高中物理难点-机车启动问题(4页).doc

-第 1 页高中物理难点高中物理难点-机机车启动问题车启动问题-第 2 页高中物理难点高中物理难点机车启动问题机车启动问题难点分析：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.（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 10m/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例 3.汽车发动机额定功率为 60 kW，汽车质量为 5.0103kg，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！）-第 3 页车质量为 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（2）加速度mfFaf、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.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，牵引力为根据mg1.0maF22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：-第 4 页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.