高考物理二輪總復(fù)習專題能力訓練5功功率動能定理

專題能力訓練5功功率動能定理(時間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共8小題,每小題8分,共64分。在每小題給出的四個選項中,1~5題只有一個選項符合題目要求,6~8題有多個選項符合題目要求。全部選對的得8分,選對但不全的得4分,有選錯的得0分)1.(2020·江蘇卷)質(zhì)量為1.5×103kg的汽車在水平路面上勻速行駛,速度為20m/s,受到的阻力大小為1.8×103N。此時,汽車發(fā)動機輸出的實際功率是()A.90W B.30kWC.36kW D.300kW2.(2022·吉林實驗中學期中)一物體在粗糙的水平面上受到水平拉力作用,在一段時間內(nèi)的速度隨時間變化情況如圖所示。關(guān)于拉力的功率隨時間變化的圖像,下圖可能正確的是()3.(2021·山東聊城二模)踢出的足球在空中的運動軌跡如圖所示,足球可視為質(zhì)點,空氣阻力不計。用vy、E、Ek、P分別表示足球的豎直分速度大小、機械能、動能、重力的瞬時功率,用t表示足球在空中的運動時間,下列圖像可能正確的是()4.(2021·安徽淮北模擬)某健身愛好者質(zhì)量為55kg,在做俯臥撐運動的過程中可將他的身體視為一根直棒。已知重心在C點,A、B分別為雙腳、兩手與地面接觸點連線的中點,OA、OB的長分別為1.0m和0.5m。若他在1min內(nèi)做了36個俯臥撐,每次肩部上升的距離均為0.5m,則1min內(nèi)克服重力做的功和相應(yīng)的功率約為()A.660J,11W B.6600J,110WC.990J,16.5W D.9900J,165W5.如圖甲所示,為測定物體沖上粗糙斜面能達到的最大位移x與斜面傾角θ的關(guān)系,將某一物體每次以不變的初速率v0沿斜面向上推出,調(diào)節(jié)斜面與水平方向的夾角θ,實驗測得x與斜面傾角θ的關(guān)系如圖乙所示。g取10m/s2,根據(jù)圖像可求出()A.物體的初速率v0=3m/sB.物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5C.取不同的傾角θ,物體在斜面上能達到的位移x的最小值xmin=1.44mD.當某次θ=30°時,物體達到最大位移后將沿斜面下滑6.我國003號航母預(yù)計用電磁彈射器發(fā)射艦載機。電磁彈射器的核心設(shè)備之一是“強迫儲能裝置”,它的作用就是把儲存的能量以極大的功率在短時間內(nèi)釋放出來。設(shè)計要求強迫儲能裝置在45s內(nèi)充滿200MJ的能量。彈射過程中能量利用率為60%,航母艦載機常規(guī)起飛質(zhì)量為18t,彈射時間約3s。假設(shè)航母處于靜止狀態(tài),則以下說法正確的是()A.強迫儲能裝置的平均充電功率約為60MWB.艦載機能獲得的最大速度約為115m/sC.彈射器對艦載機做功的平均功率約為100MWD.彈射過程飛行員的平均加速度約為4個重力加速度大小7.(2022·重慶考前熱身卷)如圖甲所示,輕彈簧直立在地面上,一端與地面固定相連,另一端與質(zhì)量為1kg的物塊固定相連,物塊處于靜止狀態(tài)。在物塊上施加一個豎直向上的拉力F,使物塊向上做初速度為零的勻加速直線運動,拉力F隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示,彈簧的形變始終在彈性限度內(nèi),重力加速度g取10m/s2,則()甲乙A.彈簧的勁度系數(shù)為1000N/mB.物塊運動的加速度大小為2m/s2C.從靜止開始至拉力的大小剛好等于物塊重力的過程中,物塊重力勢能增量為0.09JD.當物塊的動能增量剛好等于拉力和重力做功之和時,物塊的動能大小為0.2J8.(2021·湖北武漢模擬)懸崖速降是一種戶外運動。如圖所示,速降者選擇崖面平坦、高度適合的崖壁,用專業(yè)的登山繩做保護,由崖壁主體沿繩下躍,通過下降器和一個八字環(huán)控制摩擦阻力從而控制下降速度,從崖頂下降到崖底。某次速降中,速降者先從靜止開始勻加速至2m/s,接著勻速運動40s,之后勻減速運動,到達地面時速度恰好減為零,總共歷時60s。