鲁科版高中物理必修第二册专题强化练1机车启动问题含答案

专题强化练1机车启动问题答案见P10830分钟1.(2023福建南平月考)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,汽车速度能够达到的最大值为v,那么当汽车的车速为v4时,汽车的瞬时加速度的大小为()A.PmB.2PmvC.32.(2023福建福州统考)某工地小型升降电梯的原理图如图所示,轿厢A与对重B跨过轻质定滑轮通过足够长轻质缆绳连接,电机通过轻质缆绳拉动对重,使轿厢由静止开始向上运动,运动过程中A未接触滑轮、B未落地。已知A、B质量分别为M=600kg、m=400kg,电机输出功率恒为P=3kW,不考虑空气阻力与摩擦阻力,重力加速度g取10m/s2,则当轿厢速度为1m/s时,A、B之间轻质缆绳的拉力大小为()A.5400NB.6000NC.6600ND.7000N3.(2022福建龙岩检测)磁悬浮列车由动车组组成(动车组是几节自带动力的车辆加几节不带动力的车辆),每节车厢运行过程中受到的阻力与其重力成正比,每节动车与拖车质量都相等,每节动车额定功率都相等,若K1节动车加K2节拖车编成的动车组最大速度为v,则2K1节动车加3K2节拖车编成的动车组的最大速度为()A.vB.2vC.K1+K22K4.(多选题)(2022山东历城期中)一质量为m的汽车原来在平直路面上以速度v匀速行驶,发动机的输出功率为P。从某时刻开始,司机突然加大油门将汽车发动机的输出功率提升至某个值并保持不变,结果汽车在速度到达2v之后又开始匀速行驶。若汽车行驶过程所受路面阻力保持不变,不计空气阻力。下列说法正确的是()A.汽车加速过程的最大加速度为PB.汽车加速过程的平均速度为32C.汽车速度从v增大到2v的过程做变加速运动D.汽车速度增大时发动机产生的牵引力随之不断增大5.(2023山东泰安开学考试)2021年10月25日,如图甲所示的全球最大“上回转塔机”成功首发下线,又树立了一面“中国高端制造”的新旗帜。若该起重机某次从t=0时刻由静止开始向上提升质量为m的物体,其a-t图像如图乙所示,t1时刻起重机达到额定功率,t1~t2时间内起重机保持额定功率,重力加速度为g,不计其他阻力,下列说法正确的是()A.0~t1时间内物体处于失重状态B.t1~t2时间内物体做减速运动C.0~t1时间内重力对物体做功为-12m(a0t1)D.t1~t2时间内起重机的额定功率为(mg+ma0)a0t16.(2021福建建瓯段考)一列火车总质量m=500t,发动机的额定功率P=6×105W,在水平轨道上行驶时,轨道对火车的阻力Ff是车重的0.01,g取10m/s2。(1)求火车在水平轨道上行驶的最大速度vmax;(2)在水平轨道上,发动机以额定功率P工作,当行驶速度为v1=1m/s时,求火车的瞬时加速度a1;(3)在水平轨道上以36km/h的速度匀速行驶时,求发动机的实际功率P';(4)若火车从静止开始,保持a=0.5m/s2的加速度做匀加速运动,求这一过程维持的最长时间t。7.(2022江苏泰州中学期中)质量为m的汽车,沿足够长、倾角为θ的斜坡下坡,由静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为a,经过t1时间,汽车的功率达到额定功率P0。此后汽车以额定功率沿斜坡行驶时间t2,速度达到最大,设汽车在斜坡上运动过程受到的阻力大小保持不变,重力加速度为g,求:(1)汽车在匀加速运动阶段受到的牵引力大小F和阻力大小f;(2)汽车从静止到速度达到最大过程中牵引力做的功;(3)汽车运动的最大速度vm。

答案与分层梯度式解析专题强化练1机车启动问题1.C2.C3.D4.AC5.D1.C汽车速度最大时,加速度为0,牵引力大小等于摩擦力,则有f=F=Pv,当汽车的车速为v4时,汽车的牵引力为F'=Pv4=4Pv,根据牛顿第二定律得F'-f=ma,联立解得a=3Pmv,所以C正确,A、2.C当轿厢速度为1m/s时,电机的牵引力为F=Pv=3000N,以轿厢A为研究对象,根据牛顿第二定律可得T-Mg=Ma,以对重B为研究对象,根据牛顿第二定律可得F+mg-T=ma,联立解得A、B之间轻质缆绳的拉力大小为T=6600N,故选C3.D设每节车厢的质量为m,每节车厢运行过程中受到的阻力与其重力成正比,则有f=kmg。当动力与阻力相等时,速度最大,对K1节动车加K2节拖车编成的动车组有,K1Pv=(K1+K2)kmg,对2K1节动车加3K2节拖车编成的动车组有,2K1Pv'=(2K1+3K2)kmg,联立解得v'=K1+K24.AC设汽车所受的阻力为f,则开始时,P=fv,加大油门后,P1=f·2v,则P1=2P,汽车在开始加大油门时的加速度最大,最大加速度为a=F−fm=2Pv−fm=Pmv,A正确;汽车若做匀加速运动,则平均速度为v=v+2v2=32v,而汽车速度增加时,由P=Fv可知牵引力减小,则加速度减小,方法技巧机车启动问题的求解方法汽车以恒定功率启动,速度增大,牵引力减小,汽车做加速度逐渐减小的加速运动,直到牵引力大小等于阻力;汽车以恒定加速度启动,牵引力和阻力恒定,随着速度增加,汽车的实际功率逐渐增大,直到达到额定功率。(1)汽车的最大速度的求法汽车达到最大速度后做匀速直线运动,此时牵引力F大小等于阻力Ff,故vmax=P额F=(2)汽车以恒定加速度启动时,做匀加速运动的时间的求法牵引力F=ma+Ff,匀加速运动的最大速度v'max=P额ma+Ff,5.D由题图乙知,0~t1时间内物体向上做匀加速直线运动,因此物体处于超重状态,故A错误;由图像可知,t1~t2时间内物体的加速度为正,做加速度减小的加速运动,故B错误;t1时刻物体的位移为x1=12a0t12,重力对物体做功W=-mgx1=-12mga0t12,故C错误;设t1时刻物体所受的牵引力为F,由牛顿第二定律有F-mg=ma0,解得F=mg+ma0,t1时刻物体的速度为v=a0t1,则起重机的额定功率为P=Fv=(mg+ma0)a0t16.答案(1)12m/s(2)1.1m/s2(3)5×105W(4)4s解析(1)火车以额定功率行驶,当牵引力等于阻力时,即F=Ff=kmg,火车的加速度为零,速度达到最大值vmax,则vmax=PF=PFf(2)当v<vmax时,火车做加速运动,若v1=1m/s,则F1=Pv1=6×10根据牛顿第二定律得a1=F1−Ff(3)当火车以v=36km/h=10m/s匀速行驶时,发动机的实际功率P'=Fv=Ffv=5×105W(4)由牛顿第二定律得F'=Ff+ma=3×105N在此过程中,速度增大,发动机功率增大,当功率为额定功率时速度为v',即v'=PF'由v'=at得t=v'a=4s7.答案(1)P0at1P0a(2)12P0t1+P0t2(3)解析(1)汽车在匀加速运动阶段的末速度v1=at1根据牛顿第二定律有F+mgsinθ-f=ma且有P0=Fv1解得F=P0at1,f=