第八章 机械能守恒定律 专题强化11 机车的两种启动方式（含解析）—2023-2024学年高中物理人教版必修二
文档属性
| 名称 | 第八章 机械能守恒定律 专题强化11 机车的两种启动方式（含解析）—2023-2024学年高中物理人教版必修二 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 329.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-02-21 15:51:55 | ||
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文档简介
专题强化11 机车的两种启动方式
1．(2023·江苏卷)质量为1.5×103 kg的汽车在水平路面上匀速行驶，速度为20 m/s，受到的阻力大小为1.8×103 N。此时，汽车发动机输出的实际功率是( )
A．90 W B．30 kW C．36 kW D．300 kW
2．(2023·盐城市大丰区新丰中学高一校联考期中)质量为2吨的汽车，发动机的额定功率为30 kW，在水平路面上能以72 km/h的最大速度匀速行驶。则汽车在该路面行驶时所受阻力为( )
A．1.5×103 N
B．2.5×103 N
C．3×103 N
D．5×103 N
3．质量为m的汽车启动后沿平直路面行驶，发动机的功率恒为P，行驶过程中受到的阻力大小一定。当汽车速度为v时，汽车做匀速运动；当汽车速度为时，汽车的瞬时加速度大小为( )
A. B. C. D.
4．质量为5 t的汽车，在水平路面上以加速度a＝2 m/s2启动，所受阻力大小恒为1.0×103 N，汽车启动后第1 s末发动机的瞬时功率是( )
A．2 kW
B．22 kW
C．1.1 kW
D．20 kW
5．一辆轿车在平直公路上运行，启动阶段轿车牵引力保持不变，而后以额定功率继续行驶，经过时间t0，其速度由零增大到最大值vm。若所受阻力Ff为恒力，关于轿车的速度v、牵引力F、功率P随时间t变化的情况不正确的是( )
6．一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，起重机达到额定功率P。以后起重机保持该功率不变，继续提升重物，直到达到最大速度v2为止，则整个过程中，下列说法正确的是(重力加速度为g)( )
A．钢绳的最大拉力为mg
B．钢绳的最大拉力为
C．重物平均速度大小为
D．重物匀加速运动的加速度为－g
7．(2023·南京市高一期末)某共享电动车和驾驶员的总质量为100 kg，电动车的额定功率为560 W。若电动车从静止开始以额定功率在水平路面沿直线行驶，行驶的最大速度为5.6 m/s，假定行驶中所受阻力恒定，重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是( )
A．电动车受到的阻力大小为100 N
B．加速阶段，电动车的加速度保持不变
C．当电动车的速度为4 m/s时，其加速度大小为1.4 m/s2
D．若电动车从静止开始以2 m/s2的加速度匀加速启动，匀加速时间共2.8 s
8．(2023·南通中学校考期中)汽车以速度v0在平直路面上匀速行驶，发动机的输出功率为P。某时刻起将汽车发动机的输出功率减为P，设汽车行驶过程中受到的阻力不变，输出功率减小后( )
A．汽车运动的平均速度为v0
B．汽车所受的牵引力先逐渐增大后不变
C．汽车先做匀减速直线运动，最终以v0匀速运动
D．汽车先做加速度增大的减速运动，最终以v0匀速运动
9．一辆汽车在平直的公路上由静止开始启动。在启动过程中，汽车牵引力的功率及其瞬时速度随时间的变化情况分别如图甲、乙所示。已知汽车所受阻力恒为重力的0.1倍，重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是( )
