第8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（人教版 江苏专用）

专题探究九机车运行问题 子错题本 黑题专题强化 限时：40min 题型1以恒定功率运行 C.电动车在BC段的加速度大小不变 1.*(2025·山东淄博期中)中欧班列是指运 行于中国与欧洲以及“一带一路”共建国家间 D电动车受到的阻力大小为。 的集装箱国际联运列车，从开通至今已经完3.*某新能源汽车在进行试车，下列四幅图像 成2万次运输.列车采用内燃加锂电池的混合 中，v表示汽车速率，F表示汽车牵引力，f表示汽 动力进行驱动，整车最大功率为750kW,行驶 车所受阻力，t表示汽车运动时间.则下列选项中 过程中受到的阻力恒定，速度最高为 能表示汽车以恒定的功率启动的是 108km/h,已知列车的总质量为5×104kg,列 车以最大功率运行时，下列说法正确的是 ( A.行驶过程中列车受到的阻力为2.0×104N B.列车以15m/s行驶时的加速度是0.5m/s2 4.*电动自行车在平直路面上匀速行驶，某一 C.列车加速过程中的平均速率是15m/s D.列车行驶1小时，牵引力对其做功为 时刻从车上掉落一货物，车行驶的功率不变， 750kJ 货物掉落前后车速随时间的变化图像最符合 2.*(2025·河南周口期末)某科研小组通过 实际的是 速度传感器和计算机得到了一段时间内某款 电动车的瞬时速度()以及对应的牵引力的 倒数(（日)的多组数据，作出。-。图像如图所 B D 题型2先以恒定加速度后以恒定功率运行 示，该电动车最终以大小为，的速度做匀速 5.*在平直的公路上，一辆汽车在牵引力作用 直线运动.电动车的质量为m,运动过程中受 下从静止开始做匀加速直线运动，当速度达到 到的阻力恒定.下列说法正确的是 某一值时汽车做匀速直线运动.若汽车所受阻 力与速度成正比，则汽车功率P随时间t变化 /m·s） 的关系可能是 F。2F N A.当电动车的速度大小为。时，其加速度大 6.整一辆汽车在水平路面上由静止启动，在前 小 3m 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 B.电动车的功率为2o 知汽车的质量m=2×103kg,汽车受到的阻力为 第八章黑白题073 车重的；重力加速度大小g取0民，下列说 法正确的是 A.汽车的最大速度为15m/s B.汽车的额定功率为120kW C.汽车的速度大小为16m/s时，加速度大小 为2.5m/s2 D.在前5s内汽车牵引力做的功为2×10J v/(m.s-) tul(m-s-1 9.我国高速铁路使用的和谐号动车组是由 动车和拖车编组而成，提供动力的车厢叫动 10 10 车，不提供动力的车厢叫拖车.某列动车组由 2F(×10-3N- 8节车厢组成，其中车头第1节、车中第5节 (第6题) (第7题) 为动车，其余为拖车，假设每节动车和拖车的 7.接(2025·湖南衡阳期末)汽车在研发过程 质量均为m=2×104kg,每节动车提供的最大 中都要进行性能测试，如图所示，这是某次测 功率P=600kW,g取10m/s2. 试中某型号汽车的速度v与牵引力大小倒数 (1)假设行驶过程中每节车厢所受阻力f大小 卡的关系图像(。-片因像)，表示最大速度 均为车厢重力的0.01倍，若该动车组从静 止以加速度a=0.5m/s加速行驶 已知汽车在水平路面上由静止启动，图中ab a.求此过程中，第5节和第6节车厢间作 平行于v轴，bc反向延长线过原点.已知阻力 用力大小； 恒定，汽车质量为1.5×103kg,下列说法正确 b.以此加速度行驶时所能持续的时间 的是 ( (2)若行驶过程中动车组所受阻力与速度成 A.汽车由b到c过程做加速度增大的加速直 正比，两节动车带6节拖车的动车组所能 线运动 达到的最大速度为v·为提高动车组速度， B.汽车的额定功率为5kW 现将动车组改为4节动车带4节拖车，则 C.汽车从a到b持续的时间为5s 动车组所能达到的最大速度为v2,求1与 D.汽车能够获得的最大速度为20m/s v2的比值 题型3改变功率运行 8.整某汽车以恒定功率匀速行驶，看到前方红 灯，司机将汽车功率减半，并保持该功率行驶， 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，以后保持该功 率行驶设汽车所受阻力大小不变，则在该过 程中，汽车的速度随时间变化图像可能是 必修第二册黑白题0743B解析：A汽车受到的阻力为车重的0放图力广” 10"gs 10×2×10'x10N=2000N,故A错误；B.