2020屆高考物理總復(fù)習(xí)第五章機(jī)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(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)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(cuò)誤。2.以初速度v0豎直向上拋出一質(zhì)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(diǎn)的整個(gè)過程中，空氣阻力對(duì)小球做的功為()A.0B.-FfhC.-2mghD.-2Ffh【解析】選D。上升過程空氣阻力對(duì)小球做的功為W1=-Ffh，下降過程空氣阻力對(duì)小球做的功為W2=-Ffh，所以整個(gè)過程中空氣阻力對(duì)小球做的功為W=W1+W2=-2Ffh，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。3.如圖所示，質(zhì)量為m的物塊與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的最大靜摩擦力為物塊重力的k倍，物塊與轉(zhuǎn)軸OO相距R，物塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)由靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速緩慢增加到一定值時(shí)，物塊即將在轉(zhuǎn)臺(tái)上滑動(dòng)，在物塊由靜止到相對(duì)滑動(dòng)的瞬間的過程中，轉(zhuǎn)臺(tái)的摩擦力對(duì)物塊做的功為()A.0B.2kmgRC.2kmgRD.0.5kmgR【解析】選D。根據(jù)牛頓第二定律得kmg=m，根據(jù)動(dòng)能定理得W=mv2=kmgR，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。4.一輛CRH2型動(dòng)車組的總質(zhì)量M=2105 kg，額定輸出功率為4 800 kW。假設(shè)該動(dòng)車組在水平軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大速度為270 km/h，受到的阻力Ff與速度v滿足Ff=kv。當(dāng)勻速行駛的速度為最大速度的一半時(shí)，動(dòng)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(dòng)車組以最大速度行駛時(shí)的牽引力大小F= = N=6.4104 N，動(dòng)車組以最大速度行駛時(shí)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(jī)車勻速行駛的速度為最大速度的一半時(shí)，v=37.5 m/s，動(dòng)車組受到的阻力為Ff=kv=853.337.5 N=3.2104 N，機(jī)車勻速行駛的速度為最大速度的一半時(shí)，動(dòng)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(cuò)誤，B正確。5.(創(chuàng)新預(yù)測)一輛質(zhì)量為m的汽車在平直公路上以功率P、速度v0勻速行駛時(shí)，牽引力為F0?，F(xiàn)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(shí)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(dá)到最大速度時(shí)牽引力為F0B.汽車在斜坡上達(dá)到最大速度時(shí)牽引力為F0+mgC.汽車能達(dá)到的最大速度為v0D.汽車能達(dá)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(shí)，牽引力等于阻力，則Ff=F0，當(dāng)汽車在斜坡上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)速度最大，則F-mgsin30-F0=0，解得F=F0+mg，故A錯(cuò)誤，B正確；由P=Fv得汽車的最大速度為vm=，故C錯(cuò)誤，D正確?！究偨Y(jié)提升】解答機(jī)車啟動(dòng)問題的三個(gè)重要關(guān)系式(1)無論哪種啟動(dòng)過程，機(jī)車的最大速度都等于其勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，即vm=。(2)機(jī)車以恒定加速度啟動(dòng)時(shí)，勻加速過程結(jié)束后功率最大，速度不是最大，即v=vm=。(3)機(jī)車以恒定功率運(yùn)行時(shí)，牽引力做的功W=Pt，由動(dòng)能定理得Pt-F阻x=Ek，此式經(jīng)常用于求解機(jī)車以恒定功率啟動(dòng)過程的位移或速度。二、計(jì)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(xiàng)娛樂設(shè)備。一環(huán)形座艙裝在豎直柱子上，由升降機(jī)送上幾十米的高處，然后讓座艙自由落下，落到一定位置時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)，到地面時(shí)剛好停下。已知座艙開始下落的高度為H=75 m，當(dāng)落到離地面h=30 m的位置時(shí)開始制動(dòng)，座艙均勻減速。在一次娛樂中，某同學(xué)把質(zhì)量m=6 kg的書包放在自己的腿上。g取10 m/s2，不計(jì)座艙與柱子間的摩擦力及空氣阻力。(1)當(dāng)座艙落到離地面h1=60 m和h2=20 m的位置時(shí)，求書包對(duì)該同學(xué)腿部的壓力是多大。(2)若環(huán)形座艙的質(zhì)量M=4103 kg，求制動(dòng)過程中機(jī)器輸出的平均功率?！窘馕觥?1)當(dāng)座艙距地面h1=60 m時(shí)，書包處于完全失重狀態(tài)，故書包對(duì)該同學(xué)的壓力F1=0座艙自由下落高度為H-h=(75-30)m=45 m時(shí)，座艙開始制動(dòng)，設(shè)此時(shí)的速度為v，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：v2=2g(H-h)座艙制動(dòng)過程做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)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(shè)此過程中書包受到腿的支持力為F2，根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)書包有：F2-mg=ma代入數(shù)據(jù)可得：F2=150 N根據(jù)牛頓第三定律有：該同學(xué)腿部受到的壓力：F2=F2=150 N(2)設(shè)制動(dòng)過程中座艙所受的制動(dòng)力為F，經(jīng)歷的時(shí)間為t，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得：h=vt-at2根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)座艙有：F-Mg=Ma座艙克服制動(dòng)力做功W=Fh機(jī)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(gè)人利用機(jī)械裝置提升相同的重物。已知重物勻速上升，相同的時(shí)間內(nèi)兩重物提升的高度相同。不考慮滑輪的質(zhì)量及摩擦，在重物上升的過程中人拉力的作用點(diǎn)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(duì)繩的拉力越來越大C.站在二樓的人對(duì)繩的拉力越來越大D.同一時(shí)刻，二樓的人對(duì)繩拉力的功率小于地面的人對(duì)繩拉力的功率【解析】選C。