专题06功和功率备战2020高考物理2019届期末和一模好题分项版汇编教师版

1专题6功和功率-2019年高三期末、一模物理试题分项解析一．选择题1．（2019江苏泰州12月联考）中国已成为世界上高铁系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家。报道称新一代高速列车牵引功率达9000kW，持续运行速度为350km/h，则新一代高速列车从北京开到杭州全长约为1300km，则列车在动力上耗电约为（）A．3.3×103kW·hB．3.3×104kW·hC．3.3×105kW·hD．3.3×106kW·h【参考答案】B2．【济宁模拟】一汽车在水平平直路面上，从静止开始以恒定功率P运动，运动过程中所受阻力大小不变，汽车最终做匀速运动。汽车运动速度的倒数10v与加速度a的关系如图所示。下列说法正确的是()A．汽车运动的最大速度为v0B．阻力大小为02Pv2C．汽车的质量为002PavD．汽车的质量为00Pav【参考答案】AD3．【郑州2019届质量检测】如图所示，不可伸长的轻绳通过定滑轮将物块甲、乙(均可视为质点)连接，物块甲套在固定的竖直光滑杆上，用外力使两物块静止，轻绳与竖直方向夹角θ＝37°，然后撤去外力，甲、乙两物块从静上开始无初速释放，物块甲能上升到最高点Q，己知Q点与滑轮上缘O在同一水平线上，甲、乙两物块质量分别为m、M，sin37°＝0．6，cos37°＝0．8，重力加速度为g，不计空气阻力，不计滑轮的大小和摩擦。设物块甲上升到最高点Q时加速度为a，则下列说法正确的是()A．M＝3mB．M＝2mC．a＝0D．a＝g【参考答案】BD【名师解析】当甲上升到最高点时，甲和乙的速度均为零，此时设甲上升的高度为h，则乙下降的高度为1tan37cos372hhh，由能量关系可知12mghMgh，则M＝2m，选项B正确，A错误；甲在最高点时，竖直方向只受重力作用，则a＝g，选项C错误，D正确。二．计算题1．（16分）（2019上海长宁期末）某电动机工作时输出功率P与拉动物体的速度v之间的关系如图（a）所示。现用该电动机在水平地面内拉动一物体（可视为质点），运动过程中轻绳始终处在拉直状态，且不可伸长，如图（b）所示。已知物体质量m=1kg，与地面的动摩擦因数μ1=0.35，离出发点左侧s距离处另有一段动摩擦因数为μ2、长为d的粗糙材料铺设的地面。（g取10m/s2）3（1）若s足够长，电动机功率为2W时，物体在地面能达到的最大速度是多少？（2）若s足够长，当物体速度为0.1m/s时，加速度为多少？（3）若s=0.16m，物体与粗糙材料之间动摩擦因数μ2=0.45。启动电动机后，分析物体在达到粗糙材料之前的运动情况。若最终能滑过粗糙材料，则d应满足什么条件？（5分）（3）由（2）知，物体在速度达到0.5m/s前，拉力F恒定，物体做初速为零的匀加速直线运动。a1=0.5m/s2（1分）速度达到v1=0.5m/s时，应经过s’=v12/2a1=0.25m＞0.16m所以小物体一直做匀加速运动到达粗糙材料，到达粗糙材料时速度v1=2a1s=0.4m/s（2分）（或假设物体做匀加速直线运动到达粗糙材料，则速度v=2a1s=0.4m/s，不超过0.5m/s，假设成立。）注：写出匀加速直线运动（1分），加速度a1正确（1分），速度v1正确（1分）。在粗糙材料上运动时，f2=μ2N，N=mg，f2=4.5N由牛顿第二定律F2-f2=ma2，a2=-0.5m/s2（1分）小物体停止前最多滑行d2=v12/2a2=0.16m则d不超过0.16m（1分）注：摩擦力f2正确或加速度a2正确（1分），d2正确（1分）。2．（16分）（2019江苏启东中学等七校联考）如图所示，长为L的轻杆一端连着质量为m的小球，另一端用活动铰链固接于水平地面上的O点，初始时小球静止于地面上、边长为L、质量为M的正方体左侧静止于O点处。现在杆中点处施加一大小恒定、方向始终垂直杆的拉力，杆转过π6时撤去拉力，之后小球恰4好能到达最高点。