四川省2019高考物理复习全辑第4讲功和功率动能定理讲与练（，含解析）.docx

第4讲功和功率动能定理李仕才考试内容及要求知识内容学考要求2015.10考题2016.4考题2016.10考题2017.4考题2017.11考题2018.4考题2018.6考题追寻守恒量能量b功c121015功率c10、13重力势能c1310弹性势能b13动能和动能定理d202020202023一、功1做功的两个要素：力和物体在力的方向上发生的位移2功的公式：WFlcos .3功的正负(1)090，力F对物体做正功；(2)90，力F对物体不做功；(3)90 s1 s，重力的平均功率P W0.025 W，故A正确4(2018湖州、衢州、丽水三地市期末联考)某游乐场的滑梯可以简化为如图11所示竖直面内的ABCD轨道，AB为长L6 m、倾角37的斜轨道，BC为水平轨道，CD为半径R15 m、圆心角37的圆弧轨道，轨道AB段粗糙，其余各段均光滑一小孩(可视为质点)从A点以初速度v02 m/s沿轨道下滑，运动到D点时的速度恰好为零(不计经过B点时的能量损失)已知该小孩的质量m30 kg，取sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2，不计空气阻力，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求：图11(1)该小孩第一次经过圆弧轨道C点时，对圆弧轨道的压力；(2)该小孩与AB段的动摩擦因数；(3)该小孩在轨道AB上运动的总路程s.答案(1)420 N，方向竖直向下(2)0.25(3)21 m解析(1)由C到D速度减为0，由动能定理可得mg(RRcos )0mv解得vC2 m/s在C点，由牛顿第二定律得FNmgm，解得FN420 N根据牛顿第三定律，小孩第一次经过圆弧轨道C点时对轨道的压力为420 N，方向竖直向下(2)小孩从A运动到D的过程中，由动能定理得：mgLsin mgLcos mgR(1cos )0mv02可得：0.25(3)在AB斜轨上，mgcos 0，vA0令xtan (x1)(x2x1)0解得：tan 即arctan .1如图1所示，坐在雪撬上的人与雪橇的总质量为m，在与水平面成角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向右移动了一段距离l.已知雪橇与地面间的动摩擦因数为，雪橇受到的()图1A支持力做功为mgl B重力做功为mglC拉力做功为Flcos D滑动摩擦力做功为mgl 答案C解析支持力和重力方向与位移方向垂直，不做功，选项A、B错误；拉力和摩擦力做功分别为WFlcos ，W(mgFsin )l，选项C正确，D错误2(2015浙江10月学考12)快艇在运动中受到的阻力与速度平方成正比(即Ffkv2)若油箱中有20 L燃油，当快艇以10 m/s匀速行驶时，还能行驶40 km，假设快艇发动机的效率保持不变，则快艇以20 m/s匀速行驶时，还能行驶()A80 km B40 kmC10 km D5 km答案C解析设20 L燃油时发动机可提供的总功为W，由能量守恒定律得，当快艇以10 m/s匀速行驶时，WFf1x1kv12x1，当快艇以20 m/s匀速行驶时，WFf2x2kv22x2，可得x210 km，故C正确3(2018浙江名校协作体试题卷)特斯拉Model S标配全轮驱动双电机，Model S P100 D更有高性能后置电机，与高效率的前置电机联动，实现超跑级别的加速表现，仅需2.7 s，即可从静止加速至100 km/h.