专题课:机车启动问题(附答案)
高考物理拉分题专项训练专题 机车的启动问题(含解析)
2015年高考物理拉分题专项训练 专题15 机车的启动问题(含解析)一、考点精析 (一)题型分类:1这种启动方式中,P 恒定,由P =Fv 知F 减小,车受到的合力F 合=F -f 也将减小,加速度a 减小,机车做加速度减小的加速运动,直到F =f ,这时v 达到最大值v m =Pf。
这种加速过程发动机做功可用W =Pt 求得。
2这种启动方式中,牵引力F 恒定,则由F -f =ma 知a 恒定,机车做匀加速运动,当v 增大,功率P =Fv 也将增大,直到功率达到额定功率P ,这时匀加速运动结束,其最大速度为v 1=PF<P f =v m 。
这种加速过程发动机做功可用W =Fs 求得。
(二)解题思路1.对于汽车起动问题,首先要搞清楚是以什么方式起动,然后分析运动过程中各物理量的变化情况,最后根据试题的具体情况进行求解。
2.如有v -t 、F -1v图像,则要仔细分析图中各段图线所表示的运动过程,然后画出运动草图,合理运用牛顿运动定律和运动学公式求解。
3.机车启动问题中的位移分析方法:由于机车一般会经历多个运动过程,在匀变速运动过程中可以利用运动学公式直接求解,但在变加速运动阶段,只能借助动能定理来计算。
在机车启动问题中,要注意区别“两个速度”,即匀加速阶段的最大速度v 1和最终匀速运动的速度v m 。
求匀加速阶段的位移用x 1=12at 2来计算;变加速运动阶段的位移用动能定理Pt -fx 2=12mv m 2-12mv 12来计算。
二、经典考题 例1一赛车在水平测试道上进行测试,该车质量m =1×103kg ,由静止开始沿水平道运动,用传感设备记录其运动的v -t 图像如图所示。
该车运动中受到的摩擦阻力恒定,且摩擦阻力跟车的重力的比值为μ=0.2。
赛车在0~5s 的v -t 图像为直线,5s 末该车发动机达到额定功率并保持该功率行驶,在5~20s 之间,赛车的v -t 图像先是一段曲线,后为直线。
机车启动问题高中物理
机车启动问题高中物理
机车启动涉及到一些高中物理的知识,主要涉及到牛顿运动定律和摩擦力等概念。
当机车启动时,首先需要克服静摩擦力,这是由于两个物体之间的接触面存在微小的不规则,需要克服这种不规则才能开始运动。
根据牛顿第一定律,物体要改变其状态(包括静止状态)需要施加一个力。
当驾驶员给机车施加一定的油门后,引擎产生的动力会通过传动系统传递到车轮,车轮与地面之间的摩擦力将克服静摩擦力,使得机车开始运动。
从牛顿第二定律的角度来看,机车启动时所受的净合外力将导致机车产生加速度,加速度的大小与所施加的力成正比,与机车的质量成反比。
因此,启动时需要施加足够的力以克服摩擦力,并使机车产生足够的加速度,才能启动。
此外,机车启动还涉及到动能和功的转化。
当机车启动时,引擎产生的动能通过传动系统传递到车轮,车轮与地面之间的摩擦力做功,将动能转化为机械能,推动机车运动。
总的来说,机车启动涉及到克服静摩擦力、施加足够的力以产
生加速度、动能和功的转化等多个物理概念。
希望以上回答能够满足你的需求。
机车启动问题附解析功、功率、动能定理二轮专题
机车启动问题(附解析功、功率、动能定理二轮专题)2.机车启动问题一、基础知识回顾1.机车输出功率P=Fv,其中F为机车牵引力.2.恒定功率启动(1)机车先做加速度逐渐减小的变加速直线运动,后做匀速直线运动,速度—时间图象如图所示,当F=F阻时,vm=PF=PF阻.(2)动能定理Pt-F阻x=12mv2m-0.3.恒定加速度启动(1)速度—时间图象如图所示.机车先做匀加速直线运动,当功率增大到额定功率后获得匀加速的最大速度v1.之后做变加速直线运动,直至达到最大速度vm后做匀速直线运动.(2)常用公式:F-F阻=maP=FvP额=F阻vmv1=at1二、典型例题[例1](多选)一辆汽车在平直的公路上运动,运动过程中先保持某一恒定加速度,后保持恒定的牵引功率,其牵引力和速度的图象如图所示.若已知汽车的质量m、牵引力F1和速度v1及该车所能达到的最大速度v3,运动过程中所受阻力恒定,则根据图象所给的信息,下列说法正确的是()A.汽车行驶中所受的阻力为F1v1v3B.汽车匀加速运动的过程中牵引力的冲量大小为mv1v3v3-v1C.速度为v2时的加速度大小为F1v1mv2D.若速度为v2时牵引力恰为F12,则有v2=2v1解析根据牵引力和速度的图象和功率P=Fv得汽车运动中的最大功率为F1v1.该车所能达到的最大速度时加速度为零,所以此时阻力等于牵引力,所以阻力f=F1v1v3,选项A正确;根据牛顿第二定律,有恒定加速时,加速度a′=F1-fm=F1m-F1v1mv3,加速的时间:t=v1a=mv1v3F1v3-v1,则汽车匀加速运动的过程中牵引力的冲量大小为I=F1t=mv1v3v3-v1,故B正确.速度为v2时的牵引力是F1v1v2,对汽车受力分析,受重力、支持力、牵引力和阻力,根据牛顿第二定律,有速度为v2时加速度大小为a=F1v1mv2-F1v1mv3,故C错误.若速度为v2时牵引力恰为F12,则F1v1v2=F12,则v2=2v1,选项D正确;故选ABD.答案ABD[例2].(多选)某汽车在平直公路上以功率P、速度v0匀速行驶时,牵引力为F0.在t1时刻,司机减小油门,使汽车的功率减为P2,此后保持该功率继续行驶,t2时刻,汽车又恢复到匀速运动状态.有关汽车牵引力F、速度v的几种说法,其中正确的是()A.t2后的牵引力仍为F0B.t2后的牵引力小于F0C.t2后的速度仍为v0D.t2后的速度小于v0解析:选AD.由P=F0v0可知,当汽车的功率突然减小为P2时,瞬时速度还没来得及变化,则牵引力突然变为F02,汽车将做减速运动,随着速度的减小,牵引力逐渐增大,汽车做加速度逐渐减小的减速运动,当速度减小到使牵引力又等于阻力时,汽车再做匀速运动,由P2=F0v2可知,此时v2=v02,故A、D正确.[例3].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()解析:选A.由P­t图象知:0~t1内汽车以恒定功率P1行驶,t1~t2内汽车以恒定功率P2行驶.设汽车所受牵引力为F,则由P=Fv得,当v增加时,F减小,由a=F-fm知a减小,又因速度不可能突变,所以选项B、C、D错误,选项A正确.[例4].如图甲所示,用固定的电动机水平拉着质量m=2kg的小物块和质量M=1kg的平板以相同的速度一起向右匀速运动,物块位于平板左侧,可视为质点.在平板的右侧一定距离处有台阶阻挡,平板撞上后会立刻停止运动.电动机功率保持P=3W不变.从某时刻t=0起,测得物块的速度随时间的变化关系如图乙所示,t=6s后可视为匀速运动,t=10s时物块离开平板.重力加速度g=10m/s2,求:(1)平板与地面间的动摩擦因数μ为多大?