专题12 机车的两种启动方式 跟踪练习-2025-2026学年高一物理下学期人教版必修第二册

专题12 机车的两种启动方式 跟踪练习 基础强化练 一、选择题: 1．质量为5 t的汽车，在水平路面上以加速度a＝2 m/s2启动，所受阻力大小恒为1.0×103 N，汽车启动后第1 s末发动机的瞬时功率是(　　) A．2 kW B．22 kW C．1.1 kW D．20 kW 2．一起重机的钢绳由静止开始匀加速提起质量为m的重物，当重物的速度为v1时，起重机的有用功率达到最大值P，之后起重机保持该功率不变，继续提升重物，直到以最大速度v2匀速上升为止，重物上升的高度为h，重力加速度为g，则整个过程中，下列说法正确的是(　　) A．钢绳的最大拉力为 B．钢绳的最大拉力为mg C．重物的最大速度v2＝ D．重物匀加速运动的加速度为 3．质量为m的汽车，它的发动机的额定功率为P，沿一倾角为α的坡路向上行进，设坡路足够长，摩擦阻力是汽车重力的k倍，重力加速度为g，汽车在上坡过程中最大速度为(　　) A. B. C. D. 4.如图所示是一汽车在平直路面上启动的v－t图像，从t1时刻起汽车的功率保持不变，由图像可知(　　) A．0～t1时间内，汽车的牵引力增大，加速度增大，功率不变 B．0～t1时间内，汽车的牵引力不变，加速度不变，功率增大 C．t1～t2时间内，汽车的牵引力增大，加速度增大 D．t1～t2时间内，汽车的牵引力不变，加速度不变 5.质量为m的汽车，启动后沿平直公路行驶，如果发动机的功率恒为P，且行驶中受到的阻力大小恒定，汽车能达到的最大速度为v.当汽车的瞬时速度为时，汽车的加速度大小为(　　) A. B. C. D. 6.一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5 s内做匀加速直线运动，5 s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＝2×103 kg，汽车受到地面的阻力为车重的0.1倍，重力加速度g＝10 m/s2，则(　　) A．汽车在前5 s内的牵引力为6×103 N B．汽车在前5 s内的牵引力为4×103 N C．汽车的额定功率为50 kW D．汽车的最大速度为40 m/s 能力综合练 一、选择题: 7．质量为2×103 kg、发动机的额定功率为80 kW的汽车在平直公路上行驶．若该汽车所受阻力大小恒为4×103 N，则下列判断中正确的有(　　) A．汽车的最大速度是10 m/s B．汽车以2 m/s2的加速度匀加速启动，启动后第2 s末发动机的实际功率是36 kW C．汽车以2 m/s2的加速度匀加速启动，匀加速运动所能维持的时间为10 s D．若汽车保持额定功率启动，则当其速度为5 m/s时，加速度为6 m/s2 8．汽车在平直公路上以速度v0匀速行驶，发动机功率为P；快进入闹市区时，司机减小了油门，使汽车的功率立即减小一半并保持该功率继续行驶．图示四个图像中能正确表示从司机减小油门开始，汽车的速度与时间关系的是(　　) 9.一赛车在平直赛道上以恒定功率200 kW加速，受到的阻力不变，加速度a和速度v的倒数的关系如图所示，则赛车(　　) A．做匀加速直线运动 B．质量为200 kg C．所受阻力大小为2 000 N D．v′＝50 m/s时牵引力大小为2 000 N 2． 计算题： 10．在水平路面上运动的汽车的额定功率为60 kW，若其总质量为5 t，在水平路面上所受到的阻力大小为5×103 N，求： (1)汽车所能达到的最大速度的大小； (2)若汽车以0.5 m/s2的加速度由静止开始做匀加速直线运动，这一过程能维持多长的时间； (3)若汽车以额定功率启动，则汽车的车速为v1＝2 m/s时的加速度多大； (4)若汽车以v2＝6 m/s的速度匀速行驶，汽车的实际功率多大． 11.如图所示为修建高层建筑常用的塔式起重机．在起重机将质量为m＝5×103 kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a＝0.2 m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做vm＝1.02 m/s的匀速直线运动．取g＝10 m/s2，不计额外功．求： (1)起重机允许的最大输出功率； (2)重物做匀加速直线运动所经历的时间和起重机在第2 s末的输出功率． 尖子生选练 12.汽车发动机的额定功率为60 kW，汽车的质量为4吨，当它行驶在坡度为α(sin α＝0.02)的长直公路上时，如图所示，所受摩擦力为车重力的0.1倍(不计空气阻力，g取10 m/s2)，求：(结果均保留三位有效数字) (1)汽车所能达到的最大速度的大小； (2)若汽车从静止开始以0.6 m/s2的加速度做匀加速直线运动，则此过程能维持多长时间； (3)当汽车从静止开始以0.6 m/s2的加速度匀加速行驶直到速度达到最大值的过程中，汽车做功为多少． 