2024-2025年新教材高中物理習(xí)題課一機車啟動問題課時練習(xí)含解析魯科版必修2

PAGE10-機車啟動問題(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題，每題6分，共36分)1.汽車以恒定功率P由靜止動身，沿平直路面行駛，最大速度為v，則下列推斷正確的是 ()A.汽車先做勻加速運動，最終做勻速運動B.汽車先做加速度越來越大的加速運動，最終做勻速運動C.汽車先做加速度越來越小的加速運動，最終做勻速運動D.汽車先做加速運動，再做減速運動，最終做勻速運動【解析】選C。汽車在恒定功率下啟動，牽引力F的大小與v的大小有關(guān)，由P=Fv知，若v增大，則F減小，a也將減小，當(dāng)a=0時，F(xiàn)=f，做勻速運動，則C正確，A、B、D錯誤。2.一輛小車在水平面上做勻速直線運動，從某時刻起，小車所受的牽引力和阻力隨時間改變的規(guī)律如圖所示，則作用在小車上的牽引力F的功率隨時間改變的規(guī)律是圖中的 ()【解析】選D。小車具有初速度，牽引力的功率P=F(v0+at)=Fv0+Ft=P0+kt。所以D選項正確，A、B、C錯誤。3.(多選)一輛轎車在平直馬路上運行，啟動階段轎車牽引力保持不變，而后以額定功率接著行駛，經(jīng)過時間t0，其速度由零增大到最大值vm。若所受阻力f為恒力，關(guān)于轎車的速度v、牽引力F、功率P隨時間t改變的狀況正確的是 ()【解析】選B、C、D。轎車以恒定的牽引力F啟動，由a=得，轎車先做勻加速運動，由P=Fv知，轎車輸出功率增加，當(dāng)功率達到額定功率時，牽引力減小，加速度減小，轎車做加速度漸漸減小的加速運動，當(dāng)F=f時，速度達到最大，之后轎車做勻速運動，選項B、C、D正確。4.質(zhì)量為5t的汽車在水平路面上由靜止起先以2.2m/s2的加速度做勻加速直線運動，所受阻力是1.0×103N，則汽車啟動后第1s末發(fā)動機的瞬時功率是 ()A.2kW B.11kWC.20kW D.26.4kW【解析】選D。由牛頓其次定律得F-f=ma，所以F=ma+f=1.2×104N。由v=at知汽車啟動后第1s末的速度為v=2.2m/s由P=Fv得第1s末發(fā)動機的瞬時功率P=1.2×104×2.2W=2.64×104W，則D正確，A、B、C錯誤。5.汽車在平直馬路上以速度v0勻速行駛，發(fā)動機功率為P?？爝M入鬧市區(qū)時，司機減小了油門，使汽車的功率馬上減小一半并保持該功率接著行駛。下面四個圖像中，哪個圖像正確表示了從司機減小油門起先，汽車的速度與時間的關(guān)系 ()【解析】選C。功率減小一半后，汽車做加速度越來越小的減速運動，最終勻速運動，則C正確，A、B、D錯誤。6.如圖所示，某艘重型氣墊船，假設(shè)質(zhì)量達5.0×105kg，最高時速為108km/h，裝有額定輸出功率為9000kW的燃氣輪機。假設(shè)該重型氣墊船在海面航行過程所受的阻力f與速度v滿意f=kv，下列說法正確的是()A.該重型氣墊船的最大牽引力為3.0×105NB.由題中給出的數(shù)據(jù)可算出k=1.0×104N·s/mC.當(dāng)以最高時速一半的速度勻速航行時，氣墊船所受的阻力大小為3.0×105ND.當(dāng)以最高時速一半的速度勻速航行時，氣墊船發(fā)動機的輸出功率為4500kW【解題指南】解答本題時應(yīng)留意以下兩點：(1)氣墊船的功率為其牽引力的功率。(2)當(dāng)氣墊船達到最大速率時，牽引力和阻力等大反向?！窘馕觥窟xB。最高速度vm=108km/h=30m/s，此時勻速運動牽引力F==N=3×105N。在達到最大速度前F>3.0×105N，所以A錯誤；由kv=f=F得：k=N·s/m=1.0×104N·s/m，B正確；f′=k·=f=1.5×105N，此時發(fā)動機輸出功率P′=F′=1.5×105×15W=2250kW，C、D錯誤。【加固訓(xùn)練】質(zhì)量為m的汽車行駛在平直馬路上，在運動中所受阻力不變，當(dāng)汽車的加速度為a，速度為v時，發(fā)動機功率為P1；當(dāng)功率為P2時，汽車行駛的最大速度為 ()A. B.C. D.