2020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2201911011193.ppt

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1、习题课一习题课一机车启动问题机车启动问题 一两种启动方式一两种启动方式1.1.两种启动方式的过程分析两种启动方式的过程分析:2.2.机车启动问题中几个物理量的求法机车启动问题中几个物理量的求法:(1)(1)机车的最大速度机车的最大速度v vm m的求法的求法:机车达到匀速机车达到匀速前进时速度最大前进时速度最大,此时牵引力此时牵引力F F等于阻力等于阻力f,f,故故v vm m=。(2)(2)匀加速启动持续时间的求法匀加速启动持续时间的求法:牵引力牵引力F=ma+f,F=ma+f,匀加速匀加速的最后速度的最后速度v v1 1=,=,时间时间t=t=。(3)(3)瞬时加速度的求法瞬时加速度的求法

2、:据据F=F=求出牵引力求出牵引力,则加速度则加速度a=a=。【典例示范典例示范】额定功率为额定功率为80 kW80 kW的汽车在水平平直公路上行驶时最大的汽车在水平平直公路上行驶时最大速率可达速率可达20 m/s,20 m/s,汽车质量为汽车质量为2 000 kg,2 000 kg,如果汽车从静如果汽车从静止开始做匀加速运动止开始做匀加速运动,设运动过程中阻力不变设运动过程中阻力不变,加速度加速度大小为大小为2 m/s2 m/s2 2,求求:世纪金榜导学号世纪金榜导学号(1)(1)汽车所受阻力多大。汽车所受阻力多大。(2)(2)汽车做匀加速运动的过程可以维持多长时间。汽车做匀加速运动的过程可

3、以维持多长时间。【思维思维建模建模】【解析解析】(1)(1)当牵引力与阻力相等时汽车的速度最大当牵引力与阻力相等时汽车的速度最大,由由P=FP=F牵牵v vm m得得f=Ff=F牵牵=N=4 000 N=N=4 000 N(2)(2)由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得:F:F牵牵-f=ma,-f=ma,F F牵牵=ma+f=2 000=ma+f=2 0002 N+4 000 N=8 000 N2 N+4 000 N=8 000 N由由P=FP=F牵牵v v解得解得v=10 m/sv=10 m/s由由v=atv=at解得解得t=5 st=5 s答案答案:(1)4 000 N(1)4 000 N(2

4、)5 s(2)5 s【母题追问母题追问】1.1.在在【典例示范典例示范】中若汽车从静止开始以恒定的加速中若汽车从静止开始以恒定的加速度做匀加速直线运动度做匀加速直线运动,其加速度为其加速度为2 m/s2 m/s2 2,当汽车的输出当汽车的输出功率达到额定功率后功率达到额定功率后,保持功率不变直到汽车匀速运动保持功率不变直到汽车匀速运动,求求:汽车启动后第汽车启动后第2 s2 s末时发动机的实际功率。末时发动机的实际功率。【解析解析】由题意知由题意知,匀加速的时间是匀加速的时间是5 s5 s。2 s2 s末汽车的速度末汽车的速度:v:v=at=at=4 m/s=4 m/s2 s2 s末汽车的实际

5、功率末汽车的实际功率:P P=F=F牵牵v v=3.2=3.210104 4 W=32 kW W=32 kW答案答案:32 kW32 kW2.2.在在【典例示范典例示范】中若汽车以恒定的功率驶上倾角为中若汽车以恒定的功率驶上倾角为3030的斜坡的斜坡,已知汽车在斜坡上行驶时所受的摩擦阻力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是在平直路面上的0.750.75倍倍,重力加速度重力加速度g g取取10 m/s10 m/s2 2,求求:汽车在斜坡上能达到的最大速度。汽车在斜坡上能达到的最大速度。【解析解析】当汽车在斜坡上匀速运动时速度最大当汽车在斜坡上匀速运动时速度最大,则则:F-mgs

