人教版高中物理必修2：3.功率(机车启动问题)
【最新】人教 必修二高中物理机械能守恒定律 第四讲：机车启动问题课件
能力突破
3.1 机车启动问题
例1.某汽车发动机的额定功率为60 kW，汽车质量为5 t，汽车在运动中所受阻力的
大小恒为车重的0.1倍．(g取10 m/s2)
(1)若汽车以额定功率启动，则汽车所能达到的最大速度是多少？当汽车速度
解析：(1)当汽车的加速度为零时，汽车的速度 v 达到最大值 vm，此时牵引力与阻力相等，故最 大速度为 P P 60× 103 vm＝F＝F ＝ m/s＝12 m/s 0.1× 5 000× 100 f 由 P＝F1v，F1－Ff＝ma，得速度 v＝5 m/s 时的加速度为
规律方法技巧
1.特别注意取得最值条件物理含义：如机车速度最大时 加速度为零；匀加速过程达到末速度时，功率达到额定功率.
3.2机车启动变式题
例2.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
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F0的大小等于重力． P0＝F0vm ① F0＝mg ② 代入数据，有： P0＝5.1×104 W ③ (2)匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，P0＝Fv1 ④ 设此时重物受到的拉力为F，速度为v1，匀加速运动经历时间为t1，有：
规律方法技巧 1.审题过程中要确定重物上升的过程特点、功率特点.
课堂小结
先不变，再逐渐减小至零
机车启动问题
课标解读
课标解读
1.会分析机车恒定功率和恒定加速度启动过程中，牵引
力、
知识精讲
3.1机车的额定功率与实际功率
功和功率专题：机车启动问题 课件 -高一物理人教版(2019)必修第二册
以恒定功率启动
v0=0，P一定
v↑
F ↓＝
→P v↑
a↓＝
F↓－→F阻 →m
F阻
v—t 图象
F牵
a减小的变加速运动
v
vm
加速阶段 的图象
0
当F=F阻时，
a＝0 ，v达到
最大
vm＝
P F阻
F阻
F牵
保持 vm
匀速
vm
匀速运动
匀速阶段 的图象
t
以恒定功率启动
说明：
1.F为变力时，发动机做的功只能用 W=Pt 计算，不能用W =Fl 计算。
( m a+ f阻 ) a
v1
说明：
1.达到最大速度的本质条件:a=0
0 t1
t
2.匀加速结束的条件是：P实=Pmax=P额
3.当匀加速结束时速度为v1，P额=Fv1=f阻Vm (其中F=ma+f阻)
以恒定加速度启动
画出整个过程中汽车运动的P－t图像. 答案 如图所示：
习题精讲
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；
新教材人教版（2019版） 物理（高中必修第二册）
第八章 机械能守恒定律
第1节 功和功率—专题：机车启动问题
课堂引入
机车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。
瞬时速度
v
功率
P=F v
牵引力
启动方式
机车的启动方式有两种：
1.以恒定功率 P 启动;(P≤P额) 2.在恒定的牵引力F作用下 匀加速启动。
机车启动问题高中物理
机车启动问题高中物理
机车启动问题是指在启动机车时，机车的引擎如何实现转动，从
而驱动机车前进。
机车的启动问题涉及到多个物理原理和技术，包括
燃烧原理、热力学、机械传动等。
下面将从这些方面来解析机车启动
的物理原理。
在机车启动的过程中，首先需要点火。
