高考物理试题分项解析专题06功和功率第01期.docx
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高考物理试题分项解析专题06功和功率第01期
专题6功和功率
一.选择题
1.(2019江苏泰州12月联考)中国已成为世界上高铁系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家。
报道称新一代高速列车牵引功率达9000kW,持续运行速度为350km/h,则新一代高速列车从北京开到杭州全长约为1300km,则列车在动力上耗电约为()
A.3.3×103kW·h
B.3.3×104kW·h
C.3.3×105kW·h
D.3.3×106kW·h
【参考答案】B
2.【济宁模拟】一汽车在水平平直路面上,从静止开始以恒定功率P运动,运动过程
中所受阻力大小不变,汽车最终做匀速运动。
汽车运动速度的倒数
与加速度a的关系如图所示。
下列说法正确的是( )
A.汽车运动的最大速度为v0
B.阻力大小为
C.汽车的质量为
D.汽车的质量为
【参考答案】AD
3.【郑州2019届质量检测】如图所示,不可伸长的轻绳通过定滑轮将物块甲、乙(均可视为质点)连接,物块甲套在固定的竖直光滑杆上,用外力使两物块静止,轻绳与竖直方向夹角θ=37°,然后撤去外力,甲、乙两物块从静上开始无初速释放,物块甲能上升到最高点Q,己知Q点与滑轮上缘O在同一水平线上,甲、乙两物块质量分别为m、M,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度为g,不计空气阻力,不计滑轮的大小和摩擦。
设物块甲上升到最高点Q时加速度为a,则下列说法正确的是( )
A.M=3mB.M=2mC.a=0D.a=g
【参考答案】BD
【名师解析】当甲上升到最高点时,甲和乙的速度均为零,此时设甲上升的高度为h,则乙下降的高度为,由能量关系可知,则M=2m,选项B正确,A错误;甲在最高点时,竖直方向只受重力作用,则a=g,选项C错误,D正确。
二.计算题
1.(16分)(2019上海长宁期末)某电动机工作时输出功率P与拉动物体的速度v之间的关系如图(a)所示。
现用该电动机在水平地面内拉动一物体(可视为质点),运动过程中轻绳始终处在拉直状态,且不可伸长,如图(b)所示。
已知物体质量m=1kg,与地面的动摩擦因数μ1=0.35,离出发点左侧s距离处另有一段动摩擦因数为μ2、长为d的粗糙材料铺设的地面。
(g取10m/s2)
(1)若s足够长,电动机功率为2W时,物体在地面能达到的最大速度是多少?
(2)若s足够
长,当物体速度为0.1m/s时,加速度为多少?
(3)若s=0.16m,物体与粗糙材料之间动摩擦因数μ2=0.45。
启动电动机后,分析物体在达到粗糙材料之前的运动情况。
若最终能滑过粗糙材料,则d应满足什么条件?
(5分)(3)由
(2)知,物体在速度达到0.5m/s前,拉力F恒定,物体做初速为零的匀加速直线运动。
a1=0.5m/s2(1分)
速度达到v1=0.5m/s时,应经过s’=v12/2a1=0.25m>0.16m
所以小物体一直做匀加速运动到达粗糙材料,到达粗糙材料时速度v1=
=0.4m/s(2分)
(或假设物体做匀加速直线运动到达粗糙材料,则速度v=
=0.4m/s,不超过0.5m/s,假设成立。
)
注:
写出匀加速直线运动(1分),加速度a1正确(1分),速度v1正确(1分)。
在粗糙材料上运动时,f2=μ2N,N=mg,f2=4.5N
由牛顿第二定律F2-f2=ma2,a2=-0.5m/s2(1分)
小物体停止前最多滑行d2=v12/2a2=0.16m则d不超过0.16m(1分)
注:
摩擦力f2正确或加速度a2正确(1分),d2正确(1分)。