参考答案： 1.答案　B解析　根据牛顿第二定律得：F－Ff＝ma，则F＝Ff＋ma＝1 000 N＋5 000×2 N＝11 000 N，汽车第1 s末的速度大小为v＝at＝2×1 m/s＝2 m/s，所以汽车启动后第1 s末发动机的瞬时功率为：P＝Fv＝11 000×2 W＝22 000 W＝22 kW，故B正确． 2.答案　C解析　由F－mg＝ma和P＝Fv可知，重物匀加速上升过程中钢绳拉力大于重力且不变，达到最大功率P后，随着v增加，钢绳拉力F变小，当F＝mg时重物达到最大速度v2，故v2＝；最大拉力Fm＝mg＋ma＝，a＝－g，A、B、D错误，C正确． 3.答案　C 4.答案　B 5.答案　B解析　当汽车匀速行驶时，有Ff＝F＝；根据P＝，得F′＝，由牛顿第二定律得a＝＝，故B正确． 6.答案　A解析　汽车受到的阻力为Ff＝kmg＝0.1×2×103×10 N＝2×103 N 前5 s内，由题图知a＝2 m/s2， 由牛顿第二定律有F－Ff＝ma 解得F＝Ff＋ma＝(2×103＋2×103×2) N＝6×103 N，故A正确，B错误； 5 s末达到额定功率为P＝Fv＝6×103×10 W＝6×104 W＝60 kW，故C错误；汽车的最大速度为vm＝＝ m/s＝30 m/s，故D错误． 7.答案　D解析　当牵引力大小等于阻力大小时速度最大，根据P＝Ffvm得，汽车的最大速度vm＝＝ m/s＝20 m/s，故A错误；根据牛顿第二定律得F－Ff＝ma，解得F＝Ff＋ma＝4 000 N＋2 000×2 N＝8 000 N，第2 s末的速度v＝at＝2×2 m/s＝4 m/s，第2 s末发动机的实际功率P1＝Fv＝8 000×4 W＝32 kW，故B错误；匀加速直线运动的末速度v1＝＝ m/s＝10 m/s，做匀加速直线运动的时间t′＝＝ s＝5 s，故C错误；当汽车速度为5 m/s时，牵引力F′＝＝ N＝16 000 N，根据牛顿第二定律得汽车的加速度a′＝＝ m/s2＝6 m/s2，故D正确． 8.答案　C 9.答案　C解析　由题图可知，加速度变化，赛车不是做匀加速直线运动，故A错误；当赛车的速度最大时，加速度为零，由题图可知最大速度v＝100 m/s，此时有P＝Ffv，可得Ff＝2 000 N，故C正确；图线的反向延长线与纵轴的交点为a0＝－4 m/s2，根据牛顿第二定律有F－Ff＝ma，其中F＝，可得－Ff＝ma，则有a＝－，此时有Ff＝－ma0，可得m＝500 kg，故B错误；v′＝50 m/s时，F′＝＝ N＝4 000 N，故D错误． 10.答案　(1)12 m/s　(2)16 s　(3)5 m/s2　(4)3×104 W 解析　(1)当汽车速度达到最大时，牵引力F＝Ff，则由P＝Fv得汽车所能达到的最大速度为vmax＝＝12 m/s； (2)汽车以恒定的加速度a做匀加速直线运动，能够达到的最大速度为v， 则有－Ff＝ma 得v＝＝8 m/s 由v＝at得这一过程维持的时间为t＝16 s. (3)当汽车以额定功率启动达到2 m/s的速度时，牵引力为F′＝＝3×104 N 由牛顿第二定律得汽车的加速度大小为a′＝＝5 m/s2. (4)P′＝Ffv2＝3×104 W. 11.答案　(1)5.1×104 W　(2)5 s　2.04×104 W 解析　(1)设起重机允许的最大输出功率为P0，重物达到最大速度时拉力F0等于重力，则有P0＝F0vm，F0＝mg 可得P0＝mgvm＝5.1×104 W； (2)匀加速直线运动结束时，起重机达到允许的最大输出功率，设此时重物受到的拉力为F，速度为v1，匀加速运动经历的时间为t1 则有：P0＝Fv1，F－mg＝ma，v1＝at1 联立并代入数据得，t1＝5 s，F＝5.1×104 N 第2 s末，重物处于匀加速运动阶段 设此时速度为v2，输出功率为P 有v2＝at2，P＝Fv2 联立并代入数据解得：P＝2.04×104 W. 12.答案　(1)12.5 m/s　(2)13.9 s　(3)4.16×105 J 解析　(1)汽车在坡路上行驶，所受阻力分为两部分，即 F阻＝kmg＋mgsin α＝4 800 N 又因为F＝F阻时，P＝F阻·vm，所以 vm＝＝ m/s＝12.5 m/s (2)汽车从静止开始，以a＝0.6 m/s2的加速度匀加速行驶，有F′－kmg－mgsin α＝ma，所以F′＝ma＋kmg＋mgsin α＝4×103×0.6 N＋4 800 N＝7.2×103 N； 保持这一牵引力，汽车可达到匀加速行驶的最大速度vm′，有 vm′＝＝ m/s≈8.33 m/s 由运动学规律可得t＝＝ s≈13.9 s (3)汽车在匀加速阶段行驶时做功为 W＝F′·l＝F′·≈4.16×105 J. 学科网（北京）股份有限公司 $