2020年高考物理考点练习6.3 机车的启动和运行（提高篇）（解析版）.doc

2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练第六部分 机械能专题6.3 机车的启动和运行（提高篇）一选择题1（2019湖北名校联盟三模）一辆机车的质量为m，额定功率为P，在保持额定功率不变的情况下，机车启动时的-t图象如图所示。已知t1时刻的速度为v1，t2时刻的速度为v2，且t1时刻的加速度为t2时刻的加速度的2倍。若机车所受阻力大小恒定，则下列说法正确的是（ ）A机车在t1t2时间内的平均速率小于B机车所受的恒定阻力为C机车能达到的最大速度为D若机车以加速度a匀加速启动，则匀加速运动的时间为【参考答案】C【名师解析】时间内汽车做变加速运动，由图象的“面积”表示位移知，其位移大于匀加速直线运动的位移，则平均速度大于，故选项A错误；由题意，设时刻的加速度为a，联立解得，故选项B错误；机车能达到最大速度时，F=f，P=Fv，故，故选项C正确；由题意得：Fv=P，F-f=ma，故，故选项D错误。2（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（）ABCD【参考答案】AD【名师解析】当功率突然减半时，速度v不可以突变，则，汽车减速，保持减半的功率不变，则当速度减小时，牵引力增大，根据牛顿第二定律知，a，则加速度a减小，即做加速度逐渐减小的减速运动，a，可知a与成线性关系。开始时汽车做匀速运动，所以a，可知当v时刻汽车的加速度减小为0故A错误，B正确。由以上的分析可知，汽车先做加速度减小减速运动；当加速度减小为零时，汽车做匀速直线运动，故C正确，D错误。3（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/sB. 汽车匀加速的运动时间为10sC. 当汽车速度达到16m/s时，汽车的加速度为0.5m/s2D. 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 【名师解析】由题意知，汽车发动机的额定功率P额=40kW=4×104W，阻力f=0.1mg=0.1×2000×10N=2000N。当汽车有最大速度时，此时牵引力与阻力二力平衡，由P额=F牵vm=fvm得，汽车的最大速度： ，A符合题意；若汽车从静止作匀加速直线运动，则当P=P额时，匀加速结束，则有：  根据牛顿第二定律有：   ，联立可解得：vt=10m/s，由vt=at得，汽车匀加速的运动时间t=10s，B符合题意；当速度v=16m/s时，由P=Fv得，此时汽车的牵引力： ，则汽车的加速度： ，C不符合题意；设匀加速后的800m过程所用的时间为t，从静止开始一直运动到最大速度的过程中，根据动能定理得： ，解得：t=47.5s，汽车从静止到获得最大行驶速度所用的总时间：t总=t+t=10s+47.5s=57.5s，D符合题意4（3分）(2019浙江稽阳联谊学校联考模拟)自主品牌比亚迪汽车，2018年度新能源汽车总销量超越全球知名品牌特斯拉，旗下热销车型比亚迪唐好评如潮。表格中是纯电动唐的部分技术参数，分析可知（）续航里程（km，特定工况下）520整备质量（kg）2155最高车速（km/h）160电池组储能（kwh）82.8电机额定机械功率（kw）180电池组总功率与电机机械功率的转化效率80%A工况条件下百公里耗电量17.3kwhB电池组容量约为2.98×108CC若持续额定机械功率工作，可工作约0.46hD在水平直道上以最高车速行驶时，受到的阻力约为4050N【参考答案】.D【命题意图】 本题以新能源汽车比亚迪·唐的部分技术参数为解题信息，考查功率、电池组容量，能量守恒定律及其相关的知识点。