2010-2012高考物理高频考点精选分类解析17 机车启动和运行

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2010~2012高考物理高频考点精选分类解析
高频考点17 机车启动和运行
1．（2010上海理综）纯电动概念车E1是中国馆的镇馆之宝之一。若E1概念车的总质量为920kg，在16s内从静止加速到100km/h（即27.8m/s），受到恒定的阻力为1500N，假设它做匀加速直线运动，其动力系统提供的牵引力为 N。当E1概念车以最高时速120km/h（即33.3m/s）做匀速直线运动时，其动力系统输出的功率为 kW。
1【答案】：3.1×103；50
【解析】E1概念车加速度a=△v/t=1.74m/s2，由牛顿第二定律，F-f=ma，动力系统提供的牵引力为F= f+ma=1500N+920×1.74N=3.1×103N。当E1概念车以最高时速120km/h（即33.3m/s）做匀速直线运动时，其动力系统输出的功率为P=fvm=1500×33.3W=50kW。
【点评】：此题以纯电动概念车E1切入，考查直线运动、牛顿第二定律、功率等知识点。
2.（2011浙江理综卷）节能混合动力车是一种可以利用汽油及所储存电能作为动力来源的汽车。有一质量m=1000kg的混合动力轿车，在平直公路上以v1=90km/h匀速行驶，发动机的输出功率为P=50kW。当驾驶员看到前方有80km/h的限速标志时，保持发动机功率不变，立即启动利用电磁阻尼带动的发电机工作给电池充电，使轿车做减速运动，运动l=72m后，速度变为v2=72km/h。此过程中发动机功率的1/5用于轿车的牵引，4/5用于供给发电机工作，发动机输送给发电机的能量最后有50%转化为电池的电能。假设轿车在上述运动过程中所受阻力保持不变。求
轿车以90km/h在平直公路上匀速行驶时，所受阻力F阻的大小；
轿车从90km/h减速到72km/h过程中，获得的电能E电；
轿车仅用其在上述减速过程中获得的电能E电维持72km/h匀速运动的距离L'。
2.解析：（1）汽车牵引力与输出功率关系P=Fv，将P=50kW，v1=90km/h=25ms代人得
F=P/ v1=2×103N。
当轿车匀速行驶时，牵引力与阻力大小相等，有f=F=2×103N。
（2）在减速运动过程中，注意到发动机只有P/5用于汽车的牵引。根据动能定理有
Pt-fL=m v22-m v12，
代入数据得Pt=1.575×105J。
电源获得电能为E电=0.5×Pt=6.3×104J。
(3)根据题设，轿车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力仍为f=2×103N。在此过程中，由能量转化及守恒定律可知，仅有电能用于克服阻力做功，E电=fL'，
代入数据得 L'=31.5m。
3．（2010福建理综）如图4所示，物体A放在足够长的木板B上，木板B静止于水平面。t=0时，电动机通过水平细绳以恒力F拉木板B，使它做初速度为零，加速度aB=1.0m/s2的匀加速直线运动。已知A的质量mA和B的质量mB均为2.0kg,A、B之间的动摩擦因数μ1=0.05，B与水平面之间的动摩擦因数μ2=0.1，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等，重力加速度g取10m/s2。求
（1）物体A刚运动时的加速度aA
(2) t1=1.0s时，电动机的输出功率P；
（3）若t1=1.0s时，将电动机的输出功率立即调整为P’=5W，并在以后的运动过程中始终保持这一功率不变，t2=3.8s时物体A的速度为1.2m/s。则在t1=1.0s到t2=3.8s这段时间内木板B的位移为多少？
3.【解析】：（1）物体A在水平方向上受到向右的摩擦力，由牛顿第二定律得μ1mAg=mAaA
代人数据解得aA=0.5m/s2。
（2）t=1.0s时，木板B的速度大小为v1=aBt1
木板B受到拉力F，由牛顿第二定律得F-μ1mAg-μ2(mA+mB)g= mBaB
电动机输出功率P1=F v1
联立上述各式并代人数据解得P1=7W。
（3）电动机的输出功率调整为P’=5W时，设细绳对木板B的拉力为F’，则P’= F’v1
代人数据解得F’=5N。
木板B受力满足F’-μ1mAg-μ2(mA+mB)g=0，
所以木板B将做匀速直线运动，而物体A则继续在B上做匀加速直线运动直到A、B速度相等。设这一过程时间为t’，有v1=aA(t1+t’)
这段时间内B的位移s1= v1 t’
AB速度相同后，由于F>μ2(mA+mB)g，且电动机输出功率恒定，A、B将一起做加速度逐渐减小的变加速运动。由动能定理得
P’(t2 - t’-t1)- μ2(mA+mB)g s2=(mA+mB)vA2-(mA+mB)v12
由②③⑩并代人数据解得木板B在t1=1.0s到t2=3.8s这段时间内的位移为s= s1+s2=3.03m
【点评】：此题将牛顿运动定律、功和功率、动能定理、摩擦力等综合在一起考查，题目设置了梯度，有一定难度。
4.（2009年四川卷）图示为修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将质量m=5×103 kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上作匀加速直线运动，加速度a=0.2 m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做vm=1.02 m/s的匀速运动。取g=10 m/s2,不计额外功。求：
起重机允许输出的最大功率。
重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率。
4.解析： (1)设起重机允许输出的最大功率为P0，重物达到最大速度时，拉力F0等于重力。
P0＝F0vm ①
P0＝mg ②
代入数据，有：P0＝5.1×104W ③
(2)匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，设此时重物受到的拉力为F，速度为v1，匀加速运动经历时间为t1,有：
P0＝F0v1 ④
F－mg＝ma ⑤
v1＝at1 ⑥
由③④⑤⑥，代入数据，得：t1＝5 s ⑦
T＝2 s时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为v2，输出功率为P，则
v2＝at ⑧
P＝Fv2 ⑨
由⑤⑧⑨，代入数据，得:P＝2.04×104W。