高中物理高考 2021屆小題必練8 功和功率 教師版

這是一份高中物理高考 2021屆小題必練8 功和功率 教師版，共8頁。
   (1)功的理解與計(jì)算；(2)恒力及合力做功的計(jì)算、變力做功；(3)機(jī)車啟動問題；(4)功、功率與其他力學(xué)知識的綜合。 例1．(2018?全國III卷?19)地下礦井中的礦石裝在礦車中，用電機(jī)通過豎井運(yùn)送至地面。某豎井中礦車提升的速度大小v隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖所示，其中圖線①②分別描述兩次不同的提升過程，它們變速階段加速度的大小都相同；兩次提升的高度相同，提升的質(zhì)量相等。不考慮摩擦阻力和空氣阻力。對于第①次和第②次提升過程(    )A．礦車上升所用的時(shí)間之比為4∶5B．電機(jī)的最大牽引力之比為2∶1C．電機(jī)輸出的最大功率之比為2∶1D．電機(jī)所做的功之比為4∶5【答案】AC【解析】根據(jù)位移相同可得兩圖線與時(shí)間軸圍成的面積相等，v0×2t0＝×v0×[2t0＋t′＋(t0＋t′)]，解得t′＝t0，則對于第①次和第②次提升過程中，礦車上升所用的時(shí)間之比為2t0∶(2t0＋t0)＝4∶5，A正確；加速過程中的牽引力最大，且已知兩次加速時(shí)的加速度大小相等，故兩次中最大牽引力相等，B錯(cuò)誤；由題知兩次提升的過程中礦車的最大速度之比為2∶1，由功率P＝Fv，得最大功率之比為2∶1，C正確；兩次提升過程中礦車的初、末速度都為零，則電機(jī)所做的功等于克服重力做的功，重力做的功相等，故電機(jī)所做的功之比為1∶1，D錯(cuò)誤。【點(diǎn)睛】本題考查速度圖象，牛頓運(yùn)動定律、功和功率及其相關(guān)的知識點(diǎn)。此題以速度圖象給出解題信息。解答此題常見錯(cuò)誤主要有四方面：一是對速度圖象面積表示位移掌握不到位；二是運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律求解牽引力錯(cuò)誤；三是不能找出最大功率；四是不能得出兩次提升電機(jī)做功。   1．如圖所示，木板可繞固定水平軸O轉(zhuǎn)動。木板從水平位置OA緩慢轉(zhuǎn)到OB位置，木板上的物塊始終相對于木板靜止。在這一過程中，物塊的重力勢能增加了2 J。用N表示物塊受到的支持力，用f表示物塊受到的摩擦力。在此過程中，以下判斷正確的是(　　)A．N和f對物塊都不做功B．N對物塊做功為2 J，f對物塊不做功C．N對物塊不做功，f對物塊做功為2 JD．N和f對物塊所做功的代數(shù)和為零【答案】B【解析】由做功的條件可知：只要有力，并且物塊沿力的方向有位移，那么該力就對物塊做功。由受力分析知，支持力N做正功，但摩擦力f方向始終和速度方向垂直，所以摩擦力不做功。由動能定理知WN－WG＝0，故支持力N做功為2 J。2．(多選)物體受到水平推力F的作用在粗糙水平面上做直線運(yùn)動。通過力和速度傳感器監(jiān)測到推力F、物體速度v隨時(shí)間t變化的規(guī)律分別如圖甲、乙所示。取g＝10 m/s2，則下列說法正確的是(　　)A．物體的質(zhì)量m＝0.5 kgB．物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.4C．第2 s內(nèi)物體克服摩擦力做的功W＝2 JD．前2 s內(nèi)推力F做功的平均功率＝3 W【答案】ABC【解析】由題圖甲、乙可知，在1～2 s，推力F2＝3 N，物體做勻加速直線運(yùn)動，其加速度a＝2 m/s2，由牛頓運(yùn)動定律可得，F2－μmg＝ma；在2～3 s，推力F3＝2 N，物體做勻速直線運(yùn)動，由平衡條件可知，μmg＝F3；聯(lián)立解得物體的質(zhì)量m＝0.5 kg，物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.4，選項(xiàng)A、B正確；由速度—時(shí)間圖象所圍的面積表示位移可得，第2 s內(nèi)物體位移x＝1 m，克服摩擦力做的功Wf＝μmgx＝2 J，選項(xiàng)C正確；第1 s內(nèi)，由于物體靜止，推力不做功；第2 s內(nèi)，推力做功W＝F2x＝3 J，即前2 s內(nèi)推力F做功為W′＝3 J，前2 s內(nèi)推力F做功的平均功率＝＝ W＝1.5 W，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 3．