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1、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6.5与功和功率相关的图象问题（提高篇）一选择题1（2019山东济宁模拟）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v0 B阻力大小为C汽车的质量为 D汽车的质量为【参考答案】AD【名师解析】根据牛顿第二定律可知，则由图象可知，当a0时速度最大，最大值为v0，选项A正确；由得阻力大小，选项B错误；由图象可知，当aa0时，则fma0，则，选项C错误，D正确。2 .（2019湖南雅礼中学月考
2、）如图甲所示，在水平地面上固定一个倾角为的足够长的光滑斜面，小滑块从斜面底端在与斜面平行的拉力F作用下由静止开始沿斜面运动，拉力F随时间变化的图象如图乙所示，小滑块运动的速度一时间图象如图丙所示，重力加速度g为10 m/s2。下列说法正确的是A.斜面倾角为，小滑块的质量m=2 kgB.在02 s时间内拉力F做的功为100JC.在01 s时间内合外力对小滑块做功12.5 JD.在04 s时间内小滑块机械能增加80J【参考答案】BC【名师解析】由小滑块运动的速度一时间图象可知，在24 s时间内小滑块的加速度a2=-5m/s2，由牛顿第二定律，-mgsin=ma2，解得斜面倾角=30，在02 s时间
3、内小滑块的加速度a1=5m/s2，由牛顿第二定律，F-mgsin=ma1，解得小滑块的质量m=21kg，选项A错误；由速度图像面积可知在02 s时间内小滑块的位移x=10m，拉力F做的功为WF=Fx=100J，选项B正确；由功能关系可知，在02 s时间内小滑块机械能增加E= WF=100J,选项D错误；由动能定理，在01 s时间内合外力对小滑块做功W=mv2=12.5 J，选项C正确。3光滑水平面上静止的物体，受到一个水平拉力作用开始运动，拉力F随时间t变化的图象如图所示，用Ek、v、x、P分别表示物体的动能、速度、位移和拉力F的功率，下列四个图象分别定性描述了这些物理量随时间变化的情况，其中
4、正确的是() 【参考答案】BD【名师解析】由于拉力F恒定，所以物体有恒定的加速度a，则vat，即v与t成正比，选项B正确；由PFvFat可知，P与t成正比，选项D正确；由xat2可知x与t2成正比，选项C错误；由动能定理可知EkFxFat2，Ek与t2成正比，选项A错误4.(2015江苏南通高三期末)2012年10月15日著名极限运动员鲍姆加特纳从3.9万米的高空跳下，并成功着陆。假设他沿竖直方向下落，其vt图象如图所示，则下列说法中正确的是()A0t1时间内运动员及其装备机械能守恒Bt1t2时间内运动员处于超重状态Ct1t2时间内运动员的平均速度Dt2t4时间内重力对运动员所做的功等于他克服
5、阻力所做的功【参考答案】BC【名师解析】0t1内速度图线的斜率在减小，说明运动员做加速度逐渐减小的加速运动，加速度方向向下，所以运动员及其装备一定受到阻力作用，机械能不守恒，故A错误；t1t2时间内由于图象的斜率在减小，斜率为负值，说明加速度方向向上，根据牛顿运动定律得知运动员处于超重状态，B正确；t1t2时间内，若运动员做匀减速运动，平均速度等于，而根据“面积”表示位移得知，此过程的位移小于匀减速运动的位移，所以此过程的平均速度，C正确；t2t4时间内重力做正功，阻力做负功，由于动能减小，根据动能定理得知，外力对运动员做的总功为负值，说明重力对运动员所做的功小于他克服阻力所做的功，D错误。5
6、(2016河北仙桃高三开学检测)某蹦床运动员在一次蹦床运动中仅在竖直方向运动，如图为蹦床对该运动员的作用力F随时间t的变化图象。不考虑空气阻力的影响，下列说法正确的是()At1至t2过程内运动员和蹦床构成的系统机械能守恒Bt1到t2过程内运动员和蹦床构成的系统机械能增加Ct3至t4过程内运动员和蹦床的势能之和增加Dt3至t4过程内运动员和蹦床的势能之和先减小后增加【参考答案】BD【名师解析】由图可知，t1至t2过程内弹簧的弹力的最大值逐渐变大，运动员和蹦床构成的系统机械能增加，故A错误，B正确；t2以后，蹦床的弹力最大值不变，整个过程重力势能、弹性势能和动能总量保持不变，t3时刻弹力为零，重力