A．该汽车的质量为3 000 kg
B．vmax＝7.5 m/s
C．在前5 s内，阻力对汽车所做的功为50 kJ
D．在0～15 s内，牵引力对汽车做功250 kJ
10．(2023·泰州市高一期中)如图所示为某中学科技小组制作的利用太阳能驱动小车的装置，当太阳光照射到小车上方的光电板时，光电板中产生的电流经电动机带动小车前进。若小车保持牵引力恒定，在平直的路面上从静止开始运动，经过时间10秒前进距离5米时，电动机的功率恰好达到额定功率P，然后保持功率不变，达到最大速度。已知小车质量为2 kg，所受阻力为小车重力的0.1倍，重力加速度g＝10 m/s2，求：
(1)小车的额定功率；
(2)小车运动的最大速度大小。
11.如图所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做匀加速直线运动，加速度a＝2 m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率继续加速直到重物做vm＝6 m/s的匀速运动。g取10 m/s2，不计额外功。求：
(1)重物在匀加速运动时的牵引力；
(2)起重机在第2秒末的输出功率。
12.一赛车在平直赛道上以恒定功率200 kW加速运动，受到的阻力不变，加速度a和速度v的倒数的关系如图所示，则赛车( )
A．做匀加速直线运动
B．质量为200 kg
C．所受阻力大小为2 000 N
D．v′＝50 m/s时牵引力大小为2 000 N
专题强化练11 机车的两种启动方式
1．C [汽车匀速行驶，牵引力F等于阻力Ff，实际功率P＝Fv＝Ffv＝1.8×103×20 W＝3.6×104 W＝36 kW，故选项C正确。]
2．A [当汽车以72 km/h的最大速度匀速行驶时，牵引力F等于阻力Ff，有P＝Fvmax＝Ffvmax，代入数据，解得Ff＝1.5×103 N，故选A。]
3．C [当汽车速度为v时，汽车做匀速运动，有F＝Ff，根据功率与速度的关系得P＝Fv，汽车受到的阻力大小为Ff＝F＝，当车速为时，根据功率与速度的关系得，P＝F1·，则F1＝，根据牛顿第二定律得F1－Ff＝ma，解得汽车的瞬时加速度大小为a＝，故选C。]
4．B [根据牛顿第二定律得：F－Ff＝ma，则F＝Ff＋ma＝1 000 N＋5 000×2 N＝11 000 N，汽车第1 s末的速度大小为v＝at＝2×1 m/s＝2 m/s，所以汽车启动后第1 s末发动机的瞬时功率为P＝Fv＝11 000×2 W＝22 000 W＝22 kW，故B正确。]
5．A [轿车以恒定的牵引力F启动，由a＝得，轿车先做匀加速运动，由P＝Fv知，轿车输出功率均匀增加，当功率达到额定功率后，不再变化，牵引力减小，加速度减小，轿车做加速度逐渐减小的加速运动，当F＝Ff时，速度达到最大，之后轿车做匀速运动，选项B、C、D正确，选项A错误。]
6．D [匀加速提升重物时钢绳的拉力最大，且等于匀加速结束时的拉力，即F＝＝ma＋mg，故A、B错误；因重物匀加速运动结束以后做的是变加速运动，因此重物的平均速度大小不等于，重物做匀加速运动的加速度a＝＝－g，故C错误，D正确。]
7．A [依题意，可得电动车受到的阻力大小为Ff＝＝ N＝100 N，故A正确；加速阶段，根据牛顿第二定律有－Ff＝ma，速度增大，则电动车的加速度逐渐减小，故B错误；根据－Ff＝ma，当电动车的速度为4 m/s时，其加速度大小为a＝0.4 m/s2，故C错误；若电动车从静止开始以2 m/s2的加速度匀加速启动，根据牛顿第二定律有F－Ff＝ma′，可得此过程的牵引力大小F＝300 N，当功率达到额定功率时，匀加速运动结束，此时速度大小为v＝＝ m/s＝ m/s，则所用时间为t＝＝ s，故D错误。]