設(shè)速降者及裝備的總質(zhì)量為60kg,運動方向始終豎直向下,g取10m/s2,則下列說法正確的是()A.在加速下降階段,速降者及裝備的機械能逐漸增大B.在60s內(nèi),速降者下降高度為100mC.在60s內(nèi),速降者及裝備克服阻力做功4.8×104JD.在變速下降的20s內(nèi),速降者及裝備克服阻力做功1.2×104J二、非選擇題(本題共3小題,共36分)9.(10分)節(jié)能混合動力汽車是一種可以利用汽油及所儲存的電能作為動力來源的汽車。有一質(zhì)量m=1000kg的混合動力汽車,在平直公路上以v=90km/h的速度勻速行駛,發(fā)動機的輸出功率為P=50kW。當看到前方有大貨車慢速行駛時,該汽車提速超過了大貨車。這個過程中發(fā)動機輸出功率不變,蓄電池開始工作,輸出功率為P'=20kW。該混合動力汽車提速后運動s=1000m時,速度達到最大,并超過大貨車,然后蓄電池停止工作。全程阻力不變。求:(1)該混合動力汽車以90km/h的速度在平直公路上勻速行駛時,所受阻力F阻的大小;(2)該混合動力汽車加速過程中達到的最大速度的大小;(3)整個超車過程中,該混合動力汽車消耗的電能E(保留兩位有效數(shù)字)。10.(13分)某砂場為提高運輸效率,研究砂粒下滑的高度與砂粒在傳送帶上運動的關(guān)系,建立如圖所示的物理模型。豎直平面內(nèi)有一傾角θ=37°的直軌道AB,其下方右側(cè)放置一水平傳送帶,直軌道末端B與傳送帶間距可近似為零,但允許砂粒通過。轉(zhuǎn)輪半徑R=0.4m、轉(zhuǎn)軸間距l(xiāng)=2m的傳送帶以恒定的線速度逆時針轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)輪最低點離地面的高度H=2.2m?，F(xiàn)將一小物塊放在距離傳送帶高h處靜止釋放,假設(shè)小物塊從直軌道B端運動到達傳送帶上C點時,速度大小不變,方向變?yōu)樗较蛴摇Ｒ阎∥飰K與直軌道和傳送帶間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.5。(sin37°=0.6)(1)若h=2.4m,求小物塊到達B端時速度的大小。(2)若小物塊落到傳送帶左側(cè)地面,求h需要滿足的條件。(3)改變小物塊釋放的高度h,小物塊從傳送帶的D點水平向右拋出,求小物塊落地點到D點的水平距離x與h的關(guān)系式及h需要滿足的條件。11.(13分)(2021·浙江臨海二模)圖甲為兒童玩具小火車軌道,由豎直圓軌道BMC(B、C是圓弧軌道最低點且可認為是緊靠的)、豎直圓弧軌道DE和HF、傾斜半圓軌道EGF、四分之一水平圓軌道AK和IJ與水平軌道AB、CD、HI、KJ平滑相切連接而成,圖乙為軌道側(cè)視示意圖。已知豎直圓軌道、圓弧DE、HF和EGF的半徑均為R=0.4m,lCD=0.4m,圓弧DE、HF對應(yīng)的圓心角∠HO3F=37°,小火車質(zhì)量m=0.2kg且可視為質(zhì)點。水平軌道上小火車受到軌道的阻力恒為其重力的15,其他軌道的阻力忽略不計。小火車在H點處以恒定功率P=2W由靜止開始啟動,沿著HIJKAB軌道運動,經(jīng)過t=2s到達B點時關(guān)閉電動機,小火車恰好能沿著豎直圓軌道運動。sin37°=0.6,cos37°=0.甲乙(1)小火車到達B點時的速度大小;(2)小火車從H點運動到B點過程中阻力做的功;(3)小火車運動到傾斜半圓軌道EGF最高點G時對軌道作用力的大小。

專題能力訓練5功功率動能定理1.C解析:汽車在水平路面上勻速行駛,故牽引力與阻力的大小相等,為1.8×103N,功率P=Fv=1.8×103×20W=36kW,故A、B、D錯誤,C正確。2.D解析:由題圖知,在0~t0時間內(nèi),物體做初速度為零的勻加速運動,則有v=at,由牛頓第二定律得FFf=ma,則拉力的功率為P=Fv=(Ff+ma)v=(Ff+ma)at,在t0時刻以后,物體做勻速運動,速度不變,則F'=Ff,P'=F'v'=Ffv'<P,P'不變,選項A、B、C錯誤,D正確。