2022年高考物理一轮考点跟踪练习16《功和功率》（含详解）

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2022年高考物理一轮考点跟踪练习16《功和功率》一         、单选题1.关于功的概念，下列说法正确的是(　　)A．物体受力越大，位移越大，力对物体做功越多B．合力的功等于各分力功的矢量和C．摩擦力可以对物体做正功D．功有正负，但正负不表示方向，而表示大小  2.如图所示，通过一动滑轮提升质量m=1 kg的物体，竖直向上拉绳子，使物体由静止开始以5 m/s2的加速度上升，不计动滑轮及绳子的质量和一切摩擦，则拉力F在1 s末的瞬时功率为(取g=10 m/s2)(　　)A．75 W      B．25 W      C．12.5 W       D．37.5 W  3.用长为l、不可伸长的细线把质量为m的小球悬挂于O点，将小球拉至悬线偏离竖直方向α角后放手，运动t时间后停在最低点。则在时间t内(　　)A.小球重力做功为mgl(1－cos α)B.空气阻力做功为－mglcos αC.小球所受合力做功为mglsin αD.细线拉力做功的功率为 4.质量m=20 kg的物体，在大小恒定的水平外力F的作用下，沿水平面做直线运动。0～2 s 内F与运动方向相反，2～4 s 内F与运动方向相同，物体的v ­t图像如图所示。g取10 m/s2，则(　　)A.拉力F的大小为100 NB.物体在4 s时拉力的瞬时功率为120 WC.4 s内拉力所做的功为480 JD.4 s内物体克服摩擦力做的功为320 J 5.如图，一光滑大圆环固定在桌面上，环面位于竖直平面内，在大圆环上套着一个小环．小环由大圆环的最高点从静止开始下滑，在小环下滑的过程中，大圆环对它的作用力(　　)A．一直不做功B．一直做正功C．始终指向大圆环圆心D．始终背离大圆环圆心  6.一摩托车在竖直的圆轨道内侧做匀速圆周运动，人和车的总质量为m，轨道半径为R，车经最高点时发动机功率为P0、车对轨道的压力为mg.设轨道对摩托车的阻力与车对轨道的压力成正比，则(　　)A．车经最低点时对轨道的压力为mgB．车运动过程中发动机的功率一直不变C．车经最低点时发动机功率为3P0D．车从最高点到最低点的过程中，人和车重力做功的功率不变  7.国家“十三五”重点研发计划《现代轨道交通专项》启动时速600公里高速磁悬浮交通和时速200公里中速磁悬浮交通研发项目，列车速度的提高要解决许多具体的技术问题，提高牵引功率就是其中之一．若列车匀速行驶时，所受阻力大小与速度大小成正比，当磁悬浮列车分别以600 km/h和200 km/h的速度匀速行驶时，列车的牵引功率之比为(　　)A．3∶1       B．6∶1       C．9∶1       D．12∶1  8.如图，一箱苹果沿着倾角为θ的光滑斜面加速下滑，在箱子正中央夹有一只苹果，它周围苹果对它作用力的合力(　　)A．对这只苹果做正功B．对这只苹果做负功C．对这只苹果不做功D．无法确定   二         、多选题9. (多选)如图所示，一小球套在倾角为37°的固定直杆上，轻弹簧一端与小球相连，另一端固定于水平地面上O点．小球由A点静止释放，它沿杆下滑到达最低点C时速度恰为0.A、C相距0.8 m，B是A、C连线的中点，OB连线垂直AC，小球质量为1 kg，弹簧原长为0.5 m，劲度系数为40 N/m，sin 37°=0.6，g取10 m/s2.则小球从A到C过程中，下列说法正确的是(　　 )A．小球经过B点时的速度最大B．小球在B点时的加速度为6 m/s2C．弹簧弹力对小球先做正功后做负功D．小球从A到B过程和从B到C过程摩擦力做功相等  10. (多选)太阳能汽车是靠太阳能来驱动的汽车．当太阳光照射到汽车上方的光电板时，光电板中产生的电流经电动机带动汽车前进．设汽车在平直的公路上由静止开始匀加速行驶，经过时间t，速度为v时功率达到额定功率，并保持不变．之后汽车又继续前进了距离s，达到最大速度vmax.设汽车质量为m，运动过程中所受阻力恒为f，则下列说法正确的是(　　)A．汽车的额定功率为fvmaxB．汽车匀加速运动过程中，牵引力做的功为fvt＋mv2C．汽车从静止开始到速度达到最大值的过程中，克服阻力做的功为fvt＋fsD．汽车速度为时的加速度大小为   三         、计算题11.