2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 作業(yè)21 功和功率（含解析）

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1、 作業(yè)21　功和功率　 　　　　　　　　　　　 一、選擇題 1．如圖21－1所示，站在做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的車廂里的人向前推車廂壁，以下關(guān)于人對(duì)車做功的說(shuō)法中正確的是(　　) 圖21－1 A．做正功 B．做負(fù)功 C．不做功 D．無(wú)法確定 解析：在水平方向上，人對(duì)車的作用力有兩個(gè)：一個(gè)是人對(duì)車壁向前的推力F，另一個(gè)是人對(duì)車廂地板向后的摩擦力F′.由于人隨車向前做勻加速運(yùn)動(dòng)，所以車對(duì)人的總作用力是向前的，由牛頓第三定律可知人對(duì)車的總作用力是向后的．所以此合力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，人對(duì)車做的總功為負(fù)功，所以B正確． 答案：B 圖21－2 2．如圖21－2所示，

2、木塊B上表面是水平的，當(dāng)木塊A置于B上，并與B保持相對(duì)靜止，一起沿固定的光滑斜面由靜止開(kāi)始下滑，在下滑過(guò)程中(　　) A．A所受的合外力對(duì)A不做功 B．B對(duì)A的彈力做正功 C．B對(duì)A的摩擦力做正功 D．A對(duì)B做正功 解析：A、B一起沿固定的光滑斜面由靜止開(kāi)始下滑，加速度為gsinθ.由于A速度增大，由動(dòng)能定理，A所受的合外力對(duì)A做功，B對(duì)A的摩擦力做正功，B對(duì)A的彈力做負(fù)功，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，C正確．A對(duì)B不做功，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案：C 3．質(zhì)量為m的汽車，啟動(dòng)后沿平直路面行駛，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的功率恒為P，且行駛過(guò)程中受到的摩擦阻力大小一定，汽車速度能夠達(dá)到的最大值為v，那么當(dāng)汽車的車

3、速為時(shí)，汽車的瞬時(shí)加速度的大小為(　　) A.　　　　　　　　 B. C. D. 解析：當(dāng)汽車牽引力等于阻力時(shí)，速度最大，則阻力Ff＝，當(dāng)速度為時(shí)，牽引力F＝＝，由牛頓第二定律得F－Ff＝ma，解得a＝，選項(xiàng)C正確． 答案：C 4．(2019年江西余江一中二模)如圖21－3甲所示，靜止在水平地面上的物塊受到水平拉力F的作用，F(xiàn)與時(shí)間t的關(guān)系如圖21－3乙所示，設(shè)物塊與地面之間的最大靜摩擦力fm大小與滑動(dòng)摩擦力大小相等，則(　　) 圖21－3 A．0～t1時(shí)間內(nèi)所受摩擦力大小不變 B．t1～t2時(shí)間內(nèi)物塊做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng) C．t2時(shí)刻物塊的速度最大

4、 D．t2～t3時(shí)間內(nèi)物塊克服摩擦力做功的功率增大 解析：在0～t1時(shí)間內(nèi)水平拉力小于最大靜摩擦力，物塊保持不動(dòng)，摩擦力大小逐漸增大，故A錯(cuò)誤；t1～t2時(shí)間內(nèi)，拉力逐漸增大，摩擦力不變，根據(jù)牛頓第二定律可知，加速度逐漸增大，故B錯(cuò)誤；t1～t3時(shí)間內(nèi)，合力向前，物塊一直加速前進(jìn)，t3時(shí)刻后合力反向，物塊要做減速運(yùn)動(dòng)，所以t3時(shí)刻物塊速度最大，故C錯(cuò)誤；t2～t3時(shí)間內(nèi)物塊速度逐漸增大，摩擦力大小不變，根據(jù)P＝fv可知物塊克服摩擦力的功率增大，故D正確． 答案：D 5．(2019年銀川模擬)有一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的小車，當(dāng)太陽(yáng)光照射到小車上方的光電板時(shí)，光電板中產(chǎn)生的電流經(jīng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)小車前進(jìn)．

5、若質(zhì)量為m的小車在平直的水泥路上從靜止開(kāi)始沿直線加速行駛，經(jīng)過(guò)時(shí)間t前進(jìn)的距離為x，且速度達(dá)到最大值vm.設(shè)這一過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的功率恒為P，小車所受阻力恒為Ff，那么這段時(shí)間內(nèi)(　　) A．小車做勻加速運(yùn)動(dòng) B．小車受到的牽引力逐漸增大 C．小車受到的合外力所做的功為Pt D．小車受到的牽引力做的功為Ffx＋mv 解析：小車在運(yùn)動(dòng)方向上受牽引力F和阻力Ff，因?yàn)関增大，P不變，由P＝Fv，F(xiàn)－Ff＝ma，得出F逐漸減小，a也逐漸減小，當(dāng)v＝vm時(shí)，a＝0，故A、B均錯(cuò)；合外力做的功W外＝Pt－Ffx，由動(dòng)能定理得Pt－Ffx＝mv，故C錯(cuò)誤，D正確． 答案：D 6．質(zhì)量為5×103