【解析】選B。由題意知F-f=ma，P1=Fv，由以上兩式得f=。當(dāng)功率為P2時，汽車行駛的最大速度vm==，則B正確，A、C、D錯誤。二、計算題(本題共2小題，共24分。要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要標明單位)7.(12分)嚴峻的霧霾天氣，對國計民生已造成了嚴峻的影響，汽車尾氣是形成霧霾的重要污染源，“鐵腕治污”已成為國家的工作重點。地鐵列車可實現(xiàn)零排放，大力發(fā)展地鐵，可以大大削減燃油公交車的運用，削減汽車尾氣排放。若一地鐵列車從甲站由靜止啟動后做直線運動，先勻加速運動20s達到最高速度72km/h，再勻速運動80s，接著勻減速運動15s到達乙站停住。設(shè)列車在勻加速運動階段牽引力為1×106N，勻速運動階段牽引力的功率為6×103kW，忽視勻減速運動階段牽引力所做的功。(1)求甲站到乙站的距離。(2)假如燃油公交車運行中做的功與該列車從甲站到乙站牽引力做的功相同，求公交車排放氣態(tài)污染物的質(zhì)量。(燃油公交車每做1J功排放氣態(tài)污染物3×10-6g)【解析】(1)設(shè)列車勻加速直線運動階段所用的時間為t1，距離為s1；在勻速直線運動階段所用的時間為t2，距離為s2，速度為v；在勻減速直線運動階段所用的時間為t3，距離為s3；甲站到乙站的距離為s。則s1=vt1 ①s2=vt2 ②s3=vt3 ③s=s1+s2+s3 ④聯(lián)立①②③④式并代入數(shù)據(jù)得s=1950m⑤(2)設(shè)列車在勻加速直線運動階段的牽引力為F，所做的功為W1；在勻速直線運動階段的牽引力的功率為P，所做的功為W2。設(shè)燃油公交車做與該列車從甲站到乙站相同的功W，將排放氣態(tài)污染物質(zhì)量為M。則W1=F·s1 ⑥W2=P·t2 ⑦W=W1+W2 ⑧M=(3×10-9kg·J-1)·W ⑨聯(lián)立①⑥⑦⑧⑨式并代入數(shù)據(jù)得M=2.04kg⑩答案：(1)1950m(2)2.04kg8.(12分)如圖為修建高層建筑常用的塔式起重機。在起重機將質(zhì)量m=5×103kg的重物豎直吊起的過程中，重物由靜止起先向上做勻加速直線運動，加速度a=0.2m/s2，當(dāng)起重機輸出功率達到其允許的最大值時，保持該功率直到重物做vm=1.02m/s的勻速運動。取g=10m/s2，不計額外功。求：(1)起重機允許輸出的最大功率。(2)重物做勻加速運動所經(jīng)驗的時間和起重機在第2秒末的輸出功率。【解析】(1)設(shè)起重機允許輸出的最大功率為P0，重物達到最大速度時，拉力F0等于重力P0=F0vmF0=mg代入數(shù)據(jù)，有P0=5.1×104W(2)勻加速運動結(jié)束時，起重機達到允許輸出的最大功率，設(shè)此時重物受到的拉力為F，速度為v1，勻加速運動經(jīng)驗時間為t1，有P0=Fv1F-mg=mav1=at1代入數(shù)據(jù)，得t1=5st=2s時，重物處于勻加速運動階段，設(shè)此時速度為v2，輸出功率為P，則v2=atP=Fv2代入數(shù)據(jù)，得P=2.04×104W答案：(1)5.1×104W(2)5s2.04×104W【加固訓(xùn)練】如圖所示，某汽車發(fā)動機的最大功率為63kW，汽車滿載時，質(zhì)量為1225kg，最高車速是165km/h，汽車在水平路面上行駛。(g取10m/s2)(1)汽車所受阻力與車重的比值是多少？(2)若汽車從靜止起先，以1.0m/s2的加速度做勻加速直線運動，這一過程能維持多長時間？【解析】(1)汽車達到最大速度vmax時，加速度a=0，則牽引力F與阻力f的關(guān)系是F=f，又P額=Fvmax，則f==N≈1.37×103N，則比值k==≈0.11。(2)當(dāng)汽車以恒定的加速度啟動時，其功率始終在增大，在功率達到額定功率之前始終做勻加速直線運動，有a=，P額=Fv，v=at，聯(lián)立以上三式得t==s≈24.5s。答案：(1)0.11(2)24.5s(15分鐘·40分)9.