(2)物块在1s末和3s末受到的摩擦力各为多大?(3)平板长度L为多少?解析:(1)由图可知,前2s内物块和平板一起做匀速运动,对整体分析,在水平方向上受到水平向右的拉力和地面给平板的滑动摩擦力,此二力的合力为零.拉力大小为:FT1=Pv1滑动摩擦力大小为:Ff=μ(M+m)g由平衡条件可得:Pv1=μ(M+m)g可得:μ=0.2(2)物块在1s末时与平板一起做匀速运动,合力为零.物块受到水平向右的拉力与水平向左的静摩擦力,因此静摩擦力大小为:Ff1=FT1=Pv1=6N物块在2s末之后与平板发生相对运动,之后物块与平板间的摩擦力为滑动摩擦力且大小保持不变.物块在6s后可视为匀速运动,此时物块受到的合力为零,即拉力与滑动摩擦力大小相等方向相反,即:Ff2=FT2=Pv=10N 物块在3s末时受到的滑动摩擦力大小与6s后受到的摩擦力大小相等,为10N.(3)依题意,物块在2s末之后一直到10s时,物块从平板的一端运动到另一端,对物块由动能定理得:PΔt-Ff2L=12mv22-12mv21代入解得:L=PΔt-12mv22+12mv21Ff2=2.42m.答案:(1)0.2(2)6N10N(3)2.42m三、方法总结解决机车启动问题时的四点技巧1.分清是匀加速启动还是恒定功率启动.2.匀加速启动过程中,机车功率是不断改变的,但该过程中的最大功率是额定功率,匀加速运动阶段的最大速度小于机车所能达到的最大速度,达到额定功率后做加速度减小的加速运动.3.以额定功率启动的过程中,机车做加速度减小的加速运动,速度最大值等于PFf,牵引力是变力,牵引力做的功W=Pt.4.无论哪种启动方式,最后达到最大速度时,均满足P =Ffvm,P为机车的额定功率.。
机车启动问题
1、功率及功率的计算2、汽车的起动问题细解知识点1. 功率:物体所做的功与完成这些功所用时间的比值,叫功率。
①功率是标量,但是它有正负之分。
②功率是表示物体做功快慢的物理量。
平均功率公式为P=W/t瞬时功率公式:P=Fvcosα2. 关于汽车的起动问题引例:汽车发动机的额定功率是60千瓦,汽车质量是5吨,当汽车在水平路面上行驶时,设阻力是车重的1/10倍,若汽车从静止开始保持以1米/秒2的加速度作匀加速直线运动,这一过程能维持多长时间?解析:上面的题目属于“机车起动类问题”。
机车的起动主要包括两种情况,一类是“匀加速起动”和“最大功率起动”。
其中多数的题是“匀加速起动”,因为这一类题更能锻炼人的思维。
下面对机车的这两种起动方式进行分析。
首先是“匀加速起动”过程的分析:匀加速起动过程实际包括两个过程:(如上图)“过程1”是真正的匀加速过程,在此过程中,速度由零开始不断增加,功率也由零开始逐渐增加;因为加速度是不变的,所以在此过程中牵引力也是不变的(因为加速度a 是由牵引力F和阻力f的合力除以质量m得到的)。
此过程的结束就是第二个过程的开始,以“功率P达到最大,但速度没有达到最大”为标志。
在“过程2”中因为还有加速度的存在,所以速度v会不断增加,在功率P不变的情况下,根据P=Fv,就可知道牵引力F 不断减小,加速度a也相应减小。
第二过程结束的标志就是“机车的功率最大,速度也是最大”,到此为止,整个起动过程结束。
再以后,机车将以匀速直线运动,功率不变。
(注:这里之所以称为“机车”,是因为此类型的题完全可以是汽车、火车、轮船、摩托等动力机械的起动问题。
)第二类起动是“最大功率起动”。
比如在赛车比赛时,一般都是最大功率起动问题。
机车的起动只有一个过程,在此过程中,机车不断加速,因为开始时机车已经达到最大功率,所以在速度不断增大的时候,牵引力F会不断减小,加速度a也不断减小,但因为加速度的方向和速度的方向相同,所以无论加速度a怎样小,速度v也是增加的。
2021年高考物理拉分题专项训练 专题15 机车的启动问题(含解析)
2021年高考物理拉分题专项训练专题15 机车的启动问题(含解析)一、考点精析(一)题型分类:机车启动分两类:1.恒定功率的启动这种启动方式中,P恒定,由P=Fv知F减小,车受到的合力F合=F-f也将减小,加速度a减小,机车做加速度减小的加速运动,直到F=f,这时v达到最大值v m=。
这种加速过程发动机做功可用W=Pt求得。
2.恒定牵引力的启动这种启动方式中,牵引力F恒定,则由F-f=ma知a恒定,机车做匀加速运动,当v增大,功率P=Fv也将增大,直到功率达到额定功率P,这时匀加速运动结束,其最大速度为v1=<=v m。
这种加速过程发动机做功可用W=Fs求得。
(二)解题思路1.对于汽车起动问题,首先要搞清楚是以什么方式起动,然后分析运动过程中各物理量的变化情况,最后根据试题的具体情况进行求解。
2.如有v-t、F- 图像,则要仔细分析图中各段图线所表示的运动过程,然后画出运动草图,合理运用牛顿运动定律和运动学公式求解。
3.机车启动问题中的位移分析方法:由于机车一般会经历多个运动过程,在匀变速运动过程中可以利用运动学公式直接求解,但在变加速运动阶段,只能借助动能定理来计算。
在机车启动问题中,要注意区别“两个速度”,即匀加速阶段的最大速度v1和最终匀速运动的速度v m。
求匀加速阶段的位移用x1=at2来计算;变加速运动阶段的位移用动能定理Pt-fx2=mv m2-mv12来计算。
二、经典考题例1一赛车在水平测试道上进行测试,该车质量m=1×103 kg,由静止开始沿水平道运动,用传感设备记录其运动的v-t图像如图所示。
该车运动中受到的摩擦阻力恒定,且摩擦阻力跟车的重力的比值为μ=0.2。
赛车在0~5 s的v-t图像为直线,5 s末该车发动机达到额定功率并保持该功率行驶,在5~20 s之间,赛车的v-t图像先是一段曲线,后为直线。
g=10 m/s2,试求:(1)该车的额定功率;(2)该车的最大速度v m。
机车启动专题带答案
多练出技巧 巧思出硕果 机车启动专题1.机车以恒定功率加速启动(阻力是车重的k 倍) 过程分析:汽车以恒定功率起动时,它的牵引力F 将随速度v 的变化而变化,其加速度a 也随之变化,具体变化过程可采用示意图表示:由此可得汽车速度达到最大时,a=0,kmgP v v F P kmg f F m m =⇒⎭⎬⎫⋅=== p-t 图像如图a ,v-t 图像如图b 针对训练1. 质量为2×103kg 的汽车发动机的额定功率为80kW ,若汽车在平直公路上行驶所受阻力大小恒为4×103N ,那么A. 汽车在公路上以额定功率行驶的最大行驶速度为20m/sB. 汽车以额定功率起动,当汽车速度为5m/s 时,加速度为6m/s2C. 汽车以2m/s 2的加速度起动做匀加速运动,第2s 末发动机实际功率为32kWD. 汽车以2m/s 2的加速度起动做匀加速运动,匀加速运动所能维持的时间为5s2. 质量为 m 的汽车,启动后沿平直路面行驶,如果发动机的功率恒为P ,且行驶过程中受到的摩擦阻力大小一定,汽车速度能够达到的最大值为v ,那么当汽车的车速为v/4时,汽车的瞬时加速度的大小 A. P/mv B. 2P/mv C. 3P/mv D. 4P/mv3.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4.飞机在飞行时受到的空气阻力与速率的平方成正比,若飞机以速率v 匀速飞行时,发动机的功率为P ,则当飞机以速率n v 匀速飞行时,发动机的功率为A.npB.2npC.n 2pD.n 3p5. 质量为2×103kg 的汽车,发动机输出功率为3×104W ,在水平公路上能达到的最大速度为15m/s ,当汽车的速度为10m/s 时,其加速度为_________m/s 2。
