第8章 专题强化4 变力做功和机车启动问题(练案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理必修第二册同步学习指导(人教版2019)

练案[17] 第八章 专题强化4 变力做功和机车启动问题 A0~61内，牵引力的功率保持不变 基础巩固练 B.t1时刻起，牵引力的功率一定增加 1.一物体在运动中受水平拉力F的作用，已知F 随运动距离x的变化情况如图所示，则在这个 C.4,~2内，牵引力大小保持不变 运动过程中F做的功为 ( D.2时刻起，牵引力与阻力大小相等 4.一物体在粗糙的水平面上受到水平拉力作用， 在一段时间内的速度随时间变化情况如图所 8/m 示。关于拉力的功率随时间变化的图像，下图 中可能正确的是 ( A.4J B.6J 牛PW P/ C.18J D.22J 2.如图所示，传送带通过滑道将长为L、质量为m 的匀质物块以初速度。向右传上水平台面， 物块前端在台面上滑动s后停下来。已知滑 道上的摩擦不计，物块与台面间的动摩擦因数 为4且s>L,则物块在整个过程中克服摩擦力 D 所做的功为 5.放在粗糙水平面上的物体受到水平拉力的作 X●●●●● 用，在0~6s内其速度与时间的图像和该拉力 的功率与时间的图像分别如图甲、乙所示。下 B.umgs 列说法正确的是 C.umg( D.umg(s -L) wim.s-) +P/W 30 3.电动汽车能实现更精确的运动控制，有一电动 10 汽车由静止启动并沿直线运动，其速度一时间 46t/ 2 6 图像(-1图)如图所示，0到t,段图像为倾斜 甲 直线，到2段图像为曲线，2时刻以后的图 A.0~6s内物体的位移大小为36m 像为与时间轴平行的直线，则下列选项中正确 B.0~6s内拉力做的功为55J 的是 C.合力在0~6s内做的功大于0~2s内做 的功 D滑动摩擦力的大小为N —195 6.人们生活中出现越来越多的环保电动自行车，8.如图所示，密度为p、边长为a的正立方体木块 这种轻便的交通工具受到许多上班族的喜爱。 漂浮在水面上(h为木块在水面上的高度)。 下表是一辆电动车铭牌上的参数。若质量为 现用竖直向下的力F将木块按入水中，直到木 70kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶的 块上表面刚浸没，则此过程中木块克服浮力做 1图像如图所示，所受阻力大小恒为车重（包 功为（已知水的密度为P。、重力加速度为g) 括载重)的0.02倍，取重力加速度g= 10m/s2,下列说法正确的是 ( 后轮驱动直流 规格 永磁体电动机 26'电动 额定输 车型 400W 自行车 出功率 ==”= 整车质量 30 kg 最大载重 120kg A.pa'gh v/(ls) Bgh(p+a） C.poa'gh(a-h) D.jrgh(a-h)(p+p) 10 A.匀速阶段牵引力大小为25N 9.大力发展地铁，可以大大减少燃油公交车的使 B.匀速阶段电动机的输出功率为400W 用，减少汽车尾气排放。无锡已经开通地铁1 C.匀加速阶段牵引力大小为50N 号线和2号线，其中1号线起点堪桥站，终点 D.匀加速阶段电动机的输出功率随时间均匀 长广溪站，全长29.42km。若一列地铁列车从 增大 甲站由静止启动后做直线运动，先匀加速运动 能力提升练 208,达到最高速度72km/h,再匀速运动808， 接着匀减速运动15s到达乙站停住。设列车 7.用钉锤将一钉子钉入木板中，设钉子所受木板 在匀加速运动阶段牵引力为1×10°N,匀速阶 阻力与进入木板的深度成正比，不计钉子重 段牵引力的功率为6×103kW,忽略匀减速运 力，钉锤每次打击钉子所做的功相同，则打击 动阶段牵引力所做的功。如果燃油公交车运 第n次与打击第一次钉子进人木板的深度之 行中做的功与地铁列车从甲站到乙站牵引力 比为 B.n+n-1 做的功相同，则燃油公交车排放气体污染物的 A.