2.(16分)(2019江苏启东中学等七校联考)如图所示,长为L的轻杆一端连着质量为m的小球,另一端用活动铰链固接于水平地面上的O点,初始
时小球静止于地面上、边长为L、质量
为M的正方体左侧静止于O点处。
现在杆中点处施加一大小恒定、方向始终垂直杆的拉力,杆转
过
时撤去拉力,之后小球恰好能到达最高点。
重力加速度为g,忽
略一切摩擦,则
(1)求拉力所做的功;
(2)求拉力的大小和拉力撤去时小球的速度大小;
(3)若小球运动到最高点后由静止开始向右倾倒,求杆与水平面夹角θ时(正方体和小球还未脱离
),正方体的速度大小。
【名师解析】
(1)从开始到小球恰好能到达最高点的过程中,根据动能定理,
(2分)
解得
(2分)
(3)杆与水平夹角为θ时,小球速度为
,
则正方体速度:
(2分)
(2分)
解得(2分)
3.(12分)(2019浙江协作校联考)跳台滑雪运动员脚着专用滑雪板,不借助任何外力,从起滑台起滑,在助滑道上获得高速度,于台端飞出,沿抛物线在空中飞行,在着陆坡着陆后,继续滑行至水平
停止区静止。
如图所示为一简化后的跳台滑雪的雪道示意图。
助滑坡由倾角为θ=37°斜面AB和半径为R1=10m的光滑圆弧BC组成,两者相切于B。
AB竖直高度差h1=30m,竖直跳台CD高度差为h2=5m,着陆坡DE是倾角为θ=37°的斜坡,长L=130m,下端与半径为R2=20m光滑圆弧EF相切,且EF下端与停止区相切于F。
运动员从A点由静止滑下,通
过C点,以速度vc=25m/s水平飞出落到着陆坡上,然后运动员通过技巧使垂直于斜坡速度降为0,以沿斜坡的分速度继续下滑,经过EF到达停止区FG。
若运动员连同滑雪装备总质量为80kg。
(不计空气阻力,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2).求:
(1)运动员在C点对台端的压力大小;
(2)滑板与斜坡AB间的动摩擦因数;
(3)运动员落点距离D多远;
(4)运动员在停止区靠改变滑板方向增加制动力,若运动员想在60m之内停下,制动力至少是总重力的几倍?
(设两斜坡粗糙程度相同,计算结果保留两位有效数字)
【名师
解析】(12分)
(1)(3分)由牛顿第二定律:
Fc-mg=
1/
Fc=5800N1/
根据牛顿第三定律,运动员对台端压力大小5800N1/
(2)(3分)从A点到C点,由动能定理得;
mgh1-μmgcosθ
+mgR1(1-cosθ)=
mvc22/
得μ=3/1601/
(4)(2分)从落点P到最终停下
P点沿斜坡速度vp=vCcosθ+gtsinθ=44m/s1/
mg(L-xp)sinθ-μmg(L-xp)cosθ+mgR2(1-cosθ)-fd=0-
mvP2
得f≈1383N
故f/mg
≈1.71/
5.(2018·江苏省扬州中学高三四模)如图1所示,水平桌面A上直线MN将桌面分成两部分,左侧桌面光滑,右侧桌面粗糙。
在A上放长L=0.1m的均匀方木板,木板左端刚好与MN对齐,通过细绳绕过光滑的定滑轮(定滑轮未画出)与正上方的一水平圆盘B上的小球(可看成质点)相连,小球质量与木板质量相等,小球套在沿圆盘半径方向的光滑细杆上,细杆固定在圆盘上,细线刚好绷直。
木板右端与一劲度系数k=40N/m的轻弹簧相连,轻弹簧另一端固定在挡板上,此时弹簧对木板的弹力为2N,方向向左。
现用力F沿杆方向拉动小球,通过细线使木板缓慢向左运动,当木板刚好离开粗糙面时,此过程拉力做功W=0.3J。
(木板受到的摩擦力会随位移均匀变小)
图1
(1)求当木板刚好离开粗糙面时,弹簧对木板的弹力大小;上述过程中,因摩擦而产生的热量是多少?
(2)写出上述过程中F随小球运动位移x的关系式,并画出F-x图象;
(3)若将“力F拉小球”改为“使B绕轴OO′转动”,仍实现上述过程,则杆对小球至少需要做多少功?