【解题思路】电池组储能E=82.8kW·h，续航里程L=520km，即使电池组储能全部用完，工况条件下百公里耗电量为E/L=kWh=15.9kWh，选项A错误；电池组容量q=E/U，由于没有给出电池组电压，所以不能得出电池组容量，选项B错误；电池组能够转化的机械能量E机=E×80%=82.8kW·h×80%=66.24kW·h ，由E机=Pt解得t=E机/P=0.368h，即若持续额定机械功率工作，工作时间为0.368h，选项C错误；电机额定机械功率P =180kW=1.8×105W，在水平直道路上以最高车速v=160km/h=m/s行驶时，由P=fv解得f=4050N，选项D正确。电机额定机械功率P=180kW，【方法归纳】若题述条件给出的能量是用kWh做单位，计算工作时间，不必换算成J，可以直接采用E=Pt，得出的工作时间单位为h。5一辆载货卡车正在一段坡路上以速度v1匀速行驶，卡车受到来自地面的阻力大小为f1.上坡过程中，突然天降大雨，地面的阻力大小减小为f2，卡车功率保持不变，一直运动到再次保持匀速v2，则下列说法正确的是()甲乙A图甲为卡车的速度时间图象B图乙为卡车的速度时间图象C卡车先后匀速运动的速度大小之比为v1v2f2f1D卡车在变速运动阶段的平均速度小于【参考答案】A【名师解析】设卡车的质量为m，斜面倾角为，匀速上坡时，牵引力F1f1mgsin ，阻力大小减小时，先做加速度减小的加速运动，当F2f2mgsin 时，再次做匀速运动，选项A正确，B错误；卡车先后匀速运动的速度大小之比为v1v2(f2mgsin )(f1mgsin )，选项C错误；卡车在变速运动阶段做加速度逐渐减小的加速运动，位移大于加速到相同速度时匀加速直线运动的位移，故平均速度大于，选项D错误二计算题1.（2019湖南长沙长郡中学二模）动车组列车是由几节自带动力的车厢（动车）和几节不带动力的车厢（拖车）编成一组某兴趣小组在模拟实验中用4节小动车和4节小拖车组成动车组，总质量为m=2kg，每节动车可以提供P0=3W的额定功率开始时动车组先以恒定加速度a=1m/s2启动做匀加速直线运动，达到额定功率后保持功率不变再做变加速直线运动，直至动车组达到最大速度vm=6m/s并开始匀速行驶行驶过程中所受阻力恒定（1）求动车组所受阻力大小；求匀加速运动的时间（2）动车组变加速运动过程的时间为10s，求变加速运动的位移【名师解析】（1）设动车组在运动中所受阻力为f，动车组的牵引力为F，动车组以最大速度匀速运动时：F=f动车组总功率：P=Fvm因为有4节小动车，故：P=4P0联立解得：f=2N 设动车组在匀加速阶段所提供的牵引力为F，匀加速运动的末速度为v，由牛顿第二定律有：F-f=ma  动车组总功率：P=Fv  运动学公式：v=at1解得匀加速运动的时间：t1=3s  （2）设动车组变加速运动的位移为x，根据动能定理：Pt-fx=-解得：x=46.5m 答：（1）动车组所受阻力大小为2N；匀加速运动的时间为3s（2）动车组变加速运动过程的时间为10s，变加速运动的位移为46.5m【关键点拨】（1）动车组先匀加速、再变加速、最后匀速；动车组匀速运动时，根据P=Fv和平衡条件求解摩擦力，再利用P=Fv求出动车组恰好达到额定功率的速度，即匀加速的末速度，再利用匀变速直线运动的规律即可求出求匀加速运动的时间； （2）对变加速过程运动动能定理，即可求出求变加速运动的位移本题考查机车启动模型中牛顿运动定律、运动学规律以及动能定理的综合运用，解题关键是要分好过程，明确每一个过程中机车的运动类型，再选择合适的规律解题，第（2）问在变加速的过程中，牵引力是变力但功率恒定，故用W=Pt去表示牵引力做功2.（2019安徽滁州期末）现上海有若干辆超级电容车运行，运行中需要连接电缆，只需再候客上车间隙充电30s到1min，就能行驶3到5公里，假设有一辆超级电容车，质量m=2.5×103kg，额定功率P=75kW，当超级电容车在阻力恒定的平直水平路面上行驶时，其所能达到的最大速度vm=30 m/s，取g= 10m/s2。（1）超级电容车在此路面上行驶时受到的阻力f是车重的多少倍？