高中物理机车启动专题练习.docx

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高中物理机车启动专题练习

机车启动专题练习

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一.单选题

1.一质量为m的电动汽车在平直公路上以恒定的功率加速行驶,当速度人小为v时,其加速度人小为a,设汽车所受的阻力恒为f.以下说法正确的是

A.汽车的功率为R

B.当汽车的速度增加到2v时,加速度为巴

2

 

d.当汽车的速度为时v,行驶的距离为2L

2a

2.

一质量为M的汽车,额定功率为Pm,汽车运动过程中所受阻力恒为/,汽车所能达到的最人速度为怙。

现在汽车从静止开始以恒定加速度4运动,经h时间达到匀加速的最人速度力后立即以某一恒定功率巴(Pl

3・一辆质量为加的汽车由静止开始从倾角为30。

的斜坡底端开始向上爬坡,汽车所受

摩擦力为经过时间f汽车刚好达到了最人速度%,则

A.若汽车以恒定功率上坡时牵引力不变

B.汽车运动的额定功率为介m

C.若汽车以恒定加速度启动上坡,则丄时汽车的速度为空

22

D・若汽车以恒定功率上坡,贝I"时间内汽车运动的位移为怙一一mg+2/

4.当前我国“高铁”事业发展迅猛.假设一辆高速列车在机车牵引力和恒定阻力作用下,在水平轨道上由静止开始启动,其v-t图彖如图所示,已知在0〜匕时间内为过原点的倾斜直线,匕时刻达到额定功率P,此后保持功率P不变,在h时刻达到最大速度V3,以后匀速运动.卞列判断正确的是()

0«1C2C.1I

A.从0至b时间内,列车一直匀加速直线运动

B.E时刻的加速度人于心时刻的加速度

C.在D时刻以后,机车的牵引力为零

P

D.该列车所受的恒定阻力人小为一

5.质量为加的汽车在平直的路面上启动,启动过程的速度一时间图像如图所示,其中04段为直线,AB段为曲线,B点后为平行于横轴的直线。

已知从门时刻开始汽车的功率保持不变,整个运动过程中汽车所受阻力的大小恒为耳,卞列说法正确的是()to:

Oggt

A.OF时间内,汽车的牵引力为加扌

•I

时间内,汽车的功率等于

曲时间内,汽车的平均速率小于宁

汽车运动的最人速率◎等于

二多选题

6.质量为加的汽车在平直路面上以恒定加速度启动,启动过程的速度随时间变化图彖如图所示,从人时刻起汽车的功率恒为Po,整个运动过程中汽车所受阻力/不变,下列说法正确的是()

A.0〜门时间内,汽车的加速度不变

B.0〜“时间内,汽车的牵引力功率不变

C.从时刻起汽车的功率Po=^i

D.从时刻起汽车的功率

7.某型号汽车行驶过程中,/=0时,功率为P,速度为卩,加速度人小为“,并开始做

匀加速直线运动,Eo时,它的功率达到2P,在to

汽车受到的阻力保持不变,则()

2P

A.汽车行驶过程中,受到的阻力人小为——-

v+叫

B.从/=0到/=/(),牵引力做的功为1.5H。

C.从/=0到/=/(),汽车的位移为2叫

D.汽车的额定功率应小于3P

8.一汽车的质量为加,若在平直的公路上从静止开始加速,前进较短的距离s,速度便

可达到最人值%。

设在加速过程中发动机的功率恒定为P,汽车所受阻力恒为f,当速度为卩(Kvm)时,所受牵引力为F。

以下说法正确的是()

A.从一开始到速度为%时,汽车的牵引力做功为用

P

B.汽车的最犬速度vm=j

F-f

C.汽车速度为卩时加速度为d=—-

m

2s

D.汽车从静止开始达到最人速度Vm所用时间/=—

m

9.如图所示为牵引力F和车速倒数丄的关系图象•若汽车质量为2x10认g,它由静止

V

开始沿平直公路行驶,且行驶中阻力恒定,设其最人车速为30/Z7/5,则正确的是(

A.汽车所受阻力为2x103"

