專題5-機(jī)車恒定功率啟動模型-高考物理機(jī)械能常用模型(原卷版)

高考物理《機(jī)械能》常用模型最新模擬題精練專題5.機(jī)車的恒定功率啟動模型一、選擇題1. （2023河南四市二模）汽車生產(chǎn)時都要進(jìn)行一系列測試，其中一項為加速性能的測試，測試方法為:將汽車停在水平平直試驗(yàn)路段起點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)開始時，司機(jī)立即將油門踩到底（保持汽車以額定功率運(yùn)動），記錄汽車速度從0加速到100km/h所用時間，該時間是衡量汽車動力水平的一個重要參考指標(biāo)。某國產(chǎn)汽車的額定功率為100kW，在某次測試時，汽車從靜止開始以額定功率運(yùn)動，假設(shè)運(yùn)動過程中所受阻力恒定，汽車最終做勻速直線運(yùn)動。通過傳感器測得汽車運(yùn)動速度的倒數(shù)1v與加速度a下列說法正確的是A.汽車所受阻力大小為1000NB.汽車運(yùn)動的最大速度為50m/sC.汽車的質(zhì)量為4000kgD.當(dāng)汽車的速度為25m/s時，其加速度為2m/s21vA.啟動過程中，車做勻加速直線運(yùn)動B.啟動過程中，牽引力對汽車做的功為C.車速從0增大到vm的加速時間為+D.車速為時，汽車的加速度大小為3．[多選](2020·萊州調(diào)研)我國自行研制的新一代輪式裝甲車已達(dá)到西方國家第三代戰(zhàn)車的水平，其將成為中國軍方快速部署輕型裝甲部隊的主力裝備。設(shè)該裝甲車的質(zhì)量為m，若在平直的公路上從靜止開始加速，則前進(jìn)較短的距離s其速度便可達(dá)到最大值vmax。設(shè)在加速過程中發(fā)動機(jī)的功率恒為P，裝甲車所受阻力恒為f，當(dāng)速度為v(vmax>v)時，所受牽引力為F。以下說法正確的是()A．裝甲車速度為vmax時，牽引力做的功為FsB．裝甲車的最大速度vmax＝eq\f(P,f)C．裝甲車速度為v時，加速度a＝eq\f(F－f,m)D．裝甲車從靜止開始達(dá)到最大速度vmax所用時間t＝eq\f(2s,vmax)4一輛機(jī)車的質(zhì)量為m，額定功率為P，在保持額定功率不變的情況下，機(jī)車啟動時的ν-t圖象如圖所示。已知t1時刻的速度為v1，t2時刻的速度為v2，且t1時刻的加速度為t2時刻的加速度的2倍。若機(jī)車所受阻力大小恒定，則下列說法正確的是A．機(jī)車在t1~t2時間內(nèi)的平均速率小于B．機(jī)車所受的恒定阻力為C．機(jī)車能達(dá)到的最大速度為D．若機(jī)車以加速度a勻加速啟動，則勻加速運(yùn)動的時間為5．一輛汽車以速度v0在平直的公路上勻速行駛。到達(dá)某處時，司機(jī)減小油門使汽車輸出功率減小為原來的一半，并保持該功率行駛。假設(shè)汽車受到的阻力恒定，下列能正確表示從減小油門開始，汽車加速度a、速度v、時間t之間關(guān)系是（）A． B． C． D．6汽車發(fā)動機(jī)的額定功率為40KW，質(zhì)量為2000kg，汽車在水平路面上行駛時受到阻力為車重的0.1倍，取g=10m/s2，若汽車從靜止開始保持1m/s2的加速度作勻加速直線運(yùn)動，達(dá)到額定輸出功率后，汽車保持功率不變又加速行駛了800m，直到獲得最大速度后才勻速行駛，則（

）A.

汽車在水平路面上能達(dá)到的最大速度為20m/s

B.

汽車勻加速的運(yùn)動時間為10s

C.

當(dāng)汽車速度達(dá)到16m/s時，汽車的加速度為0.5m/s2

D.

