高中 | 功率的概念与计算 题目答案及解析

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必修2

第七章 机械能守恒定律

7.3 功率

功率的概念与计算

质点在以某点为圆心半径为$r$的圆周上运动,即质点运动时其轨迹是圆周的运动叫“圆周运动”。它是一种最常见的曲线运动。例如电动机转子、车轮、皮带轮等都作圆周运动。

如图所示,在竖直平面内有一光滑圆形轨道,$a$为轨道最低点,$c$为轨道最高点,$b$点、$d$点为轨道上与圆心等高的两点,$e$$ab$段的中点。一个质量为$m$的小物块在轨道内侧做圆周运动。

若物块从$a$点运动到$c$点所用时间为$t_{0}$,则在$0.5t_{0}$时,物块在$(\quad\ \ \ \ )$

["

$A$

","

$B$

","

$C$

","

$D$

","

$E$

"]
[["E"]]

物块从$a$点运动到$c$点过程中一直做减速运动,可知沿圆弧物块$a$点运动到$b$点的平均速率大于$b$点运动到$c$点的平均速率。若物块从$a$点运动到$c$点所用时间为$t_{0}$,则在$0.5t_{0}$时,物块在$E$段。故$\rm ABCD$错误,$\rm E$正确;

故选:$\rm E$

若物块在$a$点的速度为$v_{0}$,经过时间$t$刚好到达$b$点,则在该过程中轨道对物块的支持力的冲量为$(\quad\ \ \ \ )$

["

$mv_{0}$

","

$mgt$

","

$mv_{0}+mgt$

","

$m\\sqrt{v_{0}^{2}+g^{2}t^{2}}$

"]
[["D"]]

以初速度方向为正方向,根据动量定理,支持力在水平方向的冲量为$I_{x}=0-mv_{0}$

竖直方向上根据动量定理有$I_{y}-mgt=0$

故该过程中轨道对物块的支持力的冲量为:$I=\sqrt{I_{x}^{2}+I_{x}^{2}}=m\sqrt{v_{0}^{2}+g^{2}t^{2}}$

$\rm ABC$错误,$\rm D$正确;

故选:$\rm D$

若物块质量为$0.5\;\rm kg$,下图是物块的速度$v$与物块和圆心连线转过的夹角$\theta$的关系图像。

①求轨道半径$R$

②求$\theta=60^\circ$时,物块克服重力做功的瞬时功率$P$

[["

①轨道半径$R$$0.59\\;\\rm m$;②物块克服重力做功的瞬时功率$P$$23.8\\;\\rm W$

"]]

①由图像可知,物块的初速度为$6\;\rm m/s$,最高点位置的速度为$3.5\;\rm m/s$。由动能定理得$- mg2R=\dfrac{1}{2}mv^{2}- \dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}$

解得$R=0.59\;\rm m$

②由图像可知$\theta=60^\circ$时,物块的速度为$5.5\;\rm m/s$,则物块克服重力做功的瞬时功率$P=mgv\sin60^\circ$

解得$P≈23.8\;\rm W$

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