点火是使混合气体（空气
和燃料）在气缸内发生燃烧的过程。
点火需要一个能够引发火花的点
火系统。
点火系统由点火线圈和火花塞组成。
点火线圈会将来自电瓶
的低电压转换成高电压，以便在火花塞两端产生足够大的电压，从而
产生火花点燃混合气体。
这个过程中涉及到电磁感应原理和电火花放
电原理。
当混合气体在气缸中被点燃后，燃烧产生的高温高压气体会推动
活塞向下运动。
活塞的运动将通过连杆和曲轴的转动转化为旋转运动，从而驱动车轮转动。
这个过程涉及到热力学和机械传动的原理。
在机车启动过程中，还涉及到燃料的供给和空气的进入。
燃料供给通常是通过喷油器将燃油喷入气缸。
空气的进入则是通过空气滤清器和进气管道。
这个过程涉及到流体力学和燃烧化学的原理。
在机车启动的过程中，还需要机车启动器提供一定的起动力。
常见的机车启动器包括电动启动器和手摇启动器。
电动启动器通过电力驱动活塞进行起动，而手摇启动器则通过人工的摇动来提供起动力。
这个过程涉及到电动机和力学的原理。
总之，机车启动问题涉及到多个物理原理的应用。
通过理解这些原理，我们可以更好地理解机车启动的过程，同时也可以更好地应用这些原理来改进和优化机车的启动系统。
功与功率专题强化——机车启动问题 课件-高一物理人教版(2019)必修第二册
[思路点拨] 汽车的功率即为牵引力的功率，则P＝Fv，当F
＝Ff时，速度为vm；当汽车以额定功率启动时,P＝P0不变，可
0
由F＝ 求解不同速度对应的牵引力。
典例精析
[解析](1)由P＝Fv＝Ffvm得
60×103
vm＝ ＝
＝
m/s＝12 m/s.
3
0.1 0.1×5×10 ×5
(2)由P＝Fv得F＝ ，
60×103
当v1＝2 m/s时，F1＝ ＝
N＝3×104
1
2
N
由牛顿第二定律得F1－Ff＝ma，所以
1 −0.1 3×104 −0.1×5×103 ×10
a＝
＝
5×103
m/s2＝5 m/s2.
新课教学
Hale Waihona Puke 2.恒定加速度的加速启动
=
M ↓
− 图象
N
− 图象
− 图象
注意两个关键点：M、N
M：匀加速直线运动的终点、变加速直线运动的起点
N：变加速直线运动的终点、匀速直线的起点 = = 额
典例精析
例2.在水平路面上运动的汽车的额定功率为100 kW，质
等于阻力Ff)。
（2）机车以恒定加速度启动的运动过程中，匀加速过程结
束时，功率最大，速度不是最大，即v＝ <vmax＝ 。
（3）机车以恒定功率运行时，牵引力做的功 = 。
（4） = 中F为机车的牵引力而不是合力。
高二物理人教版必修27.3机车的两种启动方式教案
机车的两种启动方式重/难点重点：机车的两种启动方式。
难点：为分析机车的启动问题建立的两种模型。
重/难点分析重点分析：交通工具的启动问题通常说的机车的功率或发动机的功率实际是指其牵引力的功率。
①以恒定功率P启动:机车的运动过程是先作加速度减小的加速运动，后以最大速度作匀速直线运动。
②以恒定牵引力F启动:机车先作匀加速运动，当功率增大到额定功率时速度为，而后开始作加速度减小的加速运动，最后以最大速度作匀速直线运动。
难点分析：机车的启动一般可以建立两种模型，匀加速启动和恒定功率启动。
匀加速启动时牵引力不变，发动机功率随时间t均匀增大。
当功率增大到等于额定功率后，功率不再增大，牵引力随速度的增大而减小。
当牵引力减小到等于阻力后，汽车以最大速度做匀速直线运动。
恒定功率启动时，牵引力随速度的增大而减小，加速度随速度的增大而减小。
当牵引力减小到等于阻力后，汽车以最大速度做匀速直线运动。
