8.1.4功率与速度的关系机车启动问题 课时作业(Word版含解析)

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名称 8.1.4功率与速度的关系机车启动问题 课时作业(Word版含解析)
格式 docx
文件大小 361.6KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-04-08 02:47:05

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人教版高一物理必修第一册课时作业
第1节第4课时功率与速度的关系 机车启动问题
一、单项选择题
1、质量为m的汽车,启动后沿平直路面行驶,如果发动机的功率恒为P,且行驶过程中受到的摩擦阻力大小一定,汽车能够达到的最大速度为v,那么当汽车的加速度为时,汽车的速度大小为( )
A. B.
C. D.
2、设河水阻力跟船的速度的平方成正比,若船匀速运动的速度变为原来的2倍,则船的功率变为原来的(  )
A.倍 B.2倍
C.4倍 D.8倍
3、2018年12月,速度可达350 km/h的“复兴号”新型动车组首次公开亮相,如图所示。设动车运行时受到的阻力与速度成正比,若动车以速度v匀速行驶,发动机的功率为P。当动车以速度2v匀速行驶时,发动机的功率为(  )
A.P B.2P
C.4P D.8P
4、一起重机的钢绳由静止开始匀加速提起质量为m的重物,当重物的速度为v1时,起重机的功率达到最大值P,以后起重机保持该功率不变,继续提升重物,直到以最大速度v2匀速上升,重物上升的高度为h,则整个过程中,下列说法正确的是( )
A.钢绳的最大拉力为
B.钢绳的最大拉力为mg
C.重物匀加速的末速度为
D.重物匀加速运动的加速度为-g
5、质量为400 kg的赛车在平直赛道上以恒定功率加速,受到的阻力不变,其加速度a与速度的倒数的关系如图所示,已知图线斜率k
数值大小为400,则 ( )
A.赛车速度随时间均匀增大
B.赛车加速度随时间均匀增大
C.赛车运动时发动机输出功率为160 kW
D.图中b点取值应为0.01,其对应的物理意义表示赛车的最大速度为160 km/h
6、如图所示,一质量为m的物体,从倾角为θ的光滑斜面顶端由静止下滑,下滑时离地面的高度为h,当物体滑到斜面底端时,重力的即时功率为( )
A.mg B.mgsinθ
C.mgcosθ D.mgsin2θ
7、
如图所示,以恒定功率行驶的汽车,由水平路面驶上斜坡后,速度逐渐减小,则汽车在斜面上行驶时( )
A.牵引力增大,加速度增大
B.牵引力增大,加速度减小
C.牵引力减小,加速度增大
D.牵引力减小,加速度减小
8、如图甲所示,水平面上的物体在水平向右的拉力F作用下,由静止开始运动,运动过程中,力F的功率恒为P.物体运动速度的倒数与加速度a的关系如图乙所示(图中v0,a0为已知量),则下列说法正确的是( )
A.物体所受阻力大小为
B.物体的质量为
C.运动过程中的拉力F逐渐变大
D.物体加速运动的时间为
二、多项选择题
9、如图是一汽车在平直路面上启动的速度-时间图像,从t1时刻起汽车的功率保持不变。由图像可知 ( )
A.0~t1时间内,汽车的牵引力增大,加速度增大,功率不变
B.0~t1时间内,汽车的牵引力不变,加速度不变,功率增大
C.t1~t2时间内,汽车的牵引力减小,加速度减小
D.t1~t2时间内,汽车的牵引力不变,加速度不变
10、发动机额定功率为80kW的汽车,质量为2×103kg,在水平路面上行驶时汽车所受摩擦阻力恒为4×103N,若汽车在平直公路上以额定功率启动,则下列说法中正确的是( )
A.汽车的加速度和速度都逐渐增大
B.汽车匀速行驶时,所受的牵引力为零
C.汽车的最大速度为20m/s
D.当汽车速度为5m/s时,其加速度为6m/s2
11、质量为m的物体静止在光滑水平面上,从t=0时刻开始受到水平力的作用.力F的大小与时间t的关系如图所示,力的方向保持不变,则关于力F的功率以下说法正确的是(  )
A.3t0时刻的瞬时功率为
B.3t0时刻的瞬时功率为
C.在0~3t0时间内,平均功率为
D.在0~3 t0时间内,平均功率为
12、一个质量为50 kg的人乘坐电梯,由静止开始上升,整个过程中电梯对人做功的功率随时间变化的P-t图象如图所示,g=10 m/s2,加速和减速过程均为匀变速运动,则以下说法正确的是(  )
A. 图中P1的值为900 W
B. 图中P2的值为1 100 W
C. 电梯匀速阶段运动的速度为2 m/s
D. 电梯加速运动过程中对人所做的功大于减速阶段对人所做的功
三、非选择题
13、一辆重5 t的汽车,发动机的额定功率为80 kW。汽车从静止开始以加速度a=1 m/s2做匀加速直线运动,所受阻力为车重的0.06。(g取10 m/s2)求:
(1)汽车做匀加速直线运动的最长时间;
(2)汽车开始运动后第5 s末的瞬时功率;
(3)汽车的最大速度。
14、修建高层建筑时常用的有塔式起重机。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做匀加速直线运动,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vmax=1.02 m/s的匀速运动。g取10 m/s2,不计额外功,求
(1)起重机允许输出的最大功率。
(2)重物做匀加速直线运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率。
15、一辆质量为2.0×103 kg的汽车在平直公路上行驶,若汽车行驶过程中所受阻力恒力为f=2.5×103 N,且保持功率为80 kW.求:
(1)汽车在运动过程中所能达到的最大速度.