高速连续曝光照相机可在底片上重叠形成多个图像。现利用这架照相机对MD­2 000家用汽车的加速性能进行研究，如图为汽车做匀加速直线运动时三次曝光的照片，图中汽车的实际长度为4 m，照相机每两次曝光的时间间隔为2.0 s。已知该汽车的质量为1 000  kg，额定功率为90 kW，汽车运动过程中所受的阻力始终为1 500 N。(1)试利用图示，求该汽车的加速度。(2)若汽车由静止开始以此加速度做匀加速运动，匀加速运动状态最多能保持多长时间。(3)汽车所能达到的最大速度是多大。(4)若该汽车从静止开始运动，牵引力不超过3 000 N，求汽车运动2 400 m所用的最短时间(汽车已经达到最大速度)。     12.目前，我国的高铁技术已处于世界领先水平，它是由几节自带动力的车厢(动车)加几节不带动力的车厢(拖车)组成一个编组，称为动车组。若每节动车的额定功率均为1.35×104 kW，每节动车与拖车的质量均为5×104 kg，动车组运行过程中每节车厢受到的阻力恒为其重力的0.075倍。若已知1节动车加2节拖车编成的动车组运行时的最大速度v0为466.7 km/h。我国的沪昆高铁是由2节动车和6节拖车编成动车组来工作的，其中头、尾为动车，中间为拖车。当列车高速行驶时会使列车的“抓地力”减小不易制动，解决的办法是制动时，常用“机械制动”与“风阻制动”配合作用，所谓“风阻制动”就是当检测到车轮压力非正常下降时，通过升起风翼(减速板)调节其风阻，先用高速时的风阻来增大“抓地力”将列车进行初制动，当速度较小时才采用机械制动。求：(所有结果保留两位有效数字)(1)沪昆高铁的最大时速v为多少？(2)当动车组以加速度1.5 m/s2加速行驶时，第3节车厢对第4节车厢的作用力为多大？(3)沪昆高铁以题(1)中的最大速度运动时，测得此时风相对于运行车厢的速度为100 m/s，已知横截面积为1 m2的风翼上可产生1.29×104 N的阻力，此阻力转化为车厢与地面阻力的效率为90%。沪昆高铁每节车厢顶安装有2片风翼，每片风翼的横截面积为1.3 m2，求此情况下“风阻制动”的最大功率为多大？     
0.2022年高考物理一轮考点跟踪练习16《功和功率》（含详解）答案解析  一         、单选题1.答案为：C；解析：因功的决定因素为力、位移及二者的夹角，若力大、位移大，但两者夹角为90°，则做功为0，故A错误；功是物体之间能量转化的量度，它是标量，功也有正负之分，但功的正负不是表示方向，是表示力对物体的做功效果，所以B、D错误；摩擦力可以做正功，也可做负功，这要看摩擦力与位移的方向关系，故C正确．  2.答案为：A；解析：由牛顿第二定律得2F－mg=ma，得F=7.5 N,1 s末物体的速度为v1=at=5 m/s，力F作用点的速度v2=2v1=10 m/s，则拉力F在1 s末的瞬时功率为P=Fv2=75 W，故A正确．  3.答案为：A；解析：小球从开始运动到停止的过程中，下降的高度为：h=l(1－cos α)，所以小球的重力做功：WG=mgh=mgl(1－cos α)，故A正确；在小球运动的整个过程中，重力和空气阻力对小球做功，根据动能定理得：WG＋Wf=0－0，所以空气阻力做功Wf=－WG=－mgl(1－cos α)，故B错误；小球受到的合外力做功等于小球动能的变化，所以W合=0－0=0，故C错误；由于细线的拉力始终与运动的方向垂直，所以细线的拉力不做功，细线的拉力的功率为0，故D错误。 4.答案为：B；解析：取物体初速度方向为正方向，由题图可知物体与水平面间存在摩擦力，由题图可知0～2 s内，－F－f=ma1且a1=－5 m/s2; 2～4 s内，－F＋f=ma2且a2=－1 m/s2，联立以上两式解得F=60 N，f=40 N，A错误；由P=Fv得4 s时拉力的瞬时功率为120 W，B正确；由W=Fx，0～2 s内，W1=－Fx1,2～4 s内，W2=Fx2，由题图可知x1=10 m，x2=2 m，代入数据解得，4 s内拉力所做的功为－480 J，C错误；摩擦力做功W=fs，摩擦力始终与速度方向相反，故s为路程，由题图可求得总路程为12 m，4 s 内物体克服摩擦力做的功为480 J，D错误。 5.