汽車從靜止到獲得最大行駛速度所用的總時間為57.5s7一輛汽車在平直的公路上運(yùn)動，運(yùn)動過程中先保持某一恒定加速度，后保持恒定的牽引功率，其牽引力和速度的關(guān)系圖像如圖所示。若已知汽車的質(zhì)量m、牽引力F1和速度v1及該車所能達(dá)到的最大速度v3，運(yùn)動過程中所受阻力恒定，則根據(jù)圖像所給的信息，下列說法正確的是()A．汽車運(yùn)動中所受的阻力為eq\f(F1v1,v3)B．汽車勻加速運(yùn)動的過程中牽引力的沖量大小為eq\f(mv1v3,v3－v1)C．速度為v2時的加速度大小為eq\f(F1v1,mv2)D．若速度為v2時牽引力恰為eq\f(F1,2)，則有v2＝2v18．一輛載貨卡車正在一段坡路上以速度v1勻速行駛，卡車受到來自地面的阻力大小為f1.上坡過程中，突然天降大雨，地面的阻力大小減小為f2，卡車功率保持不變，一直運(yùn)動到再次保持勻速v2，則下列說法正確的是()甲乙A．圖甲為卡車的速度－時間圖象B．圖乙為卡車的速度－時間圖象C．卡車先后勻速運(yùn)動的速度大小之比為v1∶v2＝f2∶f1D．卡車在變速運(yùn)動階段的平均速度小于eq\f(v1＋v2,2)9．(2021湖北荊門、宜昌重點(diǎn)高中聯(lián)考)已知某品牌概念車的質(zhì)量為m，額定功率為P，運(yùn)動過程中，汽車所受的阻力大小恒定，若保持額定功率P不變，汽車能達(dá)到的最大速度為v。若汽車以的恒定功率啟動，從靜止開始做加速直線運(yùn)動，當(dāng)速度為時，汽車的加速度大小為，當(dāng)速度為時，汽車的加速度大小為，則加速度之差為()A. B. C. D.10有一輛汽車在平直的公路上由靜止開始啟動．在啟動過程中，汽車牽引力的功率隨時間的變化情況如圖所示．已知汽車所受阻力恒為重力的五分之一，5s末汽車速度為5m/s，而在15s時汽車已經(jīng)達(dá)到了最大速度，重力加速度g取10m/s2．則下列說法正確的是A．該汽車的質(zhì)量為3000kgB．該汽車的最大速度為8m/sC．在前5s內(nèi)，汽車克服阻力做的功為50kJD．在5～15s內(nèi)，該汽車的位移大小約為67m11.(2020天津,8,5分)復(fù)興號動車在世界上首次實(shí)現(xiàn)速度350km/h自動駕駛功能,成為我國高鐵自主創(chuàng)新的又一重大標(biāo)志性成果。一列質(zhì)量為m的動車,初速度為v0,以恒定功率P在平直軌道上運(yùn)動,經(jīng)時間t達(dá)到該功率下的最大速度vm,設(shè)動車行駛過程所受到的阻力F保持不變。動車在時間t內(nèi) ()A.做勻加速直線運(yùn)動B.加速度逐漸減小C.牽引力的功率P=FvmD.牽引力做功W=12mvm2-12一質(zhì)量為m的汽車原來在平直路面上以速度v勻速行駛，發(fā)動機(jī)的輸出功率為P．從某時刻開始，司機(jī)突然加大油門將汽車發(fā)動機(jī)的輸出功率提升至某個值并保持不變，結(jié)果汽車在速度到達(dá)2v之后又開始勻速行駛。若汽車行駛過程所受路面阻力保持不變，不計空氣阻力。下列說法正確的是（）A．汽車加速過程的最大加速度為 B．汽車加速過程的平均速度為 C．汽車速度從v增大到2v過程做勻加速運(yùn)動 D．汽車速度增大時發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的牽引力隨之不斷增大13．（6分）（2019湖北武漢武昌5月調(diào)研）某品牌純電動汽車參數(shù)為：車上電池充滿電時電池容量為100kw?h，當(dāng)整車質(zhì)量（含車內(nèi)人員和物品）為2000kg時，從靜止加速到30m/s最短時間為5s，從30m/s到剎停的最短距離為30m，最大速度可達(dá)60m/s。