（2）若超级电容车从静止开始，保持1m/s2的加速度做匀加速直线运动，则这一过程能维持多次时间？【名师解析】（1）设超级电容车在此路面上行驶时受到的阻力f是车重的k倍，则在其速度达到最大时，有 ，解得k=0.1（2）汽车做匀加速运动时，有设汽车刚达到额定功率时的速度为v1，则有，所求时间，联立解得答：（1）超级电容车在此路面上行驶时受到的阻力f是车重的0.1倍（2）若超级电容车从静止开始，保持1m/s的加速度做匀加速直线运动，则这一过程能维持15s3.汽车发动机的额定功率为60 kW，汽车的质量为5×103 kg，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重力的0.1倍(g取 10 m/s2)，试求：(1)若汽车保持额定功率不变从静止启动，汽车所能达到的最大速度是多大？当汽车的加速度为2 m/s2时速度是多大？(2)若汽车从静止开始，保持以0.5 m/s2的加速度做匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？【名师解析】汽车运动中所受阻力大小为Ff0.1mg(1)当a0时速度最大，牵引力等于Ff的大小，则最大速度vmax联立解得vmax12 m/s。设汽车加速度为2 m/s2时牵引力为F1由牛顿第二定律得F1Ffma此时汽车速度v1联立并代入数据得v14 m/s。(2)当汽车以加速度a0.5 m/s2匀加速运动时，设牵引力为F2由牛顿第二定律得F2Ffma汽车匀加速过程所能达到的最大速度vt联立并代入数据解得t16 s。答案(1)12 m/s4 m/s(2)16 s4(2016·陕西西安高三期末)(20分)额定功率为80 kW的汽车，在平直的公路上行驶的最大速度是20 m/s，汽车的质量是2 t，如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度的大小是2 m/s2，运动过程中阻力不变。求：(1)汽车受到的阻力大小；(2)3 s末汽车的瞬时功率；(3)汽车维持匀加速直线运动的时间。【名师解析】(1)当汽车达最大速度时，加速度为零，牵引力的大小等于阻力的大小，即FfN4×103 N；(2)设汽车做匀加速运动时，需要的牵引力为F1，有F1Ffma8×103 N假设3 s末汽车仍然匀加速，则此时的瞬时速度为v36 m/sP3F1v38×103 N×6 m/s48 kW80 kW汽车在3 s末的瞬时功率为48 kW(3)汽车做匀加速运动时，牵引力恒定，随着车速的增大，汽车的输出功率增大，当输出功率等于额定功率时的速度是汽车做匀加速运动的最大速度，设为v1，有v110 m/s则汽车维持匀加速运动的时间为ts5 s答案(1)4×103 N(2)48 kW(3)5 s5.下表是一辆电动车的部分技术指标，其中的额定车速是指电动车满载的情况下，在平直道路上以额定功率匀速行驶时的速度。额定车速18 km/h电源输出电压36 V整车质量40 kg充电时间68 h载重80 kg电动机的额定输出功率180 W电源36 V/12 Ah电动机的额定工作电压/电流36 V/6 A请根据表中的数据，完成下列问题(g取10 m/s2)。(1)在行驶的过程中，电动车受到的阻力是车重(包括载重)的k倍，假定k是定值，试推算k的大小；(2)若电动车以额定功率行驶，求速度为3 m/s时的加速度是多少？【名师解析】(1)由表可得到P出180 W，车速v18 km/h5 m/s，由P出Fv，匀速直线运动时有Ff，其中fk(Mm)g，解得k0.03。(2)当车速v3 m/s时，牵引力F，由牛顿第二定律知Fk(Mm)g(mM)a，解得a0.2 m/s2。答案(1)0.03(2)0.2 m/s26(2016·河北唐山模拟)(20分)动车组是城际间实现小编组、大密度的高效运输工具，以其编组灵活、方便、快捷、安全、可靠、舒适等特点而备受世界各国铁路运输和城市轨道交通运输的青睐。