2022年江西省高考物理总复习：机械能守恒定律
1．消防通道不能占用，一旦发生火灾消防车将不能靠近火源。在某次灭火过程中，当消防与水平方向夹角为37°时恰好能击中着火点中心1＝3.2m，消防口距车厢内水面高h2＝1.6m，消防出水速度为v0＝10m/s，消防口的横截面积为S＝0.01m2，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，水泵机械效率为80%，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，忽略空气阻力对水流的影响。求： （1）消防口到着火点中心的水平距离；
（2）消防车水泵的功率。
【分析】（1）水从出后做斜抛运动，根据竖直方向和水平方向运动的特点，先求的运动的时间，结合位移﹣时间公式求得水平位移；
（2）水在管内，根据能量守恒求得消防车水泵的功率。
【解答】解：（1）水从出后做斜抛运动，在竖直方向
上升的高度
从最高点到地面的高度h＝h1+h′＝7.2m+1.6m＝5m
从最高点到地面所需时间
故水从出到着火点所需时间t＝t1+t2＝6.6s+1s＝6.6s
水从出后，水平方向做匀速运动0cos37°t＝10×2.8×1.6m＝12.8m
（2）设在时间t内把质量为m的水从出，则m＝ρSvt
根据能量守恒可知：，解得W＝8250J
答：（1）消防口到着火点中心的水平距离为12.8m；
（2）消防车水泵的功率为8250J。空气滞留层
【点评】本题主要考查了斜抛运动，抓住竖直方向和水平方向的运动特点，结合运动学公式，在求水泵的功率时利用好能量守恒即可。
2．太阳能汽车是一种环保型的“绿汽车”，有一辆玩具汽车靠太阳能电池供电，该电池的太阳能集光板面积为600cm2，太阳能电池电动势为35V，内阻为3Ω。现使该玩具汽车在水平路面上匀速行驶，其太阳能集光板正对太阳，太阳光垂直照射到集光板单位面积的辐射功率为1.6×103W/m2。求： （1）该玩具汽车匀速行驶时，太阳能集光板把太阳能转化为电能的效率；（结果保留三位有效数字）
金属检测传感器
（2）若该玩具汽车的总重量为50N，在水平路面上行驶时受到的阻力是车重的0.25倍，该玩具汽车在水平路面上行驶的最大速度。
【分析】（1）玩具汽车匀速行驶时太阳能电池的总功率（电功率）比上太阳能集光板的接收功率就是太阳能转化为电能的效率；
（2）最大速度时玩具汽车匀速行驶，牵引力等于阻力，利用输出电功率等于牵引功率，可求最大速度。
【解答】解：（1）玩具汽车匀速行驶时太阳能电池的总功率为P1＝EI＝35V×2A＝70W
太阳能集光板的接收功率为P8＝600×10﹣4×1.8×103W＝96W
太阳能集光板把太阳能转化为电能的效率为η＝×100%＝
（2）玩具汽车以最大速度匀速行驶时有f＝0.25G
电动机的输出功率为P出＝EI﹣I2（r+R）＝fv
联得解得v＝3.0m/s
煤矿井下用绞车答：（1）太阳能集光板把太阳能转化为电能的效率为72.9%；
（2）该玩具汽车在水平路面上行驶的最大速度为6.0m/s。
【点评】本题考查机车启动问题，同时也是一道信息给与题，从题干信息提炼出物理模型至关重要；知道效率表达式；熟悉机车启动问题。
3．新能源汽车的研发和使用是近几年的热门话题。新能源汽车是指采用非常规的燃料作为动力来源的汽车。新能源汽车的使用将把人类带入清洁能源时代。下面是某品牌新能源汽车介绍中的一段文字：“将近6米的超长车身设计，使得整车车顶集成的太阳能芯片面积达到了6平方米左右。极富流线型的整车造型，隐藏式的轮毂设计，使整车风阻大幅下降。全车采用铝合金框架并结合碳纤维车身，整车质量仅700千克
（1）设上述新能源汽车采用混合动力设计，发动机最大输出功率为30kW，在厂区内的实验路段上行驶时所受总阻力约为车和驾驶员总重的0.1倍。试估算50kg的工程师驾驶这种汽车在实验路段上行驶的最高车速；
（2）为进一步测试这种汽车的性能，该工程师在上述实验路段上以某种方式行驶，通过计算机采集实验数据﹣1间的关系图线ABC，如图2所示，线段AB平行于横轴，并求B点时发动机的输出功率；