突破策略机车起动通常有两种方式，下面把这两种启动方式的规律总结如下：一、机车以恒定功率启动的运动过程1、机车以恒定的功率P启动后，若运动过程中所受的阻力不变，由于牵引力F＝P／v，根据牛顿第二定律：F－f＝ma即P／v－f＝ma所以：当速度v增大时，加速度a减小。
当加速度a＝0时，机车的速度达到最大，此时有：。
以后，机车以v m做匀速直线运动。
2、这一过程，F、v、a的变化也可表示为：3、用v－t图，这一过程可表示为下图：最大速度之前是一段曲线。
4（1）汽车在启动过程中先做加速度不断减小的（2）汽车在启动过程中的功率始终等于汽车的额定功率。
（3）汽车的牵引力和阻力始终满足牛顿第二定律F－f＝ma。
（4）汽车的牵引力和瞬时速度始终满足P-P额=Fv。
（5）在启动过程结束时，因为牵引力和阻力平衡，此时有P额=Fv m=fv m。
（6）从能的角度看，启动过程中牵引力所做的功一方面用以克服阻力做功，另一方面增加汽车的动能。
二、机车以恒定加速度启动的运动过程1、机车以恒定的加速度a启动时，牵引力F、阻力f均不变，此时有：F－f ＝ma。
人教版高中物理必修第2册 8.1(3)机车的两种启动方式
达到 时，机车匀速运动 =
设匀加速的末速度为匀 ，此时P = 额
匀 =
额
代入数据得：匀 =
（2）
匀
；匀 =
额
=
代入数据得： = 20/
小结——常见设问及解决思路
小结——常见设问及解决思路
不变量：额 和
变化量： F、与
(2)汽车车速v1＝2 m/s时的加速度。
解析：
（）由题意知：
（2）由题意知：
额 = × ; = . = ×
达到 时，机车匀速运动 =
额
=
代入数据得： = /
= /
额
=
= ×
=
−
代入数据得： = /
2. 质量为m＝4.0×103 kg的汽车，发动机的额定功率为P＝40 kW，汽车从静止
开始以a＝0.5 m/s2的加速度行驶，受恒定阻力f＝2.0×103 N，则：
（1）汽车匀加速行驶的最长时间为多少？
（2）汽车可能达到的最大速度为多少？
解析：
（1）设汽车以恒定加速度启动时发动机牵引力为F
※实际功率总小于或等于额定功率。
3.汽车的功率：是汽车发动机牵引力的功率。
4.瞬时功率： =
1> 恒定功率启动
2> 恒定加速度启动
·分析机车启动类问题，关键抓住以下三点：
1.正确分析物理过程:
2.抓住两个基本公式：
启动
增加； 运动状态改变
=
受力分析
Hale Waihona Puke − = 3.区分变量、不变量及他们之间的变化关系： 、、、、
专题：机车启动问题【新教材】人教版高中物理必修第二册
a＝0 ，v达到
最大
vm＝
P额 F阻
保持
vm
匀速
加速度逐渐减小的
匀速直
变加速直线运动
线运动
附
：
机 机车以恒定加速度启动的v－ t 图
车
先做匀加速直线运动，再做加速度逐
启
渐减小的变加速直线运动，最终以速度
动 问 题
做匀vm速＝ 直FP额阻线v 运动。
vm
0
t
1．某种型号轿车的部分数据如下：净重 ， 最高时速 ，额定功率 。它以额定功率和
车
启
先做加速度逐渐减小的变加速直线运动，
动
最终以速度
做vm匀＝速FP阻直线运动。
问 题
v
vm
0
t
附
： 机 车
类型2：机车以恒定加速度 a 启动
→a＝→F－→m→F阻
→F v↑
P↑＝→F v↑
当P= P额时，保 持P额继续加速
启
动
匀加速直线运动
问
题
v↑
F↓＝P→v↑额
a↓＝
F↓－F→阻 →m
当F= F阻时，
C． vmax 10m/s
D． f 3N
5．汽车在平直公路上启动过程的v-t图象如图
所示，Oa为过原点的倾斜直线，ab段汽车以额
定功率加速，bc段与时间轴平行。整个启动过