(多選)一質(zhì)點(diǎn)在光滑水平面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)對該質(zhì)點(diǎn)施加水平力F，力F隨時(shí)間t按如圖所示的正弦規(guī)律變化，力F的方向始終在同一直線上，在0～4 s內(nèi)，下列說法正確的是(　　)A．第2 s末，質(zhì)點(diǎn)距離出發(fā)點(diǎn)最遠(yuǎn)B．第2 s末，質(zhì)點(diǎn)的動能最大C．0～2 s內(nèi)，力F瞬時(shí)功率一直增大D．0～4 s內(nèi)，力F做功為零【答案】BD【解析】從圖象可以看出在前2 s力的方向和運(yùn)動的方向相同，物體經(jīng)歷了一個(gè)加速度逐漸增大的加速運(yùn)動和加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，第2 s末，拉力F方向反向，速度方向不變，所以2 s后，質(zhì)點(diǎn)離出發(fā)點(diǎn)距離還在增大，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；第2 s末，拉力F方向反向，速度方向不變，物體要做減速運(yùn)動，所以第2 s末，質(zhì)點(diǎn)的速度最大，動能最大，故B項(xiàng)正確；0～1 s內(nèi)，速度在增大，力F增大，根據(jù)瞬時(shí)功率P＝Fv得力F瞬時(shí)功率一直增大，1～2 s內(nèi)，速度在增大，但是隨時(shí)間變化速度增大變慢，而力F隨時(shí)間減小變快，所以力F瞬時(shí)功率有減小的過程，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；0～4 s內(nèi)，初末速度都為零，根據(jù)動能定理得合力做功為零，所以力F做功為零，故D項(xiàng)正確。4．(多選)質(zhì)量為400 kg的賽車在平直賽道上以恒定功率加速，受到的阻力不變，其加速度a和速度的倒數(shù)的關(guān)系如圖所示，則賽車(　　)A．速度隨時(shí)間均勻增大B．加速度隨時(shí)間均勻增大C．輸出功率為160 kWD．所受阻力大小為1600 N【答案】CD【解析】由題圖可知，加速度變化，故賽車做變加速直線運(yùn)動，故A錯(cuò)誤；a－函數(shù)方程為a＝－4，汽車加速運(yùn)動，速度增大，加速度減小，故B錯(cuò)誤；對汽車受力分析，受重力、支持力、牽引力和摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律，有F－f＝ma，其中F＝，聯(lián)立得a＝－，結(jié)合圖線，當(dāng)物體的速度最大時(shí)，加速度為零，故結(jié)合圖象可以知道，a＝0時(shí)，＝0.01，v＝100 m/s，所以最大速度為100 m/s，由圖象可知－＝－4，解得f＝4m＝1600 N，0＝·－，解得P＝160 kW，故C、D正確。5．(多選)在傾角為θ的光滑斜面上有兩個(gè)用輕彈簧相連接的物塊A、B，它們的質(zhì)量分別為m1、m2，彈簧勁度系數(shù)為k，C為一固定擋板，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)開始用一恒力F沿斜面方向拉物塊A使之向上運(yùn)動，當(dāng)物塊B剛要離開C時(shí)，物塊A運(yùn)動的距離為d，速度為v，重力加速度大小為g，則此時(shí)(　　)A．m2gsin θ＝kdB．物塊A加速度大小為C．重力對物塊A做功的功率為(kd－m2gsin θ)vD．