专题08 机车启动问题与三大力场中的变力做功问题-2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破

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【典例专练】
高考真题
1．如图所示，粗糙程度处处相同的水平桌面上有一长为L的轻质细杆，一端可绕竖直光滑轴O转动，另一端与质量为m的小木块相连。木块以水平初速度出发，恰好能完成一个完整的圆周运动。在运动过程中，木块所受摩擦力的大小为（ ）
A．B．C．D．
2．“复兴号”动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。总质量为的动车组在平直的轨道上行驶。该动车组有四节动力车厢，每节车厢发动机的额定功率均为，若动车组所受的阻力与其速率成正比（，为常量），动车组能达到的最大速度为。下列说法正确的是（ ）
A．动车组在匀加速启动过程中，牵引力恒定不变
B．若四节动力车厢输出功率均为额定值，则动车组从静止开始做匀加速运动
C．若四节动力车厢输出的总功率为，则动车组匀速行驶的速度为
D．若四节动力车厢输出功率均为额定值，动车组从静止启动，经过时间达到最大速度，则这一过程中该动车组克服阻力做的功为
3．小明用额定功率为、最大拉力为的提升装置，把静置于地面的质量为的重物竖直提升到高为的平台，先加速再匀速，最后做加速度大小不超过的匀减速运动，到达平台的速度刚好为零，取，则提升重物的最短时间为（ ）
A．13.2sB．14.2sC．15.5sD．17.0s
4．额定功率相同的甲、乙两车在同一水平路面上从静止启动，其发动机的牵引力随时间的变化曲线如图所示。两车分别从和时刻开始以额定功率行驶，从和时刻开始牵引力均视为不变。若两车行驶时所受的阻力大小与重力成正比，且比例系数相同，则（ ）
A．甲车的总重比乙车大B．甲车比乙车先开始运动
C．甲车在时刻和乙车在时刻的速率相同D．甲车在时刻和乙车在时刻的速率相同
两类机车启动计算类问题
5．上海市区运行着装备超级电容的快充高智能超级电容公交车，此公交车在乘客上下车的间隙进行充电，充电不到就能行驶，此公交车质量为、最大功率为。公交车运行线路始终在同一水平面内，正常运行时受到的阻力恒为车重的，公交车由静止开始启动，最快只需要30s就能达到最大速度，取重力加速度大小，则公交车从静止启动到速度最大时通过的路程的最小值为（ ）
A．B．C．D．
6．高速磁悬浮列车在水平长直轨道上的模拟运行图如图所示，列车由质量均为m的5节车厢组成，其中1号车厢为动力车厢。列车由静止开始以额定功率P运行，经过一段时间达到最大速度，列车向右运动过程中，1号车厢会受到前方空气的阻力，假设车厢碰到空气前空气的速度为0，碰到空气后空气的速度立刻与列车速度相同，已知空气密度为ρ。1号车厢的迎风面积（垂直运动方向上的投影面积）为S，不计其他阻力，忽略2号、3号、4号、5号车厢受到的空气阻力。当列车以额定功率运行到速度为最大速度的一半时，2号车厢对3号车厢的作用力大小为（ ）
A．B．C．D．
7．2021年7月20日，我国具有完全自主知识产权的时速600公里的高速磁悬浮列车在山东青岛成功下线。若磁悬浮列车的质量为M，在平直轨道上从静止开始做加速直线运动，经时间t前进的距离为L，此时车速达到最大值，设此过程中列车牵引力的功率恒为P，所受的阻力恒为车重的k倍，重力加速度大小为g，则在此段时间内牵引力所做的功可表示为（ ）
A．PtB．C．D．
8．2019年12月17日，我国第一艘国产航空母舰“山东舰”正式交付海军，“山东舰”发动机最大输出功率为P，最大航行速度为，其航行时所受的阻力随速度增大而增大，某次直线航行过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．若“山东舰”匀加速启动，则在匀加速阶段，发动机提供的牵引力大小恒定
