【中学教材全解】2020-2021学年人教版高中物理必修2-第7章-第3节-功率备课资料素材库

第3节功率人教版教参补充题目1.（单选）质量为m的汽车，启动后沿平直路面行驶，假如发动机的功率恒为P,且行驶过程中受到的摩擦阻力大小确定，汽车速度能够达到的最大值为v，那么当汽车的车速为QUOTE时，汽车的瞬时加速度的大小为（）A.QUOTE B.QUOTE C.QUOTE D.QUOTE解析：当速度为QUOTE时，依据P=Fv得牵引力为F=4f，依据牛顿其次定律QUOTE=ma，得QUOTE=F-f=3f，当汽车速度达到最大时有P=fv，所以QUOTE=QUOTE,a=QUOTE=QUOTE，故选项C正确。答案：C2.质量为5kg的物体静置于水平地面上，现对物体施以水平方向的恒定拉力，1s末将拉力撤去，物体运动的v-t图像如图7-3-13所示,试求：图7-3-13（1）滑动摩擦力在0~3s内做的功；（2）拉力在1s末的功率。解析:由题图可知，有F作用时的加速度QUOTE=12QUOTE，撤去F后的加速度QUOTE=6QUOTE。由牛顿其次定律得QUOTE、QUOTE，解得F=90N，f=30N。（1）由题图可知，物体在3s内的位移QUOTE（12×3）m=18m，滑动摩擦力在0~3s内做的功QUOTE-30×18J=-540J。（2）拉力在1s末的功率P=Fv=90×12W=1080W。答案：（1）-540J（2）1080W3.（单选）一物体在粗糙的水平面上受到水平拉力作用，在一段时间内的速度随时间变化状况如图7-3-14所示。则拉力的功率随时间变化的图像可能是图7-3-15中的（g取10QUOTE）（）图7-3-14A B C D图7-3-15解析：由题图可知，在QUOTE时间内，物体做初速度为0的匀加速运动，v=at。由牛顿其次定律得F-f=ma，则拉力的功率为P=Fv=（f+ma）v=（f+ma）at，即P与时间t成正比，且QUOTE时的功率QUOTE。在QUOTE时刻以后，物体做匀速运动，v不变，则F=f，QUOTE，即QUOTE不变，但QUOTE＞QUOTE，故选项D正确。答案：D其他版本的题目广东训练版1.功率为1kW的电器工作1h所消耗的电能为1千瓦时（1kW·h）。我们也常称1kW·h为“度”，即一度电。试问1kW·h等于多少焦耳？解析：1kW·QUOTE×3600QUOTEJ。答案：QUOTEJ2.卡车在水平大路上行驶，发动机的牵引力是QUOTEN，它在1h内行驶了72km。求它在这段时间内的平均功率。假如卡车发动机的功率是75kW，它以最大速度匀速行驶时的阻力是QUOTEN，求这辆卡车的最大速度。解析：卡车在1h内牵引力的功QUOTEQUOTEJ，所以平均功率QUOTE=QUOTE=QUOTEQUOTEW。卡车以最大速度匀速行驶时的牵引力QUOTEN，依据P=Fv得卡车的最大速度v=QUOTE=QUOTE=QUOTEm/s=25m/s。答案：QUOTEW25m/s3.质量为10t的汽车，额定功率为66kW，在平直的大路上行驶，假如汽车受到的阻力是车重的0.05，求汽车能够达到的最大速度。（g取10QUOTE）解析：已知汽车质量QUOTEkg,额定功率QUOTEW，汽车受到阻力f=0.05×mg=5000N，汽车达到最大速度时a=0，汽车做匀速运动，所以此时牵引力F=f，依据P=Fv得汽车能够达到的最大速度v=QUOTE=QUOTE=QUOTEm/s=13.2m/s。答案：13.2m/s山东科技版1.（单选）运动员在某次体能训练中，用100s的时间跑上20m高的高楼。那么，与他登楼时的平均功率最接近的估测值是（）A.10W B.100W C.1kW D.10kW解析：要求解人的平均功率，需对该同学的质量大小有比较切合实际的估量。设人的质量m=50kg，则有QUOTE=QUOTE=QUOTEW=100W，所以选项B正确。答案：B2.让一个小球从某一高度自由落下,测出它的质量、下落的高度和下落的时间,算出它在下落的全过程中重力做功的平均功率和落地时重力做功的瞬时功率。在小球下落的过程中，重力做功的功率是否会转变？假如用它下落一半的时间来算平均功率，结果与全程的平均功率是否相同？解析：设小球的质量为m、下落的高度为h和下落的时间为t，则平均功率：P=QUOTE=QUOTE。由于QUOTE=2gh,则落地时的瞬时功率：QUOTE=Fv=mgQUOTE。下落一半时间的平均功率：QUOTE=QUOTE=QUOTE=QUOTE。所以QUOTE，故下落一半时间的平均功率与全程的平均功率不相同。答案：见解析3.一辆质量为QUOTEkg的汽车在平直大路上行驶，若汽车在行驶过程中所受阻力恒为QUOTEN，且保持功率为80kW。求：（1）汽车在运动过程中所能达到的最大速度。（2）汽车的速度为5m/s时的加速度。（3）汽车加速度为0.75QUOTE时的速度。解析：（1）汽车速度最大时，牵引力QUOTEN，依据P=Fv得汽车在运动过程中所能达到的最大速度QUOTE=QUOTE=QUOTEm/s=32m/s。（2）依据P=Fv得汽车的速度为QUOTE=5m/s时的牵引力QUOTE=QUOTE=QUOTEQUOTEN，依据牛顿其次定律得，汽车的加速度QUOTE=QUOTE=6.75QUOTE。