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- 2021-05-24 发布
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功和功率
一.选择题
1.(2019江苏宿迁期末)一辆汽车以速度v0在平直的公路上匀速行驶。到达某处时,司机减小油门使汽车输出功率减小为原来的一半,并保持该功率行驶。假设汽车受到的阻力恒定,下列能正确表示从减小油门开始,汽车加速度a、速度v、时间t之间关系是( )
A. B.
C. D.
【参考答案】AD
2(2019高考三轮冲刺训练) 汽车发动机的额定功率为40KW,质量为2000kg,汽车在水平路面上行驶时受到阻力为车重的0.1倍,取g=10m/s2 , 若汽车从静止开始保持1m/s2的加速度作匀加速直线运动,达到额定输出功率后,汽车保持功率不变又加速行驶了800m,直到获得最大速度后才匀速行驶,则( )
A. 汽车在水平路面上能达到的最大速度为20m/s
B. 汽车匀加速的运动时间为10s
C. 当汽车速度达到16m/s时,汽车的加速度为0.5m/s2
D. 汽车从静止到获得最大行驶速度所用的总时间为57.5s
【参考答案】A,B,D
3(2019江苏宿迁期末)如图所示,一半径为R的竖直光滑圆轨道固定在倾角为37°的斜面上,圆轨道与斜面相切于N点,MN为圆轨道直径,整个装置保持静止。一个质量为m的小球恰能在圆轨道内侧做圆周运动,重力加速度为g,sin37°=0.6,小球( )
A.通过M点时速度大于
B.在N点的动能为2.3mgR
C.从M点运动到N点的过程中动能变化量为1.6mgR
D.从M点运动到N点的过程中重力的功率先增大后减小
【参考答案】ABC
【名师解析】在最高点点重力提供向心力:mg=m得v=,在其它位置的速度要大于M点的速度,则A正确;最高点到N点的竖直高度为(R+Rcos37°)=1.8R,在N点的动能为EK=1.8mgR+0.5mgR=2.3mgR,则B正确;由M点到N点重力做功:2mgRcos37°=1.6mgR,则动能的变化量为1.6mgR,则C正确;从M点运动到N点的过程中重力的功率先增大后减小到最底点后再增大,则D错误。
4.(2019·江西三市六校联考)如图所示,两质量均为m=1 kg的小球1、2(可视为质点)用长为L=1.0
m的轻质杆相连,水平置于光滑水平面上,且小球1恰好与光滑竖直墙壁接触,现用力F竖直向上拉动小球1,当杆与竖直墙壁夹角θ=37°时,小球2的速度大小v=1.6 m/s,sin 37°=0.6,g=10 m/s2,则此过程中外力F所做的功为( )
A.8 J B.8.72 J
C.10 J D.9.28 J
【参考答案】C
5(2019福建八县市联考)如图,表面光滑的固定斜面顶端安装一定滑轮,小物块A、B用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦)。初始时刻,A、B处于同一高度并恰好静止状态。剪断轻绳后A下落、B沿斜面下滑,则从剪断轻绳到物块着地,两物块 ( )
A.速率的变化量不同
B.机械能的变化量不同
C.重力势能的变化量相同
D.重力做功的平均功率相同
【参考答案】D
【名师解析】设斜面倾角为θ,刚开始AB处于静止状态,所以mBgsinθ=mAg,所以mB>mA。剪断轻绳后A自由下落,B沿斜面下滑,A、B都是只有重力做功,根据动能定理得:mv2=mgh,解得v=,所以速度的变化量为△v=v-0=
,选项A错误;AB都只有重力做功,机械能守恒,机械能变化量为零,所以两物块机械能变化量相等,选项B错误;重力势能变化量△EP=mgh,由于物块A、B的质量不相等,所以重力势能变化不相同,选项C错误;剪断轻绳后A自由下落,由h=gt12,解得A运动的时间为:t1=,重力做功的平均功率P1== mAg。B沿斜面下滑,下滑的加速度a= gsinθ,由=at22,解得B运动的时间为:t1=。重力做功的平均功率P2==mBg sinθ。由于mBgsinθ=mAg,所以两物块重力做功的平均功率相同,选项D正确。
二.计算题
1(2019江苏南京六校联考)一个物体放在足够大的水平地面上,如图甲,若用水平变力拉动,其加速度随力变化图像为图乙所示.现从静止开始计时,改用图丙中周期性变化的水平力F作用(g取10m/s2).求:
(1)物体的质量及物体与地面间的动摩擦因数.
(2)求周期力作用下物体在一个周期内的位移大小.
-4
0
12
F/N
2
4
8
10
12
t/s
6
丙
(3)21s内水平力F对物体所做的功.