8．B [发动机的输出功率为P，汽车做匀速运动时v0＝，发动机的输出功率为P，汽车最终做匀速运动时v′＝＝v0，所以整个过程汽车运动的平均速度应大于v0，A错误；根据P＝Fv，当功率减小为P时，牵引力也减半，由于汽车受到的阻力不变，所以汽车做减速运动，随着速度的减小，牵引力增大，直到等于阻力时，以后牵引力不变，故B正确；汽车在减速阶段，根据牛顿第二定律Ff－F＝ma，根据上述分析可知，加速度逐渐变小，当加速度减小到零后汽车匀速运动，匀速运动的速度为v0，C、D错误。]
9．D [第5 s时，汽车的功率达到额定功率，前5 s由牛顿第二定律可知F－Ff＝ma，P额＝Fv，Ff＝0.1mg，联立解得F＝4 000 N，m＝2 000 kg，故A错误；汽车的最大速度vmax＝＝10 m/s，故B错误；在前5 s内，汽车做匀加速直线运动，由题图乙可知前5 s的位移x1＝
m＝12.5 m，阻力对汽车所做的功为Wf＝－Ffx1＝－0.1mgx1＝－25 kJ，故C错误；在0～5 s内，牵引力恒定，则牵引力做的功W1＝Fx1＝50 000 J，在5～15 s内，汽车功率恒定，则牵引力做的功W2＝P额t＝200 000 J，在0～15 s内，牵引力对汽车做功W＝W1＋W2＝250 kJ，故D正确。]
10．(1)2.2 W (2)1.1 m/s
解析 (1)根据题意可知小车在0～10 s内做匀加速直线运动，则有
x＝at2
解得a＝＝ m/s2＝0.1 m/s2
根据牛顿第二定律可得
F－Ff＝ma
可得F＝Ff＋ma＝0.1mg＋ma＝2.2 N
t＝10 s时小车的速度大小为
v＝at＝0.1×10 m/s＝1 m/s
小车的额定功率为
P＝Fv＝2.2×1 W＝2.2 W
(2)当牵引力等于阻力时，小车的速度达到最大，则有
vm＝＝ m/s＝1.1 m/s。
11．(1)6×104 N，方向竖直向上
(2)2.4×105 W
解析 (1)根据牛顿第二定律可得F－mg＝ma，
代入数据可得，重物在匀加速运动时的牵引力为F＝6×104 N，方向竖直向上
(2)当起重机以其输出功率允许的最大值使重物匀速运动时有F′＝mg
则起重机允许输出的最大功率为Pm＝F′vm＝5×103×10×6 W＝3×105 W
重物做匀加速运动的末速度v＝＝ m/s＝5 m/s，由v＝at知重物做匀加速运动的时间t＝＝2.5 s，故重物在第2秒末的速度为v2＝at2＝4 m/s，则起重机在第2秒末的输出功率为P＝Fv2＝6×104×4 W＝2.4×105 W。
12．C [由题图可知，加速度变化，赛车不做匀加速直线运动，故A错误；当赛车的速度最大时，加速度为零，由题图可知最大速度v＝100 m/s，此时有P＝Ffv，可得Ff＝2 000 N，故C正确；图线的反向延长线与纵轴的交点为a0＝－4 m/s2，根据牛顿第二定律有F－Ff＝ma，其中F＝，可得－Ff＝ma，则有a＝－，由题图可得此时有Ff＝－ma0，可得m＝
500 kg，故B错误；v′＝50 m/s时，F′＝＝ N＝4 000 N，故D错误。]
1．(2023·江苏卷)质量为1.5×103 kg的汽车在水平路面上匀速行驶，速度为20 m/s，受到的阻力大小为1.8×103 N。此时，汽车发动机输出的实际功率是( )
A．90 W B．30 kW C．36 kW D．300 kW
2．(2023·盐城市大丰区新丰中学高一校联考期中)质量为2吨的汽车，发动机的额定功率为30 kW，在水平路面上能以72 km/h的最大速度匀速行驶。则汽车在该路面行驶时所受阻力为( )
A．1.5×103 N
B．2.5×103 N
C．3×103 N
D．5×103 N
3．质量为m的汽车启动后沿平直路面行驶，发动机的功率恒为P，行驶过程中受到的阻力大小一定。当汽车速度为v时，汽车做匀速运动；当汽车速度为时，汽车的瞬时加速度大小为( )