(完整版)高一物理功率机车启动问题详解+习题
(完整版)高一物理功率机车启动问题详解+习题1.恒定功率的启动方式由公式P=Fv 和F-f=ma 知,由于P 恒定,随着v 的增大,F 必将减小, mfF a -=也必将减小,机车做加速度不断减小的加速运动,直到F=f ,a=0,这时v 达到最大值fPF P v ==max 可见恒定功率的加速运动一定不是匀加速运动.这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt 计算,不能用W=Fs 计算(因为F 为变力)。
2.恒定牵引力(恒定a )的启动方式由公式P=Fv 和F-f=ma 知,由于F 恒定,所以a 恒定,机车做匀加速运动,而随着v 的增大,功率也将不断增大,直到功率达到额定功率P ,功率不能再增大了.这时匀加速运动结束,其最大速度为max 1v fPF P v =<=,此后机车要想继续加速就只能做恒定功率的变加速运动了.可见当机车做恒定牵引力的加速运动时功率一定不恒定。
这种加速过程发动机做的功只能用W=F ·s 计算,不能用W=P ·t 计算(因为P 为变功率)。
以上机车的两种启动过程可用如图所示的v —t 图像来概括说明。
0—t 1时间内,机车从静止开始匀加速运动,牵引力F 恒定,机车的输出功率P=Fv 不断变大,t 1时刻达到额定功率(匀加速阶段结束);t 1—t 2时间内,机车以恒定功率继续加速,牵引力和加速度不断减小(加速度减小的加速运动),对应图像中曲线部分;t 2时刻加速度减为零,F=f ,机车匀速前进(对应图像中水平直线部分),此时达到最大速度 f Pv =max补充练习:(注:加★的为选做题)1. 如图所示,质量为m=2.0kg 的小滑块,由静止开始从倾角的固定的光滑斜面的顶端A 滑至底端B ,A 点距离水平地面的高度h=5.0m ,重力加速度g 取10m/s2,求:(1)滑块由A 滑到B 经历的时间; (2)滑块由A 滑到B 点时的动能 (3) 滑块由A 滑到B 时的重力功率 2。
机车启动问题(图文版)
机车启动问题(阻力恒为f )② v = at ② F-f = ma③ P = Fv 1 ③ P = fv m④ P = fv m⑤ 12mv m 2 - 12mv 12 = P (t 2-t 1) - fx ④ 12mv m 2=Pt – fx1. 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2. 质量为m 的汽车,以恒定功率P 在平直马路上行驶,所受阻力恒定,匀速行驶时的速度为v 1,则汽车的速度为v 2时(v 2<v 1)的加速度为 ( )A .B .C .D .3. 汽车发动机的功率为60kW ,汽车的质量为4t ,当它行驶在坡度为0.02的长直公路上时,所受阻力为车重的0.1倍(g 取10m /s 2),问:(1)汽车所能达到的最大速度v max 多大?(2)若汽车从静止开始以0.6m /s 2的加速度作匀加速直线运动,则此过程能维持多长时间? (3)当汽车匀加速行驶的速度达到最大值时,汽车做功多少?(4)在10s 末汽车的即时功率为多大?2mv P 1mv P 2121)(v mv v v P -)(221mv mv P +4.额定功率为80kW、质量是2.0×103kg的汽车,在平直公路上行驶,在发动机保持额定功率的情况下,汽车行驶的最大速度是40m/s。
如果汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度的大小是2.0m/s2,运动过程中受到的阻力不变。
求:(1)汽车受到的阻力大小;(2)4.0s末汽车发动机的瞬时功率。
5.一辆摩托车在平直的公路上以恒定的加速度启动,已知摩托车的额定功率为10kw,人和车的总质量为200kg。
设行使中受到的阻力为人和车重的0.1倍并保持不变,摩托车由静止开始匀加速运动的前8秒内的位移为64m,求:(g取10m/s2)(1)摩托车做匀加速运动时加速度的大小及发动机牵引力的大小;(2)摩托车能达到的最大速率;(3)若摩托车达到最大速度时紧急制动,设车紧急制动时的制动力为车重的0.5倍,且其它阻力不计,求车滑行的距离。
机车启动问题(解析版)
机车启动问题1.两种启动方式的比较两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动P -t 图和v -t 图OA段过程分析 v ↑⇒F =P不变v ↓⇒a =F -F 阻m↓ a =F -F 阻m 不变⇒F 不变,P =====v ↑Fv ↑直到P 额=Fv 1运动性质 加速度减小的加速直线运动 匀加速直线运动,维持时间t 0=v 1aA B 段过程分析 F =F 阻⇒a =0⇒F 阻=Pv mv ↑⇒F =P 额v ↓⇒a =F -F 阻m↓运动性质以v m 做匀速直线运动加速度减小的加速直线运动BC 段 无F =F 阻⇒a =0⇒F 阻=P 额v m ,以v m 做匀速直线运动重要方程平衡方程AB 段:F 阻=F 牵=P v m ,全程阻力不变,也等于O A 段阻力 BC 段:F 阻=F 牵=P 额v m,全程阻力不变,也等于O A 段、AB 段阻力 牛顿第二定律 加速度:O A 段任意速度v 1时,a =Pv 1-F 阻m =P v 1-P v mm加速度:O A 段 a =v 1t 0=P 额v 1-P 额v m mAB 段:速度为v 2时, a ′=P 额v 2-P 额v m m动能定理加速段位移x 满足:Pt -F 阻x =12mv 2m-0加速段位移x 满足:P 额t 0+P 额(t 1-t 0)-F 阻x =12mv 2m-02. 三个重要关系式(1) 无论哪种启动过程,机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度,即v m =PF 阻。
(2) 机车以恒定加速度启动时,匀加速过程结束后功率最大,速度不是最大,即v =P F <v m =PF 阻。