6、in 30F-mgsin 30-f-f=0=0其中其中f f=0.75f=0.75f解得解得:F=1.3:F=1.310104 4 N N由由P=FvP=Fv得得:v:vm m=6.2 m/s=6.2 m/s答案答案:6.2 m/s6.2 m/s【补偿训练补偿训练】1.1.质量为质量为2102103 3 kg kg的汽车的汽车,发动机输出功率为发动机输出功率为301030103 3 W W。在水平公路上能达到的最大速度为。在水平公路上能达到的最大速度为15 m/s,15 m/s,设阻力恒定。求设阻力恒定。求:(1)(1)汽车所受的阻力汽车所受的阻力f f。(2)(2)汽车的速度为汽车的速度为1

7、0 m/s10 m/s时时,加速度加速度a a的大小。的大小。(3)(3)若汽车从静止开始保持若汽车从静止开始保持2 m/s2 m/s2 2的加速度做匀加速直的加速度做匀加速直线运动线运动,则这一过程能持续多长时间则这一过程能持续多长时间?【解析解析】(1)(1)由于匀速运动由于匀速运动F=f,F=f,由由P=FvP=Fv得得f=f=2 210103 3 N N(2)(2)由牛顿第二定律有由牛顿第二定律有:F-f=ma,:F-f=ma,又又P=Fv,P=Fv,解得解得:a=0.5 m/s:a=0.5 m/s2 2(3)(3)由牛顿第二定律有由牛顿第二定律有:F-f=ma,:F-f=ma,v v

8、2 2=5 m/s,=5 m/s,所以所以t=2.5 st=2.5 s答案答案:(1)2(1)210103 3 N N(2)0.5 m/s(2)0.5 m/s2 2(3)2.5 s(3)2.5 s2.2.在水平路面上运动的汽车的额定功率为在水平路面上运动的汽车的额定功率为100 kW,100 kW,质量质量为为10 t,10 t,设阻力恒定设阻力恒定,且为车重的且为车重的0.10.1倍倍,求求:(g(g取取10 m/s10 m/s2 2)(1)(1)汽车在运动过程中所能达到的最大速度。汽车在运动过程中所能达到的最大速度。(2)(2)若汽车以若汽车以0.5 m/s0.5 m/s2 2的加速度从静

9、止开始做匀加速直的加速度从静止开始做匀加速直线运动线运动,这一过程能维持多长时间这一过程能维持多长时间?(3)(3)若汽车以不变的额定功率从静止启动后若汽车以不变的额定功率从静止启动后,当汽车的当汽车的加速度为加速度为2 m/s2 m/s2 2时时,速度多大速度多大?【解析解析】(1)(1)当汽车速度最大时当汽车速度最大时,a,a1 1=0,F=0,F1 1=f=0.1mg,=f=0.1mg,P=PP=P额额,故故v vmaxmax=m/s=10 m/s=m/s=10 m/s。(2)(2)汽车从静止开始做匀加速直线运动的过程中汽车从静止开始做匀加速直线运动的过程中,a,a2 2不不变变,v,v

10、变大变大,P,P也变大也变大,当当P=PP=P额额时时,此过程结束。此过程结束。F F2 2=f+ma=f+ma2 2=(0.1=(0.110104 410+1010+104 40.5)N=1.50.5)N=1.510104 4 N N。v v2 2=m/s=m/s,=m/s=m/s,则则t=s13.3 st=s13.3 s。(3)F(3)F3 3=f+ma=f+ma3 3=(0.1=(0.110104 410+1010+104 42)N=32)N=310104 4 N N。v v3 3=m/s3.3 m/s=m/s3.3 m/s。答案答案:(1)10 m/s(1)10 m/s(2)13.3

11、s(2)13.3 s(3)3.3 m/s(3)3.3 m/s二利用图像分析两种启动方式二利用图像分析两种启动方式1.1.机车启动应注意的问题机车启动应注意的问题:(1)(1)公式公式P=FvP=Fv中的中的F F指的是机车的牵引力指的是机车的牵引力,而不是合外力。而不是合外力。(2)(2)只有机车匀速运动时只有机车匀速运动时,牵引力牵引力F F才等于它受到的阻力才等于它受到的阻力f f大小。大小。(3)(3)机车以恒定加速度启动时机车以恒定加速度启动时,匀加速结束时的速度并匀加速结束时的速度并没有达到最终匀速运动的速度没有达到最终匀速运动的速度v vmaxmax。2.2.利用图像处理机车启动问