程中汽车受到的阻力恒定，下列说法正确的是
B （ ）
A．0~t1时间内汽车的位移大于
v1 2
t1
B．0~t1时间内汽车的功率与时间成正比
BC 重力加速度g取10m/s2，则以下说法正确的是（ ）
A．汽车在前5s内的牵引力为5.0×102N B．汽车速度为25m/s时的加速度为3m/s2
人教版高中物理必修第三节功率功率计算及机车启动问题
时，功(3率)机最车大以，恒速定度功不率是运最行大时，，即牵v引＝力FP做<v的m＝功FPW阻。＝Pt。由动能定
理：Pt－F 阻 x＝ΔEk。此式经常用于求解机车以恒定功率启动过
程的位移大小。
恒定功率下的加速度一定不是匀加速，这种加速过程发动机 做的功可用W＝Pt计算，不能用W＝Fl计算(因为F为变力)． 以恒定牵引力加速时的功率一定不恒定，这种加速过程发动 机做的功常用W＝Fl计算，不能用W＝Pt计算(因为功率P是 变化的)．
θ
人教版高中物理必修2第七章第三节功 率第二 课时功 率计算 及机车 启动问 题（共 12张PP T）
人教版高中物理必修2第七章第三节功 率第二 课时功 率计算 及机车 启动问 题（共 12张PP T）
例2、在2008年汶川大地震抗震救灾中，为转移被困群 众用直升机。设被救人员的质量m=80kg，所用吊绳的拉 力最大值为FM=1200N，所用电动机的最大输出功率为 PM=12KW，为尽快吊起被困群众，操作人员应采取怎 样的办法？采取这种办法的情况下，被救人员上升 h=90m时恰好达到最大速度（g取10m/s2）,则这一过程 所经历的时间和被救人员到达机舱时的速度分别是多少？
人教版高中物理必修2第七章第三节功 率第二 课时功 率计算 及机车 启动问 题（共 12张PP T）
二、 机车的启动问题
机车的功率：牵引力的功率（发动机提供）P=FV
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
过程
v↑
⇒
F
＝
P不变 v
↓
a＝F－mF阻不变⇒F
不变⇒v↑ P
质量为m的物体从斜面顶端静止开始下滑到底 端，求物体下滑过程中重力的平均功率和到底 端时的瞬时功率。
高中物理第七章机械能守恒定律3功率课件新人教版必修2.ppt
6．额定功率． 指电动机、内燃机等动力机械在额定转速可以长 时间工作时的输出功率．
7．实际功率． 指电动机、内燃机等动力机械工作时实际消耗的功 率．实际功率往往小于额定功率，但在特殊情况下，如 汽车越过障碍时，可以使实际功率在短时间内大于额定 功率．
A．0.1g B．0.2g C．0.3g D．0.4g
解析：令汽车质量为 m，汽车行驶时的阻力 f＝0.1mg，
当汽车速度最大 vm 时，汽车所受的牵引力 F＝f，则有： P＝f·vm.当速度为v2m时有：P＝F·v2m.由以上两式可得：F
＝vPm＝
f·vm vm ＝2f.根据牛顿第二定律：
22
F－f＝ma，所以 a＝Fm－f＝2fm－f＝mf ＝0.1mmg＝0.1g. 故 A 正确，B、C、D 均错误．
则匀加速直线运动的时间 t＝va＝120s＝5 s. (3)3 s 末的速度 v3＝at′＝2×3 m/s＝6 m/s，则 3 s 末 的功率 P3＝Fv3＝8 000×6 W＝48 kW. 答案：(1)4 000 N (2)5 s (3)48 kW
题后反思
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 PP
(2)落地功率是瞬时功率．
1．平均功率．
—
P
＝Wt ；若 F 为恒力，则—P
＝F—v
cos α.
