2022年高中物理难点-机车启动问题 .pdf

高中物理难点机车启动问题难点分析：a、F、p、v 四个物理量间相互联系、相互制约. 机车起动分两类： （1）以恒定功率起动； （ 2）以恒定牵引力起动. （1）以恒定功率起动P=Fv，所以加速度一定是变化的。?速度不断增加，F 减小，所以加速度逐渐减小?阻力存在，牵引力F 减小到与阻力相等时，不能再减小，合力为零，匀速运动?汽车达到最大速度时a=0，F=f,P=Fvm=fvm. 匀速运动保持达到最大时即机车做变加速直线运动时当mmvvvfF0amfFavPFv（2）以恒定牵引力起动（或以恒定加速度启动），P=Fv 额定功率Pm?匀加速?当功率增大到额定功率Pm后，变加速（ a）?速度增大到一定程度后，（a=0）匀速 . 例 1.汽车以恒定功率P 由静止出发，沿平直路面行驶，最大速度为v，则下列判断正确的是A.汽车先做匀加速运动，最后做匀速运动B.汽车先做加速度越来越大的加速运动，最后做匀速运动C.汽车先做加速度越来越小的加速运动，最后做匀速运动D.汽车先做加速运动，再做减速运动，最后做匀速运动解析：汽车以恒定功率P由静止出发，根据功率与速度关系式P=Fv，F 为牵引力?当功率 P 一定时，速度v 越大，牵引力F 越小，?刚开始速度很小，牵引力F 很大，牵引力F 大于阻力，合力向前，加速度向前，物体做加速运动?随着速度的增加，牵引力F 不断变小，合力也变小，加速度也变小?当牵引力F 减小到等于阻力时，加速度减为零，速度达到最大，之后物体做匀速直线运动故选 C一定即定FmfFa增大而增大随即定vPvFpmfFavPF额此后保持匀速运动达到最大时，当mvva0额定定额已经不能变大，保持还要增大，但是所以时，当PPvmfFaPP0名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 例 2.汽车在水平公路上行驶，车受的阻力为车重的0.01 倍，当速度为4 m/s 时，加速度为0.4 m/s2.若保持此时的功率不变继续行驶，汽车能达到的最大速度是_m/s. （g 取 10 m/s2）解析：?设汽车质量为m，阻力 f=0.01mg ?速度为 v=4 m/s 时，加速度为a=0.4 m/s2，F-f=ma，因此 F=f+ma=0.01mg+ma ?此时功率 P=Fv=(0.01mg+ma)v ?汽车速度最大时，此时牵引力F 最小， a=0，合力为零，mg01.0fFmin?s /m201001.044.01001.0g01.0v)ag01.0(mg01.0v)mamg01.0(FPvminmax例 3. 汽车发动机额定功率为60 kW ，汽车质量为5.0103 kg，汽车在水平路面行驶时，受到的阻力大小是车重的0.1 倍，g 取 10 m/s2，试求：（1）汽车保持额定功率从静止出发后能达到的最大速度是多少？（2）若汽车从静止开始，以0.5 m/s2的加速度匀加速运动，则这一加速度能维持多长时间？（3）若汽车以额定功率起动，则汽车车速为v=2m/s 时其加速度多大？解析：（1）?额定功率， P=Fv， （注意 F 是牵引力，不是合力！ ）?车质量为 m，车重为 mg，阻力 f=0.1mg ?速度最大时，加速度a=0，牵引力mg1.0fFmin?此时功率依然为额定功率，故maxminvFP?s/m1210100 .51 .01060FPv33minmax（2）?加速度mfFa?f、m 均不变，因此如汽车加速度不变，牵引力F 不变?汽车加速运动，v 变大，?P=Fv，汽车功率必须变化，即随v 增大而增大。?汽车的额定功率是最大的功率，当P 达到额定功率P额后，不能再增加，即汽车就不可能再保持匀加速运动了。根据上述分析，解题过程如下：?匀加速运动结束时，汽车达到额定功率，11vFP额. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - ?匀加速运动结束前，汽车做匀加速运动，因此atv1，aFPavt11额?此时刻的加速度依然是a，mafF1，mg1 .0maF1?因此s/m165. 0)101.05 .0(100. 51060a)g1 .0a(mP0.1mg)a(maPaFPt331额额额或者?匀加速运动结束时，汽车达到额定功率，11vFP额. ?匀加速运动结束前，汽车依然做匀加速运动，因此mafF1?N105.7)101 .05.0(105)g1.0a(mmg1 .0maF331?速度s/m8105 .71060FPv3311额?因此s /m160.58avt1（3）当汽车以额定功率起动达到2 m/s 的速度时，牵引力为N103021060vPF3322额根据mg1 .0maF22233322s/m5105101051 .01030mmg1 .0Fa例 3 电动机通过一绳子吊起质量为8 kg 的物体，绳的拉力不能超过120 N，电动机的功率不能超过1200 W，要将此物体由静止起用最快的方式吊高90 m（已知此物体在被吊高接近90 m 时，已开始以最大速度匀速上升）所需时间为多少？解析：过程分析物体吊高分为两个过程处理：1.第一过程， 以绳所能承受的最大拉力拉物体，使物体匀加速上升，第一个过程结束时，电动机刚达到最大功率. 2.第二个过程，电动机一直以最大功率拉物体，拉力逐渐减小，当拉力等于重力时，物体开始匀速上升. 在匀加速运动过程中加速度为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - a=8108120mmmgFm/s2=5 m/s2末速度 vt=1201200mmFP=10 m/s 上升的时间t1=510avts=2 s 上升高度为h=5210222avt=5 m 在功率恒定的过程中，最后匀速运动的速率为vm=1081200mgFFPmm=15 m/s 外力对物体做的总功W=Pmt2-mgh2,动能变化量为Ek=21mv2m-21mvt2由动能定理得Pmt2-mgh2=21mvm2-21mvt2代入数据后解得t2=5.75 s，所以 t=t1+t2=7.75 s 所需时间至少为7.75 s. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -