2024-2025學(xué)年高中物理第七章機(jī)械能守恒定律3功率課時作業(yè)含解析新人教版必修2

PAGE9-功率(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.一輛汽車在水平馬路上行駛,設(shè)汽車在行駛過程中所受阻力不變,汽車的發(fā)動機(jī)始終以額定功率輸出。關(guān)于牽引力和汽車速度,下列說法中正確的是 ()A.汽車加速行駛時,牽引力不變,速度增大B.汽車加速行駛時,牽引力增大,速度增大C.汽車加速行駛時,牽引力減小,速度增大D.當(dāng)牽引力等于零時,速度達(dá)到最大值【解析】選C。汽車的發(fā)動機(jī)輸出功率恒定,即P肯定時,由公式P=Fv可得出v增大,F減小,但由于合外力方向與汽車運(yùn)動方向一樣,因此汽車速度仍在增大;當(dāng)汽車受到的牽引力和阻力相等時,汽車速度達(dá)到最大值,而后做勻速直線運(yùn)動。故C正確。2.如圖所示,質(zhì)量為m的物體放在光滑的水平面上,兩次用力拉物體,都是從靜止起先,以相同的加速度移動同樣的距離l,第一次拉力F1的方向水平,其次次拉力F2的方向與水平方向成α角斜向上,在此過程中,兩力的平均功率為P1和P2,則 ()A.P1<P2 B.P1=P2 C.P1>P2 【解析】選B。兩次拉力作用下,物體都從靜止起先,以相同的加速度移動同樣的距離,則物體兩次運(yùn)動時間相同;W1=F1l,W2=F2cosα·l,由牛頓其次定律,知F1=F2cosα,故W1=W23.如圖所示為舉重運(yùn)動員在0.5s內(nèi)由支撐到起立將杠鈴舉起過程中拍攝的兩張照片,杠鈴的總質(zhì)量為100kg,已知照片中杠鈴的實際直徑是40cm,依據(jù)照片可估算出該運(yùn)動員在上述過程中對杠鈴做功的平均功率約為 ()A.700W B.1900WC.1200W D.2500W【解析】選C。已知m=100kg,t=0.5s,杠鈴上升的距離約為杠鈴直徑的1.5倍:s≈1.5×40cm=0.60m;所以:G=mg=100×10N=1000N,P==W=1200W,故本題選C。4.某車以相同的功率在兩種不同的水平路面上行駛,受到的阻力分別為車重的k1和k2倍,最大速率分別為v1和v2,則 ()A.v2=k1v1 B.v2=v1C.v2=v1 D.v2=k2v1【解析】選B。汽車的阻力分別為Ff1=k1mg,Ff2=k2mg,當(dāng)汽車以相同功率啟動達(dá)到最大速度時,有F=Ff,故由P=Fv可知最大速度v==,則=,有v2=v1,故選B。【加固訓(xùn)練】設(shè)飛機(jī)飛行中所受阻力與速率的平方成正比,假如飛機(jī)以速度v勻速飛行,其發(fā)動機(jī)功率為P,則當(dāng)發(fā)動機(jī)功率為8P時,飛機(jī)飛行的速度為 ()A.vB.2vC.4vD.8v【解析】選B。飛機(jī)勻速飛行時,應(yīng)有F=F阻=kv2,所以P=kv3,因此功率為8P時v′=2v,B正確。5.如圖所示是甲、乙兩物體做功與所用時間的關(guān)系圖象,那么甲物體的功率P甲與乙物體的功率P乙相比 ()A.P甲>P乙 B.P甲<P乙C.P甲=P乙 D.無法判定【解析】選B。依據(jù)功率的定義式P=可知,在功與所用時間的關(guān)系圖象中,直線的斜率表示該物體的功率,因此,由圖線斜率可知P甲<P乙,選項B正確。6.質(zhì)量是5×103kg的汽車在水平路面上由靜止起先以加速度2.2m/s2做勻加速直線運(yùn)動,所受阻力是1.0×10A.2kW B.11kWC.20kW D.26.4kW【解析】選D。依據(jù)牛頓其次定律有F引-F阻=ma得F引=ma+F阻=1.2×104N由vt=at知汽車啟動后第1s末的速度為vt=2.2m/s由P=Fv得第1s末發(fā)動機(jī)的瞬時功率P=1.2×104×2.2W=2.64×104W=26.4kW,D正確。二、計算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標(biāo)明單位)7.(12分)我國自行研制、具有完全自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的新一代大型噴氣式客機(jī)C919首飛勝利后,拉開了全面試驗試飛的新征程。假設(shè)飛機(jī)在水平跑道上的滑跑是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,當(dāng)位移x=1.6×103m時才能達(dá)到起飛所要求的速度v=80m/s。已知飛機(jī)質(zhì)量m=7.0×104kg,滑跑時受到的阻力為自身重力的0.1倍,重力加速度g取(1)加速度a的大小。(2)牽引力的平均功率P?！窘馕觥?1)飛機(jī)滑跑過程中做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,有v2=2ax, ①代入數(shù)據(jù)解得a=2m/s2 ②(2)設(shè)飛機(jī)滑跑受到的阻力為F阻,依據(jù)題意有F阻=0.1mg ③設(shè)發(fā)動機(jī)的牽引力為F,依據(jù)牛頓其次定律有F-F阻=ma; ④設(shè)飛機(jī)滑跑過程中的平均速度為,有= ⑤在滑跑階段,牽引力的平均功率P=F, ⑥聯(lián)立②③④⑤⑥得P=8.4×106W。答案:(1)2m/s2(2)8.4×106W8.(12分)(2024·廈門高一檢測)如圖甲所示,物體受到水平推力F的作用,在粗糙水平面上做直線運(yùn)動。通過力傳感器和速度傳感器監(jiān)測到推力F和物體速度v隨時間t改變的規(guī)律分別如圖乙、丙所示。重力加速度g取10m/s2。求:(1)0～3s內(nèi)物體的位移x;(2)0～3s內(nèi)合力對物體所做的功W合;(3)前2s內(nèi)推力F做功的平均功率?！窘馕觥?1)由圖丙可知0～1s內(nèi)物體運(yùn)動的位移為x1=01～2s內(nèi)物體運(yùn)動的位移為x2=1m2～3s內(nèi)物體運(yùn)動的位移為x3=2m所以,0～3s內(nèi)物體運(yùn)動的總位移為x=3m(2)由圖丙可知,2～3s內(nèi)物體做勻速直線運(yùn)動,由平衡條件有f=F3=2N0～3s內(nèi)推力F對物體做的功為WF=F2x2+F3x3=7J0～3s內(nèi)滑動摩擦力f對物體做的功為Wf=-f(x2+x3)=-6J所以,0～3s內(nèi)合力對物體做的功為W合=WF+Wf=1J(3)由圖丙可知,0～2s內(nèi)推力F對物體做的功為W=F2x2=3J故前2s內(nèi)推力F做功的平均功率為=解得:=1.5W答案:(1)3m(2)1J(3)1.5W(15分鐘·40分)9.(6分)質(zhì)量為m的物體靜止在光滑水平面上,從t=0時刻起先受到水平力的作用。力的大小F與時間t的關(guān)系如圖所示,力的方向保持不變,則 ()A.3t0時刻的瞬時功率為B.3t0時刻的瞬時功率為C.在t=0到3t0這段時間內(nèi),水平力的平均功率為D.在t=0到3t0這段時間內(nèi),水平力的平均功率為【解題指南】解答本題時應(yīng)留意以下兩點:(1)3t0時刻的功率是瞬時功率,可干脆用公式P=Fv計算。(2)0～3t0時間內(nèi)的功率是平均功率,而此過程中又是變力做功,故只能用功率的定義式P=計算?！窘馕觥窟xB。0～2t0時間內(nèi),物體的加速度a1=,位移x1=a1·(2t0)2=,2t0時刻的速度v1=a1·2t0=;2t0～3t0時間內(nèi),物體的加速度a2=,位移x2=v1t0+a2=,3t0時刻的速度v2=v1+a2t0=。所以3t0時刻的瞬時功率P=3F0v2=,選項A錯誤,B正確;0～3t0時間內(nèi)的平均功率===,選項C、D錯誤。10.(6分)(多選)當(dāng)前,我國高鐵事業(yè)發(fā)展迅猛。