6、 kg的汽車在水平路面上由靜止開(kāi)始以加速度a＝2 m/s2開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所受阻力是1.0×103 N，則汽車勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中(　　) A．第1 s內(nèi)汽車所受牽引力做功為1.0×104 J B．第1 s內(nèi)汽車所受合力的平均功率20 kW C．第1 s末汽車所受合力的瞬時(shí)功率為22 kW D．第1 s末汽車所受牽引力的瞬時(shí)功率為22 kW 解析：據(jù)牛頓第二定律F－f＝ma得牽引力F＝f＋ma＝1.1×104 N．第1 s內(nèi)汽車位移x＝at2＝1 m，第1 s末汽車速度v＝at＝2 m/s，汽車合力F合＝ma＝1×104 N，則第1 s內(nèi)汽車牽引力做功：WF＝Fx＝1.1×104

7、J，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；第1 s內(nèi)合力做功：W＝F合x(chóng)＝1×104 J，平均功率＝＝1×104 W，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；1 s末合力的瞬時(shí)功率P合＝F合v＝2×104 W，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；1 s末牽引力瞬時(shí)功率P＝Fv＝2.2×104 W＝22 kW，故D項(xiàng)正確． 答案：D 圖21－4 7．(多選)質(zhì)量為m＝2 kg的物體沿水平面向右做直線運(yùn)動(dòng)，t＝0時(shí)刻受到一個(gè)水平向左的恒力F，此后物體的v－t圖象如圖21－4所示，取水平向右為正方向，g取10 m/s2，則(　　) A．物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.05 B．10 s末恒力F的瞬時(shí)功率為6 W C．10 s末物體在計(jì)時(shí)起點(diǎn)左側(cè)4 m處

8、D．0～10 s內(nèi)恒力F做功的平均功率為0.6 W 解析：由圖線可知0～4 s內(nèi)的加速度：a1＝ m/s2＝2 m/s2，可得：F＋μmg＝ma1；由圖線可知4～10 s內(nèi)的加速度：a2＝ m/s2＝1 m/s2，可得：F－μmg＝ma2；解得：F＝3 N，μ＝0.05，選項(xiàng)A正確；10 s末恒力F的瞬時(shí)功率為P10＝Fv10＝3×6 W＝18 W，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；0～4 s內(nèi)的位移x1＝×4×8 m＝16 m，4～10 s內(nèi)的位移x2＝ －×6×6 m＝－18 m，故10 s末物體在計(jì)時(shí)起點(diǎn)左側(cè)2 m處，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；0～10 s內(nèi)恒力F做功的平均功率為＝＝ W＝0.6 W，選項(xiàng)D正確． 答

9、案：AD 8．(多選)如圖21－5所示，某一百貨商場(chǎng)內(nèi)自動(dòng)電梯以恒定速度v0勻速上升，一個(gè)質(zhì)量為m的人沿電梯勻速往上走，在時(shí)間t內(nèi)走完此電梯．若電梯長(zhǎng)為l，電梯斜面傾角為α，則(　　) 圖21－5 A．電梯對(duì)該人做功為mglsinα B．電梯對(duì)該人做功為mgv0tsinα C．重力的功率為 D．重力的功率為mgv0sinα 解析：對(duì)人受力分析可知，人在勻速通過(guò)電梯過(guò)程中，重力和電梯的支持力平衡，重心的位移為l，傳送距離為x＝v0t，人克服重力做的功WG＝mglsinα，重力的功率P＝＝，電梯對(duì)人做的功W＝mgxsinα＝mgv0tsinα，故選項(xiàng)B、C正確． 答案：BC

10、9．(2019年廣州調(diào)研)(多選)用起重機(jī)提升貨物，貨物上升過(guò)程中的v－t圖象如圖21－6所示，在t＝3 s到t＝5 s內(nèi)，重力對(duì)貨物做的功為W1、繩索拉力對(duì)貨物做的功為W2、貨物所受合力做的功為W3，則(　　) 圖21－6 A．W1>0 B．W2<0 C．W2>0 D．W3<0 解析：分析題圖可知，貨物一直向上運(yùn)動(dòng)，根據(jù)功的定義式可得：重力做負(fù)功，拉力做正功，即W1<0，W2>0，A、B錯(cuò)誤，C正確；根據(jù)動(dòng)能定理：合力所做的功W3＝0－mv2，v＝2 m/s，即W3<0，D正確． 答案：CD 10．(2019年山東青島一模)(多選)如圖21－7