A. B. C. D.
4．质量为5 t的汽车，在水平路面上以加速度a＝2 m/s2启动，所受阻力大小恒为1.0×103 N，汽车启动后第1 s末发动机的瞬时功率是( )
A．2 kW
B．22 kW
C．1.1 kW
D．20 kW
5．一辆轿车在平直公路上运行，启动阶段轿车牵引力保持不变，而后以额定功率继续行驶，经过时间t0，其速度由零增大到最大值vm。若所受阻力Ff为恒力，关于轿车的速度v、牵引力F、功率P随时间t变化的情况不正确的是( )
6．一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，起重机达到额定功率P。以后起重机保持该功率不变，继续提升重物，直到达到最大速度v2为止，则整个过程中，下列说法正确的是(重力加速度为g)( )
A．钢绳的最大拉力为mg
B．钢绳的最大拉力为
C．重物平均速度大小为
D．重物匀加速运动的加速度为－g
7．(2023·南京市高一期末)某共享电动车和驾驶员的总质量为100 kg，电动车的额定功率为560 W。若电动车从静止开始以额定功率在水平路面沿直线行驶，行驶的最大速度为5.6 m/s，假定行驶中所受阻力恒定，重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是( )
A．电动车受到的阻力大小为100 N
B．加速阶段，电动车的加速度保持不变
C．当电动车的速度为4 m/s时，其加速度大小为1.4 m/s2
D．若电动车从静止开始以2 m/s2的加速度匀加速启动，匀加速时间共2.8 s
8．(2023·南通中学校考期中)汽车以速度v0在平直路面上匀速行驶，发动机的输出功率为P。某时刻起将汽车发动机的输出功率减为P，设汽车行驶过程中受到的阻力不变，输出功率减小后( )
A．汽车运动的平均速度为v0
B．汽车所受的牵引力先逐渐增大后不变
C．汽车先做匀减速直线运动，最终以v0匀速运动
D．汽车先做加速度增大的减速运动，最终以v0匀速运动
9．一辆汽车在平直的公路上由静止开始启动。在启动过程中，汽车牵引力的功率及其瞬时速度随时间的变化情况分别如图甲、乙所示。已知汽车所受阻力恒为重力的0.1倍，重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是( )
A．该汽车的质量为3 000 kg
B．vmax＝7.5 m/s
C．在前5 s内，阻力对汽车所做的功为50 kJ
D．在0～15 s内，牵引力对汽车做功250 kJ
10．(2023·泰州市高一期中)如图所示为某中学科技小组制作的利用太阳能驱动小车的装置，当太阳光照射到小车上方的光电板时，光电板中产生的电流经电动机带动小车前进。若小车保持牵引力恒定，在平直的路面上从静止开始运动，经过时间10秒前进距离5米时，电动机的功率恰好达到额定功率P，然后保持功率不变，达到最大速度。已知小车质量为2 kg，所受阻力为小车重力的0.1倍，重力加速度g＝10 m/s2，求：
(1)小车的额定功率；
(2)小车运动的最大速度大小。
11.如图所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做匀加速直线运动，加速度a＝2 m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率继续加速直到重物做vm＝6 m/s的匀速运动。g取10 m/s2，不计额外功。求：
(1)重物在匀加速运动时的牵引力；
(2)起重机在第2秒末的输出功率。
12.一赛车在平直赛道上以恒定功率200 kW加速运动，受到的阻力不变，加速度a和速度v的倒数的关系如图所示，则赛车( )
A．做匀加速直线运动
B．质量为200 kg
C．所受阻力大小为2 000 N
D．v′＝50 m/s时牵引力大小为2 000 N
专题强化练11 机车的两种启动方式
1．C [汽车匀速行驶，牵引力F等于阻力Ff，实际功率P＝Fv＝Ffv＝1.8×103×20 W＝3.6×104 W＝36 kW，故选项C正确。]
2．A [当汽车以72 km/h的最大速度匀速行驶时，牵引力F等于阻力Ff，有P＝Fvmax＝Ffvmax，代入数据，解得Ff＝1.5×103 N，故选A。]
3．C [当汽车速度为v时，汽车做匀速运动，有F＝Ff，根据功率与速度的关系得P＝Fv，汽车受到的阻力大小为Ff＝F＝，当车速为时，根据功率与速度的关系得，P＝F1·，则F1＝，根据牛顿第二定律得F1－Ff＝ma，解得汽车的瞬时加速度大小为a＝，故选C。]
