机车两种启动方式

考纲要求：功和功率，并要求用之解决相关问题

三维目标：

知识与技能：

复习功与功率的相关知识,掌握功和功率的知识并能分析机车两种启动的方法。

过程与方法：

掌握解决动态分析问题的方法，特殊状态方程+过程方程法。

通过对机车启动的动态分析，进一步掌握功和功率的概念和动力学问题的分析方法，动能定理等相关知识的应用。

情感态度与价值观：

通过对机车启动的分析，认识到科学方法在现实生活中的应用，理解过程分析和推论在高考中的重要意义。

教学重点：机车两种启动方式。

教学难点：两种启动方式的运动分析

学情分析：学生已经复习了功和功率的基本知识，但是由于功与功率和运动相结合的应用仍然不够灵活，同时有部分同学对机车在启动过程中不能很好的分析清楚，通过对机车启动的学习，希望学生能弄清楚机车启动的情况，能领悟到分析动态问题的一般方法。

教学过程：

一．师：复习功率和动力学的方法：

（1）处理动力学的基本方法：

（2）功率的两种表达式：

二．机车启动的两种方式的分析方法：

恒定功率启动：

例题1：（2009.上海物理，20，10分）质量为5×103kg的汽车在t＝0时刻速度v0＝10m/s，随后以P＝6×104W的额定功率沿平直公路继续前进，经72s达到最大速度，设汽车受恒定阻力，其大小为2.5×103N。求：

（1）汽车的最大速度vm；

（2）汽车在72s内经过的路程s。

分析步骤：

师：请学生分析车子在运动过程中受几个力。加速度如何？

学生回答：

师：请问在这些力中哪些力是变力，这个力的变化会对加速度影响是什么？速度又是如何变化的

学生回答：

师：速度变化外力又如何变化，此后加速度又如何变化，这样好像进入了一个死循环，当加速度减小至0时。会怎么样？

学生讨论：

教师总结：过程分析:从受力分析入手，看力的变化去寻找运动的变化，抓住最后一点，当加速度为零时，从变速运动到匀速运动的临界点。此时速度最大.

程序法的思路可表示为：

抓住临界态（记住两公式）：

W=Pt【W=Fs（不能用）】

恒定加速度启动：

例题2：（2011·天津卷）一新型赛车在水平专用测试道上进行测

试，该车总质量为m=1×103 kg，由静止开始沿水平测试道运动，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（含空气阻力）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.取g=10 m/s2，试求：

（1）该车的额定功率； （2）该车的最大速度v m.

分析步骤：

师：请学生分析车子在匀加速运动过程中受几个力。加速度如何？

学生回答：

师：加速度不变速度增加，会对功率影响是什么？功率又是如何变化的学生回答：

师：功率会一直增加下去吗？如果不会后来会怎么样？

学生讨论：

教师总结：过程分析: 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

，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.

程序法的思路可表示为：

抓住临界态（记住两公式）：

1.匀加速截止时间：

2.匀加速结束时的速度并不是汽车的最大速度，最大的速度都是Vm=P /f阻

额

3.功的计算在时匀加速用W=Fs，在恒定功率时用W=Pt

例题3.一辆汽车的质量是5×103 kg，发动机的额定功率为60kw，汽车所受阻力恒为5000N,如果汽车从静止开始以0.5m/s2的加速度做匀加速直线运动，功率达到最大后又以额定功率运动了一段距离，最终汽车达到了最大速度，在刚达到最大速度时，汽车运动了125m，问在这个过程中，汽车发动机牵引力做了多少功？

请学生做下一题

一辆电动汽车的质量为1×103kg，额定功率为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1/v的关系如图所示. 试求：

（1）v2的大小；

（2）整个运动中的最大加速度；

（3）当汽车的速度为10 m/s时，发动机的功率.

课后练习：

拓展：1.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？

2.（2011·浙江卷）节能混合动力车是一种可以利用汽油及所储存电能作为动力来源的汽车.有一质量m=1 000 kg的混合动力轿车，在平直公路上以速度v1=90 km/h匀速行驶，发动机的输出功率为P=50 kW.当驾驶员看到前方有80 km/h的限速标志时，保持发动机功率不变，立即启动利用电磁阻尼带动的发电机工作给电池充电，使轿车做减速运动，运动L=72 m后，速度变为v2=72km/h.此过程中发动机功率的

1/5用于轿车的牵引，4/5用于供给发电机工作，发动机输送给发电机的能量最后有50%转化为电池的电能.假设轿车在上述运动过程中所受阻力保持不变.求：

（1）轿车以90 km/h在平直公路上匀速行驶时，所受阻力f的大小；

（2）轿车从90 km/h减速到72 km/h过程中，获得的电能E电；

（3）轿车仅用其在上述减速过程中获得的电能E电维持72 km/h匀速运动的距离L′.