（3）依据牛顿其次定律得QUOTE,汽车加速度为QUOTE=0.75QUOTE时的牵引力QUOTEN，依据P=Fv，得汽车以0.75QUOTE的加速度运动时的速度QUOTE=QUOTE=QUOTEm/s=20m/s。答案:（1）32m/s（2）6.75QUOTE（3）20m/s训练科学版1.体重为750N的短跑运动员，假如要在2s内匀加速地达到10m/s的速度，求他在这2s内的平均功率和2s末的瞬时功率。（g取10QUOTE）解析：运动员在2s内匀加速地达到10m/s，则运动员的加速度a=QUOTE=5QUOTE，运动员的位移l=QUOTE=10m；体重为750N，运动员的质量m=75kg；依据牛顿其次定律，合力F=ma=375N；2s末的瞬时功率P=Fv=375×10W=3750W，2s内运动员做功W=Fl=375×10J=3750J，故平均功率P=QUOTE=QUOTEW=1875W。答案：1875W3750W2.2010年10月21日零时起，我国铁路进行第4次提速，铁路提速要解决很多技术问题。通常，列车阻力与速度二次方成正比，即QUOTE。列车要跑得快，必需用大功率的机车来牵引,试计算列车分别以120km/h和40km/h的速度匀速行驶时，机车功率大小的比值。解析：列车匀速运动时牵引力F与阻力f相等，即F=f，而QUOTE，则P=F·QUOTE，代入QUOTE=120km/h，QUOTE=40km/h可得QUOTE=QUOTE。答案：QUOTE补充材料机车的启动模型(1)模型概述物体在牵引力(受功率和速度制约)作用下，从静止开头克服确定的阻力，最终达到最大速度的整个加速过程，可看成“机车的启动”模型。(2)模型特点“机车启动”模型可分为两种状况。①恒定功率启动。机车先做加速度渐渐减小的加速运动，最终匀速，其v-t图线如图7-3-16所示。图7-3-16 图7-3-17②恒定加速度启动。机车先做匀加速运动，再做加速度渐渐减小的变加速运动，最终匀速，其v-t图线如图7-3-17所示。(3)两种启动方式的比较:两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动P-t图线和v-t图线OA段过程分析v↑⟹F=P不变v↓⟹a=F−QUOTEm↓a=F−QUOTEm不变⟹F不变⟹P＝Fv↑直到QUOTE＝FQUOTE运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动，维持时间t0=v1aAB段过程分析F=QUOTE⟹a=0⟹QUOTE＝QUOTEv↑⟹F=QUOTE↓⟹a=QUOTE↓运动性质以QUOTE匀速直线运动加速度减小的加速运动BC段无F=QUOTE⟹a=0⟹以QUOTE=QUOTE匀速直线运动特殊提示：图表中的QUOTE为机车以恒定加速度启动时匀加速运动的末速度，则QUOTE为机车以额定功率运动时所能达到的最大速度。例1汽车发动机的额定功率为60kW，汽车质量为5t，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1，g取10QUOTE，问：（1）汽车保持额定功率从静止启动后能达到的最大速度是多少?（2）若汽车保持0.5QUOTE的加速度做匀加速运动，这一过程能维持多长时间?（3）当汽车加速度为2QUOTE时，速度多大？解析：（1）当牵引力F大小等于阻力f时，汽车的加速度a=0，速度达到最大值QUOTE，依据公式P=Fv，可得出汽车最大速度QUOTE=QUOTE＝QUOTE=QUOTEm/s=12m/s。（2）汽车做匀加速运动所能维持的时间应当从开头到汽车达到额定功率的时候，设汽车做匀加速运动时的牵引力为QUOTE，阻力为f，依据牛顿其次定律，有QUOTE-f=ma，所以牵引力为QUOTE=f＋ma=0.1mg+ma=7500N。当汽车的功率增大到额定功率时，汽车做匀加速运动过程结束，设这时汽车的速度为QUOTE，依据功率公式P=Fv得QUOTE=QUOTE=8m/s。设汽车能维持匀加速运动的时间为QUOTE，则由QUOTE得：QUOTE=QUOTE=16s。（3）设汽车加速度为2QUOTE时汽车的牵引力为QUOTE，依据牛顿其次定律，有QUOTE-f=ma，所以牵引力为QUOTE=f＋QUOTE=15000N，依据功率公式P=Fv得QUOTE=QUOTE=4m/s。答案：（1）12m/s（2）16s（3）4m/s例2上海世博会以“城市，让生活更奇怪”为主题，更加留意环保、节能，让人与城市、人与自然更加和谐。在世博会期间各展馆都是用新型环保电动车，负责接送游客和运输物品。在检测某款电动车性能的某次试验中，质量为QUOTEkg的电动车由静止开头沿平直大路行驶，达到的最大速度为15m/s。利用传感器测得此过程中不同时刻电动车的牵引力F与对应的速度v，并描绘出F-QUOTE图像（如图7-3-18所示，图中AB、BO均为直线）。假设电动车行驶中所受的阻力恒定。图7-3-18（1）依据图像定性描述汽车的运动过程；（2）求电动车的额定功率；（3）电动车由静止开头运动，经过多长时间，速度达到2m/s？解析：（1）分析图线可知，电动车由静止开头做匀加速直线运动（AB段上牵引力大小不变，即合力不变），达到额定功率后，做牵引力（加速度）渐渐减小的变加速直线运动，最终达到最大速度而做匀速运动。（2）当最大速度QUOTE=15m/s时，牵引力为QUOTE=400N，故恒定阻力QUOTE