答案为：A；解析：由于大圆环是光滑的，因此小环下滑的过程中，大圆环对小环的作用力方向始终与速度方向垂直，因此作用力不做功，A项正确，B项错误；小环刚下滑时，大圆环对小环的作用力背离大圆环的圆心，滑到大圆环圆心以下的位置时，大圆环对小环的作用力指向大圆环的圆心，C、D项错误．  6.答案为：C；解析：在最高点，向心力大小为Fn=N1＋mg=2mg，摩托车做匀速圆周运动，向心力大小不变，则在最低点N2－mg=Fn，得N2=3mg，根据牛顿第三定律得车经最低点时对轨道的压力为3mg，故A错误；在最高点，发动机功率P0=F1v=μN1v=μmgv，在最低点发动机功率为P=F2v=μN2v=3μmgv，则有P=3P0，故B错误，C正确；摩托车做匀速圆周运动，速度大小不变，重力大小不变，车从最高点到最低点的过程中，重力方向和速度方向的夹角先变小再变大，重力功率先变大再变小，故D错误．  7.答案为：C；解析：列车匀速行驶时，则有F=Ff=kv，牵引力的功率P=Fv=kv2，因为列车的速度之比为3∶1，所以牵引功率之比为9∶1，故C正确，A、B、D错误．]  8.答案为：C；解析：对整体分析，受重力和支持力，整体的加速度a==gsin θ，可知苹果的加速度为gsin θ，苹果受重力、周围苹果的作用力，两个力的合力等于mgsin θ，所以其他苹果对该苹果的作用力等于mgcos θ，方向垂直于斜面向上，根据功的公式可知，周围苹果对它的作用力不做功，故C正确，A、B、D错误．]   二         、多选题9.答案为：BD；解析： [A.小球合外力等于0时速度最大，在B点时由于弹簧弹力为k(l－OB)=40 N/m×(0.5－0.3)m=8 N，方向垂直杆向上，重力垂直于杆的分力为mgcos θ=1×10×0.8 N=8 N，方向垂直于杆向下，所以小球在B点时合外力F=mgsin θ=1×10×0.6 N=6 N，所以经过B点时速度不是最大，A错误；B.此时加速度a===6 m/s2，B正确；C.在AB段弹簧弹力与小球位移夹角大于90°，所以做负功，BC段做正功，C错误；D.A、C两点小球速度为0，由图形的对称性知AB过程和BC过程摩擦力做功相等，D正确．选BD.]  10.答案为：ABD；解析：当汽车达到最大速度时牵引力与阻力平衡，功率为额定功率，汽车的额定功率为fvmax，故A正确；汽车匀加速运动过程中通过的位移x=vt，克服阻力做的功为W=fvt，由动能定理知：WF－Wf=mv2，得WF=Wf＋mv2=fvt＋mv2，故B正确；汽车匀加速运动过程中克服阻力做的功为W=fvt，后来汽车又运动了距离s，则这段过程克服阻力做的功为W′=fs，整个过程中克服阻力做的功为W总=W＋W′=fvt＋fs，故C错误；汽车的功率P=Fv，由牛顿第二定律知：F－f=ma，当汽车速度为时的加速度a=，故D正确．   三         、计算题11.解：(1)由题图可得汽车在第1个2.0 s时间内的位移x1=9 m，第2个2.0 s时间内的位移x2=15 m汽车的加速度a==1.5 m/s2。(2)由F－Ff=ma得，汽车牵引力F=Ff＋ma=(1 500＋1 000×1.5)N=3 000 N汽车做匀加速运动的末速度v== m/s=30 m/s匀加速运动保持的时间t1== s=20 s。(3)汽车所能达到的最大速度vm== m/s=60 m/s。(4)由(1)、(2)知匀加速运动的时间t1=20 s，运动的距离x1′=t1=×20 m=300 m所以，后阶段以恒定功率运动的距离x2′=(2 400－300)m=2 100 m对后阶段以恒定功率运动，有：P额t2－Ffx2′=mvm2－mv2解得t2=50 s所以最短时间为t总=t1＋t2=(20＋50)s=70 s。 12.解：(1)由P=3kmgv0,2P=8kmgv，代入数据解得：v=0.75 v0=3.5×102 km/h。(2)设各动车的牵引力为F牵，第3节车厢对第4节车厢的作用力大小为F，以第1、2、3节车厢为研究对象，由牛顿第二定律得：F牵－3kmg－F=3ma以动车组整体为研究对象，由牛顿第二定律得：2F牵－8kmg=8ma由上述两式得：F=kmg＋ma=＋ma=1.1×105 N。(3)由风阻带来的列车与地面的阻力为：F阻=1.29×104×1.3×2×8×0.9 N=2.4×105 N“风阻制动”的最大功率为P=F阻vm=2.4×105× W=2.3×107 W。