2020届高考物理总复习第五章机械能核心素养提升练十四5.1功和功率（含解析）新人教版.docx

功和功率(45分钟100分)(20分钟50分)一、选择题(本题共5小题，每小题7分，共35分。14题为单选题，5题为多选题)1.(2018通化模拟)如图所示，用与水平方向成角的轻绳拉小物体，小物体水平向右做匀速直线运动，运动的距离为L，绳中拉力大小恒为F，则拉力做的功为()A.FLB.FLsinC.FLcosD.FLtan【解析】选C。F为恒力，恒力F做功为W=FLcos，故C正确，A、B、D错误。2.以初速度v0竖直向上抛出一质量为m的小球，上升的最大高度是h，如果空气阻力Ff的大小恒定，从抛出到落回出发点的整个过程中，空气阻力对小球做的功为()A.0B.-FfhC.-2mghD.-2Ffh【解析】选D。上升过程空气阻力对小球做的功为W1=-Ffh，下降过程空气阻力对小球做的功为W2=-Ffh，所以整个过程中空气阻力对小球做的功为W=W1+W2=-2Ffh，故A、B、C错误，D正确。3.如图所示，质量为m的物块与转台之间的最大静摩擦力为物块重力的k倍，物块与转轴OO相距R，物块随转台由静止开始转动，当转速缓慢增加到一定值时，物块即将在转台上滑动，在物块由静止到相对滑动的瞬间的过程中，转台的摩擦力对物块做的功为()A.0B.2kmgRC.2kmgRD.0.5kmgR【解析】选D。根据牛顿第二定律得kmg=m，根据动能定理得W=mv2=kmgR，故D正确，A、B、C错误。4.一辆CRH2型动车组的总质量M=2105 kg，额定输出功率为4 800 kW。假设该动车组在水平轨道上运动时的最大速度为270 km/h，受到的阻力Ff与速度v满足Ff=kv。当匀速行驶的速度为最大速度的一半时，动车组的输出功率为()A.600 kWB.1 200 kWC.2 400 kWD.4 800 kW【解析】选B。vm=270 km/h=75 m/s，动车组以最大速度行驶时的牵引力大小F= = N=6.4104 N，动车组以最大速度行驶时的牵引力大小与阻力的大小相等，则Ff=6.4104 N，所以k= Ns/m=853.3 Ns/m；机车匀速行驶的速度为最大速度的一半时，v=37.5 m/s，动车组受到的阻力为Ff=kv=853.337.5 N=3.2104 N，机车匀速行驶的速度为最大速度的一半时，动车组的输出功率为P=Fv=Ffv=3.210437.5 W=1.2106 W=1 200 kW，故A、C、D错误，B正确。5.(创新预测)一辆质量为m的汽车在平直公路上以功率P、速度v0匀速行驶时，牵引力为F0。现汽车以恒定的功率P驶上倾角为30的斜坡，已知汽车在斜坡上行驶时所受的摩擦阻力是在平直路面上的，重力加速度为g，则下列说法中正确的是()A.汽车在斜坡上达到最大速度时牵引力为F0B.汽车在斜坡上达到最大速度时牵引力为F0+mgC.汽车能达到的最大速度为v0D.汽车能达到的最大速度为【解析】选B、D。汽车在平直公路上匀速行驶时，牵引力等于阻力，则Ff=F0，当汽车在斜坡上匀速运动时速度最大，则F-mgsin30-F0=0，解得F=F0+mg，故A错误，B正确；由P=Fv得汽车的最大速度为vm=，故C错误，D正确。【总结提升】解答机车启动问题的三个重要关系式(1)无论哪种启动过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即vm=。(2)机车以恒定加速度启动时，匀加速过程结束后功率最大，速度不是最大，即v=vm=。(3)机车以恒定功率运行时，牵引力做的功W=Pt，由动能定理得Pt-F阻x=Ek，此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移或速度。二、计算题(本题共15分，需写出规范的解题步骤)6.