重力加速度为g，忽略一切摩擦，则（1）求拉力所做的功；（2）求拉力的大小和拉力撤去时小球的速度大小；（3）若小球运动到最高点后由静止开始向右倾倒，求杆与水平面夹角θ时（正方体和小球还未脱离），正方体的速度大小。【名师解析】(1)从开始到小球恰好能到达最高点的过程中，根据动能定理，0FWmgL（2分）解得FWmgL（2分）(3)杆与水平夹角为θ时，小球速度为1v，则正方体速度：21sinvv（2分）221211(sin)22mgLLmvMv（2分）解得2222(1sin)sinsinmgLvmM（2分）3．（12分）（2019浙江协作校联考）跳台滑雪运动员脚着专用滑雪板，不借助任何外力，从起滑台起滑，在助滑道上获得高速度，于台端飞出，沿抛物线在空中飞行，在着陆坡着陆后，继续滑行至水平停止区静5止。如图所示为一简化后的跳台滑雪的雪道示意图。助滑坡由倾角为θ=37°斜面AB和半径为R1=10m的光滑圆弧BC组成，两者相切于B。AB竖直高度差h1=30m，竖直跳台CD高度差为h2=5m，着陆坡DE是倾角为θ=37°的斜坡，长L=130m，下端与半径为R2=20m光滑圆弧EF相切，且EF下端与停止区相切于F。运动员从A点由静止滑下，通过C点，以速度vc=25m/s水平飞出落到着陆坡上，然后运动员通过技巧使垂直于斜坡速度降为0，以沿斜坡的分速度继续下滑，经过EF到达停止区FG。若运动员连同滑雪装备总质量为80kg。（不计空气阻力，sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2）．求：（1）运动员在C点对台端的压力大小；（2）滑板与斜坡AB间的动摩擦因数；（3）运动员落点距离D多远；（4）运动员在停止区靠改变滑板方向增加制动力，若运动员想在60m之内停下，制动力至少是总重力的几倍？（设两斜坡粗糙程度相同，计算结果保留两位有效数字）【名师解析】（12分）(1)（3分）由牛顿第二定律：Fc-mg=21vmR1/Fc=5800N1/根据牛顿第三定律，运动员对台端压力大小5800N1/(2)（3分）从A点到C点，由动能定理得；mgh1-μmgcosθ1sinh+mgR1(1-cosθ)=12mvc22/6得μ=3/1601/(4)（2分）从落点P到最终停下P点沿斜坡速度vp=vCcosθ+gtsinθ=44m/s1/mg(L-xp)sinθ-μmg(L-xp)cosθ+mgR2(1-cosθ)-fd=0-12mvP2得f≈1383N故f/mg≈1.71/5.(2018·江苏省扬州中学高三四模)如图1所示，水平桌面A上直线MN将桌面分成两部分，左侧桌面光滑，右侧桌面粗糙。在A上放长L＝0.1m的均匀方木板，木板左端刚好与MN对齐，通过细绳绕过光滑的定滑轮(定滑轮未画出)与正上方的一水平圆盘B上的小球(可看成质点)相连，小球质量与木板质量相等，小球套在沿圆盘半径方向的光滑细杆上，细杆固定在圆盘上，细线刚好绷直。木板右端与一劲度系数k＝40N/m的轻弹簧相连，轻弹簧另一端固定在挡板上，此时弹簧对木板的弹力为2N，方向向左。现用力F沿杆方向拉动小球，通过细线使木板缓慢向左运动，当木板刚好离开粗糙面时，此过程拉力做功W＝0.3J。(木板受到的摩擦力会随位移均匀变小)图1(1)求当木板刚好离开粗糙面时，弹簧对木板的弹力大小；上述过程中，因摩擦而产生的热量是多少？(2)写出上述过程中F随小球运动位移x的关系式，并画出F－x图象；(3)若将“力F拉小球”改为“使B绕轴OO′转动”，仍实现上述过程，则杆对小球至少需要做多少功？已知开始时小球离圆盘中心的距离r＝0.1m。【名师解析】(1)木板离开过程中，弹簧的压缩量和伸长量刚好相等，F＝2N弹性势能不变，摩擦产生的热量Q＝W＝0.3J7图象如图所示(3)木板刚好离开粗糙面时，绳子拉力T＝2N，小球圆周运动的半径R＝r＋L设此时小球随圆盘转动的线速度为v，小球受力T＝mv2R，小球此时的动能为Ek＝12mv2对小球和木板B由能量守恒定律杆对小球做功W＝Q＋Ek代入数据解得W＝0.5J答案(1)2N0.3J(2)F＝4－20x(N)0≤x≤0.1m如解析图所示(3)0.5J6(2018·淮安、宿迁等高三质量检测)一物块在一个水平拉力作用下沿粗糙水平面运动，其v－t图象如图8甲所示，水平拉力的P－t图象如图乙所示，g＝10m/s2，求：图8(1)物块与水平面间的动摩擦因数μ；(2)物块运动全过程水平拉力所做的功W；(3)物块在0～2s内所受的水平拉力大小F。