(3) 机车以恒定功率运行时,牵引力做的功W =Pt ,由动能定理得Pt -F 阻x =ΔE k ,此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移或速度。
【典例】一列火车总质量m =500 t ,发动机的额定功率P =6×105 W ,在水平轨道上行驶时,轨道对火车的阻力f 是车重的0.01倍,g 取10 m/s 2。
机车启动专题
机车启动专题1、汽车在启动阶段做匀加速直线运动,在这个过程中()A.牵引力增大,功率增大B.牵引力不变,功率增大C.牵引力增大,功率不变 D.牵引力不变,功率不变2、一列火车在机车的恒定功率牵引下由静止从车站出发,沿平直轨道运动,行驶 5 分钟,速度达到20m/s,设列车所受阻力恒定,则可以判断列车在这段时间内行驶的距离()A.一定大于 3km B.可能等于3km C.一定小于3km D.条件不足,无法确定3、汽车在水平路面上运动,下列说法正确的是()A.汽车启动后以额定功率行驶,在速度未达到最大以前,牵引力是不断增大的B.汽车启动后以额定功率行驶,在速度未达到最大以前。
牵引力是不断减小的C.汽车以额定功率行驶,达到最大速度后,若阻力突然增大,牵引力将增大D.汽车以额定功率行驶,达到最大速度后,若阻力突然增大,牵引力将减小4、质量为 m 的汽车,以恒定功率 P 在平直公路上行驶,汽车所受阻力不变,已知汽车匀速行驶时的速度为v1,则当汽车速度为 v2(n1< n2)时加速度的大小为()Pmv A2PmvB1P(v1v2)mv vC12P(v1v2)mv vD125、设飞机飞行中所受阻力与其速度的平方成正比,如果飞机以速度V 匀速飞行时,其发动机功率为P,则飞机以2V 匀速飞行时,其发动机功率为()A2P B4P C8P D无法确定6、质量 m=5x10 3 kg 的汽车在平直的公路上行驶,发动机的输出功率恒定为 P=60kw,汽车所受阻力不变,为车重的0.06 倍,这辆汽车行驶的最大速度为 v= ,汽车以恒定功率P 由静止开始加速至 v=10m/s 时,汽车的加速度 a= .(g=10m/s 2 )7、质量为m 的汽车,启动后在发动机功率 P 保持不变的条件下,经过一段时间后将达到以速度v14小为.8、汽车质量为5t,其发动机额定功率为 32.5kw,汽车在平直路面上从静止开始,开始一段时间内以加速度 a=1.0 m/s 2 做匀速运动,最后做匀速运动的速度为,则汽车做匀加速运动的牵引力为N,汽车做匀加速运动的时间为s.9、汽车质量 M=2000kg ,P额=80kw ,Vm=20m/s ,a=2m/s2 ,求阻力? 3s 末的功率?做匀加速运动的时间?整个过程中牵引力做的功是多少?匀速行驶的状态,若行驶中受到的摩擦阻力大小保持不变,则在车速增至v 时,汽车的加速度大10、质量为500t 的列车以恒定的功率沿水平轨道行驶,在 3min 内行驶 1.45km,其速率由 36km/h 刚好增大到最大速率 54km/h,设计车所受阻力恒定,求(1)机车的功率(2)机车所受的阻力11、质量为4t 的机车,发动机的最大输出功率为 100kw,运动阻力恒为 2000N.若机车由静止开始以0.5m/s2 的加速度沿水平轨道做匀加速直线运动。
机车启动专题
机车启动专题1.如果卡车发动机的额定功率为100kW,它受到的阻力恒为2.5×103N,则这辆卡车行驶的速度最大能达到()A.20m/s B.30m/s C.40m/s D.50m/s2.质量为2 t的汽车,发动机的牵引功率为30 kW,在水平公路上,能达到的最大速度为15 m/s,当汽车的速度为10 m/s时的加速度大小为().A.0.5 m/s2 B.1 m/s2 C.1.5 m/s2 D.2 m/s2 3.汽车在平直的公路上以恒定的功率起动,设阻力恒定,则关于汽车运动过程中加速度随时间变化的关系,下图中最合理的是()4.额定功率为80kW的汽车,在平直的公路上行驶的最大速度是20m/s,汽车的质量是2t,如果汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度的大小是2m/s2,运动过程中阻力不变。
求:(1)汽车受到的阻力多大?(2)3s末汽车的瞬时功率多大?(3)汽车维持匀加速运动的时间是多少?5.一种氢气燃料的汽车,质量为m = 2.0×103kg ,发动机的额定输出功率为P额=80kW ,行驶在平直公路上时所受阻力恒为车重的0.1倍。
若汽车从静止开始先匀加速启动,加速度的大小为 a = 1.0m/s2。
达到额定输出功率后,汽车保持功率不变又加速行驶了s=800m ,直到获得最大速度后才匀速行驶。
(g取10m/s2)。
试求:(1)汽车的最大行驶速度;(2)汽车匀加速阶段结束时的速度;(3)汽车以额定功率又加速了多长时间?6.一辆汽车质量为1×103kg,最大功率为2×104W,在水平路面上由静止开始做直线运动,最大速度为v2,运动中汽车所受阻力恒定.发动机的最大牵引力为3×103N,其行驶过程中牵引力F与车速的倒数1v的关系如图所示.试求:(1)根据图线ABC判断汽车做什么运动?(2)v2的大小;(3)整个运动过程中的最大加速度;(4)匀加速运动过程的最大速度是多大?当汽车的速度为10 m/s时发动机的功率为多大?7.在检测某款电动车性能的实验中,质量为8×102 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引力F与对应的速度v,并描绘出F-1v图象(图中AB、BO均为直线),假设电动车图行驶中所受的阻力恒定,求此过程中:(1)电动车的额定功率;(2)电动车由静止开始运动,经过多长时间,速度达到2 m/s?8.质量为m =5×103 kg的汽车,在t=0 时刻速度v0=10 m/s,随后以P=6×104 W的额定功率沿平直公路继续前进,经t=72 s达到最大速度。
机车启动问题 (精编版)
机车启动的两种情况:以恒定的功率启动;以恒定的加速度a 启动(也就是以恒定牵引力启动)其解题关键在于逐步分析v 、a 、F 、p 间关系,并把握由起动到匀速的临界条件F =f ,即汽车达到最大速度的条件。
一、以恒定的功率启动(也适用于以额定功率启动)由公式P=Fv 和F-f=ma (阻力f 为定值)知,由于P 恒定,随着v 的增大,F 必将减小,a 也必将减小,机车做加速度不断减小的加速运动,直到F=f ,a=0,这时v 达到最大值max P P v F f== 可见恒定功率的加速运动一定不是匀加速运动。
这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt 计算,不能用W=Fs 计算(因为F 为变力)。
