2023年高三物理二轮复习练08 机车启动问题与三大力场中的变力做功问题

2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破

专题08机车启动问题与三大力场中的变力做功问题

专练目标专练内容

目标1高考真题（IT—4T）

目标2两类机车启动计算类问题（5T-8T）

目标3两类机车启动图像类问题（9T-12T）

目标4重力场中的变力做功问题（13T—16T）

目标5电磁场中的变力做功问题（17T—20T）

【典例专练】

一、高考真题

1.如图所示，粗糙程度处处相同的水平桌面上有一长为A的轻质细杆，一端可绕竖直光滑轴。转动，另一

端与质量为加的小木块相连。木块以水平初速度%出发，恰好能完成一个完整的圆周运动。在运动过程中，

木块所受摩擦力的大小为（）

2πL4πrLSπL∖6πL

2.“复兴号”动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。总质量为力的动车组在平直的轨道上行驶。

该动车组有四节动力车厢，每节车厢发动机的额定功率均为P,若动车组所受的阻力与其速率成正比

（够=人，左为常量），动车组能达到的最大速度为%。下列说法正确的是（）

A.动车组在匀加速启动过程中，牵引力恒定不变

B.若四节动力车厢输出功率均为额定值，则动车组从静止开始做匀加速运动

C.若四节动力车厢输出的总功率为2.25P,则动车组匀速行驶的速度为

D.若四节动力车厢输出功率均为额定值，动车组从静止启动，经过时间,达到最大速度%,则这一过程中

该动车组克服阻力做的功为;a%?-H

3.小明用额定功率为1200W、最大拉力为300N的提升装置，把静置于地面的质量为20kg的重物竖直提升

到高为85.2m的平台，先加速再匀速，最后做加速度大小不超过5m∕s2的匀减速运动，到达平台的速度刚好

为零，g取IOm/s"则提升重物的最短时间为（）

A.13.2sB.14.2sC.15.5sD.17.0s

4.额定功率相同的甲、乙两车在同一水平路面上从静止启动，其发动机的牵引力随时间的变化曲线如图所

示。两车分别从乙和4时刻开始以额定功率行驶，从4和a时刻开始牵引力均视为不变。若两车行驶时所受

的阻力大小与重力成正比，且比例系数相同，则（）

A.甲车的总重比乙车大B.甲车比乙车先开始运动

C.甲车在4时刻和乙车在4时刻的速率相同D.甲车在G时刻和乙车在4时刻的速率相同

二、两类机车启动计算类问题

5.上海市区运行着装备超级电容的快充高智能超级电容公交车，此公交车在乘客上下车的间隙进行充电，

充电不到IOOS就能行驶6km,此公交车质量为1.5χl（）4kg,最大功率为3.0x105W。公交车运行线路始终在

同一水平面内，正常运行时受到的阻力恒为车重的5,公交车由静止开始启动，最快只需要30s就能达到

最大速度，取重力加速度大小g=10m∕s2,则公交车从静止启动到速度最大时通过的路程的最小值为（）

A.300mB.400mC.500mD.600m

6.高速磁悬浮列车在水平长直轨道上的模拟运行图如图所示，列车由质量均为〃，的5节车厢组成，其中1

号车厢为动力车厢。列车由静止开始以额定功率尸运行，经过一段时间达到最大速度，列车向右运动过程

中，1号车厢会受到前方空气的阻力，假设车厢碰到空气前空气的速度为0,碰到空气后空气的速度立刻与

列车速度相同，已知空气密度为外1号车厢的迎风面积（垂直运动方向上的投影面积）为S,不计其他阻

力，忽略2号、3号、4号、5号车厢受到的空气阻力。当列车以额定功率运行到速度为最大速度的一半时,

2号车厢对3号车厢的作用力大小为（）