7、大于弹力，接下来运动员做加速度减小的加速运动，运动员的动能增加，当重力等于弹力时，加速度为零速度最大，再向后，弹力大于重力，运动员做加速度增大的减速运动，运动员的动能减小，t4时速度最小，动能先增大后减小，故运动员和蹦床的势能之和先减小后增加，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1=0.35，离出发点左侧s距离处另有一段动摩擦因数为2、长为d的粗糙材料铺
8、设的地面。（g取10m/s2）（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2=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？P/W0 0.5 v/ms-12.0图（a）d s图（b）【名师解析】（16分）（6分）（1）电动机拉动物体后，水平方向受拉力F和摩擦力f1 f1=1N，N=mg，f1=3.5N （2分）物体速度最大时，加速度为零，F1=f1 （1分）根据P=Fv，vm=P/F1= P/f1，
9、代入数据得vm=4/7 m/s （3分）（5分）（2）当v=0.1m/s时，由图像及P=Fv可知，拉力F2= P/v= 4N （3分）由牛顿第二定律F =ma F2 - f1=ma1 解得a1=0.5m/s2 （2分） （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=0.25m0.16m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=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=0.4m/s，不超过0.5m/s
10、，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=2N，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.(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L0.1 m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
11、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k40 N/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2 N，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W0.3 J。(木板受到的摩擦力会随位移均匀变小)(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Fx图象；(3)若将“力F拉小球”改为“使B绕轴OO转动”，仍实
12、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r0.1 m。【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，F2 N弹性势能不变，摩擦产生的热量QW0.3 J(2)木板克服摩擦力做功为mgLQ得mg6(N)B盘中小球受力FT桌面上木板受力Tmgk(Lx)0xL代入数据得F420x(N)0x0.1 m图象如图所示 (3)木板刚好离开粗糙面时，绳子拉力T2 N ，小球圆周运动的半径RrL设此时小球随圆盘转动的线速度为v，小球受力Tm，小球此时的动能为Ekmv2对小球和木板B由能量守恒定律杆对小球做功WQEk代入数据解得W0.5 J答案(1)2 N0.3 J(
13、2)F420x(N)0x0.1 m如解析图所示(3)0.5 J3 .(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vt图象如图8甲所示，水平拉力的Pt图象如图乙所示，g10 m/s2，求： (1)物块与水平面间的动摩擦因数； (2)物块运动全过程水平拉力所做的功W；(3)物块在02 s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59 s内，物块做匀减速运动加速度a m/s21.0 m/s2(2分)由牛顿第二定律得：mgma(2分)得0.1 (1分)(2)对全过程：WP1t1P2t2 J4.03 J24 J (4分)(3)法一物块匀速运动