假设驾驶员与车总质量为2 200 kg，则在此加速过程中下列说法中正确的是()A合力做功约为8.5105 JB牵引力做功约为8.5105 JC合力做功的平均功率约为3 150 kWD牵引力做功的平均功率约为3 150 kW答案A解析v100 km/h27.8 m/sF合mam2.265104 Nlt37.53 mW合F合l8.5105 J合3.15105 W315 kW牵引力做功的平均功率大于合力做功的平均功率，选项A正确，选项B、C、D错误4(2017浙江11月学考10)如图2所示，质量为60 kg的某运动员在做俯卧撑运动，运动过程中可将她的身体视为一根直棒已知重心在c点，其垂线与脚、两手连线中点间的距离Oa、Ob分别为0.9 m和0.6 m若她在1 min内做了30个俯卧撑，每次肩部上升的距离均为0.4 m，则克服重力做的功和相应的功率约为()图2A430 J,7 W B4 300 J,70 WC720 J,12 W D7 200 J,120 W答案B解析设每次俯卧撑中，运动员重心变化的高度为h，由几何关系可得，即h0.24 m一次俯卧撑中，克服重力做功Wmgh60100.24 J144 J，所以1 min内克服重力做的总功为W总NW4 320 J，相应的功率P72 W，故B正确5(2017浙江11月学考13)如图3所示是具有登高平台的消防车，具有一定质量的伸缩臂能够在5 min内使承载4人的登高平台(人连同平台的总质量为400 kg)上升60 m到达灭火位置此后，在登高平台上的消防员用水炮灭火，已知水炮的出水量为3 m3/min，水离开炮口时的速率为20 m/s，则用于()图3A水炮工作的发动机输出功率约为1104 WB水炮工作的发动机输出功率约为4104 WC水炮工作的发动机输出功率约为2.4106 WD伸缩臂抬升登高平台的发动机输出功率约为800 W答案B解析若不计伸缩臂的质量，抬升登高平台的发动机输出功率P4001060 W800 W，但伸缩臂具有一定质量，发动机输出功率应大于800 W，故选项D错误在1 s内，喷出去水的质量为mV103 kg50 kg，喷出去水的重力势能为Epmgh501060 J3104 J，水的动能为Ekmv21104 J，所以1 s内水增加的能量为4104 J，所以水炮工作的发动机输出功率为4104 W，选项B正确，A、C错误6(2018浙江学考模拟)德国的设计师推出了一款名为“抛掷式全景球形相机”，来自德国柏林的5位设计师采用了36个手机用的摄像头并将其集成入一个球体内，如图4所示，该球形相机的质量却只有200 g，当你将它高高抛起，它便能记录下从你头顶上空拍摄的图象整个过程非常简单，你只需进行设定，让球形相机在飞到最高位置时自动拍摄即可假设你从手中竖直向上抛出相机，到达离抛出点10 m处进行全景拍摄，若忽略空气阻力的影响，g取10 m/s2，则你在抛出过程中对相机做的功为()图4A10 J B20 J C40 J D200 J答案B解析人对相机做的功Wmgh20 J，故B正确7一位身高1.8 m、质量50 kg的同学助跑跳起后，手指刚好能摸到篮球架的球框该同学站立举臂时，手指触摸到的最大高度为2.3 m已知篮球框距地面的高度约为3 m则在助跑起跳的整个过程中，该同学重力势能的增加量最接近()A35 J B350 J C1 150 J D1 500 J答案B解析在助跑起跳的整个过程中，该同学重力势能增加量Epmgh500(32.3) J350 J.8(2017诸暨市校级期末)如图5所示，轻质弹簧下悬挂一个小球，手掌托小球使之缓慢上移，弹簧恢复原长时迅速撤去手掌使小球开始下落不计空气阻力，取弹簧处于原长时的弹性势能为零撤去手掌后，下列说法正确的是()图5A刚撤去手掌瞬间，弹簧弹力等于小球重力B小球速度最大时，弹簧的弹性势能为零C弹簧的弹性势能最大时，小球速度为零D小球运动到最高点时，弹簧的弹性势能最大答案C解析刚撤去手掌时，小球处于运动最高点，弹簧处于原长，弹力为零，弹性势能为零，所以A、D错误；当小球速度最大时，加速度等于零，即弹力等于重力，弹簧弹性势能不为零，所以B错误；当小球下落到最低点时弹性势能最大，小球速度为零，故C正确9(2017临海市学考模拟)如图6所示，AB为四分之一圆弧轨道，BC为水平直轨道，圆弧的半径为R，BC的长度也是R.一质量为m的物体，与两个轨道间的动摩擦因数都为，它由轨道顶端A从静止开始下落，恰好运动到C处静止那么物体在AB段克服摩擦力所做的功为()图6A.mgR B.mgRCmgR D(1)mgR答案D解析设物体在AB段克服摩擦力所做的功为WAB，对物体从A到C的全过程，由动能定理得mgRWABmgR0，故WABmgRmgR(1)mgR.10(2017浙江省名校协作体高二联考)如图7所示，每到夏天在舟山的海滨浴场都会看到体育爱好者骑着水上摩托艇进行冲浪运动已知某一型号的水上摩托艇额定输出功率为P，最大速度为v，航行过程中所受到的阻力F阻与速度v2成正比，即F阻kv2.