彈簧的彈力對物塊A做功的功率為(kd－m2gsin θ)v【答案】BC【解析】開始系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧彈力等于A的重力沿斜面向下的分力，當(dāng)B剛離開C時(shí)，彈簧的彈力等于B的重力沿斜面向下的分力，故m2gsin θ＝kx2，但由于開始時(shí)彈簧是壓縮的，故d＞x2，故m2gsin θ＜kd，故A錯(cuò)誤；物塊A的加速度a＝，開始彈簧處于壓縮狀態(tài)，壓縮量x1＝，又x1＋x2＝d，解得a＝，故B正確；由于速度v與重力夾角不為零，故重力的瞬時(shí)功率等于m1gvsin θ，則由m1gsin θ＝kx1、m2gsin θ＝kx2及x1＋x2＝d得，m1gsin θ＋m2gsin θ＝kd，所以重力做功的功率P＝(kd－m2gsin θ)v，故C正確；當(dāng)物塊B剛要離開C時(shí)，彈簧的彈力為m2gsin θ，則彈力對物塊A做功的功率為m2sin θ·v，故D錯(cuò)誤。6．(多選)如圖所示，光滑水平地面上固定一帶有光滑定滑輪的豎直桿，用輕繩一端系著小滑塊，另一端繞過定滑輪，現(xiàn)用恒力F1水平向左拉滑塊的同時(shí)，用恒力F2拉右側(cè)繩端，使滑塊從A點(diǎn)由靜止開始向右運(yùn)動，經(jīng)過B點(diǎn)后到達(dá)C點(diǎn)，若AB＝BC，則滑塊(　　)A．從A點(diǎn)至B點(diǎn)F2做的功等于從B點(diǎn)至C點(diǎn)F2做的功B．從A點(diǎn)至B點(diǎn)F2做的功小于從B點(diǎn)至C點(diǎn)F2做的功C．從A點(diǎn)至C點(diǎn)F2做的功可能等于滑塊克服F1做的功D．從A點(diǎn)至C點(diǎn)F2做的功可能大于滑塊克服F1做的功【答案】CD【解析】由題意知，滑塊從A點(diǎn)至B點(diǎn)時(shí)右側(cè)繩端的位移大于滑塊從B點(diǎn)至C點(diǎn)時(shí)右側(cè)繩端的位移，F2是恒力，則滑塊從A點(diǎn)至B點(diǎn)F2做的功大于從B點(diǎn)至C點(diǎn)F2做的功，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；滑塊從A點(diǎn)至C點(diǎn)過程中，可能先加速后減速，滑塊在C點(diǎn)速率大于或等于零，根據(jù)動能定理得知，滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)過程中動能的變化量大于或等于零，總功大于或等于零，則從A點(diǎn)至C點(diǎn)F2做的功大于或等于滑塊克服F1做的功，C、D項(xiàng)正確。7．一物體在粗糙的水平面上受到水平拉力作用，在一段時(shí)間內(nèi)的速度隨時(shí)間變化情況如圖所示。則拉力的功率隨時(shí)間變化的圖象可能是(g取10 m/s2)(　　)【答案】D【解析】由圖知在0～t0時(shí)間內(nèi)，物體做初速度為零的勻加速運(yùn)動，v＝at；由牛頓第二定律得F－f＝ma，則拉力的功率P＝Fv＝(f＋ma)v＝(f＋ma)at；在t0時(shí)刻以后，物體做勻速運(yùn)動，v不變，則F＝f，P＝Fv＝fv，P不變，故D項(xiàng)正確。8．(多選)兩實(shí)心小球甲和乙由同一種材料制成，甲球質(zhì)量大于乙球質(zhì)量。兩球在空氣中由靜止下落，假設(shè)它們運(yùn)動時(shí)受到的阻力與球的半徑成正比，與球的速率無關(guān)。若它們下落相同的距離，則(　　)A．甲球用的時(shí)間比乙球長B．甲球末速度的大小大于乙球末速度的大小C．甲球加速度的大小小于乙球加速度的大小D．甲球克服阻力做的功大于乙球克服阻力做的功【答案】BD【解析】設(shè)f＝kR，則由牛頓第二定律得F合＝mg－f＝ma，而m＝πR3·ρ，故a＝g－，由m甲>m乙、ρ甲＝ρ乙可知a甲>a乙，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；因甲、乙位移相同，由v2＝2ax可知，v甲>v乙，B項(xiàng)正確；由x＝at2可知，t甲<t乙，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由功的定義可知，W克服＝f·x，又f甲>f乙，則W甲克服>W乙克服，D項(xiàng)正確。9．如圖所示，一長為L的輕桿一端固定在光滑鉸鏈上，另一端固定一質(zhì)量為m的小球。一水平向右的拉力作用于桿的中點(diǎn)，使桿以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)桿與水平方向成60°時(shí)，拉力的功率為(　　)A．mgLω                B．mgLωC．mgLω               D．