14、阶段：Fmg0 (1分)P2Fvm(1分)解得：mg得m1.0 kg(1分)物块加速运动阶段，加速度a0 m/s22.0 m/s2由牛顿第二定律得：Fmgma0(1分)即：F2m1(1分)所以F(211) N3.0 N(1分)法二由图象可知：当t12.0 s，v14.0 m/s时P112 W(2分)由P1Fv1(2分)得：F N3.0 N(2分)答案(1)0.1(2)24 J(3)3.0 N4(2016江苏南通高三期末)(20分)一物体在一个水平拉力作用下在粗糙水平面上沿水平方向运动的vt图象如图甲所示，水平拉力的Pt图象如图乙所示，g10 m/s2，图中各量的单位均为国际单位制单位。(1)若
15、此水平拉力在6 s内对物体所做的功相当于一个恒定力F沿物体位移方向所做的功，则F多大？(2)求物体的质量及物体与水平面间的动摩擦因数。【名师解析】(1)由题图甲知物体在6 s内发生的位移为x26 m26 m(26)2 m26 m由题图乙知水平拉力所做的功为W29 J26 J(36)2 J30 J而WFx，代入数值得F N(2)由题图甲知物体匀加速运动时的加速度大小为a3 m/s2，由PFv及题图知匀加速过程中水平拉力为F N1.5 N，匀速运动时摩擦阻力为Ff N1 N，由牛顿第二定律知FFfma，代入数值得m kg，而Ffmg，所以0.6。答案(1) N(2) kg0.65（14分）（201
16、9年3月湖南长望浏宁高三调研考试）某电动机工作时输出功率与拉动物体的速度之间的关系如图（a）所示。现用该电动机在水平地面拉动一物体（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，与地面的动摩擦因数，离出发点C左侧距离处另有动摩擦因数为、长为 m的粗糙材料铺设的地面AB段。（g取10m/s2）（1）若足够长，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）若启动电动机，物体在C点从静止开始运动，到达B点时速度恰好达到0.5m/s，则BC间的距离是多少？物体能通过AB段吗？如果不能停在何处？【名师解析】.（14分）（5分）（1）电动机拉动物体后
17、，物体速度最大时，加速度为零，则有水平方向受拉力F等于摩擦力 （1分）N （1分）根据 则有：m/s （3分）（9分）（2）当物体运动速度小于0.5m/s 时，绳子对物体的拉力恒力，物体为匀加速运动，拉力N （2分）由牛顿第二定律F =ma=0.5m/s2 （2分） 由得，则BC间的距离 m （2分）小物体过B点后， N，做减速运动，运动速度不会大于0.5m/s，拉力仍为恒力，物体做匀减速运动=-0.5m/s2 （1分）小物体滑行， m （1分）则小物体最后停在AB中点位置。（1分）6（12分）（2019湖南株洲一模）足够长的光滑水平面上，有10个相同的小球沿直线等间隔均匀分布，总长度为l，并
18、以相同的速度v0向右运动，如图甲所示。在小球的正前方有一“加速带”AB，当小球从左端A进入加速带后在水平恒力作用下被加速，直至从右端B离开，小球经过加速带前后速度的变化情况如图乙所示。已知1号球刚从B端离开时，4号球刚好从A端进入。不考虑球的大小，试求（1）10个小球最终分布的总长度。（2）加速带对10个小球做功的总功率P。已知小球在加速带上所受水平恒力为F。【名师解析】（1）“最终”是指10个小球全部离开了加速带。根据图乙可知，所有小球从加速带B端出来后速度都被加速到了3v0，且保持这个速度不变，这就意味着一旦10个小球全部从B端出来后，它们的总长度也会保持不变。这个长度就是10号球刚离开B
19、端时，它与1号间的距离。由于每个小球在加速带上运动的情况完全相同，因此，小球依次从B 端离开加速带的时间差等于依次进入加速带的时间差。这样，10号球与1号球出加速带的时间差与进入加速带的时间差t相等，而（1分）故10号球刚从B端出来时，1号与10号间的距离L=3v0t（1分）解得L=3l（2分）此即10个小球最终分布的总长度。（2）因加速带对10个小球做功并不同步，故对10个小球做功的总功率要小于对单个小球做功的功率之和。小球在加速带上运动的时间（1分）小球在加速带上运动的平均速度（1分）故加速带长度为（1分）因而加速带对10个小球所做总功为W=10FL0（1分）加速带做功的总时间应是从1号球进入加速带A端开始，直到10号球离开加速带B端为止，这段时间即t=t +T（1分）又加速带对10个小球做功的总功率为（1分）解得（2分）