11、所示，F(xiàn)－t圖象表示某物體所受的合外力F隨時(shí)間的變化關(guān)系，t＝0時(shí)物體的初速度為零，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖21－7 A．前4 s內(nèi)物體的速度變化量為零 B．前4 s內(nèi)物體的位移為零 C．物體在0～2 s內(nèi)的位移大于2～4 s內(nèi)的位移 D．0～2 s內(nèi)F所做的功等于2～4 s內(nèi)物體克服F所做的功 圖21－8 解析：由F－t圖線與坐標(biāo)軸所圍成圖形的面積表示合力的沖量，由題圖可知，前4 s內(nèi)圖形的“面積”為0，則動(dòng)量的變化為0，所以物體的速度變化量為零，A正確；物體在0～2 s內(nèi)的速度與2～4 s內(nèi)的速度圖象如圖21－8所示，前4 s內(nèi)物體一直向前運(yùn)動(dòng)，位移不為0，圖中

12、兩個(gè)三角形全等，可知B錯(cuò)誤，C正確；前4 s內(nèi)合力做的總功為0，所以0～2 s內(nèi)F所做的功等于2～4 s內(nèi)物體克服F所做的功，D正確． 答案：ACD 11．(2019年河南模擬)(多選)質(zhì)量為2 kg的物塊，放在水平面上，物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.1，在水平拉力的作用下物塊由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，水平拉力做的功W隨物塊的位移x變化的關(guān)系如圖21－9所示．重力加速度取g＝10 m/s2，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖21－9 A．在x＝0至x＝2 m的過(guò)程中，物塊的加速度大小是1 m/s2 B．在x＝4 m時(shí)，摩擦力的瞬時(shí)功率是4 W C．在x＝2 m至x＝6 m的過(guò)程中，物塊做勻

13、加速直線運(yùn)動(dòng) D．在x＝0至x＝6 m的過(guò)程中，拉力的平均功率是4 W 解析：W－x圖線的斜率表示水平拉力F的大小，由圖可知，x＝0至x＝2 m的過(guò)程中，水平拉力為F1＝4 N，由牛頓第二定律有F1－μmg＝ma，解得a＝1 m/s2，故A正確．根據(jù)圖象可知，x＝4 m對(duì)應(yīng)拉力做的功W＝12 J，0～4 m的過(guò)程中，根據(jù)動(dòng)能定理有W－μmgx＝mv2，解得v＝2 m/s，則在x＝4 m 時(shí)，摩擦力的瞬時(shí)功率是P＝μmgv＝0.1×2×10×2 W＝4 W，故B正確．W－x圖線的斜率表示水平拉力F的大小，由圖可知，x＝2 m至x＝6 m的過(guò)程中，水平拉力F2＝2 N，而f＝μmg＝2 N，F(xiàn)

14、2＝f，物塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤．在x＝0至x＝2 m的過(guò)程中物塊的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1＝＝2 s，在x＝2 m至x＝6 m的過(guò)程中物塊的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2＝ s＝2 s，在x＝0至x＝6 m的過(guò)程中，拉力的平均功率＝＝ W＝4 W，故D正確． 答案：ABD 12．(多選)我國(guó)高鐵技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，和諧號(hào)動(dòng)車組是由動(dòng)車和拖車編組而成的，提供動(dòng)力的車廂叫動(dòng)車，不提供動(dòng)力的車廂叫拖車．假設(shè)動(dòng)車組各車廂質(zhì)量均相等，動(dòng)車的額定功率都相同，動(dòng)車組在水平直軌道上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻力與車重成正比．某列動(dòng)車組由8節(jié)車廂組成，其中第1、5節(jié)車廂為動(dòng)車，其余為拖車，則該動(dòng)車組(　　) 圖21－10 A．啟動(dòng)時(shí)乘客

15、受到車廂作用力的方向與車運(yùn)動(dòng)的方向相反 B．做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，第5、6節(jié)與第6、7節(jié)車廂間的作用力之比為3∶2 C．進(jìn)站時(shí)從關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)到停下來(lái)滑行的距離與關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的速度成正比 D．與改為4節(jié)動(dòng)車帶4節(jié)拖車的動(dòng)車組最大速度之比為1∶2 解析：?jiǎn)?dòng)時(shí)，動(dòng)車組做加速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向前，乘客受到豎直向下的重力和車廂對(duì)乘客的作用力，由牛頓第二定律可知，這兩個(gè)力的合力方向向前，所以啟動(dòng)時(shí)乘客受到車廂作用力的方向一定傾斜向前，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；設(shè)每節(jié)車廂質(zhì)量為m，動(dòng)車組在水平直軌道上運(yùn)行過(guò)程中阻力與車重成正比，則有每節(jié)車廂所受阻力f＝kmg，設(shè)動(dòng)車組勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度為a，每節(jié)動(dòng)車的牽引力為F，對(duì)