平均功率表示在一段时间内做功的平均快慢．平均
功率与某一段时间(或过程)相关，计算时应明确是哪个力
在哪段时间(或过程)内做功的功率．
2．瞬时功率． P＝Fv·cos α(α 表示力 F 的方向与速度 v 的方向间的 夹角)，它表示力在一段极短时间内做功的快慢程度．瞬 时功率与某一时刻(或状态)相关，计算时应明确是哪个力 在哪个时刻(或状态)做功的功率．
第七章专题 二：功率的计算 机车的两种启动方式—人教版高中物理必修二课件 (共16张PPT)
2.(功率的计算)(多选)质量为m的物体放在水平面上，它与水平 面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g.用水平力拉物体，运 动一段时间后撤去此力，最终物体停止运动.物体运动的v－t 图象如图4所示.下列说法正确的是 A.水平拉力大小为 F＝mvt00
√B.物体在 3t0 时间内位移大小为32v0t0
√
√√
4.(机车启动中的图象问题)(2018·武汉华中师大一附中期末考 试)质量为m的汽车在平直路面上启动，启动过程的速度－时间 图象如图5所示，从t1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Ff，则
v1＋v2 A.t1～t2 时间内，汽车的平均速度等于 2
B.0～t1 时间内，汽车的牵引力等于 mvt11
专题强化二： 功率的计算 机车的两种启动方式
行唐县第一中学
学习目标：
1.进一步掌握瞬时功率和平均功率的计算方法。
2.能利用功率公式P＝Fv和牛顿第二定律分析机车启动 时加速度的变化和速度的变化特点。 3.会计算机车运行的最大速度和匀加速运动的时间。
功率的计算
例1 (多选)质量为m的物体静止在光滑水平面上，从t＝0时 刻开始受到水平力的作用.水平力F与时间t的关系如图1所示， 力的方向保持不变，则
C.汽车的额定功率为40 kW
D.汽车的最大速度为20 m/s
针对训练 (2018·鹤壁市高一下学期期末)汽车在平直公路上以 速度v0匀速行驶，发动机功率为P0.快进入闹市区时司机减小了 油门，使汽车的功率立即减小一半并保持该功率继续行驶.下 列四个图象中，哪个正确表示了从司机减小油门开始，汽车的 速度与时间的关系图象
√
1.(以恒定功率启动)(2018·宜昌一中高一下学期期末)质量为m的
功率与机车的启动(知识梳理)
功率与机车的启动【学习目标】1．理解功率的概念，能应用功率公式W P t=进行有关的计算． 2．正确理解公式cos P Fv α=的意义，并能进行计算和解释有关现象．3．知道什么是瞬时功率和平均功率、实际功率和额定功率，会在具体问题中计算瞬时功率和平均功率．4．熟悉机车启动的两种方式。
【要点梳理】要点一、功率要点诠释：1．物理意义功率是表示做功快慢的物理量。
所谓做功快慢的实质是物体（或系统）能量转化的快慢。
2．功率的大小力做的功和做这些功所用时间的比值叫功率，即：P=t W =Fvcos α，其中α是力与速度间的夹角 这两种表达形式在使用中应注意： (1)W P t=是求一个力在t 时间内做功的平均功率。
(2)P= Fvcos α有两种用法：①求某一时刻的瞬时功率。
这时F 是该时刻的作用力大小，v 取瞬时值，对应的P 为F 在该时刻的瞬时功率；②求某一段时间内的平均功率。
当v 为某段时间（位移）内的平均速度时，要求在这段时间（位移）内F 为恒力，对应的P 为F 在该段时间内的平均功率。
3.说明（1）功率和功一样，它也是属于力的。
说到“功率”必须说是哪个力的功率。
如：重力的功率、拉力的功率、阻力的功率、弹力的功率等。
（2）平均功率描述的是做功的平均快慢程度，因此说平均功率必须说明是哪段时间（或哪段位移上）的平均功率。
而瞬时功率描述的是做功瞬间的快慢程度，因此说瞬时功率必须说明是哪个时刻（或哪个位置）的瞬时功率。