由题图知前59内 的加滤度大小a=是-2m?,由牛顿第二定律知前5：内的 牵引力大小F=f+ma=(2000+2×103×2)N=6×103N,故 B正确；C.5s末达到额定功率P=Fu=6×103×10W= 60kW,故C错误；D.最大速度v= P额_6×104 f 2000m/ss 30m/s,故D错误故选B. 4.C解析：A.重力的方向与速度方向垂直，故功率为0，A错 误：B.根据2 altan0=v2,小球的速度v=√2 altan0,弹簧的伸 长最不等于弹资的长度，即弹簧的仰长量不等于。弹袋 弹力的功率R≠40m0:g=kan0V2an8,B错误： C.小球的合外力为ma且与速度方向相同，功率为P=F合v= ma√2 altan0,C正确；D.由受力可知，此时外力F的方向与 小球的速度方向不共线，D错误.故选C. 压轴挑战 5.B解析：在0~t,时间内：重物向上做匀加速直线运动，设加 速度大小为a1,根据牛顿第二定律得F-mg=ma1,则有 F=mg+ma1,拉力的功率P,=Fv=(mg+ma1)a1t,m、a,均一 定，则P1∝t.在t,~,时间内：重物向上做匀速直线运动，拉 力F=mg,则拉力的功率P2=Fm=mgo,P2不变，根据拉力的 大小关系得到P2小于t,时刻拉力的功率在2~t时间内：重 物向上做匀减速直线运动，设加速度大小为α2，根据牛顿第 二定律得mg-F=ma2,则有F=mg-ma2,拉力的功率P,= Fu=(mg-ma2)(o-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 1.B 3 2.A解析：B.电动车的功率等于图像的斜率，P= 2%, 31 2F。F。 Foo,故B错误；C.根据牛顿第二定律F-f=ma,P=Fm,解得 fm,电动车在BC段的加速度随着速度的增大而减 P 小，故C错误：根据最大速度公式，一号，根据愿意2。 子P=,解得∫子，放D错误：A根据号m, 3 2 P=Fof=3,u=o,解得a= 0,故A正确故选A 3m 3.C解析：AB.A、B选项两图中，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 必修第二册 意；D若机车以恒定的功率启动，则有P=Fu,可得F=P1 则有Fx1,即F-1图像是过原点的一条倾斜直线，故 D项不符合题意.故选C 4.A5.A 6.D解析：D.汽车在前5s内做匀加速运动，根据加速度的定 △w10 义，可得加速度为a=5m/s=2m/s,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= ×2x10×10N+2x10x2N=8x10N,在前5s内汽车运动 10、 的位移x=25m=25m,在前5s内汽车牵引力做的功为 W=Fx=8×103×25J=2×103J,故D正确：B.汽车在5s末功 率达到额定功率为P=Fu=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 8×104 最大速度为=下=了= -m/s=20m/s, 5 -×2×103×10 故A错误；C.汽车的速度大小为16m/s时，汽车的牵引力为 P8×104 F== f 116 N=5×103N,加速度大小为a1= m 5×103- 5×2x103×10 -m/s2=0.5m/s2,故C错误.故选D. 2×10 7.C解析：A根据P=F,变式得=P日，由图像可知关车由 b到c过程功率不变，随着汽车速度的增大，牵引力减小，根 据牛顿第二定律得F-∫=ma,汽车所受阻力不变，随着牵引 力的减小，汽车的加速度减小，汽车由b到c过程做加速度 减小的加速直线运动，故A错误；BCD.根据图像的斜率可求 得汽车的额定功率为P= ,10W=5x10W=50kW,根 5103 1 据图像的函数式=P,可求得为车速度的最大值为. 5x10×2×103ms=25m/s,汽车所受的阻力为/。 P 5×104 25 N=2000N,汽车从a到b所受的牵引力的倒数为 1=x103N,解得F=5000N,根据牛顿第二定律F- F=51 f=ma,解得a=2.0m/s,汽车从a到6持续的时间为t=”= s=5s,故C正确，BD错误故选C. 10 8.C解析：0~b1阶段，设汽车以速度。做匀速运动，牵引力与 阻力f平衡，此时功率恒为P。,则有=了 ,=h阶段，4时 刻使汽车功率减半瞬间，汽车的速度。