大题07 功与功率、动能定理的综合运用-【大题精做】冲刺2024年高考物理大题突破+限时集训（江苏专用）

大题07 功与功率 动能定理的综合运用 功和功率方面不单单考本身知识，还会与电学，能量转化结合一起考察；动能、动能定理、功能关系也不单单会考本身知识，通常与匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动甚至与后面的电学结合起来进行综合考核。高考命题考察方向：（1）功的考察：各种力（重力（与路径无关）、弹力（变力做功）、摩擦力（涉及能量的转化）的做功特点及计算。（2）动能定理的考察：①物体受恒力在单一过程中的初末动能计算；②利用动能定理计算变力做功；③物体在力（恒力、变力、多个力，各力作用不同阶段）作用下经历多个过程的动能变化。 （2023·贵州毕节·统考三模）由于三大常规能源的短缺，新能源汽车成为当下各国研发的主方向。理论上汽车刹车车轮抱死的情况下，刹车距离与速度的平方成正比，与动摩擦因数成反比，当摩擦因数一定时，刹车距离取决于车速。现实生活中，车速一样的情况下，往往车载重越重，刹车距离就越长。为探究这个问题，研究小组对某新能源汽车进行研究，该车质量为，额定功率为，以额定功率在水平路面上启动，受到的阻力恒为。保持额定功率行驶时间时，速度达到最大，随即刹车（防抱死制动装置ABS启动，不考虑反应时间），测得制动距离等于启动到最大速度距离的倍。查得抱死时动摩擦因数为，计算发现防抱死时刹车系统的制动力小于车轮抱死时与地面的滑动摩擦力。由此可知，这就是车载重越重刹车距离越长的原因。求： （1）该车从启动到最大速度的过程中，汽车行驶的位移大小； （2）上述刹车过程中刹车系统的制动力。 1．常用方法：微元法、函数法、图像法、比较法、极限法；理解过程与状态、过程量与状态量。 2．对于机车问题 （1）无论哪种启动过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即。 （2）机车以恒定加速度启动的过程中，匀加速过程结束时，功率最大，但速度不是最大，v＝P额/F<。 （3）机车以恒定功率运行时，牵引力做的功W=Pt，由动能定理得Pt-Ffx=ΔEk，用该式可求解机车以恒定功率启动过程的位移或速度问题。 3．应用动能定理解决问题： （1）应用动能定理解题应抓住“两状态，一过程”，“两状态”即明确研究对象的始、末状态的速度或动能情况，“一过程”即明确研究过程，确定在这一过程中研究对象的受力情况和位置变化或位移信息 （2）应用动能定理只考虑初、末状态，没有守恒条件的限制，也不受力的性质和物理过程的变化的影响.所以，凡涉及力和位移，而不涉及力的作用时间的动力学问题，都可以用动能定理分析和解答，而且一般都比用牛顿运动定律和机械能守恒定律简捷。 （3）在一个有变力做功的过程中，当变力做功无法直接通过功的公式求解时，可用动能定理W变＋W恒＝mv22－mv12，物体初、末速度已知，恒力做功W恒可根据功的公式求出，这样就可以得到W变＝mv22－mv12－W恒，就可以求出变力做的功了。 4．应用动能定理的注意事项 （1）动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系的，一般以地面或相对地面静止的物体为参考系。 （2）应用动能定理的关键在于对研究对象进行准确地受力分析及运动过程分析，并画出运动过程的草图，借助草图理解物理过程之间的关系。 （3）列动能定理方程时，必须明确各力做功的正、负，确实难以判断的先假定为正功，最后根据结果加以检验。 （2023·河南新乡·统考一模）如图所示，一可视为质点的小滑块从水平轨道上的A点以一定的水平初速度向右运动，沿水平直轨道运动到点后，进入半径的光滑竖直圆形轨道，恰好能通过圆形轨道的最高点，运动一周后自点向点运动，离开点后做平抛运动，落到水平地面上的点。已知A、B之间的距离为，B、C之间的距离为，C、D两点的竖直高度差，滑块与水平轨道间的动摩擦因数为，重力加速度取。求： （1）小滑块在A点的初速度大小； （2）C、D两点间的水平距离。 1．（2023·河北石家庄·校联考模拟预测）某旅客出行时，观察到t=0时刻和谐号匀加速启动，此时复兴号列车在另一铁轨上以v1=216km/h的速度迎面驶来，此刻两车车头相距x0=60m，t1=8s时两列车恰好相互驶离，此时和谐号恰好达到额定功率，此后和谐号功率保持恒定，t2=68s时和谐号刚好达到最大速度。已知和谐号长度为L1=200m，质量为150t，所受阻力为其重力的，复兴号长度为L2=300m，两列车均沿直轨道行驶，取g=10m/s2。求： （1）和谐号启动时加速度的大小及其额定功率。 （2）t1~t2时间内和谐号运动的位移大小。 2．（2023·山东青岛·统考模拟预测）已知某汽车的总质量（加测试员）为1500kg，额定功率为48kW，运动过程中所受阻力恒定为1000N。重力加速度取10m/s2。求： （1）若测试员驾驶该汽车由静止以2m/s2的加速度匀加速运动，求汽车能保持匀加速运动的最长时间和匀加速运动能达