(2)汽车的速度为5 m/s时的加速度.
(3)汽车的加速度为0.75 m/s2时的速度.
16、在水平路面上运动的汽车的额定功率为100 kW,质量为10 t,设阻力恒定,且为车重的,g取10 m/s2。
(1)汽车在运动过程中所能达到的最大速度为多大
(2)若汽车以0.5 m/s2的加速度从静止开始做匀加速直线运动,这一过程能维持多长时间
(3)若汽车以额定功率从静止启动,当汽车的加速度为2 m/s2时,速度为多大
17、某中学生对刚买来的一辆小型遥控车的性能进行研究.他让这辆小车在水平的地面上由静止开始沿直线轨道运动,并将小车运动的全过程通过传感器记录下来,通过数据处理得到如图所示的v-t图像.已知小车在0~2 s内做匀加速直线运动,2~11 s内小车牵引力的功率保持不变,9~11 s内小车做匀速直线运动,在11 s末开始小车失去动力而自由滑行.已知小车质量m=1 kg,整个过程中小车受到的阻力大小不变,试求:
(1)在2~11 s内小车牵引力的功率P是多大?
(2)小车在2 s末的速度vx为多大?
(3)小车在2~9 s内通过的距离x是多少?
答案与解析
1.C
解析:由于P=fv,F-f=ma=,P=Fv',联立以上三式解得v'=,故选C。
2、D
解析:设船速原来为v,则阻力F阻=kv2,由于匀速运动,则牵引力F=kv2.此时牵引力的功率P1=kv2·v=kv3.同理可知,船速为2v时,牵引力的功率P2=k(2v)3,则=8.
3、C
解析:由于动车运行时所受的阻力与其速度成正比,所以动车以速度v匀速行驶时,受到的阻力大小为f=kv,此时动车受到的阻力大小和牵引力大小相等,故有P=Fv=fv=kv2。当动车以速度2v匀速行驶时,受到的阻力大小为f'=2kv=2f,所以此时发动机的功率为P'=f'·2v=2f·2v=4P,选项C正确。
4、D
解析:加速过程重物处于超重状态,钢绳拉力较大,匀速运动阶段钢绳的拉力为,故A错误;加速过程重物处于超重状态,钢绳拉力大于重力,故B错误;重物匀加速运动的末速度不是运动的最大速度,此时钢绳对重物的拉力大于其重力,故其速度小于,故C错误;重物匀加速运动的末速度为v1,此时的拉力为F=,由牛顿第二定律得:a==-g,故D正确
5、C
解析:由图可知,赛车的加速度随速度的变化而变化,故赛车做变加速直线运动,A错误。由题意知,赛车做加速运动,速度增大,结合图可知加速度减小,故B错误。对赛车受力分析,受重力、支持力、牵引力F和阻力f,根据牛顿第二定律,有F-f=ma,其中F=,联立得a=-;结合图线,可得k==400,故b=0.01 s/m,当赛车的速度最大时,加速度为零,由图可知a=0时,b==0.01 s/m,解得v=100 m/s,所以赛车最大速度为100 m/s,故D错误。由图像可知-=-4 m/s2,解得f=4×400 N=1 600 N,赛车速度最大时牵引力F等于阻力,发动机输出功率为P=Fv=1
600×100 W=160 kW,故C正确。
6、B
解析:首先计算滑块滑至斜面底端时的速度v.因为斜面是光滑的,因此物体在斜面上下滑的加速度为a=gsinθ.物体到斜面底端的速度为v== =,重力的即时功率为:P=Fvcosα=mg··cos(90°-θ)=mgsinθ.
7、B
解析:由于汽车以恒定功率行驶,所以根据公式P= Fv,可知速度减小时,汽车的牵引力逐渐增大,汽车的加速度方向沿斜坡向下,沿斜坡方向对汽车进行受力分析,汽车受到重力沿斜坡向下的分力、牵引力、阻力Ff设斜坡与水平路面间的夹角为θ,由牛顿第二定律得mgsin θ+Ff-F=ma,随F增大,a逐渐减小,B正确.
8、B
解析:由题意可得P=Fv,根据牛顿第二定律得:F-f=ma,-f=ma,联立解得=a+,匀速时有a=0,=,得阻力大小为f=
,图象的斜率大小为=,解得物体的质量为m=,故A错误,B正确.运动过程中,速度增大,由P=Fv知,拉力逐渐变小,故C错误.拉力F减小,合力减小,则物体先做加速度减小的变加速运动,当加速度为零时做匀速运动,根据条件不能求出加速运动的时间,故D错误.故选B.