√n-√n-I 2 质量是（燃油公交车每做1焦耳功排放气体污 C.√n-1 D.1 染物3×10-6g) () 196 无锡地然 A.2.00kg B.2.02kg C.2.04kg D.2.06kg A.A卫星在P点的加速度等于B卫星在P 10.(多选)图甲中的辘轳是古代民间提水设施， 点的加速度 由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成，图乙 B.A卫星在轨道1的速度小于B卫星在轨道 为提水设施工作原理简化图，辘轳绕绳轮轴 3的速度 半径r=0.1m,水桶的质量M=0.5kg,井足 C.B卫星从轨道2上Q点变轨进入轨道3时 够深，忽略井绳质量和因绳子缠绕导致轮轴 需要喷气减速 的半径变化。某次从井中汲取m=2kg的 D.B卫星沿轨道2从P点运动到Q点过程 水，轮轴由静止开始绕中心轴转动从而竖直 中引力做负功 向上提水桶，其角速度随时间变化规律如图12.（多选）“复兴号”动车组的总质量为m,在平 丙所示，取重力加速度g=10m/s2,则 直的轨道上行驶。该动车组有4节动力车 厢，每节车厢发动机的额定功率均为P,动车 组所受的阻力与其速率成正比（∫=）。动 wrad/s】 20------ 车组能达到的最大速度为m。若动车组从静 止开始运动，则下列正确的是 () 10 A.10s末水桶的速度大小为2m/s B.水桶的速度大小随时间变化规律为=2 C.0~10s内水桶上升的高度为10m D.0~10s内井绳拉力所做的功为255J A.若动车组匀加速启动，则牵引力逐渐增大 11.(多选)我国一箭多星技术居世界前列，一箭 B.若动力车输出功率恒定，则动车组做匀加 多星是一枚运载火箭同时或先后将数颗卫星 速运动 送入轨道的技术。某两颗卫星释放过程简化 C,若动力车输出功率变为？，则动车组的最 为如图所示，火箭运行至P点时，同时将A、B 两颗卫星送入预定轨道，A卫星进入轨道I 大速度为号 做圆周运动，B卫星进入轨道2沿椭圆轨道 D.若动力车输出功率变为 ,则动车组的最 运动，P点为椭圆轨道的近地点，Q点为远地 点，B卫星在Q点喷气变轨到轨道3，之后绕 大速度为号 地球做圆周运动，下列说法正确的是() 197代人数值，得F=P225X10N=1.5×10N,故A错误： 15 m/公=0.5m/g,根据F-0.02(m,+m)g=(m+m)a, 5 “南昌舰”在额定输出功率下由静止开始航行时，做加速度减 匀加速阶段牵引力大小为F=70N,C错误：根据P=F 小的加速运动，最后达到最大速度，匀速直线运动，故B错误： F,匀加速阶段牵引力不变，电动机的输出功率随时间均匀 由于匀速直线运动，所以“南昌舰”处于受力平衡状态，故水 增大，D正确。故选D 平方向有F=f=1.5×10N,根据阻力和速度变化关系能力提升练 了=加，代人数值计算得k=士=1×10kg·。,故C正确：7.A由题意可知，阻力与深度d成正f 比，d图像如图所示，图像与坐标轴 “南昌舰”以7.5m/的速度匀速航行时，根据阻力和速度变化 所形成图形的面积等于力所做的功. 关系得牵引力为F=f==7.5×10°N,由功率公式代人数值 每次钉钉子时做功相同，如图所示可 得P=Fx=7.5×I0°×7.5W=5.625×10(kW).故D错误 得：每次所制面积相同，根据相似比的 故选C 平方等于面积比可得：第1次：前2 练案[17] 次：前3次：…=1：√2：3：…：n,故第1次：第2次： 基础巩固练 第3次：…=1：(2-1)：(5-迈)：…：(m 1.C根据W=Fx可知，力F的功等于Fx图像的面积，则W= √-I),打击第n次与打击第一次钉子进入木板的深度之比 2×2J-2×1J+4×4J=18J,故选C。 为m-√m-I。