在平直道路上行駛時可認(rèn)為阻力恒為車重的0.05倍，電能轉(zhuǎn)化為有用功的效率為80%，取g＝10m/s2，．若該車在平直道路上行駛，下列結(jié)論正確的是（）A．若汽車從靜止加速到30m/s用時為5s，則這一過程的平均加速度大小為6m/s2 B．汽車剎車由30m/s減速到0所用的最短時間為1s C．當(dāng)汽車以30m/s勻速行駛時，汽車克服阻力做功的功率為30kW D．當(dāng)汽車以30m/s勻速行駛時，汽車的續(xù)航里程（最大行駛距離）為360km.目前，我國在人工智能和無人駕駛技術(shù)方面已取得較大突破。為早日實(shí)現(xiàn)無人駕駛，某公司對汽車性能進(jìn)行了一項測試，讓質(zhì)量為m的汽車沿一山坡直線行駛。測試中發(fā)現(xiàn)，下坡時若關(guān)掉油門，則汽車的速度保持不變；若以恒定的功率P上坡，則從靜止啟動做加速運(yùn)動，發(fā)生位移s時速度剛好達(dá)到最大值Vm。設(shè)汽車在上坡和下坡過程中所受阻力的大小分別保持不變，下列說法正確的是A．關(guān)掉油門后的下坡過程，汽車的機(jī)械能守恒B．關(guān)掉油門后的下坡過程，坡面對汽車的支持力的沖量為零C．上坡過程中，汽車速度由vm/4增至vm/2，所用的時間可能等于D．上坡過程中，汽車從靜止啟動到剛好達(dá)到最大速度vm，所用時間一定小于2s/15．（3分）自主品牌比亞迪汽車，2018年度新能源汽車總銷量超越全球知名品牌特斯拉，旗下熱銷車型比亞迪?唐好評如潮。表格中是純電動唐的部分技術(shù)參數(shù)，分析可知（）續(xù)航里程（km，特定工況下）520整備質(zhì)量（kg）2155最高車速（km/h）160電池組儲能（kwh）82.8電機(jī)額定機(jī)械功率（kw）180電池組總功率與電機(jī)機(jī)械功率的轉(zhuǎn)化效率80%A．工況條件下百公里耗電量17.3kwh B．電池組容量約為2.98×108C C．若持續(xù)額定機(jī)械功率工作，可工作約0.46h D．在水平直道上以最高車速行駛時，受到的阻力約為4050N質(zhì)為m汽在路面啟啟過速度時圖如所從1時刻，則17武廣高鐵已通車運(yùn)行，速度最高可達(dá)390km/h，轉(zhuǎn)彎時的半徑達(dá)到了8km。若機(jī)車在運(yùn)行過程中所受的阻力大小始終不變，在某一段直線軌道上勻加速運(yùn)動的過程中，下列說法正確的是()A.機(jī)車輸出功率不變B.機(jī)車輸出功率逐漸增大C.機(jī)車一直勻加速運(yùn)動，直到最大速度D.在任意兩相等的時間內(nèi)，機(jī)車動能變化相同18一起重機(jī)的鋼繩由靜止開始勻加速提起質(zhì)量為m的重物，當(dāng)重物的速度為v1時，起重機(jī)的有用功率達(dá)到最大值P，此后，起重機(jī)保持該功率不變，繼續(xù)提升重物，直到以最大速度v2勻速上升為止，則整個過程中，下列說法正確的是A．重物的最大速度v2＝eq\f(P,mg)B．重物勻加速運(yùn)動的加速度為eq\f(P,mv1)C．鋼繩的最大拉力為eq\f(P,v2)D．鋼繩的最大拉力為eq\f(P,v1)二．計算題1.某中學(xué)生對剛買來的一輛小型遙控車的性能進(jìn)行研究。他讓這輛小車在水平的地面上由靜止開始沿直線軌道運(yùn)動，并將小車運(yùn)動的全過程通過傳感器記錄下來，通過數(shù)據(jù)處理得到如圖所示的υ～t圖象。已知小車在0～2s內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動，2s～11s內(nèi)小車牽引力的功率保持不變，9s～11s內(nèi)小車做勻速直線運(yùn)動，在11s末開始小車失去動力而自由滑行。已知小車質(zhì)量m=1kg，整個過程中小車受到的阻力大小不變，試求：

