2022版新教材高中物理习题课一机车启动问题课件鲁教版必修.ppt

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1、习题课一机车启动问题 第一页，编辑于星期六：三点 五十四分。第二页，编辑于星期六：三点 五十四分。一两种启动方式1.两种启动方式的过程分析:第三页，编辑于星期六：三点 五十四分。第四页，编辑于星期六：三点 五十四分。第五页，编辑于星期六：三点 五十四分。2.机车启动问题中几个物理量的求法:(1)机车的最大速度vm的求法:机车达到匀速前进时速度最大,此时牵引力F等于阻力f,故vm= 。(2)匀加速启动持续时间的求法:牵引力F=ma+f,匀加速的最后速度v1= ,时间t= 。PPFfPmaf额1va第六页，编辑于星期六：三点 五十四分。(3)瞬时加速度的求法:据F= 求出牵引力,则加速度a= 。P

2、vFfm第七页，编辑于星期六：三点 五十四分。【典例示范】额定功率为80 kW的汽车在水平平直公路上行驶时最大速率可达20 m/s,汽车质量为2 000 kg,如果汽车从静止开始做匀加速运动,设运动过程中阻力不变,加速度大小为2 m/s2,求:世纪金榜导学号(1)汽车所受阻力多大。(2)汽车做匀加速运动的过程可以维持多长时间。第八页，编辑于星期六：三点 五十四分。【思维建模】第九页，编辑于星期六：三点 五十四分。【解析】(1)当牵引力与阻力相等时汽车的速度最大,由P=F牵vm得f=F牵= N=4 000 N(2)由牛顿第二定律得:F牵-f=ma,F牵=ma+f=2 0002 N+4 000 N

3、=8 000 N由P=F牵v解得v=10 m/s由v=at解得t=5 s答案:(1)4 000 N(2)5 smP80 1 000 v20第十页，编辑于星期六：三点 五十四分。【母题追问】1.在【典例示范】中若汽车从静止开始以恒定的加速度做匀加速直线运动,其加速度为2 m/s2,当汽车的输出功率达到额定功率后,保持功率不变直到汽车匀速运动,求:汽车启动后第2 s末时发动机的实际功率。第十一页，编辑于星期六：三点 五十四分。【解析】由题意知,匀加速的时间是5 s。2 s末汽车的速度:v=at=4 m/s2 s末汽车的实际功率:P=F牵v=3.2104 W=32 kW答案:32 kW第十二页，编辑

4、于星期六：三点 五十四分。2.在【典例示范】中若汽车以恒定的功率驶上倾角为30的斜坡,已知汽车在斜坡上行驶时所受的摩擦阻力是在平直路面上的0.75倍,重力加速度g取10 m/s2,求:汽车在斜坡上能达到的最大速度。第十三页，编辑于星期六：三点 五十四分。【解析】当汽车在斜坡上匀速运动时速度最大,则:F-mgsin 30-f=0其中f=0.75f解得:F=1.3104 N由P=Fv得:vm= 6.2 m/s答案:6.2 m/sPF第十四页，编辑于星期六：三点 五十四分。【补偿训练】 1.质量为2103 kg的汽车,发动机输出功率为30103 W。在水平公路上能达到的最大速度为15 m/s,设阻力

5、恒定。求:(1)汽车所受的阻力f。(2)汽车的速度为10 m/s时,加速度a的大小。第十五页，编辑于星期六：三点 五十四分。(3)若汽车从静止开始保持2 m/s2的加速度做匀加速直线运动,则这一过程能持续多长时间?第十六页，编辑于星期六：三点 五十四分。【解析】(1)由于匀速运动F=f,由P=Fv得f= =2103 N(2)由牛顿第二定律有: F-f=ma,又P=Fv,解得:a= =0.5 m/s2mmPvm1Pfvm第十七页，编辑于星期六：三点 五十四分。(3)由牛顿第二定律有:F-f=ma,v2= =5 m/s,所以t= =2.5 s答案:(1)2103 N(2)0.5 m/s2(3)2.

6、5 smPfma2va第十八页，编辑于星期六：三点 五十四分。2.在水平路面上运动的汽车的额定功率为100 kW,质量为10 t,设阻力恒定,且为车重的0.1倍,求:(g取10 m/s2)(1)汽车在运动过程中所能达到的最大速度。(2)若汽车以0.5 m/s2的加速度从静止开始做匀加速直线运动,这一过程能维持多长时间?第十九页，编辑于星期六：三点 五十四分。(3)若汽车以不变的额定功率从静止启动后,当汽车的加速度为2 m/s2时,速度多大?第二十页，编辑于星期六：三点 五十四分。【解析】(1)当汽车速度最大时,a1=0,F1=f=0.1mg,P=P额,故vmax= m/s=10 m/s。 33

7、P100 10f0.1 10 1010额第二十一页，编辑于星期六：三点 五十四分。(2)汽车从静止开始做匀加速直线运动的过程中,a2不变,v变大,P也变大,当P=P额时,此过程结束。F2=f+ma2=(0.110410+1040.5) N=1.5104 N。v2= m/s= m/s,则t= s13.3 s。542P10F1.5 10额2032220v3a0.5第二十二页，编辑于星期六：三点 五十四分。(3)F3=f+ma3=(0.110410+1042) N=3104 N。v3= m/s3.3 m/s。答案:(1)10 m/s(2)13.3 s(3)3.3 m/s543P10F3 10额第二十