故选A 2.C分两个阶段计算物块克服摩擦力所做功：物块在完全滑上8.B木块漂浮在水而上时有F:=G=P%',木块上表而刚浸没 台面前，摩擦力随滑上的距离从0均匀增大，最大值为4g: 物块滑上平台后摩擦力恒定，则有整个过程中克服摩擦力做 时受到的浮力为P,'=P80,浮力做的功为甲.上十k。 2 的功W=0+mL+mg(s-D=nmgs-之），故C正确.A 山 2h(p+%),故选B 2 B,D错误。故选C。 :9.C地铁匀加速运动阶段，牵引力做的功为W,=Fx,= 3.D0到1段图像为倾斜直线，则汽车做匀加速直线运动，牵 F.0"h,=1x10×0+20×20」=2×10J,地铁匀速运动 2 2 引力不变，由P=,可知，牵引力的功率增大，故A错误：一 阶段，牵引力做的功为W2=P252=6×103×103×80」=4.8× 4内，加速度减小，则牵引力减小，而速度在增加，所以牵引力 10J,地铁从甲站到乙站，牵引力做的总功为W=W,+W2= 的功率可能保持不变.故B错误，C错误：时刻起，汽车做匀 速直线运动，牵引力与阻力平衡，保持不变，故D正确。故 6.8×10J,燃油公交车运行中做的功为W=W,燃油公交车 选D 牵引力每做1焦耳功，排放气体污染物为△m=3×106g= 4.D由题图知：在0~n时间内，物体做初速度为零的匀加速 3×10kg,故燃油公交车排放气体污染物的质量是m= 运动，=l,由牛顿第二定律得F-∫=ma,则拉力的功率为 6.8×10°×3×10-°kg=2.04kg,故选C P=Fn=(f+m)e=(+a)u,可知功率的图像为过原点的 I0.ACD由图丙可知w=2:,所以水桶速度随时间变化规律为 候斜直线：在时刻以后，物体做匀速运动，r不变，则F=f, 事=r=0.24,则10末水桶的速度大小为2m/s,故A正确， P=F=,P不变，可知功率图像为水平直线，且功率的值小 B错误：水桶匀加速上升，加速度a=0.2/s,由牛顿第二 于加速阶段功率的最大值.故D正确。 定律F-(m+M)g=(m+M)a,所以井绳拉力大小为F= 25.5N.水桶匀加速上升.0-10s内它上升的高度为h= 5D0-6:内物体的位移大小x:4生x6m=30m,放A错 之2=10m,则0.10，内井绳拉力所敬的功为甲=片。 误：0-65内拉力做功W=子×2×30J+4×101=01.故B 255J,故C、D正确。故选ACD 错误：在2~6、内，物体做匀速运动，合力为零，则合外力在 0-6%内做的功与0-2内做的功相等，故C错误；在2-6： L.AD两卫星在P点时，根据G=,可得a=G兰，显然 内，=6m/s,P=10W,物体做匀速运动，摩擦力f=F,得到 两卫星的加速度相等，故A正确：由题知，轨道1和轨道3都 /=F==子N,放D正确。放选D, 是圆轨道，则有G=m二，可剁=√ M ,由于B卫屋在 6.D电动车匀速运动时，牵引力等于阻力，则F=0.2(m1+ 轨道3上运动的轨道半径大于A卫星在轨道！上运动的轨 m:)g=20N,A错误：匀速阶段电动机的输出功率为P= 道半径，所以B卫星在轨道3上运动的速度小于A卫星在轨 F#=20×5W=100W,B错误：电动车的加速度大小为a= 道1上运动的速度，故B错误：卫星从低轨道运动到高轨道， 需要在轨道相切点点火加速实现，所以B卫星在Q点变轨进 251 人轨道3时需要向后喷气加速，故C错误：B卫星沿轨道2 重力的平均功率大于A球重力的平均功率，C错误：落地时两 从P点运动到Q点过程中速度减小，则动能减小.故引力做 球速度大小相等，重力的阶时功率等于重力乘以重力方向上 负功，故D正确。故选AD 的分速度，则P、=mgesin8,P。=mg,D带误。 12.AC若动车组匀加速启动则有F-f=ma,则动车的牵引力跟踪训练1：D重力做功与物体的运动路径无关，只与物体初， F=mm+∫=ma+m,随着速度的增加，动车组的牵引力F逐 末位置的高度差有关，从A到B的高度差是H,故从A到B过 渐增大，故A正确：若动车输出功率恒定，则据F=P,动车 程中重力做功为mgH,故A,B,C错误：从A到C的高度差是 H-h,故从A到C过程中重力做功为mg(H-h),故D正确。 