3.C解析:足球做斜上拋運動,豎直方向上,速度先減小后增大,vyt圖像的斜率表示重力加速度,故斜率應(yīng)恒定不變,故A錯誤;空氣阻力不計,足球的機械能守恒,即不隨時間變化,故B錯誤;足球機械能守恒,重力勢能先增大后減小,故動能先減小后增大,但足球做斜上拋運動,到最高點的速度不為零,即動能最小值不為零,故C正確;速度的水平分量不變,豎直分量先減小到零,后反向增加,故根據(jù)P=mgvy=mg2t,重力的功率隨時間先均勻減小后均勻增加,故D錯誤。4.B解析:設(shè)重心上升高度為h,根據(jù)幾何知識可得h0.5m=1.0m1.0m+0.5m,解得h=13m,故做一次俯臥撐克服重力做的功為mgh=5505.C解析:由題圖可知,當θ=90°時物體做豎直上拋運動,位移為x=1.80m,由豎直上拋運動規(guī)律可知v02=2gh,代入數(shù)據(jù)解得v0=6m/s,故A錯誤;當θ=0°時,位移為x=2.40m,由動能定理可得μmgx=012mv02,代入數(shù)據(jù)解得μ=0.75,故B錯誤;由動能定理得mgxsinθμmgcosθ·x=012mv02,解得x=1.8sinθ+34cosθm=1.854sin(θ+α)m,當θ+α=90°時,sin(θ+α)=6.BD解析:強迫儲能裝置在45s內(nèi)充滿200MJ的能量,強迫儲能裝置的平均充電功率約為P=Wt=ΔEt=200×10645W=4.4×106W,故A錯誤;由動能定理得12mvmax2=60%×200×7.AC解析:開始時物塊處于靜止狀態(tài),彈簧處于壓縮狀態(tài),設(shè)彈簧壓縮量為x,根據(jù)平衡條件可得kx=mg①,當t=0時,對物塊受力分析,根據(jù)牛頓第二定律得F0+kxmg=ma②,聯(lián)立解得a=1m/s2,選項B錯誤。當t=0.1s時,對物塊受力分析,由于F1<mg,則根據(jù)牛頓第二定律可得F1+k(xΔx)mg=ma③,因為物塊向上做初速度為零的勻加速直線運動,在t=0.1s內(nèi),Δx=12at2=0.005m,聯(lián)立①③得k=1000N/m,x=0.01m,選項A正確。當拉力的大小剛好等于物塊重力時,彈簧彈力提供外力,則有k(xΔx')=ma,解得Δx'=0.009m,所以ΔEp增=mg·Δx',解得ΔEp增=0.09J,選項C正確。物塊的動能增量剛好等于拉力和重力做功之和時,說明彈簧彈力做功為0,開始時彈簧壓縮x,彈簧彈力做功為0,則彈簧需伸長x,即位移為2x,根據(jù)速度—位移關(guān)系可得v=2a·2x,物塊的動能大小為Ek=12mv2,聯(lián)立解得8.BD解析:在加速下降階段,阻力對速降者及裝備整體做負功,則速降者及裝備的機械能逐漸減小,故A錯誤;速降者勻速運動的速度為v=2m/s,設(shè)加速、勻速和減速的時間分別為t1、t2、t3,則t1+t3=60s40s=20s,在60s內(nèi),速降者下降高度為x=v2(t1+t3)+vt2=22×20m+2×40m=100m,故B正確;設(shè)在60s內(nèi),速降者及裝備克服阻力做功為Wf,根據(jù)動能定理得mgxWf=0,解得Wf=6×104J,故C錯誤;在變速下降的20s內(nèi),速降者及裝備克服阻力做功等于克服阻力總功減去勻速階段克服阻力做的功,為Wf'=Wfmgvt2,解得Wf'=1.2×109.答案:(1)2×103N(2)35m/s(3)6.6×105J解析:(1)汽車牽引力與功率的關(guān)系為P=Fv當汽車勻速行駛時有F=F阻所以F阻=Pv=2×103(2)汽車達到的最大速度vmax=P+P(3)在加速過程中,由動能定理有(P+P')tF阻s=12m消耗的電能E=P't解得E=6.6×105J。10.答案:(1)4m/s(2)h<3.0m(3)x=2h-3h≥3解析:(1)物塊由靜止釋放到B的過程中,mgsinθμmgcosθ=mavB2=2vB=4m/s。(2)設(shè)小物塊從傳送帶左側(cè)離開,到達D點速度為0時高為h10=mgh1μmgcosθh1sin得h<h1=3.0m。(3)設(shè)小物塊從傳送帶右側(cè)拋出,到達D點的速度為v12mv2=mghμmgcosθhsinH+2R=12gt2,得x=2h為使小物塊能在D點水平拋出mg≤m得h≥3.6m。11.答案:(1)25m/s(2)2J(3)810解析:(1)小火車恰能通過豎直圓周軌道