mgLω【答案】C【解析】由于桿做勻速轉(zhuǎn)動，拉力的功率等于克服重力做功的功率，P＝mgωLcos 60°＝mgLω，C項(xiàng)正確。10．為了緩解城市交通擁堵問題，某市交通部門在禁止行人步行的十字路口增設(shè)了長度為12 m的“直行待行區(qū)”。如圖所示，當(dāng)其他車道的車輛右轉(zhuǎn)時(shí)，直行道上的車輛可以提前進(jìn)入“直行待行區(qū)”；當(dāng)直行綠燈亮起時(shí)，可從“直行待行區(qū)”直行通過十字路口。如果該路段的限速為60 km/h，從提示進(jìn)入“直行待行區(qū)”到直行綠燈亮起的時(shí)間為4 s?，F(xiàn)某汽車司機(jī)駕駛著質(zhì)量為1.5 t的小汽車，汽車的額定功率為63 kW，汽車的前端剛好停在停車線處，當(dāng)司機(jī)看到上述提示時(shí)，立即由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動，當(dāng)汽車的前端運(yùn)動到“直行待行區(qū)”的前端線時(shí)，正好直行的綠燈亮起，司機(jī)保持該加速度繼續(xù)運(yùn)動到額定功率后保持功率不變，汽車在運(yùn)動中受到的阻力為車重的0.2倍，重力加速度g取10 m/s2，則：(1)在前4 s時(shí)間內(nèi)，汽車發(fā)動機(jī)所做的功是多少？(2)從開始運(yùn)動計(jì)時(shí)，經(jīng)過12 s達(dá)到該路段限速，汽車經(jīng)過的總位移是多少？(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)【解析】(1)在這段時(shí)間內(nèi)，汽車前進(jìn)的位移為x＝at2汽車的加速度為a＝＝1.5 m/s2汽車受到的阻力f＝kmg＝3×103 N根據(jù)牛頓第二定律F－f＝ma牽引力做功WF＝F·x由以上兩式得WF＝6.3×104 J。(2)設(shè)汽車達(dá)到額定功率時(shí)的速度為v′，時(shí)間為t′，位移為x1，則P額＝F·v′v′＝a·t′x1＝at′2設(shè)汽車以額定功率行駛的位移為x2，根據(jù)動能定理P額(t－t′)－f·x2＝mv2－mv′2由以上各式解得x1＝48 m，x2＝50.55 m汽車經(jīng)過的位移x＝x1＋x2≈99 m。11．某品牌汽車在某次測試過程中數(shù)據(jù)如下表所示，請根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答問題。整車行駛質(zhì)量1 500 kg額定功率75 kW加速過程車輛從靜止加速到108 km/h所需時(shí)間為10 s制動過程車輛以36 km/h行駛時(shí)的制動距離為5.0 m已知汽車在水平公路上沿直線行駛時(shí)所受阻力f跟行駛速率v和汽車所受重力mg的乘積成正比，即f＝kmgv，其中k＝2.0×10－3 s/m。重力加速度g取10 m/s2。(1)若汽車加速過程和制動過程都做勻變速直線運(yùn)動，求這次測試中加速過程的加速度大小a1和制動過程的加速度大小a2。(2)求汽車在水平公路上行駛的最大速率vm。(3)把該汽車改裝成同等功率的純電動汽車，其他參數(shù)不變。若電源功率轉(zhuǎn)化為汽車前進(jìn)的機(jī)械功率的效率η＝90%。假設(shè)1 kW·h電能的售價(jià)為0.50元(人民幣)，求電動汽車在平直公路上以最大速度行駛的距離s＝100 km時(shí)所消耗電能的費(fèi)用。結(jié)合此題目，談?wù)勀銓﹄妱悠嚨目捶ā?/span>【解析】(1)加速過程的加速度大小a1＝＝ m/s2＝3 m/s2制動過程滿足2a2x＝v－v解得加速度大小a2＝10 m/s2。(2)當(dāng)汽車的速度達(dá)到最大時(shí)，汽車受到牽引力與阻力相等。滿足Pm＝fvm即Pm＝kmgv解得vm＝50 m/s。(3)以最大速度行駛過程中，克服阻力所做的功Wf＝fs＝kmgvms代入數(shù)據(jù)，解得Wf＝1.5×108 J消耗電能E＝＝1.67×108 J＝46.4 kW·h所以，以最大速度行駛100 km的費(fèi)用Y＝46.4×0.5＝23.2(元)。由以上數(shù)據(jù)可以看出，純電動汽車比燃油汽車行駛費(fèi)用低得多，而且無環(huán)境污染問題。