8、三页，编辑于星期六：三点 五十四分。二利用图像分析两种启动方式1.机车启动应注意的问题:(1)公式P=Fv中的F指的是机车的牵引力,而不是合外力。(2)只有机车匀速运动时,牵引力F才等于它受到的阻力f大小。(3)机车以恒定加速度启动时,匀加速结束时的速度并没有达到最终匀速运动的速度vmax。第二十四页，编辑于星期六：三点 五十四分。2.利用图像处理机车启动问题:(1)与v-t图像或s-t图像结合。根据v-t图像围成的面积,可以计算出位移的大小,由v-t图像的斜率可以计算加速度的大小;由s-t图像的斜率可以计算速度的大小。第二十五页，编辑于星期六：三点 五十四分。(2)与P-t图像结合。根据P-

9、t图像确定各段的运动性质及最大功率。(3)与F- 图像结合。根据F- 图像确定运动是匀变速运动,还是非匀变速运动,并确定速度的最大值。1v1v第二十六页，编辑于星期六：三点 五十四分。【典例示范】(多选)近年来暑期成为我国又一旅游旺季,为保护景区环境,许多景区内都在使用新型节能环保电动车,在检测某款电动车性能的实验中,质量为8102 kg 的电动车由静止开始沿平直公路行驶,达到的最大速度为15 m/s,利用传感器测得此过程中不同时刻电动车的牵第二十七页，编辑于星期六：三点 五十四分。引力F与对应的速度v,并描绘出F- 图像(图中AB、AO均为直线)如图所示,假设电动车行驶时所受的阻力恒定,则以

10、下判断中正确的是世纪金榜导学号()1v第二十八页，编辑于星期六：三点 五十四分。A.电动车运动过程中所受的阻力f=2 000 NB.电动车的额定功率P=6 kWC.电动车由静止开始持续匀加速运动的时间t=1.5 sD.电动车从静止开始匀加速运动过程牵引力做的功为3 000 J第二十九页，编辑于星期六：三点 五十四分。【解题探究】(1)电动车速度最大时,牵引力与_平衡。(2)图像中牵引力F=2 000 N时,电动车做_运动。(3)匀加速直线运动速度_时电动车的功率达到额定功率。阻力匀加速直线最大第三十页，编辑于星期六：三点 五十四分。【解析】选B、C。当最大速度vmax=15 m/s时,牵引力为

11、Fmin=400 N,故恒定阻力f=Fmin=400 N,故A错误;额定功率 P=Fminvmax=6 kW,故B正确;由图像可知F=2 000 N 时,电动车做匀加速直线运动,匀加速运动的加速度a= = m/s2=2 m/s2,匀加速运动的最大速度v= Ffm2 000400800PF第三十一页，编辑于星期六：三点 五十四分。= m/s=3 m/s,电动车维持匀加速运动的时间t= s=1.5 s,故C正确;电动车匀加速运动的位移x= vt= 31.5 m=2.25 m,牵引力做的功W=Fx=4 500 J,故D错误。6 0002 000v3a21212第三十二页，编辑于星期六：三点 五十四分

12、。【素养训练】1. (多选)如图所示为一汽车在平直的公路上由静止开始运动的速度图像,汽车所受阻力恒定。图中OA为一段直线,AB为曲线,BC为平行于时间轴的直线,则()A.OA段汽车发动机的功率是恒定的 B.OA段汽车发动机的牵引力恒定C.AB段汽车发动机的功率可能是恒定的D.BC段汽车发动机的功率是恒定的第三十三页，编辑于星期六：三点 五十四分。【解析】选B、C、D。OA为一段直线,说明OA段汽车做匀加速直线运动,牵引力不变,根据P=Fv可知,速度增大,牵引力不变,功率增大,故A错误,B正确;AB为曲线,斜率逐渐减小,则加速度逐渐减小,牵引力减小,根据P=Fv可知,牵引力减小,速度增大,功率可

13、能不变,故C正确;BC为平行于时间轴的直线,则汽车做匀速直线运动,牵引力等于阻力,不变,速度也不变,根据P=Fv可知,功率不变,故D正确。第三十四页，编辑于星期六：三点 五十四分。2.(多选)一辆轿车在平直公路上运行,启动阶段轿车牵引力保持不变,而后以额定功率继续行驶,经过时间t0,其速度由零增大到最大值vm。若所受阻力f为恒力,关于轿车的速度v、牵引力F、功率P随时间t变化的情况正确的是()世纪金榜导学号第三十五页，编辑于星期六：三点 五十四分。【解析】选B、C、D。轿车以恒定的牵引力F启动,由a= 得,轿车先做匀加速运动,由P=Fv知,轿车输出功率增加,当功率达到额定功率时,牵引力减小,加

14、速度减小,轿车做加速度逐渐减小的加速运动,当F=f时,速度达到最大,之后轿车做匀速运动,选项B、C、D正确。Ffm第三十六页，编辑于星期六：三点 五十四分。【补偿训练】一汽车在平直公路上行驶。从某时刻开始计时,发动机的功率P随时间t的变化如图所示。假定汽车所受阻力的大小f恒定不变。下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图线中,可能正确的是()第三十七页，编辑于星期六：三点 五十四分。【解析】选A。本题属于机车的恒定功率启动问题。当牵引力大于阻力时,机车加速运动,但速度的增加会导致牵引力变小,机车所受的合力变小,机车的加速度变小,故机车的运动为加速度不断变小的加速运动,直到加速度等于零变为匀速直线运动,故0t1时间内,是一个恒定功率加速过程,直到变为匀速直线运动,t1t2时间内,是另一个恒定功率加速过程,直到变为匀速直线运动,故A项正确。第三十八页，编辑于星期六：三点 五十四分。第三十九页，编辑于星期六：三点 五十四分。