///////Z/Z/////ZZ/Z///Z/////Z//ZZ////Z//////

A.B.∖^[prpsC.京派D-会研

7.2021年7月20S,我国具有完全自主知识产权的时速600公里的高速磁悬浮列车在山东青岛成功下线。

若磁悬浮列车的质量为M,在平直轨道上从静止开始做加速直线运动，经时间，前进的距离为L此时车速

达到最大值％，设此过程中列车牵引力的功率恒为尸，所受的阻力恒为车重的4倍，重力加速度大小为g,

则在此段时间内牵引力所做的功可表示为（）

1

D.^Mvn^+kMgL

A.PtB.kMgLC.kMgymt

8.2019年12月17日，我国第一艘国产航空母舰"山东舰"正式交付海军，"山东舰"发动机最大输出功率为

P,最大航行速度为％，其航行时所受的阻力随速度增大而增大，某次直线航行过程中，下列说法中正确的

是（）

A.若〃山东舰〃匀加速启动，则在匀加速阶段，发动机提供的牵引力大小恒定

B.若"山东舰"以恒定功率尸启动，经时间/后速度达％，则有已=5加4

C.若"山东舰"以'匀速航行时，所受的阻力为C

%

D.若"山东舰"以£匀速航行时，发动机输出功率小于?

三、两类机车启动图像类问题

9.送药机器人为打赢疫情阻击战作出了巨大的贡献。如图甲所示，在某次送药过程中，送药机器人"艾米"

（图中末画出）的输出功率恒为P,在水平地面48段，"艾米"速度为匕向右匀速运动，前方的水平地面BC

段铺有地毯，阻力较大。:时刻“艾米”到达5点且通过整个路段的回图像如图乙所示，在弓时刻图线与水

平虚线相切，此时"艾米”的速度为匕且恰好到达C点。假设“艾米"在两个路段上所受阻力均恒定，由以上条

件不能求出的是（）

A."艾米"在48段上所受的阻力B."艾米”在BC段上所受的阻力

C."艾米”在BC段上牵引力做的功D."艾米”在BC段上克服阻力做的功

10.一辆汽车由静止开始沿平直公路行驶，汽车所受牵引力F随时间f变化关系图线如图所示。若汽车的质

量为〃?，阻力恒定，汽车达到额定功率后保持不变，则以下说法正确的是（）

A.汽车匀速运动的速度大小为巴二

B.汽车匀加速运动阶段的加速度大小为&

tn

C.汽车先做匀加速直线运动，然后再做减速直线运动

D.汽车的额定功率为

m

11.某学习小组通过质量为机的电动玩具小车在水平面上的运动来研究功率问题。小车刚达到额定功率开

始计时，且此后小车功率不变，小车的一f图像如图甲所示，”时刻小车的速度达到最大速度的2，小车速

度由V。增加到最大值过程小车的牵引力与速度的关系图像如图乙所示，且F-V图线是双曲线的一部分，运

动过程中小车所受阻力恒定，下列说法正确的是（）

B.小车所受阻力为54

C.小车速度达到最大速度的一半时，加速度大小为劣

m

D.O大时间内，小车运动的位移大小为5%f。-粤公

12.质量为机的重物在起重机的作用下由静止开始沿竖直方向加速上升。已知起重机功率恒定，加速度。与

速度倒数’的关系图像如图所示，重物的速度为匕时对应的加速度为4,不计空气阻力，重力加速度为g。

V

下列说法正确的是（

图线的横截距为Q；g1

g

B.重物的最大速度为

m+g)w

C.起重机的功率恒为WaM

D.重物速度为］受到的拉力为2加（％+g）

四、重力场中的变力做功问题

13.如图所示，密度为小边长为α的正立方体木块漂浮在水面上（/?为木块在水面上的高度）。现用竖直向

下的力尸将木块按入水中，直到木块上表面刚浸没，则此过程中木块克服浮力做功为（已知水的密度为p。、

重力加速度为g）（）

______⅛

______5e=τrrτ→{________

B.∣⅛(∕9+∕7)

A.pa3gh0

33

C.poagh(a-h)D.→gΛ(α-A)(ρ+p0)