B．若“山东舰”以恒定功率P启动，经时间t后速度达，则有
C．若“山东舰”以匀速航行时，所受的阻力为
D．若“山东舰”以匀速航行时，发动机输出功率小于
两类机车启动图像类问题
9．送药机器人为打赢疫情阻击战作出了巨大的贡献。如图甲所示，在某次送药过程中，送药机器人“艾米”（图中末画出）的输出功率恒为，在水平地面段，“艾米”速度为向右匀速运动，前方的水平地面段铺有地毯，阻力较大。时刻“艾米”到达点且通过整个路段的v-t图像如图乙所示，在时刻图线与水平虚线相切，此时“艾米”的速度为且恰好到达点。假设“艾米”在两个路段上所受阻力均恒定，由以上条件不能求出的是（ ）
A．“艾米”在段上所受的阻力B．“艾米”在段上所受的阻力
C．“艾米”在段上牵引力做的功D．“艾米”在段上克服阻力做的功
10．一辆汽车由静止开始沿平直公路行驶，汽车所受牵引力F随时间t变化关系图线如图所示。若汽车的质量为m，阻力恒定，汽车达到额定功率后保持不变，则以下说法正确的是（ ）
A．汽车匀速运动的速度大小为
B．汽车匀加速运动阶段的加速度大小为
C．汽车先做匀加速直线运动，然后再做减速直线运动
D．汽车的额定功率为
11．某学习小组通过质量为m的电动玩具小车在水平面上的运动来研究功率问题。小车刚达到额定功率开始计时，且此后小车功率不变，小车的v—t图像如图甲所示，t0时刻小车的速度达到最大速度的，小车速度由v0增加到最大值过程小车的牵引力与速度的关系图像如图乙所示，且F-v图线是双曲线的一部分，运动过程中小车所受阻力恒定，下列说法正确的是（ ）
A．小车的额定功率为
B．小车所受阻力为
C．小车速度达到最大速度的一半时，加速度大小为
D．0-t0时间内，小车运动的位移大小为
12．质量为的重物在起重机的作用下由静止开始沿竖直方向加速上升。已知起重机功率恒定，加速度与速度倒数的关系图像如图所示，重物的速度为时对应的加速度为，不计空气阻力，重力加速度为。下列说法正确的是（ ）
A．图线的横截距为
B．重物的最大速度为
C．起重机的功率恒为
D．重物速度为受到的拉力为
重力场中的变力做功问题
13．如图所示，密度为ρ、边长为a的正立方体木块漂浮在水面上（h为木块在水面上的高度）。现用竖直向下的力F将木块按入水中，直到木块上表面刚浸没，则此过程中木块克服浮力做功为（已知水的密度为ρ0、重力加速度为g）（ ）
A．ρa3ghB．
C．ρ0a3gh(a-h)D．
14．如图所示的水平轨道足够长，只有部分是粗糙的，其长度为，其余部分是光滑的，质量为1kg，长度为的粗细相同的匀质软绳静止在点的左侧（绳的右端在点），软绳与粗糙部分的动摩擦因数为，现用的水平向右的恒力作用在软绳上，软绳始终保持伸直状态且长度不变，重力加速度为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则在软绳运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．软绳先做匀加速后做匀减速运动B．软绳的左端能经过点
C．软绳的最大动能为0.5JD．软绳克服摩擦力做功4.0J
15．如图甲所示，在粗糙的水平面上，放着可视为质点的A、B两物块，质量分别为和。轻弹簧一端与物块A相连，另一端与竖直墙壁相连。未施加拉力F时，A到墙壁的距离小于弹簧原长且整个系统恰好处于静止状态。从时刻开始，对B施加一水平向右的力F使物块B做匀加速运动，力F随时间变化如图乙，已知物块与地面的动摩擦因数均为0.5，g取。
A．弹簧的劲度系数为
B．物块B在时的加速度大小为
C．到的过程中力F做的功为4J