（3）已知太阳辐射的总功率P0＝4×1026W，太阳到地球的距离r＝1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中大约有34%的能量损失。目前，制作太阳能电池的最好的材料为砷化镓，这种汽车只采用纯太阳能驱动，且能保持最大输出功率30kW不变的可行性。
【分析】（1）当牵引力等于阻力时，速度达到最大，根据P＝fv求得；
（2）根据F﹣v﹣1图象判断出汽车在ABC过程中的运动，利用P＝Fv求得在额定功率；
（3）根据能量守恒求得在额定功率下太阳能电池的面即可判断。
【解答】解：（1）当汽车的牵引力与阻力相等时，汽车的行驶速度最大
则F＝f＝0.1（m+m′）g＝2.1×（700+50）×10N＝750N
根据P＝Fvm＝fvm，解得
（2）图中AB段F不变，可知汽车受合力不变；
图中BC段F与v﹣1成正比例关系，即Fv为定值，也就是做加速度逐渐减小的加速运动。
因此
（3）设能够使汽车保持输出功率30kW的太阳能芯片面积为S，则
柔性电路
解得S＝102m2
S的值远大于车顶太阳能芯片的面积，不符合实际情况。
答：（1）汽车在实验路段上行驶的最高车速为40m/s；
（2）图中AB段F不变，可知汽车受合力不变；图中BC段F与v﹣8成正比例关系，即Fv为定值，也就是做加速度逐渐减小的加速运动4；
（3）这种汽车采用纯太阳能驱动保持输出功率30kW是不可行的
【点评】应用P＝Fv可以求出机车的牵引力功率，从能量的角度分析问题是解（3）的关键．先求出以太阳为圆心、以太阳到地球的距离为半径的球面单位面积上获得的功率，然后再求出太阳能电池板面积
5．在游泳比赛中，假设运动员的质量为m，从起跳到入水身体重心下降了h，克服水的阻力做功为W阻，重力加速度为g，空气阻力不计.。则此过程中运动员自身做的功为（ ）
A． B．
C． D．
【分析】对运动员应用动能定理可以求出自身做的功。
【解答】解：设运动员自身做功为W，从起跳到入水过程，
由动能定理得：W+mgh﹣W阻＝﹣0
解得：W＝+W阻﹣mgh，故C正确。
故选：C。
【点评】分析清楚运动员运动过程，应用动量定理即可解题，本题是一道基础题。
6．下列过程，物体机械能守恒的是（ ）
A．拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升
B．物体做竖直上抛运动
C．足球在草地上滚动
D．合外力对物体做功为零
tt42
【分析】机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功。或者通过动能和势能之和是否保持不变，判断机械能是否守恒。
【解答】解：A、拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升时，机械能增加；故A错误；
B、物体竖直上抛时只有重力做功，故B正确；
C、足球在草地上滚动时，机械能不守恒；
D、合外力对物体做功为零时，如物体在竖直方向上做匀速运动时，但由于有竖直向上的拉力做功，故D错误。
故选：B。
【点评】解决本题的关键掌握判断机械能守恒的方法，一是根据机械能守恒的条件进行判断，二是通过动能和势能之和是否保持不变进行判断。
7．有一种地下铁道，车站的路轨建得高些，车辆进站时要上坡，如图所示。坡高为h，车辆的质量为m，车辆与路轨的摩擦力为Ff，进站车辆到达坡下A处时的速度为v0，此时切断电动机的电源，车辆冲上坡顶到达站台B处的速度恰好为0。车辆从A运动到B的过程中克服摩擦力做的功是（ ）
A．Ffh B．mgh C．mgh﹣mv02 D．mv02﹣mgh
【分析】分析车辆受力情况，对车辆从A到B的过程，运用动能定理列式求出车辆从A运动到B的过程中克服摩擦力做的功。
【解答】解：车辆上坡过程重力和摩擦力均做负功，设车辆克服摩擦力做功为W
解得W＝mv02﹣mgh，故D正确。
故选：D。
【点评】本题考查了动能定理的基本运用，运用动能定理解题，关键确定研究的过程，分析过程中有哪些力做功，然后根据动能定理列式求解。
8．子弹以水平速度v射入一树干，射入深度为s，设子弹在树中运动阻力是恒定的。那么的速度水平射入树干中，射入深度为（ ）
A．s B． C． D．
【分析】对子弹射入树干的过程运用动能定理，求出不同初速度射入深度的比值，从而得出子弹以的速度射入树干中，射入的深度。