不变，根据P=Fu,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=m,可知随着速度的减小，牵 引力又逐渐增大，可知汽车做加速度减小的减速运动2~3 阶段，当2时刻牵引力又增大到等于阻力，汽车开始做匀速 黑白题28 1 运动此时汽车的速度为=2.1 f=2o4~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=F,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= 户=故C正确，ABD错误 Po 9()a,3.6x10Nb.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,代入数据解得F=3.6×10N. 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"x,对整个动车组进行分析，根据牛顿第二定 律，有2。-8=8ma,2P=2Pm,则2P-8=8na,代人数据 解得vmx=12.5m/s,持续时间t= 0mat 25 s. (2)动车组以最大速度行驶时有F牵=f阻=，其中k为比例系 1√2 数依据公式P=F牵v,有2P=1·1,4P=2·2,解得 2 第2节重力势能 白题基础过关 1.D2.B3.B4.A5.C6.C7.C 8.B解析：AB.重物由A点摆向最低点的过程中，高度下降， 重力做正功，弹簧对重物有拉力，而弹簧要伸长，所以弹力做 负功，弹性势能增加，故B正确，A错误；C若用与弹簧原长 相等的细绳代替弹簧后，重力仍做正功，弹力方向始终与运 动方向垂直，不做功，故C错误；D.若用与弹簧原长相等的细 绳代替弹簧后，重物下降的高度减小，重力做功减少，弹力方 向始终与运动方向垂直，不做功，故D错误故选B. 9.C解析：在拉弹簧的过程中，拉力的大小始终等于弹簧弹 力F的大小x,故F-x图像的面积表示拉力所做的功，即 W=2(好-号).故选C 10.A解析：设斜面的最高点所在的水平面为参考平面，开始时 斜面上的那部分链条的重力势能为E=坚.上 2·4sin30°，竖 直下垂的那部分链条的重力势能为。=竖·子，当链条 刚好全部滑出斜面时，重力势能为￡，=mg乞，重力势能 5 的减少量为△E,=E+Be-B。=16mgL,故选A 11.A解析：把底部中间的阀门打开，使左右两边管中液体高 度相等，设此时液体的高度为h,故有h= 六因此从左边 移到右边的液体体积为V= V,2s所以这个过程液体的重 力势能变化量等于左边上部分的液体移到右边的重力势 参考答案与解析 能变化，即重力做的功为W。=4Pgs(h-h,)户故选A 第3节动能和动能定理 第1课时动能的表达式动能定理 白题基础过关 1.D2.C3.D 4B解析：A由动能定理可知W=mgh+m2-1x10x1J十 2×1×2J=12J,故A错误；BC由动能定理可得，合外力所 1 做的功等于动能的变化，即。=号㎡=号×1x2订=21，故 。1 B正确，C错误；D.物体克服重力做的功W。=mgh=1×10× 1J=10J,故D错误.故选B. 5.B解析：以子弹为研究对象，根据动能定理W=△E,= 2mw22mw=-128J,故选B. 21 6,A解析：根据动能定理可得：)m2 2mw6=mgh,解得石块 2m2 落地时的动能E来= =2m6+mgh=56.25J,石块落地 时的速度大小v=√/后+2gh=15m/s,故A正确，B错误；由表 达式u=√/+2gh可知，石块落地时的速度与初速度的仰角、 石块的质量无关，故CD错误故选A 7.D解析：设汽车与路面间的动摩擦因数为μ，则由动能定 理得：umgs=0-2m,当总质量为2m且速度变为和时 1 ux2mgs'=0-2×2m(4w)',解得=16，故D正确， ABC错误 黑题应用提优 1.C2.B 3.B解析：在竖直方向H= 2,解得1=。 1 2H E .根据平抛运 动的知识可得初速度v= 龙 = 由此可得 =xN√2H NE 1 代人数据可得台2兰， E,1 =8.故B正确， 2 mv? x H2 ACD错误. 4.A解析：物块相对木板向右滑动，对木板有4·2mg=ma1, 对物块有F-u·2mg=2ma2,刚要相对滑动时，有a1=a2,可 得F=6umg,AB.若F=3umg<6umg,物块与木板一起运动， 根凝动能定理1：}(m+2m)口，可得物块的动能为× 2mr=2mgd,木板的动能为2m2=ngd,故A正确，B错 误；CD.若F=8umg>6umg,物块相对于木板滑动，设木板的 加速度为a1,物块的加速度为a2,根据牛顿第二定律，对木 板有2umg=ma1,对物块有F-24mg=2ma2,由运动学公式可 知d=,物块的位移=4，=弓，根据动能定理， 黑白题29