2019高考物理一轮复习专题22机车启动问题学案.docx

突破22 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Pt图和vt图OA段过程分析vFaa不变F不变，PFv直到P额Fv1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t0AB段过程分析FF阻a0F阻vFa运动性质以vm做匀速直线运动加速度减小的加速直线运动BC段无FF阻a0F阻，以vm做匀速直线运动重要方程平衡方程AB段：F阻F牵，全程阻力不变，也等于OA段阻力BC段：F阻F牵，全程阻力不变，也等于OA段、AB段阻力 牛顿第二定律加速度：OA段任意速度v1时，a加速度：OA段aAB段：速度为v2时，a动能定理加速段位移x满足：PtF阻xmv0加速段位移x满足：P额t0P额(t1t0)F阻xmv02. 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vm。(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vvm。(3) 机车以恒定功率运行时，牵引力做的功WPt，由动能定理得PtF阻xEk，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m500 t，发动机的额定功率P6105 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/s2。(1)求火车在水平轨道上行驶的最大速度vm；(2)在水平轨道上，发动机以额定功率P工作，当行驶速度为v11 m/s时，求火车的瞬时加速度a1；(3)在水平轨道上以36 km/h的速度匀速行驶时，求发动机的实际功率P；(4)若火车从静止开始，保持a0.5 m/s2的加速度做匀加速运动，求这一过程维持的最长时间t。【答案】：(1)12 m/s(2)1.1 m/s2(3)5105 W(4)4 s【解析】：(1)火车以额定功率行驶，当牵引力等于阻力，即Ffkmg时，火车的加速度为零，速度达【跟踪短训】1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时，汽车的瞬时加速度的大小为()A. B.C. D.【答案】C【解析】当汽车牵引力等于阻力时，速度最大，则阻力Ff，当速度为时，牵引力F，由牛顿第二定律得FFfma，解得a，选项C正确。2一起重机的钢绳由静止开始匀加速提起质量为m的重物，当重物的速度为v1时，起重机的功率达到最大值P，以后起重机保持该功率不变，继续提升重物，直到以最大速度v2匀速上升，物体上升的高度为h，则整个过程中，下列说法正确的是()A钢绳的最大拉力为B钢绳的最大拉力为mgC重物做匀加速运动的末速度为D重物做匀加速运动的加速度为g【答案】D3. 两辆完全相同的汽车，都拖着完全相同的拖车以相同的速度在平直公路上匀速齐头并进，某一时刻两拖车同时与汽车脱离，之后甲汽车保持原来的牵引力继续前进，乙汽车保持原来的功率继续前进，则一段时间后(假设均未达到最大功率)()A甲车超前，乙车落后B乙车超前，甲车落后C它们仍齐头并进D甲车先超过乙车，后乙车又超过甲车【答案】A【解析】拖车与汽车脱离之前，汽车的牵引力等于摩擦力，脱离之后，汽车受到的摩擦力Ff减小，因为甲汽车的牵引力F保持不变，所以其将做匀加速直线运动，且加速度的大小为a(FFf)/m，而乙汽车保持原来的功率不变做加速运动，根据PFv可知，其牵引力会随其速度的逐渐增大而减小，其加速度大小也会从a(FFf)/m逐渐减小，可见，甲车的速度较大，甲车超前，乙车落后4. 把动力装置分散安装在每节车厢上，使其既具有牵引动力，又可以载客，这样的客车车辆叫做动车几节自带动力的车辆(动车)加几节不带动力的车辆(也叫拖车)编成一组，就是动车组，假设动车组运行过程中受到的阻力与其所受重力成正比，每节动车与拖车的质量都相等，每节动车的额定功率都相等若1节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为120 km/h；则6节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为()A120 km/hB240 km/hC320 km/hD480 km/h【答案】C【解析】若1节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为v1120 km/h；则6节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为v24v1120 km/h320 km/h，故选项C正确5. (多选)质量为2103 kg的汽车由静止开始沿平直公路行驶，行驶过程中牵引力F和车速倒数的关系图像如图所示。已知行驶过程中最大车速为30 m/s，设阻力恒定，则()A汽车所受阻力为6103 NB汽车在车速为5 m/s时，加速度为3 m/s2C汽车在车速为15 m/s时，加速度为1 m/s2D汽车在行驶过程中的最大功率为6104 W【答案】CD6质量为2 000 kg、额定功率为80 kW的汽车，在平直公路上行驶的最大速度为20 m/s.若汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为2 m/s2，运动中汽车所受阻力的大小不变求：(1)汽车所受阻力的大小(2)3 s末汽车的瞬时功率(3)汽车做匀加速运动的时间(4)汽车在匀加速运动中牵引力所做的功【答案】(1)4 000 N(2)4.8104 W(3)5 s(4)2105 J【解析】(1)已知汽车在运动中所受阻力的大小不变，当汽车以最大速度行驶时，根据PFv，可求得速度最大时牵引力为F4 000 N7. 如图甲所示，在水平路段AB上有一质量为2103 kg的汽车，正以10 m/s的速度向右匀速运动，汽车前方的水平路段BC较粗糙，汽车通过整个ABC路段的vt图象如图乙所示(在t15 s处水平虚线与曲线相切)，运动过程中汽车发动机的输出功率保持20 kW不变，假设汽车在两个路段上受到的阻力(含地面摩擦力和空气阻力等)各自有恒定的大小(1)求汽车在AB路段上运动时所受的阻力Ff1；(2)求汽车刚好到达B点时的加速度a；(3)求BC路段的长度【答案】(1)2 000 N(2)1 m/s2(3)68.75 m【解析】(1)汽车在AB路段时，有F1Ff1，PF1v1，F