(1)在2s～11s內(nèi)小車牽引力的功率P是多大？

(2)小車在22.汽車發(fā)動機(jī)的額定功率為60kW，汽車的質(zhì)量為5×103kg，汽車在水平路面上行駛時，阻力是車重力的0.1倍(g取10m/s2)，試求：(1)若汽車保持額定功率不變從靜止啟動，汽車所能達(dá)到的最大速度是多大？當(dāng)汽車的加速度為2m/s2時速度是多大？(2)若汽車從靜止開始，保持以0.5m/s2的加速度做勻加速直線運(yùn)動，這一過程能維持多長時間？3．(20分)動車組是城際間實(shí)現(xiàn)小編組、大密度的高效運(yùn)輸工具，以其編組靈活、方便、快捷、安全、可靠、舒適等特點(diǎn)而備受世界各國鐵路運(yùn)輸和城市軌道交通運(yùn)輸?shù)那嗖A。幾節(jié)自帶動力的車廂加幾節(jié)不帶動力的車廂編成一組，就是動車組。假設(shè)有一動車組由六節(jié)車廂連接而成，每節(jié)車廂的總質(zhì)量均為m＝8×104kg。其中第一節(jié)、第二節(jié)帶動力，他們的額定功率分別是P1＝2×107W和P2＝1×107W(第一節(jié)車廂達(dá)到額定功率如功率不夠用時啟動第二節(jié)車廂)，車在行駛過程中阻力恒為重力的0.1倍(g＝10m/s2)(1)求該動車組的最大行駛速度；(2)若列車以1m/s2的加速度勻加速啟動，求t＝10s時，第一節(jié)和第二節(jié)車廂之間拉力大小。4．（8分）近年來全國多地霧霾頻發(fā)，且有愈演愈烈的趨勢，空氣質(zhì)量問題備受關(guān)注，在霧霾天氣下，能見度下降，機(jī)動車行駛速度降低，道路通行效率下降，對城市快速路、橋梁和高速公路的影響很大。如果路上能見度小于200米，應(yīng)開啟機(jī)動車的大燈、霧燈、應(yīng)急燈，將車速控制在60km／h以下，并與同道前車保持50米的車距；當(dāng)能見度小于100米時，駕駛員將車速控制在40km／h以下，車距控制在100米。已知汽車保持勻速正常行駛時受到地面的阻力為車重的0．1倍，剎車時受到地面的阻力為車重的0．5倍，重力加速度為g＝10m／s2（空氣阻力忽略不計），則：（1）若汽車在霧霾天行駛的速度為v＝54km／h，則剎車后經(jīng)過多長時間才會停下來?（2）若前車因故障停在車道上，當(dāng)質(zhì)量為m＝1300kg的后車距已經(jīng)停止的前車為90m時緊急剎車，剛好不與前車相撞，則后車正常行駛時的功率為多大?.5.（12分）(2021北京西城期末)新能源汽車的研發(fā)和使用是近幾年的熱門話題。新能源汽車是指采用非常規(guī)的燃料作為動力來源的汽車。新能源汽車的使用將把人類帶入清潔能源時代。圖1圖1“將近6米的超長車身設(shè)計，使得整車車頂集成的太陽能芯片面積達(dá)到了6平方米左右。極富流線型的整車造型，隱藏式的輪轂設(shè)計，纖細(xì)的攝像頭式后視鏡，使整車風(fēng)阻大幅下降。全車采用鋁合金框架并結(jié)合碳纖維車身，整車質(zhì)量僅700千克，這一輕量化設(shè)計使整車能耗極低?！保?）設(shè)上述新能源汽車采用混合動力設(shè)計，發(fā)動機(jī)最大輸出功率為30kW，在廠區(qū)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)路段上行駛時所受總阻力約為車和駕駛員總重的0.1倍。試估算50kg的工程師駕駛這種汽車在實(shí)驗(yàn)路段上行駛的最高車速。（2）為進(jìn)一步測試這種汽車的性能，該工程師在上述實(shí)驗(yàn)路段上以某種方式行駛，通過計算機(jī)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出了汽車牽引力F與車速倒數(shù)v-1間的關(guān)系圖線ABC，如圖2所示，線段AB平行于橫軸，線段BC延長線過坐標(biāo)原點(diǎn)。請根據(jù)圖線ABC判斷汽車做什么運(yùn)動，并求B點(diǎn)時發(fā)動機(jī)的輸出功率。FF/N7500v-1/(s·m-1)ABC0.025圖2（3）已知太陽輻射的總功率P0=4×1026W，太陽到地球的距離r=1.5×1011m，太陽光傳播到達(dá)地面的過程中大約有34%的能量損失。目前，制作太陽能電池的最好的材料為砷化鎵，其將光能轉(zhuǎn)化為電能的效率可達(dá)到31.6%。