最大；以恒定的加速度启动，先达到额定功率，再保持功率不变，最后达到最大速度时，牵引力也与阻力相等，最后的速度与恒定功率启动的速度相等根据功率定义可知2P8kmgvm，可得最大速度均为vm，C错误；以恒定功率启动时，做加速度逐渐减小的加速运动，其vt 图象是斜率越来越小的曲线，其与时间轴围成的面积比匀加速运动围成的面积大，匀加速的平均速度为vm，因此以恒定功率启动时的平均速度大于vm，D正确4(2020江西南昌市三校联考)汽车以额定功率P在平直公路上以速度v110 m/s匀速行驶，在某一时刻突然使汽车的功率变为2P，并保持该功率继续行驶，汽车最终以速

7、度v2匀速行驶(设汽车所受阻力不变)，则()Av210 m/sBv220 m/sC汽车在速度v2时的牵引力是速度v1时的牵引力的两倍D汽车在速度v2时的牵引力是速度v1时的牵引力的一半答案B解析汽车匀速行驶，阻力等于牵引力，汽车受到的阻力为Ff，若汽车的功率变为2P，当牵引力等于阻力时，速度最大为v2，已知阻力不变，故牵引力不变，v22v120 m/s，故A、C、D错误，B正确5.如图2所示，质量为m的小球以初速度v0水平抛出，恰好垂直打在倾角为的斜面上，则球落在斜面上时重力的瞬时功率为(不计空气阻力，重力加速度为g)()图2Amgv0tan B.C.Dmgv0cos 答案B解析小球落在斜面上

8、时重力的瞬时功率为Pmgvy，而vytan v0，所以P，B正确；本题中若直接应用Pmgv求解可得P，则得出错误答案C.6.(2020甘肃威武市三诊)仰卧起坐是国家学生体质健康标准中规定的女生测试项目之一根据该标准高三女生一分钟内完成 55 个以上仰卧起坐记为满分如图3所示，若某女生一分钟内做了 50 个仰卧起坐，其质量为 50 kg，上半身质量为总质量的 0.6 倍，仰卧起坐时下半身重心位置不变，g 取10 m/s2 .则测试过程中该女生克服重力做功的平均功率约为()图3A10 W B40 WC100 W D200 W答案C解析该同学身高约1.6 m，则每次上半身重心上升的距离约为1.6 m

9、0.4 m，则她每一次克服重力做的功W0.6mgh0.650100.4 J120 J1 min内她克服重力所做的总功W总50W50120 J6 000 J她克服重力做功的平均功率为P W100 W，故C正确，A、B、D错误7(2020超级全能生24省11月联考)张家界百龙天梯(如图4甲)是吉尼斯世界纪录记载世界最高的户外观光电梯，百龙天梯垂直高度差335 m，运行高度326 m，用时66 s就能从地面把人带到山顶某次观光电梯空载测试由静止开始以a5 m/s2的加速度向上做匀加速直线运动，当输出功率达到其允许的最大值时(t1 s)，保持该功率继续向上加速，其运动的at图象如图乙所示则01 s和1

10、2 s牵引力对电梯所做的功之比为()图4A12 B21C11 D条件不足，无法确定答案A解析由题意可知，01 s内观光电梯做匀加速运动，此过程牵引力恒定，设为F，由牛顿第二定律可知，此过程牵引力做的功为W1Fat22.5F(J)，输出功率最大值为PFat5F(W).12 s内保持功率不变，此过程牵引力做的功为W2Pt5F(J)，所以W1W212，故A正确8(多选)(2019山西晋中市适应性调研)如图5甲所示，足够长的固定光滑细杆与地面成一定倾角，在杆上套有一个光滑小环，沿杆方向给环施加一个拉力F，使环由静止开始运动，已知拉力F及小环速度v随时间t变化的规律如图乙、丙所示，重力加速度g取10 m

11、/s2.则以下判断正确的是()图5A小环的质量是1 kgB细杆与地面间的倾角是30C前3 s内拉力F的最大功率是2.25 WD前3 s内拉力对小环做的功为5.75 J答案AD解析由速度时间图象得到环先匀加速上升，然后匀速运动，由题图可得：第1 s内，a m/s20.5 m/s2，加速阶段：F1mgsin ma；匀速阶段：F2mgsin 0，联立以上三式解得：m1 kg，sin 0.45，故A正确，B错误；第1 s内，速度不断变大，拉力的瞬时功率也不断变大，第1 s末，PFv150.5 W2.5 W；第1 s末到第3 s末，PFv14.50.5 W2.25 W，即拉力的最大功率为2.5 W，故C

