2020屆高考物理總復習第五章機械能核心素養(yǎng)提升練十四5.1功和功率含解析新人教版.docx

功和功率(45分鐘100分)(20分鐘50分)一、選擇題(本題共5小題，每小題7分，共35分。14題為單選題，5題為多選題)1.(2018通化模擬)如圖所示，用與水平方向成角的輕繩拉小物體，小物體水平向右做勻速直線運動，運動的距離為L，繩中拉力大小恒為F，則拉力做的功為()A.FLB.FLsinC.FLcosD.FLtan【解析】選C。F為恒力，恒力F做功為W=FLcos，故C正確，A、B、D錯誤。2.以初速度v0豎直向上拋出一質量為m的小球，上升的最大高度是h，如果空氣阻力Ff的大小恒定，從拋出到落回出發(fā)點的整個過程中，空氣阻力對小球做的功為()A.0B.-FfhC.-2mghD.-2Ffh【解析】選D。上升過程空氣阻力對小球做的功為W1=-Ffh，下降過程空氣阻力對小球做的功為W2=-Ffh，所以整個過程中空氣阻力對小球做的功為W=W1+W2=-2Ffh，故A、B、C錯誤，D正確。3.如圖所示，質量為m的物塊與轉臺之間的最大靜摩擦力為物塊重力的k倍，物塊與轉軸OO相距R，物塊隨轉臺由靜止開始轉動，當轉速緩慢增加到一定值時，物塊即將在轉臺上滑動，在物塊由靜止到相對滑動的瞬間的過程中，轉臺的摩擦力對物塊做的功為()A.0B.2kmgRC.2kmgRD.0.5kmgR【解析】選D。根據牛頓第二定律得kmg=m，根據動能定理得W=mv2=kmgR，故D正確，A、B、C錯誤。4.一輛CRH2型動車組的總質量M=2105 kg，額定輸出功率為4 800 kW。假設該動車組在水平軌道上運動時的最大速度為270 km/h，受到的阻力Ff與速度v滿足Ff=kv。當勻速行駛的速度為最大速度的一半時，動車組的輸出功率為()A.600 kWB.1 200 kWC.2 400 kWD.4 800 kW【解析】選B。vm=270 km/h=75 m/s，動車組以最大速度行駛時的牽引力大小F= = N=6.4104 N，動車組以最大速度行駛時的牽引力大小與阻力的大小相等，則Ff=6.4104 N，所以k= Ns/m=853.3 Ns/m；機車勻速行駛的速度為最大速度的一半時，v=37.5 m/s，動車組受到的阻力為Ff=kv=853.337.5 N=3.2104 N，機車勻速行駛的速度為最大速度的一半時，動車組的輸出功率為P=Fv=Ffv=3.210437.5 W=1.2106 W=1 200 kW，故A、C、D錯誤，B正確。5.(創(chuàng)新預測)一輛質量為m的汽車在平直公路上以功率P、速度v0勻速行駛時，牽引力為F0?，F汽車以恒定的功率P駛上傾角為30的斜坡，已知汽車在斜坡上行駛時所受的摩擦阻力是在平直路面上的，重力加速度為g，則下列說法中正確的是()A.汽車在斜坡上達到最大速度時牽引力為F0B.汽車在斜坡上達到最大速度時牽引力為F0+mgC.汽車能達到的最大速度為v0D.汽車能達到的最大速度為【解析】選B、D。汽車在平直公路上勻速行駛時，牽引力等于阻力，則Ff=F0，當汽車在斜坡上勻速運動時速度最大，則F-mgsin30-F0=0，解得F=F0+mg，故A錯誤，B正確；由P=Fv得汽車的最大速度為vm=，故C錯誤，D正確?！究偨Y提升】解答機車啟動問題的三個重要關系式(1)無論哪種啟動過程，機車的最大速度都等于其勻速運動時的速度，即vm=。(2)機車以恒定加速度啟動時，勻加速過程結束后功率最大，速度不是最大，即v=vm=。(3)機車以恒定功率運行時，牽引力做的功W=Pt，由動能定理得Pt-F阻x=Ek，此式經常用于求解機車以恒定功率啟動過程的位移或速度。二、計算題(本題共15分，需寫出規(guī)范的解題步驟)6.