B.汽车车速为15m/5,功率为3x1041V

C.汽车匀加速的加速度为3m/s2

D.汽车匀加速所需时间为5s

10.一辆汽车在水平路面上由静止启动,在前4s内做匀加速直线运动,4s末达到额定功率,之后保持额定功率运动,其v-t图象如图所示。

已知汽车的质量为/H=3xlO3kg,汽车受到的阻力为车重的0.2倍,g取lOni/s2,则()

B.汽车的额定功率为180kW

C.汽车在前4s内的牵引力为1.0xl04N

D.汽车在前4s内牵引力做的功为3.6xlO5J

11.质量为川的汽车在平直路面上由静止匀加速启动,运动过程的卩一/图像如图所示,已知h时刻汽车达到额定功率,之后保持额定功率运动,整个过程中汽车受到的阻力人小恒定,则()

V.

A.在0~门时间内,汽车加速度大小为厂

B.时刻汽车牵引力与b时刻汽车牵引力相等

C.汽车受到的阻力大小为——一

D.在t^t2时间内,汽车克服阻力做功为iWV;-im\r

2-2

三、解答题

12.一质量为M=2xiokg的汽车,其额定功率P«r80kW,在平直公路上行驶时受到的阻力为>4x10^0如果汽车从静止开始做匀加速直线运动,经过时间戶5s汽车发动机输出的功率达到额定功率,假设运动过程中阻力不变,求:

(1)汽车在平直公路上行驶的最大速度Vxnax:

(2)汽车做匀加速直线运动的加速度flo

13.“道路T•万条,安全第一条,行车不规范,亲人两行泪.”这句话告诉人家安全驾驶的重要性.质量为/7/=5xlO3kg的汽车在水平公路上行驶时,阻力是车重的0.1倍.让车保持额定功率为60kW,从静止开始行驶.取g=10111/s2:

(1)若以额定功率启动,求汽车达到的最大速度%及汽车车速叫=2m/s时的加速度;

(2)若汽车以冬=6ni/s的速度匀速行驶,求汽车的实际功率.

14.质量为2t的汽车在平直公路上从静止开始先做匀加速运动,5s末达额定功率后保持功率不变,其卩7如图所示.求:

16・一辆汽车以恒定加速度由静止开始沿水平路面上做直线运动,其行驶过程中牵引力

F与车速的倒数丄的关系如图所示小为行驶过程的最大速度。

已知汽车质量为lxlO3kg,

V

最人功率为2xlO4W,运动中汽车所受阻力恒定。

求:

⑴耳和”2的人小;

(2)汽车匀加速运动的时河;

(3)汽车速度为10m/s时的加速度。

17.某电动汽车在平直公路上从静止开始加速,测得发动机功率P随时间变化的图象和其速度随时间变化的图象分别如图甲、乙所示,已知汽车在50s末的速度人小为

叫=25m/s,在110s后速度稳定,若电动汽车所受阻力大小恒定,求:

(1)电动汽车的质量加;

(2)

0〜110s内该电动汽车通过的距离。

甲乙

参考答案

1.C

【解析】

A项:

汽车做加速运动,由牛顿第二定律有:

F-f=ma,所以F=f+ma,所以汽车的

功率为P=Fv=(f+ma)v,故A错误;

B项:

当汽车的速度增加到2v时,此时的牵引力为F==,由

2v2v2

牛顿第二定律有:

F-f=ma^即(/+〃◎*=叫解得:

口严竺二故总错误;

22w

P(f+mci

c项:

当汽车的牵引力与阻力相等时,汽车速度最大,即V,,,=-f=(l+y",

故C正确;

D项:

由于以恒定的功率行驶,即做加速度减小的加速运动,行驶的距离不能用2ax=v2即

X=—,故D错误.

2a

点晴:

对于恒定功率运动的过程,是一个变加速运动的过程,故不能用匀变速直线运动的规

律求解位移,对于机车启动问题主要抓主F-f=ma和戶=刊这两个公式即可求解.