12、题利用图像处理机车启动问题:(1)(1)与与v-tv-t图像或图像或s-ts-t图像结合。图像结合。根据根据v-tv-t图像围成的面积图像围成的面积,可以计算出位移的大小可以计算出位移的大小,由由v-tv-t图像的斜率可以计算加速度的大小图像的斜率可以计算加速度的大小;由由s-ts-t图像的斜图像的斜率可以计算速度的大小。率可以计算速度的大小。(2)(2)与与P-tP-t图像结合。图像结合。根据根据P-tP-t图像确定各段的运动性质及最大功率。图像确定各段的运动性质及最大功率。(3)(3)与与F-F-图像结合。图像结合。根据根据F-F-图像确定运动是匀变速运动图像确定运动是匀变速运动,还是非匀

13、变速还是非匀变速运动运动,并确定速度的最大值。并确定速度的最大值。【典例示范典例示范】(多选多选)近年来暑期成为我国又一旅游旺季近年来暑期成为我国又一旅游旺季,为保护景区为保护景区环境环境,许多景区内都在使用新型节能环保电动车许多景区内都在使用新型节能环保电动车,在检在检测某款电动车性能的实验中测某款电动车性能的实验中,质量为质量为8108102 2 kg kg 的电动的电动车由静止开始沿平直公路行驶车由静止开始沿平直公路行驶,达到的最大速度为达到的最大速度为15 m/s,15 m/s,利用传感器测得此过程中不同时刻电动车的牵利用传感器测得此过程中不同时刻电动车的牵引力引力F F与对应的速度与

14、对应的速度v,v,并描绘出并描绘出F-F-图像图像(图中图中ABAB、AOAO均为直线均为直线)如图所示如图所示,假设电动车行驶时所受的阻力恒假设电动车行驶时所受的阻力恒定定,则以下判断中正确的是则以下判断中正确的是世纪金榜导学号世纪金榜导学号()A.A.电动车运动过程中所受的阻力电动车运动过程中所受的阻力f=2 000 Nf=2 000 NB.B.电动车的额定功率电动车的额定功率P=6 kWP=6 kWC.C.电动车由静止开始持续匀加速运动的时间电动车由静止开始持续匀加速运动的时间t=1.5 st=1.5 sD.D.电动车从静止开始匀加速运动过程牵引力做的功为电动车从静止开始匀加速运动过程牵

15、引力做的功为3 000 J3 000 J【解题探究解题探究】(1)(1)电动车速度最大时电动车速度最大时,牵引力与牵引力与_平衡。平衡。(2)(2)图像中牵引力图像中牵引力F=2 000 NF=2 000 N时时,电动车做电动车做_运动。运动。(3)(3)匀加速直线运动速度匀加速直线运动速度_时电动车的功率达到额时电动车的功率达到额定功率定功率。阻力阻力匀加速直线匀加速直线最大最大【解析解析】选选B B、C C。当最大速度。当最大速度v vmaxmax=15 m/s=15 m/s时时,牵引力为牵引力为F Fminmin=400 N,=400 N,故恒定阻力故恒定阻力f=Ff=Fminmin=4

16、00 N,=400 N,故故A A错误错误;额定功额定功率率 P=FP=Fminminv vmaxmax=6 kW,=6 kW,故故B B正确正确;由图像可知由图像可知F=2 000 N F=2 000 N 时时,电动车做匀加速直线运动电动车做匀加速直线运动,匀加速运动的加速度匀加速运动的加速度a=a=m/s=m/s2 2=2 m/s=2 m/s2 2,匀加速运动的最大速度匀加速运动的最大速度v=v=m/s=3 m/s,=m/s=3 m/s,电动车维持匀加速运动的时间电动车维持匀加速运动的时间t=s=1.5 s,t=s=1.5 s,故故C C正确正确;电动车匀加速运动的位移电动车匀加速运动的位

17、移x=x=vt=31.5 m=2.25 m,vt=31.5 m=2.25 m,牵引力做的功牵引力做的功W=Fx=W=Fx=4 500 J,4 500 J,故故D D错误。错误。【素养训练素养训练】1.(1.(多选多选)如图所示为一汽车在平直的公路上由静止开始运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动的速度图像,汽车所受阻力恒定。图中汽车所受阻力恒定。图中OAOA为一段直线为一段直线,AB,AB为曲线为曲线,BC,BC为平行于时间轴的直线为平行于时间轴的直线,则则()A.OAA.OA段汽车发动机的功率是恒定的段汽车发动机的功率是恒定的 B.OAB.OA段汽车发动机的牵引力恒定段汽