(2019佛山模拟)如图是游乐场的一项娱乐设备。一环形座舱装在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由落下，落到一定位置时，制动系统启动，到地面时刚好停下。已知座舱开始下落的高度为H=75 m，当落到离地面h=30 m的位置时开始制动，座舱均匀减速。在一次娱乐中，某同学把质量m=6 kg的书包放在自己的腿上。g取10 m/s2，不计座舱与柱子间的摩擦力及空气阻力。(1)当座舱落到离地面h1=60 m和h2=20 m的位置时，求书包对该同学腿部的压力是多大。(2)若环形座舱的质量M=4103 kg，求制动过程中机器输出的平均功率。【解析】(1)当座舱距地面h1=60 m时，书包处于完全失重状态，故书包对该同学的压力F1=0座舱自由下落高度为H-h=(75-30)m=45 m时，座舱开始制动，设此时的速度为v，由运动学公式得：v2=2g(H-h)座舱制动过程做匀减速直线运动，设其加速度大小为a，则有：v2=2ah联立解得：a=15 m/s2方向竖直向上设此过程中书包受到腿的支持力为F2，根据牛顿第二定律，对书包有：F2-mg=ma代入数据可得：F2=150 N根据牛顿第三定律有：该同学腿部受到的压力：F2=F2=150 N(2)设制动过程中座舱所受的制动力为F，经历的时间为t，由运动学公式得：h=vt-at2根据牛顿第二定律，对座舱有：F-Mg=Ma座舱克服制动力做功W=Fh机器输出的平均功率P=联立解得：P=1.5106 W答案：(1)0 150 N(2)1.5106 W(25分钟50分)7.(7分)(2018太原模拟)如图所示，两个人利用机械装置提升相同的重物。已知重物匀速上升，相同的时间内两重物提升的高度相同。不考虑滑轮的质量及摩擦，在重物上升的过程中人拉力的作用点保持不变，则(一直小于30) ()A.站在地面的人比站在二楼的人省力B.站在地面的人对绳的拉力越来越大C.站在二楼的人对绳的拉力越来越大D.同一时刻，二楼的人对绳拉力的功率小于地面的人对绳拉力的功率【解析】选C。设重物质量为m，对重物受力分析，则有站在地面的人对绳的拉力FT=mg，站在二楼的人对绳的拉力FT= ，重物匀速上升过程中，增大，cos减小，所以站在二楼的人对绳的拉力越来越大，站在地面的人对绳的拉力不变，故B错误，C正确；由于不知具体数值，所以无法比较站在地面的人对绳的拉力与站在二楼的人对绳的拉力的大小，故A错误；根据动能定理，人对绳拉力的功等于克服物体重力做的功，所以人对绳拉力的功相等，所以二楼的人对绳拉力的功率等于地面的人对绳拉力的功率，故D错误。8.(7分)某位工人师傅用如图所示的装置，将重物从地面沿竖直方向拉到楼上，在此过程中，工人师傅沿地面以速度v向右匀速直线运动，当质量为m的重物上升高度为h时轻绳与水平方向成角(重力加速度大小为g，滑轮的质量和摩擦均不计)，在此过程中，下列说法正确的是()A.人的速度比重物的速度小B.轻绳对重物的拉力小于重物的重力C.重物的加速度不断增大D.绳的拉力对重物做功为mgh+m(vcos)2【解题指导】解答本题应注意以下三点：(1)将人的速度分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向，沿绳子方向的速度等于重物的速度。(2)根据重物的速度变化确定运动和受力情况。(3)根据动能定理求拉力对重物做的功。【解析】选D。将人的速度分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向，沿绳子方向的速度等于重物的速度，根据平行四边形定则得，vG=vcos，人在匀速向右运动过程中，绳子与水平方向的夹角减小，所以重物的速度增大，重物做加速上升运动，且拉力大于重物的重力，故A、B错误；由vG=vcos可知重物的加速度减小，故C错误；根据动能定理得W-mgh=m-0，解得W=mgh+m(vcos)2，故D正确。