2025版新教材高中物理第八章机械能守恒定律1功与功率专项4机车功率问题的实际应用课时作业新人教版必修第二册

专项4机车功率问题的实际应用1．“复兴号”动车组用多节车厢供应动力，从而达到提速的目的．总质量为m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(F阻＝kv，k为常量).动车组能达到的最大速度为vm.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，则动车组从静止起先做匀加速运动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eq\f(3,4)vmD．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eq\f(9,16)vm2．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＝5×103kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止起先向上做匀加速直线运动，加速度a＝0.2m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做vm＝1.02m/s的匀速运动．g取10m/s2，不计额外功．求：(1)起重机允许输出的最大功率；(2)重物做匀加速运动所经验的时间和起重机在第2秒末的输出功率．3．[2024·河北沧州高一下月考改编]新能源汽车的研发和运用是近几年的热门话题，下面是某品牌新能源汽车介绍中的一段文字：“将近6米的超长车身设计，使得整车车顶集成的太阳能芯片面积达到了6平方米左右，极富流线型的整车造型，使整车风阻大幅下降，全车采纳铝合金框架并结合碳纤维车身，整车质量仅700kg，这一轻量化设计使整车能耗极低，汽车发动机最大输出功率达30kW，性能十足．”现要在某试验路段测试汽车性能，在该试验路段上汽车所受阻力恒为车和驾驶员总重的0.08，g取10m/s2.(1)试估算50kg的工程师驾驶这种汽车在水平的试验路段上行驶的最高车速；(2)为进一步测试这种汽车的性能，沿厂区内坡度为θ(sinθ＝0.02)的倾斜试验路段向上行驶，该工程师从静止起先以1m/s2的加速度沿试验路段向上做匀加速直线运动，求此过程能维持的最长时间；(3)已知太阳辐射的总功率P0＝4×1026W，太阳到地球的距离r＝1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中大约有33%的能量损失．这种汽车运用的太阳能电池将光能转化为电能的效率约为30%，试通过计算分析，这种汽车只采纳纯太阳能驱动，且能保持最大输出功率30kW不变的可行性．(提示：太阳辐射的能量匀称分布在以太阳为球心的球面上，球的表面积公式为S＝4πR2)专项4机车功率问题的实际应用[提实力]1．答案：C解析：在动车组匀加速启动的过程中，对动车组进行受力分析，依据牛顿其次定律有F1－F阻＝ma1，其中F阻＝kv，在动车组匀加速启动的过程中，加速度a1不变，v增大，则F阻增大，故牵引力F1渐渐增大，A错误；若四节动力车厢输出功率均为额定值，则牵引力F2＝eq\f(4P,v)，而F2－F阻＝ma，其中F阻＝kv，由v增大可知加速度a减小，所以动车组从静止起先做加速度减小的变加速运动，B错误；设当四节动力车厢输出的总功率为2.25P时，动车组匀速运动的速度为v′m，动车组匀速行驶时受力平衡，有F′＝F阻＝kv′m，则4P＝kveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(m))、2.25P＝kv′eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(m))，解得v′m＝eq\f(3,4)vm，C正确，D错误．2．答案：(1)5.1×104W(2)5s2.04×104W解析：(1)设起重机允许输出的最大功率为P0，重物达到最大速度时，拉力F0等于重力，有P0＝F0vm，F0＝mg，代入数据，得P0＝5.1×104W.(2)匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，设此时重物受到的拉力为F，速度为v1，匀加速运动经验的时间为t1，有P0＝Fv1，F－mg＝ma，v1＝at1，联立以上各式并代入数据，得t1＝5s，t＝2s时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为v2，输出功率为P，则有v2＝at，P＝Fv2，联立以上各式并代入数据，得P＝2.04×104W．3．答案：(1)50m/s(2)20s(3)不行行解析：(1)当汽车达到最大速度时牵引力F＝kmg，m＝700kg＋50kg＝750kg，则最大速度vm＝eq\f(P,F)，代入数据得vm＝eq\f(30000,0.08×7500)m/s＝50m/s.(2)汽车在斜面上匀加速运动过程，有F2－mgsinθ－kmg＝ma，当汽车达到额定功率后，有做匀加速直线运动的最大速度，有P＝F2v，v＝at，联立解得t＝20s.(3)在车顶集成的6平方米面积太阳能芯片接收到太阳能转化为电能的功率P＝eq\f(67%×30%P0S,4πr2)＝eq\f(0.67×0