假設(shè)一輛高速列車在牽引力和恒定阻力作用下,在水平軌道上由靜止起先啟動,其v-t圖象如圖所示,已知在0～t1時間段為過原點的傾斜直線,t1時刻達(dá)到額定功率P,此后保持功率P不變,在t3時刻達(dá)到最大速度v3,以后勻速運(yùn)動,則下述推斷正確的有 ()A.從t1至t3時間內(nèi)位移大小等于(t3-t1)B.在t2時刻的加速度大于t1時刻的加速度C.在0至t3時刻,列車所受到的牽引力最大為D.該列車所受的恒定阻力大小為【解析】選C、D。從t1到t3過程中,列車所做的不是勻變速運(yùn)動,不能運(yùn)用公式=,選項A錯誤;從t1到t3過程中,列車功率恒為額定功率,速度不斷增大,牽引力不斷減小,加速度不斷減小,故在t2時刻的加速度小于t1時刻的加速度,選項B錯誤;在t3時刻以后,列車勻速運(yùn)動,處于平衡狀態(tài),牽引力等于阻力,即f=,選項D正確;從0～t1階段牽引力恒定且等于,之后牽引力減小,故最大值為,C正確。11.(6分)(多選)如圖甲所示,小物塊靜止在傾角θ=37°的粗糙斜面上。現(xiàn)對物塊施加一個沿斜面對下的推力F,力F的大小隨時間t的改變狀況如圖乙所示,物塊的速率v隨時間t的改變規(guī)律如圖丙所示,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2。下列說法正確的是 ()A.物塊的質(zhì)量為1kgB.物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.7C.0～3s時間內(nèi)力F做功的平均功率為0.32WD.0～3s時間內(nèi)物塊克服摩擦力做的功為5.12J【解析】選A、D。由速度圖象知在1～3s時間內(nèi),物塊做勻加速直線運(yùn)動,則0.8N+mgsinθ-μmgcosθ=ma,a=m/s2=0.4m/s2。在3～4s時間內(nèi),物塊勻速運(yùn)動,受力平衡,則μmgcosθ-mgsinθ=0.4N,解得m=1kg,μ=0.8,選項A正確,B錯誤;0～1s時間內(nèi),物塊靜止,力F不做功,1～3s時間內(nèi),力F=0.8N,物塊的位移x=×0.4×22m=0.8m,0～3s內(nèi)力F做功的平均功率為=W=0.213W,選項C錯誤;0～3s時間內(nèi)物塊克服摩擦力做的功為μmgcosθ·x=5.12J,選項D正確。【加固訓(xùn)練】一輛汽車在平直的馬路上由靜止起先啟動。在啟動過程中,汽車牽引力的功率及其瞬時速度隨時間的改變狀況分別如圖甲、乙所示。已知汽車所受阻力恒為重力的,重力加速度g取10m/s2。下列說法正確的是 ()A.該汽車的質(zhì)量為3000kgB.v0=6m/sC.在前5s內(nèi),阻力對汽車所做的功為25kJD.在5～15s內(nèi),汽車的位移大小約為67.19m【解析】選D。由圖象可得,汽車勻加速階段的加速度為:a==1m/s2,汽車勻加速階段的牽引力為:F==3000N,勻加速階段由牛頓其次定律得:F-0.2mg=ma,解得:m=1000kg,故A錯誤;牽引力功率為15kW時,汽車行駛的最大速度為:v0==7.5m/s,故B錯誤;前5s內(nèi)汽車的位移為:x=at2=12.5m,阻力做功為:=-0.2mgx=-25kJ,故C錯誤;5～15s內(nèi),由動能定理得:Pt-0.2mgs=m-mv2,解得:s=67.1875m≈67.19m,故D正確。12.(22分)高速連續(xù)曝光照相機(jī)可在底片上重疊形成多個圖像。現(xiàn)利用一架照相機(jī)對某家用汽車的加速性能進(jìn)行探討,如圖為汽車做勻加速直線運(yùn)動時三次曝光的照片,圖中汽車的實際長度為4m,照相機(jī)每兩次曝光的時間間隔為2.0s。已知該汽車的質(zhì)量為1000kg,額定功率為90kW,汽車運(yùn)動過程中所受的阻力始終為1500N。(1)試?yán)脠D示,求該汽車的加速度。(2)若汽車由靜止起先以此加速度做勻加速運(yùn)動,勻加速運(yùn)動狀態(tài)最多能保持多長時間?(3)汽車所能達(dá)到的最大速度是多大