【名师解析】(1)由甲乙两图比较可知，在第5～9s内，物块做匀减速运动8加速度a＝0－4.09－5m/s2＝－1.0m/s2(2分)由牛顿第二定律得：－μmg＝ma(2分)得μ＝0.1(1分)(2)对全过程：W＝12·P1t1＋P2t2＝12.0×22J＋4.0×3J＝24J(4分)由牛顿第二定律得：F－μmg＝ma0(1分)即：F＝2m＋1(1分)所以F＝(2×1＋1)N＝3.0N(1分)法二由图象可知：当t1＝2.0s，v1＝4.0m/s时P1＝12W(2分)由P1＝Fv1(2分)得：F＝124N＝3.0N(2分)答案(1)0.1(2)24J(3)3.0N7.(13分)（2019吉林五地六校联考）如图所示,长L=9m的传送带与水平方向的倾角θ=37°,在电动机的带动下以v=4m/s的速率沿顺时针方向运行,在传送带的B端有一离传送带很近的挡板P可将传送带上的物块挡住,在传送带的顶端A点无初速度地放一质量m=1kg的物块,它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,物块与挡板碰撞的能量损失及碰撞时间不计.(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求物体从静止释放到第一次返回上升至最高点的过程中：(1)系统因摩擦产生的热量；9(2)传送带多消耗的电能；(3)物体的最终状态及该状态后电动机的输出功率【参考答案】.(1)100.8J(2)76.8J(3)16W物块速度与传送带速度相等后相对传送带向下滑,物块向上做减速运动的加速度大小a3=gsinθ-μgcosθ=2m/s2,物块速度减小到零的时间t3=v/a3=2s,在t3时间内物块向上的位移L2=vt3/2=4m此过程中物块相对传送带向下的位移s3=vt3-L2=4m摩擦生热Q=μmg(s1+s2+s3)cosθ=100.8J(2)多消耗的电能等于传送带克服摩擦力做的总功ΔE电＝Ff(x传送带1－x传送带2＋x传送带3)＝μmgcosθ(v0t1－v0t2＋v0t3)＝76.8J即传送带多消耗的电能为76.8J.(3)物体返回上升到最高点时速度为零，以后将重复上述过程，且每次碰后反弹速度、上升高度依次减小，最终达到一个稳态：稳态的反弹速度大小应等于传送带速度4m/s，此后受到的摩擦力总是斜向上，加速度为gsinθ－μgcosθ＝2m/s2，方向斜向下，物体相对地面做往返“类竖直上抛”运动，对地上升的最大位移为xm＝vt3/2＝4m，往返时间为T＝2t3＝4s传送带受到的摩擦力大小始终为Ff＝μmgcosθ，稳态后方始终斜向下，故电动机的输出功率稳定为P＝Ffv0＝μmgcosθ×v0＝16W.8.（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，额定功率，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，取。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？10若超级电容车从静止开始，保持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】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，解得答：超级电容车在此路面上行驶时受到的阻力f是车重的倍若超级电容车从静止开始，保持的加速度做匀加速直线运动，则这一过程能维持15s【方法归纳】当牵引力等于阻力时，速度最大，根据求出阻力的大小，从而得出阻力与车重的关系。根据牛顿第二定律求出牵引力，结合