設(shè)重物質(zhì)量為m，對(duì)重物受力分析，則有站在地面的人對(duì)繩的拉力FT=mg，站在二樓的人對(duì)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(duì)繩的拉力越來越大，站在地面的人對(duì)繩的拉力不變，故B錯(cuò)誤，C正確；由于不知具體數(shù)值，所以無法比較站在地面的人對(duì)繩的拉力與站在二樓的人對(duì)繩的拉力的大小，故A錯(cuò)誤；根據(jù)動(dòng)能定理，人對(duì)繩拉力的功等于克服物體重力做的功，所以人對(duì)繩拉力的功相等，所以二樓的人對(duì)繩拉力的功率等于地面的人對(duì)繩拉力的功率，故D錯(cuò)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(yùn)動(dòng)，當(dāng)質(zhì)量為m的重物上升高度為h時(shí)輕繩與水平方向成角(重力加速度大小為g，滑輪的質(zhì)量和摩擦均不計(jì))，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(duì)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(duì)重物做功為mgh+m(vcos)2【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(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(jù)重物的速度變化確定運(yùn)動(dòng)和受力情況。(3)根據(jù)動(dòng)能定理求拉力對(duì)重物做的功。【解析】選D。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(jù)平行四邊形定則得，vG=vcos，人在勻速向右運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，且拉力大于重物的重力，故A、B錯(cuò)誤；由vG=vcos可知重物的加速度減小，故C錯(cuò)誤；根據(jù)動(dòng)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(zhì)量為m的小車在水平恒力F的推動(dòng)下，從山坡(粗糙)底部A處由靜止運(yùn)動(dòng)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(duì)小車做功mghB.推力對(duì)小車做功FxC.合外力對(duì)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(duì)小車做負(fù)功，則WG=-mgh，故A錯(cuò)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(cuò)誤；對(duì)小車從A運(yùn)動(dòng)到B的過程運(yùn)用動(dòng)能定理得，F(xiàn)x-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(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功率P隨時(shí)間t變化的圖象，P0為發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率。已知在t2時(shí)刻汽車的速度已經(jīng)達(dá)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(shí)刻，汽車速度一定等于vmB.在t1t2時(shí)間內(nèi)，汽車一定做勻速運(yùn)動(dòng)C.在t2t3時(shí)間內(nèi)，汽車一定做勻速運(yùn)動(dòng)D.在發(fā)動(dòng)機(jī)功率達(dá)到額定功率前，汽車一定做勻加速運(yùn)動(dòng)【解析】選A、C。已知在t2時(shí)刻汽車的速度已經(jīng)達(dá)到最大值vm，此后汽車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度不變，所以在t3時(shí)刻，汽車速度一定等于vm，故A正確；0t1時(shí)間內(nèi)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(yùn)動(dòng)，汽車的功率在t1時(shí)刻達(dá)到額定功率，根據(jù)P=Fv，速度繼續(xù)增大，牽引力減小，則加速度減小，則在t1t2時(shí)間內(nèi)汽車做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，故B、D錯(cuò)誤；在t2t3時(shí)間內(nèi)，汽車已達(dá)到最大速度，且功率保持不變，汽車一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故C正確?！炯庸逃?xùn)練】一汽車在平直公路上行駛。從某時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P隨時(shí)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(shí)間t變化的圖線中，可能正確的是()【解析】選A。當(dāng)牽引力大于阻力時(shí)，機(jī)車加速運(yùn)動(dòng)，但速度的增加會(huì)導(dǎo)致牽引力變小，機(jī)車所受的合力變小，機(jī)車的加速度變小，故機(jī)車的運(yùn)動(dòng)為加速度不斷變小的加速運(yùn)動(dòng)，直到加速度等于零變?yōu)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，故0t1時(shí)間內(nèi)，是一個(gè)恒定功率加速過程，直到變?yōu)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，t1t2時(shí)間內(nèi)，是另一個(gè)恒定功率加速過程，直到變?yōu)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，故A項(xiàng)正確。11.(7分)(多選)(2018新余模擬)一個(gè)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(yùn)動(dòng)，物體與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.5，F(xiàn)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(duì)物體受力分析可知，F(xiàn)cos-mgsin-(mgcos-Fsin)=0，解得F=，當(dāng)+=90時(shí)F最小，故A錯(cuò)誤，C正確；故拉力的瞬時(shí)功率為P=Fvcos=，當(dāng)增大時(shí)，P減小，故B正確，D錯(cuò)誤。12.(15分)(2018衡水模擬)如圖甲所示，在水平路段AB上有一質(zhì)量為2103 kg的汽車(可視為質(zhì)點(diǎn))，正以10 m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)，汽車前方的水平路段BC較粗糙，汽車通過整個(gè)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(yùn)動(dòng)過程中汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率保持20 kW不變，假設(shè)汽車在兩個(gè)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(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力Ff1的大小。(2)汽車剛好開過B點(diǎn)時(shí)加速度a的大小。(3)BC路段的長度?！窘忸}指導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)根據(jù)v-t圖象可知，汽車在AB路段和t=15 s以后均做勻速運(yùn)動(dòng)，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