試通過計算分析，這種汽車只采用純太陽能驅(qū)動，且能保持最大輸出功率30kW不變的可行性。6．（13分）（2021黑龍江名校質(zhì)檢）2021年1月22日京哈高鐵全線貫通，1198公里的里程僅需4小時52分。高鐵相比傳統(tǒng)列車優(yōu)點(diǎn)很多，可以用下面的模型車類比高鐵與普通列車的起動過程。模型一為模擬由一節(jié)機(jī)車頭帶4節(jié)車廂的普通列車，車頭和普通車廂質(zhì)量相等均為10kg，運(yùn)行時阻力是重力的0.2倍。起動時只有第一節(jié)機(jī)車可動，發(fā)動機(jī)輸出70N的恒定牽引力，當(dāng)機(jī)車頭前進(jìn)2.5m時，瞬間與后四節(jié)車廂作用成為一個整體，之后發(fā)動機(jī)以不變的牽引力150N帶動整列火車?yán)^續(xù)加速到15m/s。模型二為五節(jié)完全一樣的動車組，每節(jié)質(zhì)量為7.5kg，運(yùn)行時阻力是重力的0.1倍，因?yàn)槊抗?jié)車廂都能提供動力，可以實(shí)現(xiàn)五節(jié)車廂同時起動，發(fā)動機(jī)提供的總牽引力為150N，同樣加速到15m/s。g取10m/s2。（1）若兩列車的發(fā)動機(jī)的總額定功率均為1.8kW，求模型車一、二的最大行駛速度大小；（2）求出兩列車的速度從0加速到15m/s的時間差。7.(12分)（2020高考仿真沖刺卷4）如圖(甲)所示,一汽車通過電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)ETC.假設(shè)汽車從O點(diǎn)以v0=6m/s的速度勻速駛向ETC收費(fèi)島,在OA路段所受阻力大小f1=1×103N;汽車從A處進(jìn)入ETC收費(fèi)島后,假設(shè)仍保持功率不變完成自動繳費(fèi)并駛離收費(fèi)島,并以v=3m/s速度勻速離開B處,汽車的vt圖象如圖(乙)所示.已知ETC收費(fèi)島AB段長度d=25m,汽車質(zhì)量M=2×103kg,汽車在OA段和AB段所受阻力分別為恒力.(1)求汽車在運(yùn)動過程中發(fā)動機(jī)的輸出功率.(2)當(dāng)汽車加速度大小為0.25m/s2時,求此時汽車的速度大小.(3)求汽車在ETC收費(fèi)島AB段內(nèi)行駛的時間.8.（10分）25m/sQUOTE，若行駛過程中阻力QUOTE大小不變，取重力加速度大小10m/s2QUOTE.（1）求阻力QUOTE的大小；（2）若K6從靜止開始以加速度1m/s2QUOTE勻加速運(yùn)動，求運(yùn)動10s后K6發(fā)動機(jī)的功率.9.（12分）(2021四川綿陽三模)2020年6月21日，最大速度為600km/h的高速磁浮試驗(yàn)樣車在上海同濟(jì)大學(xué)磁浮試驗(yàn)線上對多項關(guān)鍵性能進(jìn)行了測試。在某次制動性能測試中，樣車以最大速度勻速行駛，當(dāng)發(fā)出制動信號后，制動系統(tǒng)開始響應(yīng)，響應(yīng)時間為1.5s,在該時間內(nèi)制動力由零逐漸增大到最大值并保持穩(wěn)定，之后樣車做勻減速直線運(yùn)動至停下來。從制動力達(dá)到最大值開始計時，測得樣車在第1s內(nèi)位移為120m,運(yùn)動的最后1s內(nèi)位移為4m.已知樣車質(zhì)量為50t,g=10m/s2.在響應(yīng)時間空氣阻力不可忽略，在勻減速直線運(yùn)動過程中空氣阻力可忽略。求：（1）制動力的最大值；（2）在響應(yīng)時間內(nèi)，樣車克服制動力和空氣阻力所做的總功。（結(jié)果保留1位有效數(shù)字）（2分）10.（10分）(2021黑龍江大慶三校清北班質(zhì)檢)一輛汽車質(zhì)量是2×103kg，由靜止開始以額定功率沿平直公路向某一方向運(yùn)動，經(jīng)10s前進(jìn)100m時達(dá)到最大速度．設(shè)汽車所受阻力恒定為車重的0.2倍，g取10m/s2，求：（1）汽車行駛的最大速度；（2）汽車的額定功率；（3）當(dāng)汽車的速度為10m/s時汽車的加速度．11.（2021福州8縣市期中）景區(qū)觀光列車是人們欣賞景區(qū)美麗景色的絕佳工具。一質(zhì)量為的觀光列車以額定功率啟動，在水平直軌道上行駛時阻力是車重的0.01倍，當(dāng)速度為時，列車的加速度大小為()，求：（1）該列車的額定功率；