(2019佛山模擬)如圖是游樂場的一項娛樂設備。一環(huán)形座艙裝在豎直柱子上，由升降機送上幾十米的高處，然后讓座艙自由落下，落到一定位置時，制動系統(tǒng)啟動，到地面時剛好停下。已知座艙開始下落的高度為H=75 m，當落到離地面h=30 m的位置時開始制動，座艙均勻減速。在一次娛樂中，某同學把質量m=6 kg的書包放在自己的腿上。g取10 m/s2，不計座艙與柱子間的摩擦力及空氣阻力。(1)當座艙落到離地面h1=60 m和h2=20 m的位置時，求書包對該同學腿部的壓力是多大。(2)若環(huán)形座艙的質量M=4103 kg，求制動過程中機器輸出的平均功率?！窘馕觥?1)當座艙距地面h1=60 m時，書包處于完全失重狀態(tài)，故書包對該同學的壓力F1=0座艙自由下落高度為H-h=(75-30)m=45 m時，座艙開始制動，設此時的速度為v，由運動學公式得：v2=2g(H-h)座艙制動過程做勻減速直線運動，設其加速度大小為a，則有：v2=2ah聯(lián)立解得：a=15 m/s2方向豎直向上設此過程中書包受到腿的支持力為F2，根據牛頓第二定律，對書包有：F2-mg=ma代入數據可得：F2=150 N根據牛頓第三定律有：該同學腿部受到的壓力：F2=F2=150 N(2)設制動過程中座艙所受的制動力為F，經歷的時間為t，由運動學公式得：h=vt-at2根據牛頓第二定律，對座艙有：F-Mg=Ma座艙克服制動力做功W=Fh機器輸出的平均功率P=聯(lián)立解得：P=1.5106 W答案：(1)0 150 N(2)1.5106 W(25分鐘50分)7.(7分)(2018太原模擬)如圖所示，兩個人利用機械裝置提升相同的重物。已知重物勻速上升，相同的時間內兩重物提升的高度相同。不考慮滑輪的質量及摩擦，在重物上升的過程中人拉力的作用點保持不變，則(一直小于30) ()A.站在地面的人比站在二樓的人省力B.站在地面的人對繩的拉力越來越大C.站在二樓的人對繩的拉力越來越大D.同一時刻，二樓的人對繩拉力的功率小于地面的人對繩拉力的功率【解析】選C。設重物質量為m，對重物受力分析，則有站在地面的人對繩的拉力FT=mg，站在二樓的人對繩的拉力FT= ，重物勻速上升過程中，增大，cos減小，所以站在二樓的人對繩的拉力越來越大，站在地面的人對繩的拉力不變，故B錯誤，C正確；由于不知具體數值，所以無法比較站在地面的人對繩的拉力與站在二樓的人對繩的拉力的大小，故A錯誤；根據動能定理，人對繩拉力的功等于克服物體重力做的功，所以人對繩拉力的功相等，所以二樓的人對繩拉力的功率等于地面的人對繩拉力的功率，故D錯誤。8.(7分)某位工人師傅用如圖所示的裝置，將重物從地面沿豎直方向拉到樓上，在此過程中，工人師傅沿地面以速度v向右勻速直線運動，當質量為m的重物上升高度為h時輕繩與水平方向成角(重力加速度大小為g，滑輪的質量和摩擦均不計)，在此過程中，下列說法正確的是()A.人的速度比重物的速度小B.輕繩對重物的拉力小于重物的重力C.重物的加速度不斷增大D.繩的拉力對重物做功為mgh+m(vcos)2【解題指導】解答本題應注意以下三點：(1)將人的速度分解為沿繩子方向和垂直于繩子方向，沿繩子方向的速度等于重物的速度。(2)根據重物的速度變化確定運動和受力情況。(3)根據動能定理求拉力對重物做的功?！窘馕觥窟xD。將人的速度分解為沿繩子方向和垂直于繩子方向，沿繩子方向的速度等于重物的速度，根據平行四邊形定則得，vG=vcos，人在勻速向右運動過程中，繩子與水平方向的夾角減小，所以重物的速度增大，重物做加速上升運動，且拉力大于重物的重力，故A、B錯誤；由vG=vcos可知重物的加速度減小，故C錯誤；根據動能定理得W-mgh=m-0，解得W=mgh+m(vcos)2，故D正確。