下列说法中正确的是()图7A摩托艇的最大牵引力为B以最高速度一半的速度匀速航行时，摩托艇的输出功率为C在额定输出功率下以最高时速航行时，摩托艇所受的阻力为D. 若要在最短时间内达到最大速度，摩托艇应做匀加速运动答案C解析由PFv知速度小时牵引力大，故A错误；以最大速度匀速航行时有PF阻vkv3，以最大速度一半的速度匀速航行时，有PF阻k()2P，故B错误；在额定输出功率下以最高时速航行时，由PFv，解得牵引力大小为F，这时阻力与牵引力大小相等，故C正确；若要在最短时间内达到最大速度，摩托艇应在额定功率下加速，故D错误11(2017杭州市学考模拟)一起重机将质量为m的货物由静止开始以加速度a匀加速提升，在t时间内上升h高度，设在t时间内起重机对货物的拉力做功为W和在时间t末拉力的瞬时功率为P，则()AWmah BWmghCPmgat DPm(ga)at答案D解析对货物受力分析，由牛顿第二定律得，Fmgma，起重机对货物的拉力为Fm(ga)，根据恒力做功的公式可得Wm(ga)h，故A、B错误；在时间t末，货物的速度为vat，根据瞬时功率的表达式可得Pm(ga)at，故C错误，D正确12某消防队员从一平台上跳下，下落2 m后双脚触地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲，使自身的重心又下降了0.5 m，在着地过程中地面对他双脚的平均作用力约为()A自身所受重力的2倍B自身所受重力的5倍C自身所受重力的8倍D自身所受重力的10倍答案B解析设地面对双脚的平均作用力为F，在全过程中，由动能定理得mg(Hh)Fh0，得Fmg5mg，B正确二、非选择题13(2015浙江10月学考20)如图8所示是公路上的“避险车道”，车道表面是粗糙的碎石，其作用是供下坡的汽车在刹车失灵的情况下避险质量m2.0103 kg的汽车沿下坡行驶，当驾驶员发现刹车失灵的同时发动机失去动力，此时速度表示数v136 km/h，汽车继续沿下坡匀加速直行l350 m、下降高度h50 m时到达“避险车道”，此时速度表示数v272 km/h.(g10 m/s2)图8(1)求从发现刹车失灵至到达“避险车道”这一过程汽车动能的变化量；(2)求汽车在下坡过程中所受的阻力；(3)若“避险车道”与水平面间的夹角为17，汽车在“避险车道”受到的阻力是在下坡公路上的3倍，求汽车在“避险车道”上运动的最大位移(sin 170.3)答案(1)3.0105 J(2)2.0103 N(3)33.3 m解析(1)由Ekmv22mv12得Ek3.0105 J(2)由动能定理有mghFflmv22mv12得Ff2.0103 N(3)设汽车在“避险车道”上运动的最大位移是x，由动能定理有(mgsin 173Ff)x0mv22得x33.3 m14(2017浙江11月学考20)如图9甲所示是游乐园的过山车，其局部可简化为如图乙的示意图，倾角37的两平行倾斜轨道BC、DE的下端与水平半圆形轨道CD顺滑连接，倾斜轨道BC的B端高度h24 m，倾斜轨道DE与圆弧EF相切于E点，圆弧EF的圆心O1、水平半圆轨道CD的圆心O2与A点在同一水平面上，DO1的距离L20 m质量m1 000 kg的过山车(包括乘客)从B点自静止滑下，经过水平半圆轨道后，滑上另一倾斜轨道，到达圆弧顶端F时乘客对座椅的压力为自身重力的0.25倍已知过山车在BCDE段运动时所受的摩擦力与轨道对过山车的支持力成正比，比例系数，EF段摩擦力不计，整个运动过程空气阻力不计(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)图9(1)求过山车过F点时的速度大小；(2)求从B到F整个运动过程中摩擦力对过山车做的功；(3)如果过D点时发现圆轨道EF段有故障，为保证乘客的安全，立即触发制动装置，使过山车不能到达EF段并保证不再下滑，则过山车受到的摩擦力至少应多大？答案(1)3 m/s(2)7.5104 J(3)6103 N解析(1)在F点由牛顿第二定律得：m人g0.25m人gm人，rLsin 12 m代入已知数据可得：vF3 m/s(2)根据动能定