在此过程中,F 牵、v 、a 的变化情况:max max 0||P F f v F a a F f v v v vm-↑⇒=↓⇒=↓⇒==⇒←→当时即时达到最大保持匀速运动机车做变加速直线运动所以综上所述汽车以恒定的功率启动,达到最大速度时a =0,F =f ,P =Fv max =fv max .以恒定的功率启动(也适用于以额定功率启动)的v —t 图像二、以恒定的加速度a 启动(也就是以恒定牵引力F 恒启动)由公式P=Fv 和F-f=ma (阻力f 为定值)知,由于F 恒恒定,所以a 恒定,机车做匀加速运动,而随着v 的增大,功率也将不断增大,直到功率达到额定功率P 额,功率不能再增大了.这时匀加速运动结束,其匀加速运动能达到的最大速度为,max <F P P v f=额额恒此后机车要想继续加速就只能做恒定功率的变加速运动了。
可见当机车做恒定牵引力的加速运动时功率一定不恒定.这种加速过程发动机做的功只能用W=F ·s 计算,不能用W=P ·t 计算(因为P 为变功率).各个量(牵引功率、牵引力、加速度、速度)的变化情况如下:v max 0v以恒定的加速度a 启动(也就是以恒定牵引力F 恒启动)的v —t 图像三、典型题目●案例探究[例1]汽车发动机额定功率为60kW ,汽车质量为5.0×103 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,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/s 2的加速度匀加速运动,则这一加速度能维持多长时间? 错解分析:(1)对v 、F 、a 、p 间相互制约关系分析不透,挖掘不到临界条件和临界状态,(2)在第(2)问中认为功率刚达到最大(即额定功率)时,速度亦达到了最大.可得汽车速度达到最大时,a =0,kmgPv v F P kmg f F mm =⇒⎭⎬⎫⋅====12m/s (2)要维持汽车加速度不变,就要维持其牵引力不变,汽车功率将随v 增大而增大,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.所以,汽车达到最大速度之前已经历了两个过程:匀加速和变加速,匀加速过程能维持到汽车功率增加到P 额的时刻,设匀加速能达到最大速度为v ,则此时s 16:1=⎪⎩⎪⎨⎧=-==t ma kmg F FvP atv [例2]电动机通过一绳子吊起质量为8kg 的物体,绳的拉力不能超过120N ,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90m 时,已开始以最大速度匀速上升)所需时间为多少?解题方法与技巧:此题可以用机车起动类问题的思路,即将物体吊高分为两个过程处理:第一过程是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.第二个过程是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 =8108120m ⨯-=-m mg F m/s 2=5m/s 2 末速度v t =1201200=m m F P =10m/s 上升的时间t 1=510=a v t s=2s 上升高度为h =5210222⨯=a v t =5m 在功率恒定的过程中,最后匀速运动的速率为v m =1081200⨯==mg F F P m m =15 m/s 外力对物体做的总功W =P m t 2-mgh 2,动能变化量为 ΔE k =21mv 2m -21mv t 2 由动能定理得P m t 2-mgh 2=21mv m 2-21mv t 2 代入数据后解得t 2=5.75 s ,所以t =t 1+t 2=7.75 s 所需时间至少为7.75 s.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C 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/s 2.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____20____m/s 。
高中物理机车启动问题专题
机车启动问题机车启动问题相对于前面几个问题而言,情境的描述往往没有那么多样,但其依然是学员眼中的一个难点。
那么它又难在哪里呢机车启动有两种基本方式,恒定功率启动和恒定加速度启动。
功率要恒定的话,牵引力就得变,机车的加速度就得变,机车就做了变加速直线运动。
恒定加速度启动,牵引力不变,但功率在变,当功率达到恒定功率时,有变成了恒定功率运动。
不难看出,机车启动问题涉及到了匀变速直线运动、变加速运动、恒力做功、变力做功、功率等多方面问题,其运动形式也很难见到较为单一的题目。
而且,机车启动题目能够较好的考查学生对牛顿运动定律、运动学规律、功率、动能定理等主干知识的掌握程度。
因此机车启动问题也便成为了命题专家较为心仪的题目,翻开各地试卷这类题目不难找见。
其实,解决机车启动问题是有有规律可循和要有一定的研究方法的,只要能熟练掌握求解的规律和方法,再加之细心审题和运算,此类题目也是不难处理的!基本机车启动问题例|1(09·四川)图示为修建高层建筑常用的塔式起重机。
在起重机将质量kg 1053⨯=m 的重物竖直吊起的过程中,重物由静止开始向上作匀加速直线运动,加速度2m/s 2.0=a ,当起重机输出功率达到其允许的最大值时,保持该功率直到重物做m/s 02.1=m v 的匀速运动。
取2m/s 10=g ,不计额外功。
求:(1)起重机允许输出的最大功率。
(2)重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率。
【启导】物体匀速运动时起重机功率最大,牵引力等于重力,最大速度已知,由Fv P =可求出起重机最大功率。
物体开始做匀加速运动,可由牛顿第二定律求出加速度,这一阶段末状态起重机功率已经达到额定值,由此可求出物体此时的速度,然后再结合速度公式就可1以求出匀加速运动的时间了。
至于起重机第2秒末的输出功率,先要确定好第2秒末物体的状态,若处于加速状态就根据瞬时功率表达式计算,若处于匀速状态则为额定功率。
专题课:机车启动问题(附答案)_