2.D

【解析】

【分析】

【详解】

由题意额定功率为Pm,汽车运动过程中所受阻力恒为f,汽车所能达到的最人速度为恼,

可得

汽车从静止开始以恒定加速度。

运动,根据牛顿第二定律有

F-f=ma

当达到匀加速的最人速度力时,功率达到额定功率,即

联立可得

伫=(/+阳)叫

A.若汽车的功率减小为

则刚好满足汽车匀速的F=f,则汽车能保持速度内做匀速直线运动,故A正确,不符题

意;

B.若汽车的功率减小为

则牵引力大于阻力,能继续加速,速度增人,由

—=ma

v

可知牵引力减小,加速度减小,当牵引力等于阻力时,速度

做匀速直线运动,因Pl

CD.若汽车的功率减小为

则牵引力小于阻力,汽车将减速,速度减小,由

€£j——=ma

v

可知牵引力增大,加速度减小,当牵引力增人到等于阻力时,以速度

做匀速直线运动,则c项中M图像中的斜率表示加速度逐渐减小,D选项中的斜率错误,

故C正确,不符题意,D错误,符合题意。

本题选错误的,故选D。

3.D

【解析】

【分析】

【详解】

A.根据P=Fv可知汽车功率一定时,牵引力与速度成反比,汽车以恒定功率上坡时牵引力减小,故选项A不符合题意;

B.汽车达到最人速度时,则有:

F=〃?

gsin30°+f

汽车运动的额定功率为:

P=F\'m=S+f)%,故选项E不符合题意:

C.汽车以恒定加速度启动,达到最人速度%的过程是先匀加速后变加速,所以/时间内不是一直做匀变速运动,丄时的速度不是冬,故选项C不符合题意;

22

D•汽车以恒定功率上坡时,根据动能定理则有:

Pt-("igsin30°+f)x=

解得汽车运动的位移为:

A-=vm/-一,故选项D符合题意.

mg+2/

4.D

【解析】

【分析】

【详解】

A.V-/图彖中倾斜的直线表示匀变速直线运动,从图中可知只有0」时段为倾斜直线,所以0小时段为匀加速直线运动,所以A错误.

B.在“时刻,列车功率已经达到额定功率,牵引力已经减小了,加速度也减小了,所以在匕时刻的加速度要小于h时刻的加速度,所以B错误.

C.在时刻以后,列车匀速运动,是处于受力平衡状态,牵引力等于阻力,而不是零,所以C错误.

pP

D.当汽车达到最大速度时,汽车的牵引力和阻力大小相等,由P=Fv="m可得,/=一=—,

%叫所以D正确.故选D.

【点睛】

本题的关键是理解机车的启动过程,这道题是以恒定加速度启动,公式P=F「,P指实际功

率,F表示牵引力,卩表示瞬时速度.当牵引力等于阻力时,机车达到最人速度v,=.根

据片/图象要能判断机车所处的运动状态.

5.D

【解析】

【分析】

【详解】

A.由题图可知,0〜“时间内,汽车做匀加速直线运动

Fi-Ff=ma

解得

Ei=nill+rf

故A错误;

B.在“时刻汽车的功率

/、

P=斥叫=in—+Ff叫

I人丿

"〜h时间内,汽车保持功率P不变,故B错误;

C.由V——门勾线与横轴所I韦I面积表示位移的人小可知,"〜b时间内,汽车的平均速率大于

—_-,故C错误;

2

D.在h时刻,汽车的速度达到最人值",此时刻

F严片

P=F2v2

解得

「E丿

故D正确。

故选D。

6.AD

【解析】

【分析】

【详解】

AB在0〜心时间内,根据图象可知,汽车做初速度为零的匀加速直线运动,即加速度不变,

根据牛顿第二定律

F-f=ma

解得

F=f+ma

故牵引力F不变,由于汽车做匀加速运动,速度增人,则根据公式P=Fv可知这段时间内

的牵引力功率增人,故A正确,E错误;