D．到分开的过程中，A克服摩擦力的功为
16．宇航员飞到一个被稠密气体包围的某行星上进行科学探索。他站在该行星表面，从静止释放一个质量为的物体，由于气体阻力的作用，其加速度随下落位移变化的关系图像如图所示。已知该星球半径为，万有引力常量为。下列说法正确的是（ ）
A．该行星的平均密度为
B．该行星的第一宇宙速度为
C．卫星在距该行星表面高处的圆轨道上运行的周期为
D．从释放到速度刚达到最大的过程中，物体克服阻力做功
电磁场中的变力做功问题
17．如图所示，某空间区域的竖直平面内存在电场，其中竖直的一条电场线如图甲中虚线所示。一个质量为m、电荷量为q的带正电小球，在电场中从O点由静止开始沿电场线竖直向下运动。以O为坐标原点，取竖直向下为x轴的正方向，小球的机械能E与位移x的关系如图乙所示，不计空气阻力。则（ ）
A．沿x轴方向电场强度变大，方向沿x轴正方向
B．从O到的过程中，小球的速率越来越小，加速度越来越大
C．从O到的过程中，相等的位移内，小球克服电场力做的功变大
D．到达位置时，小球速度的大小为
18．如图所示，平行板电容器水平放置，两极板间电场强度大小为E，中间用一光滑绝缘细杆垂直连接，杆上套有带正电荷的小球和绝缘弹簧，小球压在弹簧上，但与弹簧不拴接。开始时对小球施加一竖直向下的外力，将小球压至某位置使小球保持静止。撤去外力后小球从静止开始向上运动，上升h时恰好与弹簧分离，分离时小球的速度为v，小球上升过程不会撞击到上极板，已知小球的质量为m，带电荷量为q，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．与弹簧分离时小球的动能为
B．从开始运动到与弹簧分离，小球与弹簧组成的系统增加的机械能为qEh
C．从开始运动到与弹簧分离，小球减少的电势能为
D．撤去外力时，弹簧的弹性势能为
19．如图所示，两根足够长光滑导轨竖直放置，导轨间距为L，底端接阻值为R的电阻。将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，弹簧劲度系数为k,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直。现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，第一次达到最大速度v时，回路产生的焦耳热为Q。若金属棒和导轨接触良好，电阻均可忽略，则（ ）
A．金属棒和弹簧组成的系统机械能守恒
B．金属棒第一次达到最大速度时弹簧的伸长量为
C．金属棒最后静止时电阻R上产生的总热量为
D．金属棒第一次达到最大速度时弹簧的弹性势能小于
20．如图所示，在竖直平面内，半径为d总电阻为R的单匝金属圆环用一根绝缘细线悬挂于O点，绝缘细线长度为L（），在以悬点O为圆心，半径为（L+2d）竖直线为对称轴圆心角为60°扇形区域内存在一垂直纸面向里大小为B的匀强磁场，现将绝缘细线拉到与竖直方向成60°的位置由静止开始释放，金属圆环下降过程中绝缘细线不发生转动，绝缘细线的延长线总是经过圆环的圆心，令绝缘细线延长线与金属圆环的两个交点分别为CD，圆环第一次下降到最低点时的速度为v，当地重力加速度为g，不计空气阻力。那么下列说法正确的是（ ）
A．金属圆环从开始下落至第一次达到最低点的过程中金属圆环产生感应电动势的平均值
B．金属圆环第一次经过最低点时
C．金属圆环从开始下落到第一次到达最低点过程中金属圆环中产生的热量
D．金属圆环最终停在最低点
专练目标
专练内容
目标1
高考真题（1T—4T）
目标2
两类机车启动计算类问题（5T—8T）
目标3
两类机车启动图像类问题（9T—12T）
目标4
重力场中的变力做功问题（13T—16T）
目标5
电磁场中的变力做功问题（17T—20T）