几节自带动力的车厢加几节不带动力的车厢编成一组，就是动车组。假设有一动车组由六节车厢连接而成，每节车厢的总质量均为m8×104 kg。其中第一节、第二节带动力，他们的额定功率分别是P12×107 W和P21×107 W(第一节车厢达到额定功率如功率不够用时启动第二节车厢)，车在行驶过程中阻力恒为重力的0.1倍(g10 m/s2)(1)求该动车组的最大行驶速度；(2)若列车以1 m/s2的加速度匀加速启动，求t10 s时，第一节和第二节车厢之间拉力大小。【名师解析】(1)对整列动车，当前两车都输出额定功率且总牵引力等于总阻力时，动车速度最大P1P2Ffvm，Ff0.1×6mg得vmm/s62.5 m/s。(2)当t10 s时，v1at10 m/s。假设只有第一节车厢提供动力，输出功率为PFf6ma，得P9.6×106 WP1，故假设成立，即t10 s时只有第一节车厢提供动力对后五节车厢FFf25maFf20.1×5mg解得，F8×105 N。答案(1)62.5 m/s(2)8×105 N7(2015·四川理综，9)(20分)严重的雾霾天气，对国计民生已造成了严重的影响，汽车尾气是形成雾霾的重要污染源，“铁腕治污”已成为国家的工作重点。地铁列车可实现零排放，大力发展地铁，可以大大减少燃油公交车的使用，减少汽车尾气排放。若一地铁列车从甲站由静止启动后做直线运动，先匀加速运动20 s达最高速度72 km/h，再匀速运动80 s，接着匀减速运动15 s到达乙站停住。设列车在匀加速运动阶段牵引力为1×106 N，匀速运动阶段牵引力的功率为6×103 kW，忽略匀减速运动阶段牵引力所做的功。(1)求甲站到乙站的距离；(2)如果燃油公交车运行中做的功与该列车从甲站到乙站牵引力做的功相同，求公交车排放气态污染物的质量。(燃油公交车每做1焦耳功排放气态污染物3×106克)【名师解析】(1)设列车匀加速直线运动阶段所用的时间为t1，距离为s1；在匀速直线运动阶段所用的时间为t2，距离为s2，速度为v；在匀减速直线运动阶段所用的时间为t3，距离为s3；甲站到乙站的距离为s。则s1vt1s2vt2s3vt3ss1s2s3联立式并代入数据得s1 950 m(2)设列车在匀加速直线运动阶段的牵引力为F，所做的功为W1；在匀速直线运动阶段的牵引力的功率为P，所做的功为W2。设燃油公交车做与该列车从甲站到乙站相同的功W，将排放气态污染物质量为M。则W1Fs1W2Pt2WW1W2M(3×109 kg·J1)·W联立式并代入数据得M2.04 kg答案(1)1 950 m(2)2.04 kg8（8分）近年来全国多地雾霾频发，且有愈演愈烈的趋势，空气质量问题备受关注，在雾霾天气下，能见度下降，机动车行驶速度降低，道路通行效率下降，对城市快速路、桥梁和高速公路的影响很大。如果路上能见度小于200米，应开启机动车的大灯、雾灯、应急灯，将车速控制在60kmh以下，并与同道前车保持50米的车距；当能见度小于100米时，驾驶员将车速控制在40kmh以下，车距控制在100米。已知汽车保持匀速正常行驶时受到地面的阻力为车重的01倍，刹车时受到地面的阻力为车重的05倍，重力加速度为g10ms2（空气阻力忽略不计），则：（1）若汽车在雾霾天行驶的速度为v54kmh，则刹车后经过多长时间才会停下来?（2）若前车因故障停在车道上，当质量为m1300kg的后车距已经停止的前车为90m时紧急刹车，刚好不与前车相撞，则后车正常行驶时的功率为多大?【名师解析】（1）（4分）汽车的初速度：v=54km/h=15m/s刹车后，由牛顿第二定律得：-0.5mg=ma解得：a=0.5g=-5m/s2，由匀变速直线运动的速度公式得：v=v+at，代入数据解得：t=3s。（2）（4分）由动能定理得：f2s=0mv02，阻力：f2=k2mg，代入数据解得：v0=30m/s，正常行驶时，F-f1=0，f1=k1mg=0.1mg，功率：P=Fv0=0.1×1300×10×30=39000W=39kW。