CD.从匚时刻起汽车的功率保持不变,达到额定功率,但是速度继续增人,牵引力减小,当

牵引力等于阻力时汽车的速度达到最大比,以后以速度比做匀速直线运动,根据功率的公式可以知道

故D正确,C错误。

故选AD。

7.BD

【解析】

【分析】

【详解】

A.

f=/o时,牵引力为

由牛顿第二定律

2P

可得汽车受到的阻力为阿-叫故选项A错误;

W=1・5H。

故选项B正确:

c.从戶o到汽车牵引力不变,则当功率为2P时的速度为2儿则汽车的位移为

不等于2W。

,故选项C错误:

D・若在/=2fo时达到额定功率,则额定功率为

PQ=F(y+2atJ=3P

所以汽车的额定功率应小于3P,故选项D正确。

故选BD。

8.BC

【解析】

【分析】

【详解】

A.因为在运动的过程中,功率不变,速度增大,则牵引力减小,知牵引力不是恒力,不能通过W=Fs求解牵引力做功的人小,所以牵引力做功不等于用,因为功率不变,知牵引力做功为W=Pt,故A错误;

B.

当牵引力与阻力相等时,速度最人,根据P=知,最人速度为

故E正确:

C.当汽车的速度为卩时,根据牛顿第二定律得

故C正确;

D・根据动能定理得

尹叱+fs~P

由于汽车不是做匀加速运动,则时间

ss2s

心==——=—

V冬Vm

2

故D错误。

故选BCo

9.AD

【解析】

【分析】

【详解】由题图可知,汽车达到最人速度v=30nVs时对应的牵引力等于阻力为2xlO'N,故A正确:

E、牵引车的额定功率

p=fv=2x10,x30W=6x104W

匀加速直线运动的加速度

F-f6000-2000「「

a==m/s"=2m/s"

rn2000

匀加速直线运动的末速度

P60000,,

v=—=m/s=10m/s

F6000

匀加速直线运动的时间

f=-=5j

因为15nVs>10m/s,所以汽车速度为15m/s时,功率己达到额定功率,故E错误;

C、由B分析各匀加速运动加速度人小为2m/s),故C错误;

D、由B分析知,D正确。

10.ABD

【解析】

【分析】

【详解】

ABC.汽车匀加速启动,

则在匀加速阶段,牵引力恒定,由图可知,在匀加速运动阶段加速

=手m/s2=3m/s2

根据牛顿第二定律

F-Ff=ma

7^=0.2wg=0.2x3xl03x10N=6x103N

代入数据解得

F=F{+ma=1.5xlO4N

在4s末,汽车达到额定功率,根据P=Fv.代入数据,汽车的额定功率为

P=Fv=180kW

当达到额定功率后,汽车保持额定功率不变,速度继续增加,但牵引力减小,当牵引力减小到等于阻力时,汽车达到最人速度,有

F=F{

解得

P1.8x10’.__.

v^=7=7^m/s=30m/s

A正确,B正确,C错误;

D.汽车在前4s内的位移是x=\at\则牵引力做的功为W=Fx,联立解得2

IV=3.6x105J

D正确。

故选ABDo

11.AC

【解析】

【分析】

【详解】

A.在0~儿时间内做匀加速运动,加速度。

恒定

Avv.a=——=—

故A正确:

B.在九时刻汽车牵引力

F、=ma+f

而在乙时刻达到最人速度此时牵引力等于阻力

F=f

故两个时刻的牵引力不相等,故B错误:

C.h时刻汽车的功率为

/\

P==m—+f

、人>

在h时刻的功率为

P=F,v2=j\\

根据功率相等町以求出

f_嘶

(岭-汕】

故C正确:

D.根据动能定理可知f广乙时间内

故D错误。

故选AC。

【点睛】

本题考查的是汽车的启动方式,对于汽车的两种启动方式,恒定加速度启动和恒定功率启动,

对于每种启动方式的汽车运动的过程一定要熟悉。

12.(l)20nVs;

(2)2nVs2

【解析】

【分析】

【详解】

(1)当牵引力与阻力相等时,速度最人,则有

解得

4000

(2)根据牛顿第二定律得

P羅

汽车做匀加速运动达到最人速度为必此时功率为额定功率,满足心十,匀加速直线运

动的时间Z=5s,满足/=-,代入数据联立解得a

fl=2nVs2

13.