P 加速度a二二“，可知当功率一定时.随着速度增 -知 类型二 典题2：D物块分别沿三条不同的轨道由A点滑到同一水平面 加，动车的加速度减小，动车不可能做匀加速运动，故B错 上，三条不同的轨道高度相同，重力做功都是W,=mgH,所以 误：动车速度最大时，牵引力与阻力相等，则P==历= 物块沿三条不同轨道滑下重力做的功一样多，AB错误：重力 P 做正功等于物体重力势能的减少，因此重力势能的改变量为 如。，可得。=√怎，即动车的最大速度与功率的平方根成 △E。=-W。=-mgH,则有沿三条轨道下滑重力势能改变量 正比.所以若动车的输出功率变为{，则动车组的最大速度 都为-mgH,C错误，D正确。 跟踪训练2：D重500N的运动员由地面跑上20m高的大楼楼 为宁，故C正确：同理，若动车的输出功率变为5则动车组 顶时，重力做功W=-mgh=-500×20」=-10000J,因为重 力做功等于重力势能的变化量，重力做负功，重力势能增加， 的最大速度为号，放D错视。故选AC 所以重力势能增加量为100O0J.故D正确，A、B、C错误。故 选D 2.重力势能 类型三 探究点1 典题3：B若以地面为零势能平面.B的高度比C的高度大，根 基础梳理 据E,=mgh知，B点的重力势能大于C点的重力势能，故A 正确：以A点为参考平面，此时A点的重力势能为零，B、C的 一，1.mg4h2.起点和终点的位置运动的路径 二2.重力高度3.焦耳4.减少增加E-E 高度都为负值，但是B的高度仍然大于C的高度，则B点的 [判断正误] 重力势能比C点的重力势能大，故B错误，D正确：无论以何 处为参考平面，小球在B点的重力势能均比在C点大，故C (1)×(2)×(3)V 正确。故选B。 提示：(1)重力做功与物体运动路经无关。(2)重力势能的正 负表示大小。 跟踪训练3：C以地面C为零势能面，根据重力势能的计算公 式得D处的重力势能E。=mgh=-9J,从A下落到D的过程 重难解读 类型一 中重力势能的诚少量△E。=mg△h=15.6J,C正确。 典题I:A设A,B两球的加速度分别为a.,am,从初位置到达 探究点2 基础梳理 地面所用时间分别为4，，落地时重力的瞬时功率分别为 1.弹性形变弹力 P.,Pa。AB两球质量相同.所受重力相同，A,B从开始到最 类型 终落到地面，重力方向上的位移都为h,因此重力对两球所做 典题4：B小球由静止释放，在没接触到弹簧时，只受重力作 的功都为mgh,A正确：对小球A进行受力分析，得到小球A 用.重力做正功，速度一直增大：刚接触弹簧时.弹簧处于原 的加速度为。血Q,小球A沿斜面方向的位移为品。根据运 长，形变量为零，弹力为零，弹性势能为零，之后，弹簧被压缩， 动学公式2-2=2x,可求出A球到达斜面底部的速度大 弹力增大，但由于弹簧刚开始压缩时弹力较小，小于重力，故 小F=√2a4=√2gh,同理可求出B球落地的速度大小 合力向下，与速度同向，故速度增大：当弹力增大到等于重力 时，加速度为零，速度最大：继续下落时，弹力大于重力，合力 m=√2s=√2gh,A,B落地时速度大小相等，但速度方向 向上，开始做减速运动。由上述分析过程知，小球从距弹簧自 不同，→个沿斜面向下，一个竖直向下，B错误：两球均做初速 由端高度分别为，山的地方先后由静止释放，>，两种 度为零的匀变速直线运动，运动时间1=：，两球落地迷度力 情况下，小球到获得最大速度的位置相同，弹簧弹性形变程度 小相等，即△r相同，又由于a,<a。,可得a>t,整个过程中 相同，故△E=△Ea:由于h,>h:,从越高的地方释放，减小的 重力势能越大，所以△E,>△E,,故A,C,D错误，B正确。故 A,B所受重力做功相酮，根据平均功率刀=号，可以得出B球 选B 252