2005-2006年下学期高一物理功率及功率的计算汽车的起动问题 鲁教版.doc

2005-2006年下学期高一物理功率及功率的计算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。功率是标量，但是它有正负之分。功率是表示物体做功快慢的物理量。平均功率公式为 PW/t瞬时功率公式：PFvcos 2. 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”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”中因为还有加速度的存在，所以速度会不断增加，在功率P不变的情况下，根据PFv，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，速度也是增加的。起动过程结束的标志就是“速度不变”。解：P 60000W m 5000kg f 0.1mg a 1m/s2以牵引力方向为正方向 （在有关矢量计算中一定要注意方向问题）f 0.15000kg10m/s2 5000N 根据F合 ma （这一步是最容易出错的）F+f maF + （5000N）5000kg1m/s2F 10000N根据P Fv （此时功率达到最大）60000W 10000Nvv 6m/s根据v at （原公式应为vtv0+at，因初速度为零故公式发生变化）6m/s 1m/s2 tt 6 s注：该类题中的“机车的功率”是“牵引力的功率”，即机车的任何时刻的瞬时功率都等于这个时刻的牵引力F，与这个时刻的运动速度v的乘积，即PFv与机车受到的合力无关。【典型例题】例1、一个质量为m的物体在一个恒力F的作用下，由静止开始在光滑水平面上运动，那么此力在t时刻的功率是多少？解析：此时的功率为瞬时功率，知道作用力要求功率，只需求出t时刻的速度即可。首先求出物体的加速度 Fma aF/m 用公式vtv0+at 则 例2、质量m5t的汽车从静止出发，以a1ms2的加速度沿水平直路作匀加速运动，汽车所受的阻力等于车重的0.06倍，求汽车在10s内的平均功率和10s末的瞬时功率。（取g10ms2）分析：汽车在水平方向受到两个力：牵引力F和阻力f。根据牛顿第二定律算出牵引力，结合运动学公式算出10s内的位移和10s末的速度即可求解。解答：设汽车的牵引力为F，阻力fkmg0.06mg，由牛顿第二定律Ffma得Fm（0.06g+a）5103（0.0610+1）N8103N汽车在t10s内的位移和10s末的速度分别为vtat110ms10ms所以汽车在10s内的平均功率和10s末的功率分别为PtFvt810310W8104W说明：题中汽车作匀加速运动，因此10s内的平均功率也可用由此可见，在匀变速运动中，某段时间内的平均功率等于这段时间始末两时刻瞬时功率的平均，即例3、汽车以速率v1沿一斜坡向上匀速行驶，若保持发动机功率不变，沿此斜坡向下匀速行驶的速率为v2，则汽车以同样大小的功率在水平路面上行驶时的最大速率为（设三种情况下汽车所受的阻力相同）（ ）解析：设汽车的质量为m，斜坡倾角为，汽车沿斜坡匀速向上和匀速向下时的牵引力分别为F1、F2，阻力大小为f，根据力平衡条件和功率公式可知联立两式，得所受阻力的大小代入式或式，得发动机的功率若汽车沿水平路面行驶，达最大车速时牵引力等于阻力，即答：C讨论：汽车、火车或轮船等交通工具，在恒定的功率下起动，都是作变加速运动，这个过程中牵引力F与运动速度v的制约关系如下：所以，最大的运动速度就是作匀速运动时的速度。课本中的例题要求轮船的最大航行速度，就是在Ff时匀速航行的速度。例4、汽车发动机的功率为60 kW，汽车的质量为4 t，当它行驶在坡度为0.02的长直公路上时，如图所示，所受阻力为车重的0.1倍（g10 m/s2），求：（1）汽车所能达到的最大速度vm？（2）若汽车从静止开始以0.6 m/s2的加速度做匀加速直线运动，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10 s末汽车的即时功率为多大？解析：由PFv可知，汽车在额定功率下行驶，牵引力与速度成反比。当汽车的牵引力与阻力（包括爬坡时克服下滑力）相等时，速度达最大。只有当汽车牵引力不变时，汽车才能匀加速行驶，当FvP额时，匀加速运动即告结束，可由WFS求出这一阶段汽车做的功。当10 s末时，若汽车仍在匀加速运动，即可由PtFvt求发动机的即时功率。（1）汽车在坡路上行驶，所受阻力由两部分构成，即fKmgmgsin40008004800 N又因为Ff时，Pfvm，所以（2）汽车从静止开始，以a0.6 m/s2，匀加速行驶，由Fma，有Ffmgsinma。所以FmaKmgmgsin41030.648007.2103N保持这一牵引力，汽车可达到匀加速行驶的最大速度vm，有由运动学规律可以求出匀加速行驶的时间与位