(1)vm=12ni/s,=5in/s2

(2)3x104W

【解析】

【分析】

【详解】

⑴当汽车达到最大速度时,F=f=0.1加g=5x103N

汽车达到的最大速度v=-5:

=60x10ni/s=12ni/s

mF5xl03

当汽车车速=2nVs时,牵引力F=^-=6Q><1QN=3x104N2

由牛顿第二定律得仟一/=加®,解得q=D.=5m/s2m

(2)汽车匀速行驶,f=/=5xl03N

汽车的实际功率P=Fv2=5x103x6W=3xlO4W

14.(l)P=15kW,戶1000N

(2)0・25(3)550m

【解析】

【分析】

【详解】

(1)汽车先做匀加速直线运动,据牛顿第二定律有:

F—f=ma

cr=lm/s2

在5s末达额定功率有:

P=Fvi

保持功率不变,在5s末有:

P*

由②③得:

pP

F==一

V1V2

联立各式解得:

P=15kW,/=1000N

(2)速度lOnvs时有:

P=FV

据牛顿第二定律有:

Ff-f=jnar

得:

d'=0・25m/s‘

(3)汽车在变加速运动阶段,据动能定理有:

5=50s

得:

x2=550m

15・

(1)32nVs;

(2)17.8s;(3)22.5kw;(4)O.75nVs2.

【解析】

【分析】

【详解】

(1)汽车达到最人速度时,匀速运动,牵引力由P=F・v,得

(2)由牛顿第二定律有:

Fi-f=ma由匀变速运动规律有:

v^at.由P=Fw可得匀加速过程

所用的时间:

r=2k«17.8s

a

(3)当片=5m/s时,刃<臥,故汽车仍做匀加速运动.所求

P】=Fm=2・25x1()4W=22・5kW

(4)当W=20m/s时,由于">皿,故汽车不做匀加速运动了,但功率仍为额定功率,由

P=FJW有:

P

F/=—=4.0xl03N

又由F—戸賦,可得

fl-0.75m/s2

16.(l)6・67m/s;20m/s;

(2)3.33s;(3)lnVs2

【解析】

【分析】

【详解】

(1)由题意可知,汽车速度为儿时汽车输出功率达最人值,则

由图像知此时汽车牵引力

坊=3xlO‘N

解得

v.=——ni/sq6.67ni/s

13

当汽车的最大速度为冬时,牵引力尺等于阻力,有图像可知

F2=心=1x103N

解得

匕=20nVs

(2)设汽车做匀加速直线运动时的加速度为G,由牛顿第二定律

故匀加速运动过程所用时间

解得

10222t=—sa3.33s

3

(3)当汽车的速度为10m/s时输出功率己达最人值,由牛顿第二定律

打-心=mar

P=

解得

a=lni/s2

17.

(1)加=1200kg;

(2)2.44xl03m

【解析】

【分析】

【详解】

(1)由图象可知汽车匀速运动时功率伫=40kW,最大速度vm=40ni/s,则汽车所受的

阻力

/=^l=1.0x103N

汽车在50s末根据牛顿第二定律有

F\-f=ma

其中

FP”

/\=—

°亠兰竺=05碗

g50s

联立并带入数据得汽车的质量为

F「f1.6xl03-1000,19nn.

m==kg=1200kg

a0.5

(2)在0〜50s内的位移

x.=丄岔=丄x0.5x502m=625m

1212

在50s〜110s内物体发动机功率不变,根据动能定理有

PJ厂心尹;厂亍叫

带入数据解得

x2=1815m

0〜110s内该电动汽车通过的距离

x=xk+x2=625m+1815m=2.44xl03m

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