第4章 专题探究9 机车运行问题-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理必修第二册（教科版）

黑题应用提优练 1.若某人的心率为75次/分，每跳一次输送 80L血液，他的血压（可看作心脏压送血液 的平均压强)为1.5×104Pa,此人心脏跳动做 功的平均功率约为 A.1.2W B.1.5W C.12W D.9W 2.(2023·广东深圳期中)（多选）如图所示，物 体受到水平推力F的作用在粗糙水平面上做 直线运动，监测到推力F、物体速度v随时间t 变化的规律如图所示，g取10m/s2,则( F/N +u/(m.s-) 3 t/s 3/s 甲 A.物体的质量为6kg B.这3s内物体克服摩擦力做的功W=6.0J C.第1.5s时推力F的功率为3W D.后2s内推力F做功的平均功率P=2.5W 3.(2023·河北衡水开学考)一辆汽车在水平路 面上由静止启动，在前5s内做匀加速直线运 动，5s末达到额定功率，之后保持额定功率运 动，其v-t图像如图所示.已知汽车的质量 为m=2×103kg,汽车受到地面的阻力为车重 的0g取10，则 tv/(m.s） 10 A.汽车在前5s内的阻力为200N B.汽车在前5s内的牵引力为6×103N C.汽车的额定功率为40kW D.汽车的最大速度为20m/s 第四章 限时：20min 4.(2022·湖北恩施期初)用一个劲度系数为 的轻弹簧竖直悬挂一个质量为m的小球（可 视为质点)，悬点为O,处于静止状态时弹簧长 度为，现对小球施加一外力F使小球水平向 右做加速度为a的匀加速直线运动，当弹簧轴 线与竖直方向夹角为0时（如图），下列说法正 确的是 ( 000000 A.重力的功率为mg√2 altan0 B.弹簧弹力的功率为kltan 0.√2 altan0 C.合外力的功率为ma√2 altan0 D.外力F的功率为F√2 altan0 压轴挑战 5.(2022·北京东城区期末)起重机的钢索将 重物由地面吊到空中某个高度，其速度 时间图像如图所示，则钢索拉力的功率随 时间变化的图像可能是图中的 0 t t2 t: 0t1t2 进阶突破拔高练P12 黑白题071 专题探究九机车运行问题 黑题 专题强化练 限时：40min 题型1以恒定功率运行 车运动时间.则下列选项中能表示汽车以恒定 1.(2023·贵州毕节期末)（多选）某新能源汽车 的功率启动的是 发动机的额定功率为80kW,质量为2000kg, 假定在水平路面上行驶时受到的阻力恒为 2000N,若该新能源汽车在额定功率下启动， 之后保持额定功率在平直公路上做直线运动 到最大速度的过程中.则 A.启动之后，汽车做匀加速直线运动 B.启动之后，汽车做加速度减小的加速运动 C.启动之后，汽车能达到的最大速度为 40m/s D.启动之后，当汽车速度为20m/s时，加速 4.(2022·广东广州三模)电动自行车在平直路 度大小为2m/s2 面上匀速行驶，某一时刻从车上掉落一货物， 2.(2023·广东汕尾期末)（多选）某车企测试一 车行驶的功率不变，货物掉落前后车速随时 货车满载时的性能，满载时货车和货物的总 间的变化图像较符合实际的是 质量为1×104kg,让其从静止开始保持恒定功 率沿水平直线加速到最大速度20m/s,如图 所示为牵引力F与速度的关系，加速过程所 用的时间t=10s,若货车所受阻力始终不变， 则该货车满载时，下列说法正确的是( 1F(×10N) D 题型2先以恒定加速度后以恒定功率运行 0 10 20lm.s') 5.在平直的公路上，一辆汽车在牵引力作用下从 A.该货车做匀速运动时的牵引力大小为2× 静止开始做匀加速直线运动，当速度达到某 105N 值时汽车做匀速直线运动，若汽车所受阻力与 B.该货车加速阶段的加速度维持不变 速度成正比，则汽车功率P随时间t变化的关 C.该货车的恒定功率为4.0×106W 系可能是 D.该货车加速阶段的位移大小为190m 3.(2023·山西朔州期末)某新能源汽车在进行 试车，下列四幅图像中，表示汽车速率，F表 示汽车牵引力，f表示汽车所受阻力，t表示汽 必修第二册·JK黑白题072二定律得mg-F=ma2,则有F=mg-ma2,拉力的功率P3= Fu=(mg-ma2)(vo-a2t),m、a2均一定，P3与t是线性关系，随 着t增大，P3减小.2时刻拉力突然减小，功率突然减小故 选B. 专题探究九机车运行问题 黑题专题强化练 1.BC解析：AB.根据P=Fv,可知随着速度增大，牵引力减小， 根据牛顿第二定律F-f=ma,可知汽车的加速度越来越小， 汽车做加速度减小的加速运动，故B正确，A错误；C当F=∫ 时，汽车的速度最大为vm= P80000 f -2000 m/s=40m/s,故 C正确：D.当汽车速度为20m/s时，牵引力F=P 80000N=4000N,根据牛顿第二定律F-f=ma,解得加速度 20 大小为a=1m/s2,故D错误故选BC. 