专题课:机车启动问题(附答案)(1)当汽车的加速度是1 m/s2时的速度大小;(2)汽车行驶的最大速度;(3)10 s内牵引力做的功.10.一辆重5 t、额定功率为80 kW的车以a=1 m/s2的加速度由静止开始做匀加速直线运动,车受的阻力为车重的0.06倍,g取10 m/s2.(1)分析车从静止开始至刚匀速运动过程中车的牵引力和发动机的功率如何变化.(2)车做匀加速直线运动能维持多长时间?(3)车做匀加速直线运动过程的平均功率为多少?(4)车加速10 s末的瞬时功率为多少?(5)车速的最大值为多少?11.汽车的质量为2 t,额定功率为80 kW,在平直的公路上行驶的最大速度为20 m/s.如果汽车从静止开始以2 m/s2的加速度做匀加速直线运动,运动过程中阻力不变,则:(1)汽车受到的阻力为多大?(2)3 s末汽车的瞬时功率为多大?(3)汽车维持匀加速运动的时间为多长?专题课:机车启动问题1.AC[解析] 设汽车牵引力为F,斜坡倾角为θ,汽车质量为m,摩擦力为F f,当F>F f+mg sinθ时,有可能先加速后匀速到达坡顶,选项A正确,B 错误;若坡较短,则可能在变加速过程中到达坡顶,选项C正确;当F<F f+mg sinθ时,汽车则减速上升,由F=Pv可知,v减小,则F增大,而F f+mg sinθ-F=ma,故加速度越来越小,a=0时,v最小,选项D错误.2.A[解析] 汽车的速度图像如图所示,假定汽车做匀变速直线运动,其速度图像是直线,直线与横轴包围的面积即v m t12,由于汽车以恒定功率开始运动,则其加速度应逐渐减小,实际速度图线如图中曲线所示,由图像可知,曲线与横轴所包围的面积较大,故A 选项正确.3.D [解析] 当汽车速度最大时,加速度a =0,牵引力F =mg sin θ+kmg ,故此时最大速度v m =P F =P mg (k +sin θ),选项D 正确. 4.D [解析] 小车所受的牵引力和阻力恒定,所以小车做匀加速直线运动,牵引力的功率P =F 1v =F 1(v 0+at),对应图D .5.BCD [解析] 轿车以恒定的牵引力F 启动,由a =F -f m得,轿车先做匀加速运动,由P =Fv 知,轿车的输出功率均匀增加,当功率达到额定功率时,牵引力逐渐减小,加速度逐渐减小,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.6.ACD [解析] 根据P =Fv 、F -F f =ma 、F f =kv 得P =(kv +ma)v =kv 2+mav ,故在题设条件下,火车发动机的功率和牵引力都随速率v 的增大而增大,则选项A 正确;当火车达到某一速率时,欲使火车做匀速运动,则a =0,此时P =kv 2,故选项C 、D 正确.7.C [解析] 当加速度为a 时,由F =F f +ma =P 1v 得,阻力F f =P 1v-ma ,当F =F f 时,速度最大,为v m ,则v m =P 0F f =P 0v P 1-mav. 8.(1)5.1×104 W (2)5 s 2.04×104 W[解析] (1)设起重机允许输出的最大功率为P 0,重物达到最大速度时,拉力F 等于重力,有P 0=Fv m ,F =mg ,代入数据,得P 0=5.1×104 W .(2)匀加速运动结束时,起重机达到允许输出的最大功率,设此时重物受到的拉力为F,速度为v1,匀加速运动经历的时间为t1,有P0=Fv1,F-mg=ma,v1=at1联立以上各式并代入数据,得t1=5 st=2 s时,重物处于匀加速运动阶段,设此时速度为v2,输出功率为P,则有v2=at,P=Fv2联立以上各式并代入数据,得P=2.04×104W.9.(1)15 m/s(2)30 m/s(3)6×105J[解析] (1)由牛顿第二定律得F牵-F阻=ma又P=F牵v两式联立解得v=15 m/s.(2)当汽车做匀速运动时,汽车的速度最大,此时F牵=F阻由P=F牵v max得v max=PF牵=PF阻=60×1032000m/s=30 m/s.(3)牵引力做功W=Pt=60×103×10 J=6×105J.10.(1)匀加速过程,牵引力不变,功率逐渐增大;变加速过程,牵引力逐渐减小,功率不变(2)10 s(3)40 kW(4)80 kW(5)26.7 m/s[解析] (1)由题意,f=kmg=0.06×5000×10 N=3×103N.从静止开始的匀加速直线运动过程,牵引力F1是定值,由牛顿第二定律得F1-f=ma,得F1=8×103N,而功率在不断增大.达到额定功率后,车做变加速直线运动直至刚匀速运动,牵引力逐渐变小,直到和阻力相等,而功率则保持不变.(2)由P m=F1v1=F1at1得t1=10 s.(3)设t 1=10 s 末的速度为v 1,t 1时间内的平均速度为v ,则v 1=at 1=10 m /s ,v =v 12=5 m /s ,所以P =F 1v =40 kW . (4)P =F 1v 1=80 kW .(5)由P m =fv m 得v m =26.7 m /s .11.(1)4×103 N (2)48 kW (3)5 s[解析] (1)在输出功率等于额定功率的条件下,当牵引力F 等于阻力f 时,汽车的加速度减小到0,汽车的速度达到最大.汽车所受的阻力为f =Pv max =8×10420 N =4×103 N . (2)设汽车做匀加速运动时需要的牵引力为F′,根据牛顿第二定律有F′-f =ma ,解得F′=f +ma =4×103 N +2×103×2 N =8×103 N因为3 s 末汽车的瞬时速度为v 3=at =2×3 m /s =6 m /s ,所以汽车在3 s 末的瞬时功率为P 3=F′v 3=8×103×6 W =48 kW .(3)汽车做匀加速运动时,牵引力F′恒定,随着车速增大,输出功率逐渐增大,输出功率等于额定功率时的速度是汽车做匀加速运动的最大速度,其数值为v ′max =P F′=8×1048×103m /s =10 m /s 根据运动学公式,汽车维持匀加速运动的时间t =v′max a =102s =5 s .。
微专题27 机车启动问题
微专题27 机车启动问题【核心要点提示】 两种启动方式的过程分析:v ↑⇒F =P 不变v ↓⇒a =F -F 阻m↓ 【微专题训练】(2016·安徽省八校高三联考)一辆汽车在平直公路上行驶时,受到的阻力为其重力的n 倍,当其速度为v 、加速度为a 时,发动机的实际功率为P ,重力加速度为g ,则该汽车的质量为( ) A.P (a +ng )v B.(a +ng )v PC.P(ng -a )vvD.(ng -a )v P【解析】根据牛顿第二定律得F -f =ma ,解得F =f +ma ,则发动机的实际功率P =Fv =(ma +f )v ,由于f =nmg ,即P =(ma +nmg )v ,解得m =P (a +ng )v 。
A 项正确。
【答案】C(2016·福建省福州市高三联考)质量为m 的汽车在平直路面上启动,启动过程的速度图象如图所示,从t 1时刻起汽车的功率保持不变,整个运动过程中汽车所受阻力恒为F f ,则( )A .0~t 1时间内,汽车的牵引力等于m v 1t 1B .t 1~t 2时间内,汽车的功率等于⎝⎛⎭⎫m v 1t 1+F f v 1 C .汽车运动过程中最大速度等于⎝⎛⎭⎫mv 1F f t 2+1v 1 D .t 1~t 2时间内,汽车的平均速度小于v 1+v 22【解析】0~t 1时间内,汽车匀加速运动时的加速度为a =v 1t 1,牵引力F =F f +ma =F f +m v 1t 1,故A 错误;t 1~t 2时间内,汽车的功率P =(F f +m v 1t 1)v 1,故B 正确;汽车的最大功率为P =Fv 1,达到最大速度时有P =F f v 2,联立可得最大速度v m =v 2=(mv 1F f t 1+1)v 1,故C 错误;t 1~t 2时间内,汽车做变加速运动,该过程图线与时间轴围成的面积大于匀变速过程的面积,即变加速的位移大于匀加速的位移,所以汽车的平均速度大于v 1+v 22,故D 错误。