12、错误；从速度时间图象可以得到，第1 s内的位移为0.25 m,13 s内的位移为1 m，前3 s内拉力做的功为：W50.25 J4.51 J5.75 J，故D正确9(2019吉林五地六校期末)一辆汽车在水平路面上由静止启动，在前5 s内做匀加速直线运动，5 s末达到额定功率，之后保持额定功率继续运动，其vt图象如图6所示已知汽车的质量为m2103 kg，汽车受到地面的阻力为车重的，g取10 m/s2，则()图6A汽车在前5 s内的阻力为200 NB汽车在前5 s内的牵引力为6103 NC汽车的额定功率为40 kWD汽车的最大速度为20 m/s答案B解析汽车受到地面的阻力为车重的，则阻力Ffmg

13、210310 N2 000 N，选项A错误；由题图知前5 s的加速度a2 m/s2，由牛顿第二定律知前5 s内的牵引力FFfma，得F(2 00021032) N6103 N，选项B正确；5 s末达到额定功率P额Fv5610310 W6104 W60 kW，最大速度vmax m/s30 m/s，选项C、D错误10(2019安徽黄山市一模)一辆F1赛车含赛车手的总质量约为600 kg，在一次F1比赛中赛车在平直赛道上以恒定功率加速，受到的阻力不变，其加速度a和速度的倒数的关系如图7所示，则赛车在加速的过程中()图7A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240 kWD所受阻力大小为

14、24 000 N答案C解析由题图可知，加速度变化，则赛车做变加速直线运动，故A错误；a的函数方程a(4) m/s2，赛车加速运动，速度增大，加速度减小，故B错误；对赛车及赛车手整体受力分析，受重力、支持力、牵引力和摩擦力，根据牛顿第二定律有FFfma，其中F，联立解得a，当物体的速度最大时，加速度为零，故结合图象可知，a0时，0.01 s/m，vm100 m/s，所以最大速度为100 m/s；由图象可知4 m/s2，解得Ff4 m/s2m4600 N2 400 N，故D错误；04 m/s2，解得P240 kW，故C正确11(2020江苏省如皋中学、徐州一中、宿迁中学三校联考)如图8(a)所示，

15、在水平路段AB上有质量为1103 kg的汽车，正以10 m/s的速度向右匀速行驶，汽车前方的水平路段BC因粗糙程度与AB段不同引起阻力变化，汽车通过整个ABC路段的vt图象如图(b)所示，t15 s时汽车刚好到达C点，并且已做匀速直线运动，速度大小为5 m/s.运动过程中汽车发动机的输出功率保持不变，假设汽车在AB路段上运动时所受的恒定阻力为Ff2 000 N，下列说法正确的是()图8A汽车在BC段牵引力增大，所以汽车在BC段的加速度逐渐增大B汽车在AB、BC段发动机的额定功率不变都是1104 WC由题所给条件不能求出汽车在8 m/s时加速度的大小D由题给条件可以求出汽车在BC段前进的距离答案

16、D解析由vt图象斜率代表加速度可知，BC段图象斜率逐渐减小，则加速度逐渐减小，故A错误；当在AB段匀速运动时牵引力与摩擦力相等，则有PFvFfv2 00010 W2104 W，故B错误；由B选项可知汽车额定功率P2104 W，当汽车在C点时，已做匀速运动，牵引力与摩擦力相等，PFvFfv，Ff4103 N，当汽车速度为8 m/s时，则此时的牵引力F1 N2 500 N，则此时加速度为a m/s21.5 m/s2，故C错误；设从B到C的距离为x，由动能定理可知mvmvPtFfx，解得x59.375 m，故D正确12高速连续曝光照相机可在底片上重叠形成多个图象现利用这架照相机对MD2 000家用汽

17、车的加速性能进行研究，如图9为汽车做匀加速直线运动时三次曝光的照片，图中汽车的实际长度为4 m，照相机每两次曝光的时间间隔为2.0 s已知该汽车的质量为1 000 kg，额定功率为90 kW，汽车运动过程中所受的阻力始终为1 500 N.图9(1)试利用图示，求该汽车的加速度大小；(2)若汽车由静止开始以此加速度做匀加速运动，匀加速运动状态最多能保持多长时间？(3)汽车所能达到的最大速度是多大？(4)若该汽车从静止开始运动，牵引力不超过3 000 N，求汽车运动2 400 m所用的最短时间(汽车已经达到最大速度)答案(1)1.5 m/s2(2)20 s(3)60 m/s(4)70 s解析(1)

18、由题图可得汽车在第1个2.0 s时间内的位移x19 m，第2个2.0 s时间内的位移x215 m汽车的加速度a1.5 m/s2.(2)由FFfma得，汽车牵引力FFfma(1 5001 0001.5) N3 000 N汽车做匀加速运动的末速度v m/s30 m/s.匀加速运动保持的时间t1 s20 s.(3)汽车所能达到的最大速度vm m/s60 m/s.(4)由(1)、(2)知匀加速运动的时间t120 s，运动的距离x1t120 m300 m所以，后阶段以恒定功率运动的距离x2(2 400300) m2 100 m对后阶段以恒定功率运动，有：P额t2Ffx2m(vv2)解得t250 s所以最短时间为t总t1t2(2050) s70 s