18、车发动机的牵引力恒定C.ABC.AB段汽车发动机的功率可能是恒定的段汽车发动机的功率可能是恒定的D.BCD.BC段汽车发动机的功率是恒定的段汽车发动机的功率是恒定的【解析解析】选选B B、C C、D D。OAOA为一段直线为一段直线,说明说明OAOA段汽车做匀加段汽车做匀加速直线运动速直线运动,牵引力不变牵引力不变,根据根据P=FvP=Fv可知可知,速度增大速度增大,牵引力牵引力不变不变,功率增大功率增大,故故A A错误错误,B,B正确正确;AB;AB为曲线为曲线,斜率逐渐减小斜率逐渐减小,则加速度逐渐减小则加速度逐渐减小,牵引力减小牵引力减小,根据根据P=FvP=Fv可知可知,牵引力减小牵引

19、力减小,速度增大速度增大,功率可能不变功率可能不变,故故C C正确正确;BC;BC为平行于时间轴的直为平行于时间轴的直线线,则汽车做匀速直线运动则汽车做匀速直线运动,牵引力等于阻力牵引力等于阻力,不变不变,速度也速度也不变不变,根据根据P=FvP=Fv可知可知,功率不变功率不变,故故D D正确。正确。2.(2.(多选多选)一辆轿车在平直公路上运行一辆轿车在平直公路上运行,启动阶段轿车牵引力启动阶段轿车牵引力保持不变保持不变,而后以额定功率继续行驶而后以额定功率继续行驶,经过时间经过时间t t0 0,其速度由其速度由零增大到最大值零增大到最大值v vm m。若所受阻力。若所受阻力f f为恒力为恒

20、力,关于轿车的速度关于轿车的速度v v、牵引力、牵引力F F、功率、功率P P随时间随时间t t变化的情况正确的是变化的情况正确的是()世纪金榜导学号世纪金榜导学号【解析解析】选选B B、C C、D D。轿车以恒定的牵引力。轿车以恒定的牵引力F F启动启动,由由a=a=得得,轿车先做匀加速运动轿车先做匀加速运动,由由P=FvP=Fv知知,轿车输出功轿车输出功率增加率增加,当功率达到额定功率时当功率达到额定功率时,牵引力减小牵引力减小,加速度减加速度减小小,轿车做加速度逐渐减小的加速运动轿车做加速度逐渐减小的加速运动,当当F=fF=f时时,速度速度达到最大达到最大,之后轿车做匀速运动之后轿车做匀

21、速运动,选项选项B B、C C、D D正确。正确。【补偿训练补偿训练】一汽车在平直公路上行驶。从某时刻开始计时一汽车在平直公路上行驶。从某时刻开始计时,发动机的功率发动机的功率P P随时间随时间t t的变化如图所示。假定的变化如图所示。假定汽车所受阻力的大小汽车所受阻力的大小f f恒定不变。下列描述该汽恒定不变。下列描述该汽车的速度车的速度v v随时间随时间t t变化的图线中变化的图线中,可能正确的是可能正确的是()【解析解析】选选A A。本题属于机车的恒定功率启动问题。当牵引。本题属于机车的恒定功率启动问题。当牵引力大于阻力时力大于阻力时,机车加速运动机车加速运动,但速度的增加会导致牵引力但速度的增加会导致牵引力变小变小,机车所受的合力变小机车所受的合力变小,机车的加速度变小机车的加速度变小,故机车的运故机车的运动为加速度不断变小的加速运动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直到加速度等于零变为匀速直线运动速直线运动,故故0 0t t1 1时间内时间内,是一个恒定功率加速过程是一个恒定功率加速过程,直直到变为匀速直线运动到变为匀速直线运动,t,t1 1t t2 2时间内时间内,是另一个恒定功率加速是另一个恒定功率加速过程过程,直到变为匀速直线运动直到变为匀速直线运动,故故A A项正确。项正确。