机车启动问题
机车启动问题解题方法与技巧:(1)汽车以恒定功率起动时,它的牵引力F 将随速度v 的变化而变化,其加速度a 也随之变化,具体变化过程可采用如下示意图表示:由此可得汽车速度达到最大时,a =0, kmg P v v F P kmg f F mm =⇒⎭⎬⎫⋅====12 m/s (2)要维持汽车加速度不变,就要维持其牵引力不变,汽车功率将随v 增大而增大,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.具体变化过程可用如下示意图表示:所以,汽车达到最大速度之前已经历了两个过程:匀加速(0——t 1时刻)和变加速(t 1——t 2),匀加速过程能维持到汽车功率增加到P 额的时刻。
1.汽车发动机的额定牵引功率为60kW ,汽车的质量为5t ,汽车在水平路面上行驶时,阻力是车重的0.1倍,试求:(1)若汽车保持额定功率从静止起动后能达到的最大速度是多少?(2)若汽车从静止开始,保持以的加速度作匀加速运动,这段过程能维持多长时间?(3)如果阻力不变,汽车在水平路面上用速度行驶,实际功率多大?此时汽车的加速度又是多大?2.一辆汽车在平直的公路上以某一初速度运动,运动过程中保持恒定的牵引功率,其加速度a 和速度的倒数1v图象如图所示.若已知汽车的质量,则根据图像所给的信息,不能求出的物理量是( A .汽车的功率 B .汽车行驶的最大速度C .汽车所受到的阻力D .汽车运动到最大速度所需的时间【答案】D匀速运动保持达到最大时即时当m m v v v f F a m f F a v P F v ⇒==↓⇒-=↓⇒=↑⇒0一定即定F m f F a -=增大而增大随即定v P v F p ↑↑=↓-↓=↓↑=m f F a v P F 额此后保持匀速运动达到最大时,当m v v a 0=额定定额已经不能变大,保持还要增大,但是所以时,当P P v m f F a P P 0≠-==。
专题提升课二 机车启动问题
D.320 N
解析 根据 P=Fv 可知,在额定功率下,当牵引力等于阻力时,速度最大, 故小车以最大速度匀速行驶时所受的阻力大小为 f=F=vmPax=840 N=20 N, 故选 C。
01 02 03
目录
随堂对点自测
创新设计
2.(瞬时加速度的求解)质量为 m 的汽车,启动后沿平直公路行驶,如果发动机
ININNNOOVVAATTIVIVEE DDEESSIGIGNN
专题提升课二 机车启动 问题
第1章 功和机械能
[学习目标] 1.利用控制变量法分析P、F、v之间的关系。2熟练掌握机车启动的两种方式 并能进行相关计算。
CONTEN TS
提升 ///////
随堂对点自测 ///////
目 录
课后巩固训练 ///////
目录
提升
创新设计
3.运动特点 (1)当实际功率小于额定功率时做匀加速直线运动。 (2)当达到额定功率后做加速度减小的变加速运动,当加速度为零时达到最大 速度。
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创新设计
【例2】 在水平路面上运动的汽车的额定功率为60 kW,若其总质量为5 t,在 水平路面上所受到的阻力大小为5×103 N,求: (1)汽车所能达到的最大速度的大小; (2)若汽车以0.5 m/s2的加速度由静止开始做匀加速直线运动,这一过程能维 持多长的时间; (3)若汽车以额定功率启动,则汽车的车速为v1=2 m/s时的加速度多大; (4)若汽车以v2=6 m/s的速度匀速行驶,汽车的实际功率多大。 解析 (1)当汽车速度达到最大时,牵引力 F=f, 则由 P=Fv 得汽车所能达到 的最大速度为 vmax=Pf =12 m/s。
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专题课:机车启动问题
1.(多选)一辆汽车以恒定的输出功率以某一初速度冲上一斜坡,在上坡过程中,它的运动情况可能是()
A.先加速,后匀速
B.先加速,后减速
C.一直加速且加速度越来越小
D.一直减速且加速度越来越大
2.以恒定功率从静止开始运动的汽车,经时间t1后速度达到最大值v m,在此过程中汽车通过的位移为x,则()
A.x>v m t1 2
B.x=v m t1 2
C.x<v m t1 2
D.无法判断
3.汽车的质量为m,其发动机的额定功率为P.当汽车开上一个倾角为θ的斜坡时,受到的阻力为重力的k倍,重力加速度为g,则它的最大速度为()θ)
θ,mg(k+sinθ))
θ,mg)
θ))
4.一辆小车在水平面上做匀速直线运动,从某时刻起,小车所受的牵引力和阻力随时间变化规律如图LZ3-1所示,则作用在小车上的牵引力F1的功率随时间变化的图像是图LZ3-2中的()
图LZ3-1
图LZ3-2
5.(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v m.若轿车所受的阻力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,图LZ3-3中正确的是()
图LZ3-3
6.(多选)火车从车站开出做匀加速运动,若阻力与速度成正比,则() A.火车发动机的功率一定越来越大,牵引力越来越大
B.火车发动机的功率恒定不变,牵引力越来越小
C.当火车达到某一速率时,若要保持此速率做匀速运动,则发动机的功率这时应减小
D.当火车达到某一速率时,若要保持此速率做匀速运动,则发动机的功率一定跟此时速率的二次方成正比
7.质量为m、发动机的额定功率为P0的汽车沿平直公路行驶,当它的加速度为a时,速度为v,测得发动机的实际功率为P1.假设运动中所受阻力恒定,则它在平直公路上匀速行驶的最大速度是()
A.v
8.图LZ3-4为修建高层建筑常用的塔式起重机.在起重机将质量m=5×103 kg的重物竖直吊起的过程中,重物由静止开始向上做匀加速直线运动,加速度a =0.2 m/s2,当起重机输出功率达到其允许的最大值时,保持该功率直到重物做速度为v m=1.02 m/s的匀速运动.g取10 m/s2,不计额外功.求:
图LZ3-4
(1)起重机允许输出的最大功率;
(2)重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2 s末的输出功率.
