第八章 专题课：机车启动问题和变力做功问题（课件 学案 练习）高中物理人教版（2019）必修 第二册

专题课:机车启动问题和变力做功问题 例1　A　[解析] 汽车以恒定的功率启动,由牛顿第二定律得F-Ff=ma,又知功率P额=Fv,联立可得-Ff=ma,当速度为10 m/s时的加速度大小为4 m/s2,即-Ff=4m N,而汽车达到最大速度时加速度为零,有=Ff,联立解得P额=60m(W)=60×1.5×103 W=90 kW,故A正确. 变式1　D　[解析] 由题意可知,该公交车以额定功率启动,有P=Fv,F-Ff=ma,Ff=mg,启动过程中速度增大,所以由第一个式子可知,公交车的牵引力F减小,由第二个式子可知,加速度减小,故A错误;因为阻力恒为车重力大小的,有Ff=mg=6000 N,故B错误;当公交车的阻力大小等于牵引力大小时,公交车的速度达到最大值,有P=Ffvmax,解得vmax=30 m/s,故C错误;汽车匀速行驶时,其牵引力大小等于阻力大小,即F牵=Ff=6000 N,则牵引力做功为W=F牵x=9×108 J,故D正确. 例2　A　[解析] 由P=Fv,可知当达到速度v时,牵引力大于阻力,此后继续做加速运动,则牵引力减小,由牛顿第二定律可知F-F阻=ma',汽车做加速度减小的加速运动,当牵引力大小等于阻力时,加速度减小到零,速度达到最大,所以汽车的牵引力先减小后不变,故A正确,B、D错误;汽车的最大速度为vm=,故C错误. 例3　D　[解析] 由题意和v-t图像知,越野车速度最大时应有P额=Ffvm,汽车受到的阻力为Ff== N=2000 N,A正确;当汽车匀加速运动时,由图像可知a=4 m/s2,当匀加速结束时由P额=Fv,F-Ff=ma,可得越野车的质量为m=1250 kg,B正确;0~20 s内,若越野车全程匀加速至70 m/s,如图虚线所示,汽车的位移等于700 m,由图像面积可知题意中汽车的位移大于700 m,C正确;功率恒定时,由W=Pt知0~20 s内越野车牵引力做功为2800 kJ,但匀加速启动过程中功率小于额定功率,则越野车的牵引力做功小于2800 kJ,故D错误. 变式2　(1)4000 N　(2)48 kW　(3)2×105 J [解析] (1)阻力F阻==4000 N (2)刚达到额定功率时,由牛顿第二定律得-F阻=ma 解得v1=10 m/s 由v1=at1 解得匀加速运动的时间t1=5 s>3 s 第3 s末的速度v2=at2=6 m/s 由-F阻=ma 解得P2=48 kW (3)匀加速运动的位移x=a=25 m 牵引力F=F阻+ma=8000 N 则匀加速运动过程中牵引力所做的功W=Fx=2×105 J 例4　50 J [解析] 由于不计绳的质量及绳与滑轮间的摩擦,故恒力F做的功和绳对物体的拉力做的功相等.由于恒力F作用在绳的端点,故需先求出绳的端点的位移l,再求恒力F做的功. 由几何关系知,绳的端点的位移为 l=-=h=0.5 m 在物体从A移到B的过程中,恒力F做的功为 W=Fl=100×0.5 J=50 J 故绳的拉力对物体所做的功为50 J. 例5　B　[解析] 在转盘转动一周的过程中,力F的方向时刻变化,但每一瞬时力F总是与该瞬时的速度同向(切线方向),即F在每瞬时与转盘转过的极小位移Δx1,Δ,Δ,…的方向同向,因而在转动一周过程中,力F做的功应等于在各极小段位移所做功的代数和,即W=FΔx1+FΔx2+FΔx3+FΔx4+…=F(Δx1+Δx2+Δx3+Δx4+…)=2πFR,故选B. 例6　39 J [解析] 木块刚要滑动时,拉力的大小 F=kx1=200×0.3 N=60 N 从开始到木块刚滑动的过程,拉力做功 W1=·x1=×0.3 J=9 J 木块再缓慢移动的过程中,拉力做功 W2=Fx2=60×0.5 J=30 J 故拉力所做的总功为 W=W1+W2=39 J 例7　B　[解析] 由F-x图像的面积可得推力全过程做功为W=×100×4 J=200 J,选项B正确. 随堂巩固 1.A　[解析] 轻绳对滑块做的功为变力做功,可以通过转换研究对象,将变力做功转化为恒力做功;因轻绳对滑块做的功等于拉力F对轻绳做的功,而拉力F为恒力,W=F·Δl,Δl为轻绳拉滑块过程中力F的作用点移动的位移,大小等于定滑轮左侧绳长的缩短量,由题图及几何知识可知,ΔlAB>ΔlBC,故W1>W2,A正确. 2.B　[解析] 力F对物体做的功等于图线与横轴x所包围面积的代数和,0~4 m,力F对物体做的功为W1=×(3+4)×2 J=7 J,4~5 m,力F对物体做的功为W2=-×(5-4)×2 J=-1 J,全过程中,力F对物体做 ... ...