4．B [根据牛顿第二定律得：F－Ff＝ma，则F＝Ff＋ma＝1 000 N＋5 000×2 N＝11 000 N，汽车第1 s末的速度大小为v＝at＝2×1 m/s＝2 m/s，所以汽车启动后第1 s末发动机的瞬时功率为P＝Fv＝11 000×2 W＝22 000 W＝22 kW，故B正确。]
5．A [轿车以恒定的牵引力F启动，由a＝得，轿车先做匀加速运动，由P＝Fv知，轿车输出功率均匀增加，当功率达到额定功率后，不再变化，牵引力减小，加速度减小，轿车做加速度逐渐减小的加速运动，当F＝Ff时，速度达到最大，之后轿车做匀速运动，选项B、C、D正确，选项A错误。]
6．D [匀加速提升重物时钢绳的拉力最大，且等于匀加速结束时的拉力，即F＝＝ma＋mg，故A、B错误；因重物匀加速运动结束以后做的是变加速运动，因此重物的平均速度大小不等于，重物做匀加速运动的加速度a＝＝－g，故C错误，D正确。]
7．A [依题意，可得电动车受到的阻力大小为Ff＝＝ N＝100 N，故A正确；加速阶段，根据牛顿第二定律有－Ff＝ma，速度增大，则电动车的加速度逐渐减小，故B错误；根据－Ff＝ma，当电动车的速度为4 m/s时，其加速度大小为a＝0.4 m/s2，故C错误；若电动车从静止开始以2 m/s2的加速度匀加速启动，根据牛顿第二定律有F－Ff＝ma′，可得此过程的牵引力大小F＝300 N，当功率达到额定功率时，匀加速运动结束，此时速度大小为v＝＝ m/s＝ m/s，则所用时间为t＝＝ s，故D错误。]
8．B [发动机的输出功率为P，汽车做匀速运动时v0＝，发动机的输出功率为P，汽车最终做匀速运动时v′＝＝v0，所以整个过程汽车运动的平均速度应大于v0，A错误；根据P＝Fv，当功率减小为P时，牵引力也减半，由于汽车受到的阻力不变，所以汽车做减速运动，随着速度的减小，牵引力增大，直到等于阻力时，以后牵引力不变，故B正确；汽车在减速阶段，根据牛顿第二定律Ff－F＝ma，根据上述分析可知，加速度逐渐变小，当加速度减小到零后汽车匀速运动，匀速运动的速度为v0，C、D错误。]
9．D [第5 s时，汽车的功率达到额定功率，前5 s由牛顿第二定律可知F－Ff＝ma，P额＝Fv，Ff＝0.1mg，联立解得F＝4 000 N，m＝2 000 kg，故A错误；汽车的最大速度vmax＝＝10 m/s，故B错误；在前5 s内，汽车做匀加速直线运动，由题图乙可知前5 s的位移x1＝
m＝12.5 m，阻力对汽车所做的功为Wf＝－Ffx1＝－0.1mgx1＝－25 kJ，故C错误；在0～5 s内，牵引力恒定，则牵引力做的功W1＝Fx1＝50 000 J，在5～15 s内，汽车功率恒定，则牵引力做的功W2＝P额t＝200 000 J，在0～15 s内，牵引力对汽车做功W＝W1＋W2＝250 kJ，故D正确。]
10．(1)2.2 W (2)1.1 m/s
解析 (1)根据题意可知小车在0～10 s内做匀加速直线运动，则有
x＝at2
解得a＝＝ m/s2＝0.1 m/s2
根据牛顿第二定律可得
F－Ff＝ma
可得F＝Ff＋ma＝0.1mg＋ma＝2.2 N
t＝10 s时小车的速度大小为
v＝at＝0.1×10 m/s＝1 m/s
小车的额定功率为
P＝Fv＝2.2×1 W＝2.2 W
(2)当牵引力等于阻力时，小车的速度达到最大，则有
vm＝＝ m/s＝1.1 m/s。
11．(1)6×104 N，方向竖直向上
(2)2.4×105 W
解析 (1)根据牛顿第二定律可得F－mg＝ma，
代入数据可得，重物在匀加速运动时的牵引力为F＝6×104 N，方向竖直向上
(2)当起重机以其输出功率允许的最大值使重物匀速运动时有F′＝mg
则起重机允许输出的最大功率为Pm＝F′vm＝5×103×10×6 W＝3×105 W
重物做匀加速运动的末速度v＝＝ m/s＝5 m/s，由v＝at知重物做匀加速运动的时间t＝＝2.5 s，故重物在第2秒末的速度为v2＝at2＝4 m/s，则起重机在第2秒末的输出功率为P＝Fv2＝6×104×4 W＝2.4×105 W。
12．C [由题图可知，加速度变化，赛车不做匀加速直线运动，故A错误；当赛车的速度最大时，加速度为零，由题图可知最大速度v＝100 m/s，此时有P＝Ffv，可得Ff＝2 000 N，故C正确；图线的反向延长线与纵轴的交点为a0＝－4 m/s2，根据牛顿第二定律有F－Ff＝ma，其中F＝，可得－Ff＝ma，则有a＝－，由题图可得此时有Ff＝－ma0，可得m＝
500 kg，故B错误；v′＝50 m/s时，F′＝＝ N＝4 000 N，故D错误。]