14.如图所示的水平轨道4。足够长，只有BC部分是粗糙的，其长度为L=Im,其余部分是光滑的，质量

为1kg,长度为2£的粗细相同的匀质软绳静止在8点的左侧（绳的右端在8点），软绳与粗糙部分的动摩擦

因数为〃=0.8,现用尸=2N的水平向右的恒力作用在软绳上，软绳始终保持伸直状态且长度不变，重力加

速度为g=10m⅛2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则在软绳运动的过程中，下列说法正确的是（）

一<——2L——平TZ〃留~d

ABC

A.软绳先做匀加速后做匀减速运动B.软绳的左端能经过3点

C.软绳的最大动能为0.5JD.软绳克服摩擦力做功4.0J

15.如图甲所示，在粗糙的水平面上，放着可视为质点的A、B两物块，质量分别为机A=Ikg和叫=5kg。

轻弹簧一端与物块A相连，另一端与竖直墙壁相连。未施加拉力尸时，A到墙壁的距离小于弹簧原长且整

个系统恰好处于静止状态。从f=O时刻开始，对B施加一水平向右的力F使物块B做匀加速运动，力F随

时间变化如图乙，已知物块与地面的动摩擦因数均为0.5,g取IOmZsL

A.弹簧的劲度系数为300N∕m

B.物块B在1=0时的加速度大小为5m∕s2

C./=O到f=0.2s的过程中力尸做的功为4J

D./=0到AB分开的过程中，A克服摩擦力的功为0.5J

16.宇航员飞到一个被稠密气体包围的某行星上进行科学探索。他站在该行星表面，从静止释放一个质量

为〃?的物体，由于气体阻力的作用，其加速度。随下落位移X变化的关系图像如图所示。已知该星球半径为

R，万有引力常量为G。下列说法正确的是（）

α∕(m∙s^2)

V

O⅞x/m

A.该行星的平均密度为:⅛

4兀GR

B.该行星的第一宇宙速度为历

c.卫星在距该行星表面高力处的圆轨道上运行的周期为四，但土”

RNaO

D.从释放到速度刚达到最大的过程中，物体克服阻力做功吆梦

五、电磁场中的变力做功问题

17.如图所示，某空间区域的竖直平面内存在电场，其中竖直的一条电场线如图甲中虚线所示。一个质量

为机、电荷量为q的带正电小球，在电场中从。点由静止开始沿电场线竖直向下运动。以。为坐标原点，

取竖直向下为X轴的正方向，小球的机械能E与位移X的关系如图乙所示，不计空气阻力。则（）

0•

xI•

'x≈

甲

A.沿X轴方向电场强度变大，方向沿X轴正方向

B.从O到4的过程中，小球的速率越来越小，加速度越来越大

C.从。到丹的过程中，相等的位移内，小球克服电场力做的功变大

2(El-E+"gx∣)

D.到达为位置时，小球速度的大小为2.l)

m

18.如图所示，平行板电容器水平放置，两极板间电场强度大小为E,中间用一光滑绝缘细杆垂直连接，杆

上套有带正电荷的小球和绝缘弹簧，小球压在弹簧上，但与弹簧不拴接。开始时对小球施加一竖直向下的

外力，将小球压至某位置使小球保持静止。撤去外力后小球从静止开始向上运动，上升力时恰好与弹簧分

离，分离时小球的速度为V,小球上升过程不会撞击到上极板，已知小球的质量为小，带电荷量为g,重力

加速度为g,下列说法正确的是（）

A.与弹簧分离时小球的动能为〃+夕儿

B.从开始运动到与弹簧分离，小球与弹簧组成的系统增加的机械能为gE∕?

C.从开始运动到与弹簧分离，小球减少的电势能为华

h

D.撤去外力时，弹簧的弹性势能为gm∕-（qE-∕ngM

19.如图所示，两根足够长光滑导轨竖直放置，导轨间距为3底端接阻值为R的电阻。将质量为〃?的金

属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，弹簧劲度系数为上,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直。

现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，第一次达到最大速度V时，回路产生的焦耳热为。。若金属棒和导

轨接触良好，电阻均可忽略，则（）

A.金属棒和弹簧组成的系统机械能守恒

B.金属棒第一次达到最大速度时弹簧的伸长量为处也上

kR

C.金属棒最后静止时电阻R上产生的总热量为小