（2）該列車行駛的最大速度；（3）列車從靜止開始經(jīng)過時間，速度達(dá)到最大值，求該過程行駛的距離。12、（12分）（2020四川瀘州一診）某型號小汽車（含人）的質(zhì)量m＝1000噸、發(fā)動機(jī)的額定功率P0＝60kw。若該汽車保持額定功率不變，從靜止開始在水平直線路面上運(yùn)動，汽車加速行駛了t＝12s后剛好達(dá)到勻速。汽車在該水平路面運(yùn)動時受到的阻力大小恒為f＝2000N。在此過程中，求：．（1）該汽車勻速行駛時速度的大??；（2）該汽車從靜止開始啟動，經(jīng)過t＝12s剛達(dá)到勻速時，運(yùn)動的距離。13動車組列車是由幾節(jié)自帶動力的車廂（動車）和幾節(jié)不帶動力的車廂（拖車）編成一組．某興趣小組在模擬實(shí)驗(yàn)中用4節(jié)小動車和4節(jié)小拖車組成動車組，總質(zhì)量為m=2kg，每節(jié)動車可以提供P0=3W的額定功率．開始時動車組先以恒定加速度a=1m/s2啟動做勻加速直線運(yùn)動，達(dá)到額定功率后保持功率不變再做變加速直線運(yùn)動，直至動車組達(dá)到最大速度vm=6m/s并開始勻速行駛．行駛過程中所受阻力恒定．

（1）求動車組所受阻力大?。磺髣蚣铀龠\(yùn)動的時間．

（2）動車組變加速運(yùn)動過程的時間為10s，求變加速運(yùn)動的位移．

15、一輛汽車在平直的路面上以恒定功率由靜止行駛，設(shè)所受阻力大小不變，其牽引力F與速度υ的關(guān)系如圖所示，加速過程在圖中B點(diǎn)結(jié)束，所用的時間t=10s，經(jīng)歷的路程s=60m，10s后汽車做勻速運(yùn)動．求：（1）汽車運(yùn)