9.汽车的额定功率为60 kW,总质量为2×103kg;运动中所受阻力恒为2000 N.若汽车在额定功率下运动,求:
(1)当汽车的加速度是1 m/s2时的速度大小;
(2)汽车行驶的最大速度;
(3)10 s内牵引力做的功.
10.一辆重5 t、额定功率为80 kW的车以a=1 m/s2的加速度由静止开始做匀加速直线运动,车受的阻力为车重的倍,g取10 m/s2.
(1)分析车从静止开始至刚匀速运动过程中车的牵引力和发动机的功率如何变化.
(2)车做匀加速直线运动能维持多长时间
(3)车做匀加速直线运动过程的平均功率为多少
(4)车加速10 s末的瞬时功率为多少
(5)车速的最大值为多少
11.汽车的质量为2 t,额定功率为80 kW,在平直的公路上行驶的最大速度为20 m/s.如果汽车从静止开始以2 m/s2的加速度做匀加速直线运动,运动过程中阻力不变,则:
(1)汽车受到的阻力为多大
(2)3 s末汽车的瞬时功率为多大
(3)汽车维持匀加速运动的时间为多长
专题课:机车启动问题
1.AC[解析] 设汽车牵引力为F,斜坡倾角为θ,汽车质量为m,摩擦力为F f,当F>F f+mg sinθ时,有可能先加速后匀速到达坡顶,选项A正确,B错误;若坡较短,则可能在变加速过程中到达坡顶,选项C正确;当F<F f+mg sinθ
时,汽车则减速上升,由F=P
v可知,v减小,则F增大,而F f+mg sinθ-F=
ma,故加速度越来越小,a=0时,v最小,选项D错误.
2.A[解析] 汽车的速度图像如图所示,假定汽车做匀变速直线运动,其
速度图像是直线,直线与横轴包围的面积即v m t1
2,由于汽车以恒定功率开始运动,
则其加速度应逐渐减小,实际速度图线如图中曲线所示,由图像可知,曲线与横轴所包围的面积较大,故A选项正确.
3.D[解析] 当汽车速度最大时,加速度a=0,牵引力F=mg sinθ+kmg,
故此时最大速度v m=P
F=
P
mg(k+sinθ),选项D正确.
4.D[解析] 小车所受的牵引力和阻力恒定,所以小车做匀加速直线运动,牵引力的功率P=F1v=F1(v0+at),对应图D.
5.BCD[解析] 轿车以恒定的牵引力F启动,由a=F-f
m得,轿车先做匀加
速运动,由P=Fv知,轿车的输出功率均匀增加,当功率达到额定功率时,牵引力逐渐减小,加速度逐渐减小,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.
6.ACD[解析] 根据P=Fv、F-F f=ma、F f=kv得P=(kv+ma)v=kv2+mav,故在题设条件下,火车发动机的功率和牵引力都随速率v的增大而增大,则选项A正确;当火车达到某一速率时,欲使火车做匀速运动,则a=0,此时P=kv2,
故选项C、D正确.
7.C[解析] 当加速度为a时,由F=F f+ma=P1
v得,阻力F f=
P1
v-ma,当
F=F f时,速度最大,为v m,则v m=P0
F f=
P0v
P1-mav.
8.(1)×104W(2)5 s×104W
[解析] (1)设起重机允许输出的最大功率为P0,重物达到最大速度时,拉力F 等于重力,有
P0=Fv m,F=mg,代入数据,得P0=×104W.
(2)匀加速运动结束时,起重机达到允许输出的最大功率,设此时重物受到的拉力为F,速度为v1,匀加速运动经历的时间为t1,有P0=Fv1,F-mg=ma,v1=at1
联立以上各式并代入数据,得t1=5 s
t=2 s时,重物处于匀加速运动阶段,设此时速度为v2,输出功率为P,则有v2=at,P=Fv2
联立以上各式并代入数据,得P=×104W.
9.(1)15 m/s(2)30 m/s(3)6×105J
[解析] (1)由牛顿第二定律得F牵-F阻=ma
又P=F
牵
v
两式联立解得v=15 m/s.
(2)当汽车做匀速运动时,汽车的速度最大,此时F牵=F阻
由P=F
牵
v max得
v max=P
F牵=
P
F阻=
60×103
2000m/s=30 m/s.
(3)牵引力做功W=Pt=60×103×10 J=6×105J.
10.(1)匀加速过程,牵引力不变,功率逐渐增大;变加速过程,牵引力逐渐减小,功率不变
(2)10 s(3)40 kW(4)80 kW(5)26.7 m/s
[解析] (1)由题意,f=kmg=×5000×10 N=3×103N.
从静止开始的匀加速直线运动过程,牵引力F1是定值,由牛顿第二定律得
F 1-f =ma ,得F 1=8×103 N ,而功率在不断增大.达到额定功率后,车做变加速直线运动直至刚匀速运动,牵引力逐渐变小,直到和阻力相等,而功率则保持不变.
(2)由P m =F 1v 1=F 1at 1得t 1=10 s .
(3)设t 1=10 s 末的速度为v 1,t 1时间内的平均速度为v ,则v 1=at 1=10 m /s ,v =v 12=5 m /s ,所以P =F 1v =40 kW .
(4)P =F 1v 1=80 kW .
(5)由P m =fv m 得v m =26.7 m /s .
11.(1)4×103 N (2)48 kW (3)5 s
[解析] (1)在输出功率等于额定功率的条件下,当牵引力F 等于阻力f 时,汽车的加速度减小到0,汽车的速度达到最大.
汽车所受的阻力为f =P
v max =8×10420 N =4×103 N . (2)设汽车做匀加速运动时需要的牵引力为F′,根据牛顿第二定律有F′-f =ma ,解得F′=f +ma =4×103 N +2×103×2 N =8×103 N
因为3 s 末汽车的瞬时速度为v 3=at =2×3 m /s =6 m /s ,所以汽车在3 s 末的瞬时功率为P 3=F′v 3=8×103×6 W =48 kW .
(3)汽车做匀加速运动时,牵引力F′恒定,随着车速增大,输出功率逐渐增大,输出功率等于额定功率时的速度是汽车做匀加速运动的最大速度,其数值为v ′
max =P F′=8×104
8×103 m /s =10 m /s
根据运动学公式,汽车维持匀加速运动的时间
t =v′max a =102 s =5 s .。