9.(7分)(多选)如图所示，质量为m的小车在水平恒力F的推动下，从山坡(粗糙)底部A处由静止运动至高为h的山坡顶部B处，获得的速度为v，A、B之间的水平距离为x，重力加速度为g。下列说法正确的是()A.重力对小车做功mghB.推力对小车做功FxC.合外力对小车做的功为Fx-mghD.小车克服摩擦阻力做的功为Fx-mgh-mv2【解析】选B、D。重力对小车做负功，则WG=-mgh，故A错误；力F是恒力，在力的方向上的位移为x，所以WF=Fx，故B正确；W合=Fx-mgh-W阻，故C错误；对小车从A运动到B的过程运用动能定理得，Fx-mgh-W阻=mv2 -0，解得W阻=Fx-mgh-mv2，故D正确。10.(7分)(多选)如图所示为某汽车在平直公路上启动时发动机功率P随时间t变化的图象，P0为发动机的额定功率。已知在t2时刻汽车的速度已经达到最大值vm，汽车所受阻力大小与速度大小成正比。由此可得()A.在t3时刻，汽车速度一定等于vmB.在t1t2时间内，汽车一定做匀速运动C.在t2t3时间内，汽车一定做匀速运动D.在发动机功率达到额定功率前，汽车一定做匀加速运动【解析】选A、C。已知在t2时刻汽车的速度已经达到最大值vm，此后汽车做匀速直线运动，速度不变，所以在t3时刻，汽车速度一定等于vm，故A正确；0t1时间内汽车的功率均匀增加，汽车所受阻力增大，汽车做变加速直线运动，汽车的功率在t1时刻达到额定功率，根据P=Fv，速度继续增大，牵引力减小，则加速度减小，则在t1t2时间内汽车做加速度减小的加速运动，故B、D错误；在t2t3时间内，汽车已达到最大速度，且功率保持不变，汽车一定做匀速直线运动，故C正确。【加固训练】一汽车在平直公路上行驶。从某时刻开始计时，发动机的功率P随时间t的变化如图所示。假定汽车所受阻力的大小Ff恒定不变。下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图线中，可能正确的是()【解析】选A。当牵引力大于阻力时，机车加速运动，但速度的增加会导致牵引力变小，机车所受的合力变小，机车的加速度变小，故机车的运动为加速度不断变小的加速运动，直到加速度等于零变为匀速直线运动，故0t1时间内，是一个恒定功率加速过程，直到变为匀速直线运动，t1t2时间内，是另一个恒定功率加速过程，直到变为匀速直线运动，故A项正确。11.(7分)(多选)(2018新余模拟)一个物体在拉力F的作用下在倾角=30的粗糙斜面上向上始终匀速运动，物体与斜面的动摩擦因数=0.5，F与斜面的夹角从零逐渐增大，物体离开斜面前，拉力F的大小与F的功率P的变化情况()A.F变大B.P一直变小C.F先变小后变大D.P一直变大【解析】选B、C。对物体受力分析可知，Fcos-mgsin-(mgcos-Fsin)=0，解得F=，当+=90时F最小，故A错误，C正确；故拉力的瞬时功率为P=Fvcos=，当增大时，P减小，故B正确，D错误。12.(15分)(2018衡水模拟)如图甲所示，在水平路段AB上有一质量为2103 kg的汽车(可视为质点)，正以10 m/s的速度向右匀速运动，汽车前方的水平路段BC较粗糙，汽车通过整个ABC路段的v-t图象如图乙所示(在t=15 s处水平虚线与曲线相切)，运动过程中汽车发动机的输出功率保持20 kW不变，假设汽车在两个路段上受到的阻力(含地面摩擦力和空气阻力等)各自有恒定的大小。求：(1)汽车在AB路段上运动时所受阻力Ff1的大小。(2)汽车刚好开过B点时加速度a的大小。(3)BC路段的长度。【解题指导】解答本题应注意以下两点：(1)根据v-t图象可知，汽车在AB路段和t=15 s以后均做匀速运动，阻力与牵引力大小分别相等。(2)汽车在BC路段做非匀变速直线