(6分)(多選)一輛汽車在平直的馬路上運動，運動過程中先保持某一恒定加速度，后保持恒定的牽引功率，牽引力隨速度改變的圖像如圖所示。若已知汽車的質(zhì)量m、牽引力F1、速度v1及該車所能達到的最大速度v3，F(xiàn)1v1=F2v2，F(xiàn)1v1=F3v3。則依據(jù)圖像所給的信息，下列說法正確的是 ()A.汽車運動中的最大功率為F1v1B.速度為v2時的加速度大小為C.汽車行駛中所受的阻力為D.勻加速運動時，加速度為【解析】選A、C。由F-v圖像可知，汽車運動中的最大功率為F1v1，選項A正確；由F2v2=F1v1可知，速度為v2時汽車的牽引力F2=，加速度大小為a===-，選項B錯誤；當(dāng)汽車達到最大速度v3時牽引力F3等于阻力f，由fv3=F3v3=F1v1可得汽車行駛中所受的阻力為f=，選項C正確；勻加速運動時，加速度為a′=，選項D錯誤。10.(6分)(多選)如圖所示為一汽車在平直的馬路上由靜止起先運動的速度圖像，汽車所受阻力恒定。圖中OA為一段直線，AB為曲線，BC為平行于時間軸的直線，則 ()A.OA段汽車發(fā)動機的功率是恒定的B.OA段汽車發(fā)動機的牽引力恒定C.AB段汽車發(fā)動機的功率可能是恒定的D.BC段汽車發(fā)動機的功率是恒定的【解析】選B、C、D。OA為一段直線，說明OA段汽車做勻加速直線運動，牽引力不變，依據(jù)P=Fv可知，速度增大，牽引力不變，功率增大，故A錯誤，B正確；AB為曲線，斜率漸漸減小，則加速度漸漸減小，牽引力減小，依據(jù)P=Fv可知，牽引力減小，速度增大，功率可能不變，故C正確；BC為平行于時間軸的直線，則汽車做勻速直線運動，牽引力等于阻力，不變，速度也不變，依據(jù)P=Fv可知，功率不變，故D正確。11.(6分)(多選)我國高鐵技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。和諧號動車組是由動車和拖車編組而成，供應(yīng)動力的車廂叫動車，不供應(yīng)動力的車廂叫拖車。假設(shè)動車組各車廂質(zhì)量均相等，動車的額定功率都相同，動車組在水平直軌道上運行過程中阻力與車重成正比。某列動車組由8節(jié)車廂組成，其中第1、5節(jié)車廂為動車，其余為拖車，則該動車組 ()A.啟動時乘客受到車廂作用力的方向與車運動的方向相反B.做勻加速運動時，第5、6節(jié)與第6、7節(jié)車廂間的作用力之比為3∶2C.進站時從關(guān)閉發(fā)動機到停下來滑行的距離與關(guān)閉發(fā)動機時的速度成正比D.與改為4節(jié)動車帶4節(jié)拖車的動車組最大速度之比為1∶2【解析】選B、D。啟動時，乘客與車一起做加速運動，由牛頓其次定律可知，乘客受到車廂作用力的方向與車運動的方向相同，選項A錯誤。對6、7、8節(jié)車廂水平方向受力分析，如圖甲所示，由牛頓其次定律可得：F1-3kmg=3ma；對7、8節(jié)車廂水平方向受力分析，如圖乙所示，由牛頓其次定律可得F2-2kmg=2ma，兩方程聯(lián)立可得=，選項B正確。動車組進站時做勻減速直線運動，由速度-位移公式可得x=，即x與v2成正比，選項C錯誤。由功率定義和牛頓其次定律可得：設(shè)第一種狀況動車組的最大速度為v1，則-8kmg=0；設(shè)其次種狀況動車組的最大速度為v2，則-8kmg=0，兩方程聯(lián)立可得=，選項D正確。12.(22分)如圖所示，某型號的新型能源汽車發(fā)動機的額定功率為60kW，汽車質(zhì)量為1×103kg，在水平路面上正常行駛時所受到的阻力為車重的(g取10m/s2)。求解以下問題：(1)此型號汽車在水平路面上行駛時能達到的最大速度是多少？(2)若此型號汽車以額定功率加速行駛，當(dāng)速度達到20m/s時的加速度大小是多少？(3)質(zhì)量為60kg的駕駛員駕駛此型號汽車在水平高速馬路上以30m/s的速度勻速行駛，設(shè)輪胎與路面間的動摩擦因數(shù)為0.60，駕駛員的反應(yīng)時間為0.30s，則駕駛員駕駛的汽車與前車保持的平安距離最少為多少？【解析】(1)當(dāng)汽車發(fā)動機達到額定功率并做勻速運動時，汽車達到最大速度，此時發(fā)動