9、BC
解析:0~t1时间内,汽车的速度随时间均匀增加,是匀加速运动,所以汽车的牵引力不变,加速度不变,功率增大,选项A错误,B正确;t1~t2时间内,汽车的功率保持不变,速度增大,所以汽车的牵引力减小,加速度也减小,选项C正确,D错误。
10、CD
解析:由P=Fv,F-Ff=ma可知,在汽车以额定功率启动的过程中,F逐渐变小,汽车的加速度a逐渐减小,但速度逐渐增大,当匀速行驶时,F=Ff,此时加速度为零,速度达到最大值,则vm==m/s=20m/s,故A、B错误,C正确;当汽车速度为5m/s时,由牛顿第二定律得-Ff=ma,解得a=6m/s2,故D正确.
11、BD
解析:B对,A错:0~2t0时间内,物体的加速度a1=,2t0时刻的速度v1=a1·2t0=,位移x1=;2t0~3t0时间内,加速度a2=,3t0时刻的速度v2=v1+a2t0=;2t0~3t0时间内的位移x2=,所以3t0时刻的瞬时功率P=3F0v2=.D对,C错:0~3t0时间内的平均功率===.
12、BC
解析:由于加速和减速过程均为匀变速运动,所以每个过程中电梯对人的作用力均为恒力。由题图可知在第2~5 s过程中,电梯匀速上升,电梯对人的支持力大小等于重力500 N。由P=Fv可知,电梯以2 m/s的速度匀速上升,C正确;电梯加速上升的末速度和减速上升的初速度均为2 m/s。其加速度分别为1 m/s2和0.5 m/s2。由牛顿第二定律得加速过程F2=mg+ma=550 N,减速过程F1=mg-ma2=475 N,故P2=F2v=1 100 W,P1=F1v=950 W。故A项错,B项正确;在P-t
图象中,图线与坐标轴所围的面积表示电梯对人的支持力所做的功,由图象易知,加速过程中电梯对人所做的功小于减速过程中电梯对人所做的功,D项错误。
13、答案:(1)10 s
(2)40 kW
(3)26.67 m/s
解析:(1)匀加速过程,由牛顿第二定律得
F-f=ma
则F=ma+f=8 000 N
匀加速运动的最大速度v== m/s=10 m/s
匀加速运动的时间t== s=10 s
(2)5 s末汽车的速度v'=at'=1×5 m/s=5 m/s
汽车的瞬时功率P'=Fv'=8 000×5 W=4×104 W=40 kW
(3)汽车达到最大速度后做匀速直线运动,由平衡条件可知,速度最大时汽车的牵引力F'=f=0.06mg=3 000 N
由P=Fv可知,汽车的最大速度
vm== m/s=26.67 m/s
14、答案:(1)5.1×104 W
(2)5 s 2.04×104 W
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=F0vmax, ①
F0=mg。 ②
代入数据,有:P0=5.1×104 W③
(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=Fv1, ④
F-mg=ma, ⑤
v1=at1, ⑥
由③④⑤⑥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,得:P=m(g+a)at=2.04×104 W。 ⑩
15、答案:(1)32 m/s
(2)6.75 m/s2
(3)20 m/s
解析:(1)汽车速度最大时,牵引力F=f=2.5×103 N,根据P=Fv得汽车在运动过程中所能达到的最大速度vmax==m/s=32 m/s.
(2)根据P=Fv得汽车的速度为v1=5 m/s时的牵引力
F1==N=1.6×104 N;
根据牛顿第二定律得,汽车的加速度a1==6.75 m/s2.
(3)根据牛顿第二定律得F2-f=ma2,汽车的加速度为a2=0.75 m/s2时的牵引力F2=ma2+f=4.0×103 N;
根据P=Fv,得汽车以0.75 m/s2的加速度运动时的速度v2==
m/s=20 m/s.
16、答案:(1)10 m/s (2) s (3) m/s
解析:(1)当汽车速度最大时,a1=0,F1=Ff,P=P额
故vmax== m/s=10 m/s
(2)汽车从静止开始做匀加速直线运动的过程中,a2=0.5 m/s2不变,则牵引力不变,v变大,P也变大,当P=P额时,此过程结束。
牵引力F2=Ff+ma2= N=1.5×104 N
汽车做匀加速直线运动的末速度
v2== m/s= m/s
则这一过程维持的时间t== s= s
(3)F3=Ff+ma3= N=3×104 N
v3== m/s= m/s
17、解析:(1)根据题意,在11
s末撤去牵引力后,小车只在阻力f作用下做匀减速直线运动,设其加速度大小为a,根据图像可知a==2 m/s2.
根据牛顿第二定律有f=ma=2 N.
设小车在匀速运动阶段的牵引力为F,则F=f,vm=8 m/s,
有P=Fvm=16 W.
(2)0~2 s的匀加速运动过程中,小车的加速度为ax==,
设小车的牵引力为Fx,根据牛顿第二定律有
Fx-f=max,
根据题意有P=Fxvx,
解得vx=4 m/s.
(3)在2~9 s内的变加速过程Δt=7 s,
由动能定理可得PΔt-fx=mv-mv,
解得小车通过的距离是x=44 m.