16、8節(jié)車廂組成的動(dòng)車組整體，由牛頓第二定律，2F－8f＝8ma；設(shè)第5節(jié)車廂對(duì)第6節(jié)車廂的拉力為F5，隔離第6、7、8節(jié)車廂，把第6、7、8節(jié)車廂作為整體進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律得，F(xiàn)5－3f＝3ma，解得F5＝；設(shè)第6節(jié)車廂對(duì)第7節(jié)車廂的拉力為F6，隔離第7、8節(jié)車廂，把第7、8節(jié)車廂作為整體進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律得，F(xiàn)6－2f＝2ma，解得F6＝；第5、6節(jié)車廂與第6、7節(jié)車廂間的作用力之比為F5∶F6＝∶＝3∶2，選項(xiàng)B正確；關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后，動(dòng)車組在阻力作用下滑行，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滑行距離x＝，與關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)速度的二次方成正比，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；設(shè)每節(jié)動(dòng)車的額定功率為P，當(dāng)有2節(jié)動(dòng)

17、車帶6節(jié)拖車時(shí)，2P＝8f·v1m；當(dāng)改為4節(jié)動(dòng)車帶4節(jié)拖車時(shí)，4P＝8f·v2m；聯(lián)立解得v1m∶v2m＝1∶2，選項(xiàng)D正確． 答案：BD 二、非選擇題 13．(2019年四川綿陽(yáng)診斷)綿陽(yáng)規(guī)劃建設(shè)一新機(jī)場(chǎng)，請(qǐng)你幫助設(shè)計(jì)飛機(jī)跑道．設(shè)飛機(jī)質(zhì)量m＝5×104 kg，起飛速度是80 m/s. (1)若起飛加速滑行過(guò)程中飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際功率保持額定功率P＝8 000 kW，飛機(jī)在起飛前瞬間加速度a1＝0.4 m/s2，求飛機(jī)在起飛前瞬間受到的阻力大??； (2)若飛機(jī)在起飛加速滑行過(guò)程中牽引力恒為F＝8×104 N，受到的平均阻力為f＝2×104 N．如果允許飛機(jī)在達(dá)到起飛速度的瞬間可能因故而

18、停止起飛，立即關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后且能以大小為4 m/s2的恒定加速度減速而停下，為確保飛機(jī)不滑出跑道，則跑道的長(zhǎng)度至少多長(zhǎng)？ 解析：(1)設(shè)飛機(jī)在起飛前瞬間牽引力大小為F1，受到的阻力大小為f1，起飛速度vm＝80 m/s，則 P＝F1vm F1－f1＝ma1 代入數(shù)據(jù)解得f1＝8×104 N. (2)設(shè)飛機(jī)起飛過(guò)程加速度為a2，達(dá)到起飛速度應(yīng)滑行距離為x1，因故減速滑行距離為x2，跑道的長(zhǎng)度至少為x，則 F－f＝ma2 v＝2a2x1 v＝2a3x2 a3＝4 m/s2 x＝x1＋x2 代入數(shù)據(jù)解得x＝3 467 m. 答案：(1)8×104 N　(2)3 467 m

19、 圖21－11 14．水平面上靜止放置一質(zhì)量為m＝0.2 kg的物塊，固定在同一水平面上的小型電動(dòng)機(jī)通過(guò)水平細(xì)線牽引物塊，使物塊由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，2 s末達(dá)到額定功率，其v－t圖線如圖21－11所示，物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.1，取g＝10 m/s2，電動(dòng)機(jī)與物塊間的距離足夠長(zhǎng)．求： (1)物塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的牽引力大小； (2)電動(dòng)機(jī)的額定功率； (3)物塊在電動(dòng)機(jī)牽引下，最終能達(dá)到的最大速度． 解析：(1)由題圖知物塊在勻加速階段加速度大小 a＝＝0.4 m/s2 物塊受到的摩擦力大小Ff＝μmg 設(shè)牽引力大小為F，則有：F－Ff＝ma 得F＝0.28 N. (2)當(dāng)v＝0.8 m/s時(shí)，電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定功率， 則P＝Fv＝0.224 W. (3)物塊達(dá)到最大速度vm時(shí)，此時(shí)物塊所受的牽引力大小等于摩擦力大小，有Ff＝μmg，P＝Ffvm 解得vm＝1.12 m/s. 答案：(1)0.28 N　(2)0.224 W　(3)1.12 m/s 7 8