（3）在国际制单位中功率的单位是W （瓦）。
31W=1J/s,1kW=10W（4）功率是标量。
功率的正负（仅由α角决定）表示是力对物体做功的功率还是物体克服外力做功的功率。
（5）重力的功率可表示为P G =mgv y ，即重力的瞬时功率等于重力和物体在该时刻的竖直分速度之积。
4.额定功率与实际功率发动机铭牌上的功率即为额定功率，它是指动力机械正常工作时的最大输出功率；实际功率是机械实际工作时的功率。
新人教版 年 高一物理必修2 专题：汽车启动问题(共17张PPT)
中的阻力不变。求：
①汽车所受阻力的大小；
4000N
②3s末汽车的瞬时功率；
48000w
③汽车做匀加速运动的时间； 5s
• 由于最大速度时,汽车匀速运动,所以牵引力=阻力
• P=80000w=F*v=f*v=f*20,f=4000N,阻力
=4000N
• 2.在匀加速过程中:F-
f=ma,F=f+ma=4000+2000*2=8000N
F F F N 定功率时，此时速度达到匀加速过程最大速度。 由 牵 阻 m 得 a牵 ： 7 . 5 1 30 vFP额 牵7 6 .50 1 130 30ms8ms 则 ta v08 .5s1s6
练一练
1.汽车上坡的时候，司机必须换挡，其目的是 （）
A．减小速度，得到较小的牵引力 B．增大速度，得到较小的牵引力 C．减小速度，得到较大的牵引力 D、增大速度，得到较大的牵引力
B．4000N D．1600N
练一练
3.卡车在平直公路上从静止开始加速行驶，经时 间t前进距离为l，速度达到最大值vm，设此过程中
发间动内机，的发功动率机恒所为 做功P,卡为车（所A受）阻力位F，则这段时 D
- A．Pt B．Fl C． Pt Fl D、Fvmt
练一练
4、汽车由静止开始做匀加速直线运动，速度达到
专题：汽车启动问题探究
思考
复习回顾：
1、功率的物理意义是什么？ 2、功率的定义式为比值定义法，公式怎么写？ 3、怎么求瞬时功率？试写出功率与力、速度的关 系表达式。
利用功率与力、速度的关系研究机车启动
思考
什么是汽车的功率？
发动机的 实际功率
P＝F v
发动机的牵引力
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机车的两种启动方式：
1、以恒定的功率启动 2、以恒定的加速度启动
第一种情况：汽车以恒定功率启动
v↑
F↓＝→vP↑
a↓ ＝
F↓－F→阻 →m
当F=F阻时，
a＝0 ，v达到
最大
vm＝
P F阻
保持
vm
匀速
加速度逐渐减小的 变加速直线运动
匀速直线 运动
机车以恒定功率启动的v－ t 图像
先做加速度逐渐减小的变加速直线运动， 最终以速度 vm＝ 做FP阻匀速直线运动。
a＝0 ，v达到
最大
vm＝
P额 F阻
保持
vm
匀速
加速度逐渐减小的
匀速直
变加速直线运动
线运
动
机车以恒定加速度启动的v－ t 图像
先做匀加速直线运动，再做加速度逐渐
减小的变加速直线运动，最终以速度
vm＝
P额 F阻
做匀速直线运动。
v
vm
0 t1
可以说机车以
恒定加速度启
动包含了以额
t
定功率启动模 式
直线是二者的最大区别
v
最大速度公式
vm
vm＝
P F阻
0
t
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）
第二种情况：汽车以恒定加速度启动
→a＝→F－→m→F阻
→F v↑
P↑＝→F v↑
当P= P额时，保 持P额继续加速
匀加速直பைடு நூலகம்运动
v↑
F↓＝P→v↑额
a↓ ＝
F↓－F→阻 →m
当F= F阻时，
先做变加速运动，当牵
汽
以恒定功
引力与阻力相等后做匀
车
率启动
速运动
的
启
动 方
以恒定加速
先做匀加速运动；当功率达 到额定功率后，做变加速运
式
度启动
动；当牵引力与阻力相等后
做匀速运动。
两种方式后 的最大速度
P 额 V f max