9.(7分)(多選)如圖所示，質量為m的小車在水平恒力F的推動下，從山坡(粗糙)底部A處由靜止運動至高為h的山坡頂部B處，獲得的速度為v，A、B之間的水平距離為x，重力加速度為g。下列說法正確的是()A.重力對小車做功mghB.推力對小車做功FxC.合外力對小車做的功為Fx-mghD.小車克服摩擦阻力做的功為Fx-mgh-mv2【解析】選B、D。重力對小車做負功，則WG=-mgh，故A錯誤；力F是恒力，在力的方向上的位移為x，所以WF=Fx，故B正確；W合=Fx-mgh-W阻，故C錯誤；對小車從A運動到B的過程運用動能定理得，Fx-mgh-W阻=mv2 -0，解得W阻=Fx-mgh-mv2，故D正確。10.(7分)(多選)如圖所示為某汽車在平直公路上啟動時發(fā)動機功率P隨時間t變化的圖象，P0為發(fā)動機的額定功率。已知在t2時刻汽車的速度已經達到最大值vm，汽車所受阻力大小與速度大小成正比。由此可得()A.在t3時刻，汽車速度一定等于vmB.在t1t2時間內，汽車一定做勻速運動C.在t2t3時間內，汽車一定做勻速運動D.在發(fā)動機功率達到額定功率前，汽車一定做勻加速運動【解析】選A、C。已知在t2時刻汽車的速度已經達到最大值vm，此后汽車做勻速直線運動，速度不變，所以在t3時刻，汽車速度一定等于vm，故A正確；0t1時間內汽車的功率均勻增加，汽車所受阻力增大，汽車做變加速直線運動，汽車的功率在t1時刻達到額定功率，根據P=Fv，速度繼續(xù)增大，牽引力減小，則加速度減小，則在t1t2時間內汽車做加速度減小的加速運動，故B、D錯誤；在t2t3時間內，汽車已達到最大速度，且功率保持不變，汽車一定做勻速直線運動，故C正確?！炯庸逃柧殹恳黄囋谄街惫飞闲旭偂哪硶r刻開始計時，發(fā)動機的功率P隨時間t的變化如圖所示。假定汽車所受阻力的大小Ff恒定不變。下列描述該汽車的速度v隨時間t變化的圖線中，可能正確的是()【解析】選A。當牽引力大于阻力時，機車加速運動，但速度的增加會導致牽引力變小，機車所受的合力變小，機車的加速度變小，故機車的運動為加速度不斷變小的加速運動，直到加速度等于零變?yōu)閯蛩僦本€運動，故0t1時間內，是一個恒定功率加速過程，直到變?yōu)閯蛩僦本€運動，t1t2時間內，是另一個恒定功率加速過程，直到變?yōu)閯蛩僦本€運動，故A項正確。11.(7分)(多選)(2018新余模擬)一個物體在拉力F的作用下在傾角=30的粗糙斜面上向上始終勻速運動，物體與斜面的動摩擦因數=0.5，F與斜面的夾角從零逐漸增大，物體離開斜面前，拉力F的大小與F的功率P的變化情況()A.F變大B.P一直變小C.F先變小后變大D.P一直變大【解析】選B、C。對物體受力分析可知，Fcos-mgsin-(mgcos-Fsin)=0，解得F=，當+=90時F最小，故A錯誤，C正確；故拉力的瞬時功率為P=Fvcos=，當增大時，P減小，故B正確，D錯誤。12.(15分)(2018衡水模擬)如圖甲所示，在水平路段AB上有一質量為2103 kg的汽車(可視為質點)，正以10 m/s的速度向右勻速運動，汽車前方的水平路段BC較粗糙，汽車通過整個ABC路段的v-t圖象如圖乙所示(在t=15 s處水平虛線與曲線相切)，運動過程中汽車發(fā)動機的輸出功率保持20 kW不變，假設汽車在兩個路段上受到的阻力(含地面摩擦力和空氣阻力等)各自有恒定的大小。求：(1)汽車在AB路段上運動時所受阻力Ff1的大小。(2)汽車剛好開過B點時加速度a的大小。(3)BC路段的長度。【解題指導】解答本題應注意以下兩點：(1)根據v-t圖象可知，汽車在AB路段和t=15 s以后均做勻速運動，阻力與牽引力大小分別相等。(2)汽車在BC路段做非勻變速直線