2.ACD解析：A.由图可知该货车做匀速运动时的牵引力大小 为2×10N,故A正确：B.货车保持恒定功率加速过程中，v 增大，根据P=F可知牵引力减小，而所受阻力大小不变，根 据牛顿第二定律有a-F士，可知该货车加速阶段的加速度减 m 小，故B错误：C.该货车的恒定功率为P=Fv=4×10W,故 C正确；D.当货车匀速运动时，阻力与牵引力大小相等，即 f=2×10N,对货车的加速过程，根据动能定理有P-= 2mw,解得x=190m,故D正确故选ACD. 1 3.C解析：AB.开始一段时间，机车的速度随时间均匀增大， 加速度是定值，机车是以恒定的加速度启动，功率不恒定， 故AB项不符合题意：C.若机车以恒定的功率启动，则其速 度增加，牵引力减小，当牵引力逐渐减小到与阻力等大时，机 车以最大的速度做匀速运动，故C项符合题意；D.若机车以 恒定的功率启动，则有P=,可得F=P,则有Fx。,即 是过原点的一条倾斜直线，故D项不 选C. 4.A解析：电动自行车的功率P=F,匀速行驶时，牵引力 等于阻力，即F=f,加速度a=0.货物掉落后瞬间速度未 变，车整体质量减小，阻力减小为∫'，牵引力大于阻力，具 有向前的加速度，车开始加速，由于功率不变，牵引力逐 渐减小，加速度减小，当牵引力F'趋近于时，加速度趋 近0，电动自行车达到最大速度一尸，以后继续做匀速 运动.故选A. 5.A解析：汽车在匀加速阶段，根据牛顿第二定律F-f=ma, 汽车的速度v=at,受到的阻力f=m,则加速阶段的功率P= Fm=ka2t2+ma2t,所以加速阶段的P-t图线是开口向上的抛 物线；速度达到某一值时汽车做匀速直线运动，牵引力突然 减小，使牵引力等于阻力，速度不变，由P=F知，功率突然 减小，然后不变，故A项正确，BCD三项错误. 6.D解析：D.汽车在前5s内做匀加速运动，根据加速度的定 义，可得加速度为a==气m/s2=2m/32,由牛顿第二定律 得F-f=ma,解得汽车在前5s内的牵引力为F=f+ma= 5×2×10×10N+2x103×2N=8×103N,在前5s内汽车运动 必修第二册·JK 的位移x=9x5m=25m,在前5s内汽车牵引力做的功为 W=Fx=8×103×25J=2x103J.故D正确：B.汽车在5s末功 率达到额定功率为P=Fv=8×103×10W=8×104W,故B错 误；A.当汽车速度最大时，牵引力与阻力大小相等，则汽车的 PP 最大速度为。= 8×104 —m/s=20m/s, 5×2x10×10 f 1 故A错误：C.汽车的速度大小为16m/s时，汽车的牵引力为 ,=P=8x10 f三 16 N=5×10N,加速度为a=m 5x10-1x2x102x10 -m/s2=0.5m/s2,故C错误故选D. 2×103 7.C解析：AB.当t=t,时，根据F-mg=mao,P籁=F1=Fao1 联立解得起重机的额定功率为P籁=(mg+mao)aoh1,故 AB错误：CD.0~t内牵引力做的功W,=)t:-t2内牵引 力做的功W2=P额(t2-t1).故在0~t1和t1~t2时间内牵引力 做的功之比为t1:2(t2-t1),故C正确，D错误；故选C 8.C解析：0~t1阶段，设汽车以速度。做匀速运动，牵引力与 国力f平衡，此时功率徊为P,则有=一4-3阶段，山时 刻使汽车功率减半瞬间，汽车的速度o不变，根据P=F,可 知牵引力突然减小为原来的一半，则汽车开始做减速运动， 功率保持为2P,不变，根据P=,可知随若速度的减小，牵 引力又逐渐增大，可知汽车做加速度减小的减速运动，2~ 阶段，当，时刻牵引力又增大到等于阻力，汽车开始做匀速 1 运动，此时汽车的速度为'= 21 f=2~4阶段，看到红 灯转为绿灯，逐渐增加功率，使汽车做匀加速运动直到恢复 原来功率P。,这段时间内汽车先做匀加速直线运动，当牵引 力功率刚恢复原来功率瞬间，牵引力仍大于阻力，汽车继续 加速，但以后保持功率P。行驶，根据P=Fv,可知随着速度的 增加，牵引力减小，汽车做加速度减小的加速运动，当牵引力 减小到与阻力平衡时，汽车开始匀速运动，速度大小为v= 故C正确，ABD错误 f 2 9.(1)a3.6x10Nb.25s(2)2 解析：(1)a.以第6、7、8节车厢为整体进行分析，总质量为 3m,整体所受拉力为F,根据牛顿第二定律有F-3f=3ma,f= 0.01mg,代人数据解得F=3.6×104N.b.设每节动车提供的牵 引力为F,动车匀加速行驶能达到的最大速度为vx,对整个 动车组进行分析，根据牛顿第二定律，有2F-8f=8ma, 2P=2,则2P-g=8mu,代人数据解得m=12.5ms,持 Umax 续时间="”■=25s.(2)动车组以最大速度行驶时有F案= a f阻=m,其中k为比例系数依据公式P=F牵·v,有2P=1· ,4P=,·,解得=2 22 黑白题30