甲
乙
4
O
a/ms-2
-1
F/N
【名师解析】
(1)由牛顿第二定律得:F-μmg=ma
变形得:
结合图象得:m=4kg;μ=0.1
(2)0~2s:,
2s~4s:
由以上式可知:一个周期内的位移为x1=2s1=8m
(3)20s即5个周期通过的位移x10=5×8=40m
第21秒通过的位移
前21秒物体运动时拉力F做的功W=5(F1×s1+ F 2×s1)+ F 1×x′=172J
2(2019江苏无锡一模)如图(1)所示,质量为的物块以初速度从图中所示位置开始沿粗糙水平面向右运动,同时物块受到一水平向左的恒力F作用,在运动过程中物块速度随时间变化的规律如图(2)所示,g取。试求:
V0
F
图(1)
v/ms-1
t/s
4
8
0
-8
20
图(2)
(1)物块在内的加速度和内的加速度;
(2)恒力F的大小及物块与水平面间的动摩擦因数;
内恒力F所做的功。
(3) 根据图形的面积可得8 s内物体运动的位移
s=×(4×20) m2-×(4×8) m2=24 m2(2分)
做的功为W=Fscos 180°=-7×24 J=-168 J(2分)
3.(2019高三二轮复习测试)一辆汽车质量为1×103kg,最大功率为2×104W,在水平路面由静止开始做直线运动,最大速度为v2,运动中汽车所受阻力恒定.发动机的最大牵引力为3×103N,其行驶过程中牵引力F
与车速的倒数的关系如图所示.试求
(1)根据图线ABC判断汽车做什么运动?
(2) v2的大小;
(3)整个运动过程中的最大加速度;
(4)当汽车的速度为10m/s时发动机的功率为多大?
4(2019四川攀枝花统考)额定功率P=60 kW、质量m=1.6 t的汽车在一山坡上行驶,下坡时若关掉油门,则汽车的速度将保持不变。现让该汽车在这一山坡上由静止开始向下行驶,先以F=8000 N恒定牵引力匀加速行驶一段时间,当功率达到额定功率时,改为恒定功率行驶,当速度达到匀加速结束时速度的两倍时关掉油门,汽车匀速下坡。设山坡足够长,汽车上述各过程中受到的阻力相同。求:
(1)汽车匀加速结束时速度大小;
(2)汽车由静止开始向下行驶至关掉油门这一过程的总时间。
【名师解析】(1)设汽车匀加速结束时的速度大小为v,由功率与速度的关系式:
(3分)
得:(1分)。
(2)设山坡的倾角为θ,汽车的重力为G,受到的阻力大小为f;汽车匀加速过程的加速度大小为a,所用的时间为t1;汽车以恒定功率运动的位移为x,所用的时间为t2
;汽车由静止开始向下行驶至关掉油门的总时间为t。
汽车匀加速过程,由牛顿第二定律得:(2分),
由运动学规律得:(2分);
汽车以恒定功率行驶过程,由动能定理得:
(2分);
关掉油门后,由平衡条件得: (2分);
(2分)。
联立以上各式得:t =3.75 s(1分)
5.(2019湖北武汉部分学校联考)某汽车研发机构在汽车的车轮上安装了小型发电机,将减速时的部分动能转化并储存在蓄电池中,以达到节能的目的。某次测试中,汽车以额定功率行驶700 m后关闭发动机,测出了汽车动能Ek与位移x的关系图像如图所示,其中①是关闭储能装置时的关系图线,②是开启储能装置时的关系图线。已知汽车的质量为1 000 kg,设汽车运动过程中所受地面阻力恒定,空气阻力不计,求
(1)汽车的额定功率P;
(2)汽车加速运动500 m所用的时间t;
(3)汽车开启储能装置后向蓄电池提供的电能E?
【参考答案】(1)8×104 W (2)16.25 s (3)5×105 J
(2)汽车加速运动过程中,由动能定理得
Pt-fx1=mv2-mv02
解得t=16.25 s。
(3)由功能关系,汽车开启储能装置后向蓄电池提供的电能为E=Ek-fx′
解得E=5×105 J。
6.(2019湖南株洲一模)足够长的光滑水平面上,有10个相同的小球沿直线等间隔均匀分布,总长度为l,并以相同的速度v0向右运动,如图甲所示。在小球的正前方有一“加速带”AB,当小球从左端A进入加速带后在水平恒力作用下被加速,直至从右端B离开,小球经过加速带前后速度的变化情况如图乙所示。已知1号球刚从B端离开时,4号球刚好从A端进入。不考虑球的大小,试求:
(1)10个小球最终分布的总长度。
(2)加速带对10个小球做功的总功率P。已知小球在加速带上所受水平恒力为F。
故10号球刚从B端出来时,1号与10号间的距离
L=3v0Δt(1分)
解得
L=3l(2分)
此即10个小球最终分布的总长度。
(2)因加速带对10个小球做功并不同步,故对10个小球做功的总功率要小于对单个小球做功的功率之和。
小球在加速带上运动的时间(1分)
小球在加速带上运动的平均速度
(1分)
故加速带长度为
(1分)
因而加速带对10个小球所做总功为
W=10FL0(1分)
加速带做功的总时间应是从1号球进入加速带A端开始,直到10号球离开加速带B端为止,这段时间即 t=Δt +T(1分)
又加速带对10个小球做功的总功率为 (1分)
解得 (2分)
8. (2019江苏南京六校联考)如图所示的木板由倾斜部分和水平部分组成,两部分之间由一段圆弧面相连接.在木板的中间有位于竖直面内的光滑圆槽轨道,斜面的倾角为θ.现有10个质量均为m、半径均为r的均匀刚性球,在施加于1号球的水平外力F的作用下均静止,力F与圆槽在同一竖直面内,此时1号球球心距它在水平槽运动时的球心高度差为h.现撤去力F使小球开始运动,直到所有小球均运动到水平槽内.重力加速度为g.求:
⑴水平外力F的大小;
⑵1号球刚运动到水平槽时的速度;
⑶整个运动过程中,2号球对1号球所做的功.
【名师解析】⑴以10个小球整体为研究对象,由力的平衡条件可得
(3分)
得:(2分)