已知开始时小球离圆盘中心的距离r=0.1m。
【名师解析】
(1)木板离开过程中,弹簧的压缩量和伸长量刚好相等,F=2N
弹性势能不变,摩擦产生的热量Q=W=0.3J
图象如图所示
(3)木板刚好离开粗糙面时,绳子拉力T=2N,小球圆周运动的半径R=r+L
设此时小球随圆盘转动的线速度为v,
小球受力T=m
,小球此时的动能为Ek=
mv2
对小球和木板B由能量守恒定律
杆对小球做功W=Q+Ek
代入数据解得W=0.5
J
答案
(1)2N 0.3J
(2)F=4-20x(N) 0≤x≤0.1m 如解析图所示
(3)0.5J
6(2018·淮安、宿迁等高三质量检测)一物块在一个水平拉力作用下沿粗糙水平面运动,其v-t图象如图8甲所示,水平拉力的P-t图象如图乙所示,g=10m/s2,求:
图8
(1)物块与水平面间的动摩擦因数μ;
(2)物块运动全过程水平拉力所做的功W;
(3)物块在0~2s内所受的水平拉力大小F。
【名师解析】
(1)由甲乙两图比较可知,在第5~9s内,物块做匀减速运动
加速度a=
m/s2=-1.0m/s2(2分)
由牛顿第二定律得:
-μmg=ma(2分)
得μ=0.1(1分)
(2)对全过程:
W=
·P1t1+P2t2=
J+4.0×3J=24J(4分)
由牛顿第二定律得:
F-μmg=ma0(1分)
即:
F=2m+1(1分)
所以F=(2×1+1)N=3.0N(1分)
法二 由图象可知:
当t1=2.0s,v1=4.0m/s时
P1=12W(2分)
由P1=Fv1(2分)
得:
F=
N=3.0N
(2分)
答案
(1)0.1
(2)24J (3)3.0N
7.(13分)(2019吉林五地六校联考)如图所示,长L=9m的传送带与水平方向的倾角θ=37°,在电动机的带动下以v=4m/s的速率沿顺时针方向运行,在传送带的B端有一离传送带很近的挡板P可将传送带上的物块挡住,在传送带的顶端A点无初速度地放一质量m=1kg的物块,它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,物块与挡板碰撞的能量损失及碰撞时间
不计.(g取10m
/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求物体从静止释放到第一次返回上升至最高点的过程中:
(1)系统因摩擦产生的热量;
(2)传送带多消耗的电能;
(3)物体的最终状态及该状态后电动机的输出功率
【参考答案】.
(1)100.8J
(2)76.8J(3)16W
物块速度与传送带速度相等后相对传送带向下滑,物块向上做减速运动的加速度大小a3=gsinθ-μgcosθ=2m/s2,物块速度减小到零的时间t3=v/a3=2s,在t3时间内物块向上的位移L2=vt3/2=4
m
此过程中物块相对传送带向下的位移s3=vt3-L2=4
m
摩
擦生热Q=μmg(s1+s2+s3)cosθ=100.8J
(2)多消耗的电能等于传送带克服摩擦力做的总功
ΔE电=Ff(x传送带1-x传送带2+x传送带3)=μmgcosθ(v0t1-v0t2+v0t3)=76.8J
即传送带多消耗的电能为76.8J.
(3)物体返回上升到最高点时速度为零,以后将重复上述过程,且每次碰后反弹速度、上升高度依次减小,最终达到一个稳态:
稳态的反弹速度大小应等于传送带速度4m/s,此后受到的摩擦力总是斜向上,加速度为gsinθ-μgcosθ=2m/s2,方向斜向下,物体相对地面做往返“类竖直上抛”运动,对地上升的最大位移为xm=vt3/2=4m,往返时间为T=2t3=4s
传送带受到的摩擦力大小始终为Ff=μmgcosθ,稳态后方始终斜向下,故电动机的输出功率稳定为P=Ffv0=μmgcosθ×v0=16W.
8.(2019安徽滁州期末)现上海有若干辆超级电容车运行,运行中需要连接电缆,只需再候客上车间隙充电30s到1min,就能行驶3到5公里,假设有一辆超级电容车,质量,额定功率
,当超级电容车在阻力恒定的平直水平路面上行驶时,其所能达到的最大速度
,取
。
超级电容车在此路面上行驶时受到的阻力f是车重的多少倍?
若超级电容车从静止开始,保持
的加速度做匀加速直线运动,则这一过程能维持多次时间?
【名师解析】
设超级电容车在此路面上行驶时受到的阻力f是车重的k倍,则在其速度达到最大时,有
,
解得
答:
超级电容车在此路面上行驶时受到的阻力f是车重的
倍
若超级电容车从静止开始,保持
的加速度做匀加速直线运动,则这一过程能维持15s
【方法归纳】
当牵引力等于阻力时,速度最大,根据
求出阻力的大小,从而得出阻力与车重的关系。
根据牛顿第二定律求出牵引力,结合
求出匀加速直线运动的末速度,根据速度时间公式求出匀加速直线运动的时间。
解决本题的知道电容车在整个过程中的运动规律,掌握功率和牵引力、速度的关系,知道加速度为零时,速度最大。
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- 高考 物理试题 解析 专题 06 功率 01