高中物理难点机车启动问题

1、高中物理难点一一机车启动问题难点分析：a、F、p、v四个物理量间相互联系、相互制约机车起动分两类：（1）以恒定功率起动；（2）以恒定牵引力起动.（1）以恒定功率起动一一P二Fv,所以加速度一定是变化的。?速度不断增加，F减小，所以加速度逐渐减小?阻力存在，牵引力F减小到与阻力相等时，不能再减小，合力为零，匀速运动?汽车达到最大速度时a=0,F=f,P=Fvm=fvm.vFPaFf当a0时vm机车做变加速直线运动即Ff时v达到最大vm保持vm匀速运动（2）以恒定牵引力起动（或以恒定加速度启动），P=Fv额定功率Pm?匀加速?当功率增大到额定功率Pm后，变加速（an?速度增大到一定程度后，（a=0

2、）匀速.|a 定F-IjP F 定v二m，一 ，一 ，日“|即P随丫增大而增大I 即 F7EI 1Ef时时，a定0m；所以机要增大，但是P已经不能变大，保持P额I<J1 j当a 0时，v达到最大vm|；此后保持匀速运动例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，最后做匀速运动解析：汽车以恒定功率P由静止出发，根据功率与速度关系式P=Fv,F为牵引力?当功率P一定时，速度v越大

3、，牵引力F越小，?刚开始速度很小，牵引力F很大，牵引力F大于阻力，合力向前，加速度向前，物体做加速运动?随着速度的增加，牵引力F不断变小，合力也变小，加速度也变小?当牵引力F减小到等于阻力时，加速度减为零，速度达到最大，之后物体做匀速直线运动故选C.例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4m/s时，加速度为0.4m/s2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m/s.(g取10m/s2)解析：?设汽车质量为m,阻力f=0.01mg?速度为v=4m/s时，加速度为a=0.4m/s2,F-f=ma,因此F=f+ma=0.01mg+ma?此时功率P=Fv=(0

4、.01mg+ma)v?汽车速度最大时，此时牵引力F最小，a=0,合力为零，Fminf0.01mgcP(0.01mgma)v(0.01ga)v0.01100.44”，?Vmax20m/sFmin0.01mg0.01g0.0110例3.汽车发动机额定功率为60kW,汽车质量为5.0X103kg,汽车在水平路面行驶时，受到的阻力大小是车重的0.1倍，g取10m/s2,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0.5m/s2的加速度匀加速运动，则这一加速度能维持多长时间？(3)若汽车以额定功率起动，则汽车车速为v=2m/s时其加速度多大？解析：(1)?额

5、定功率，P=Fv,(注意F是牵引力，不是合力！)?车质量为m,车重为mg,阻力f=0.1mg?速度最大时，加速度a=0,牵引力Fminf0.1mg此时功率依然为额定功率，故PFminvmax60 103vmax Fmin 0.1 5.0 103 1012m/s(2)?加速度aFfm?f、m均不变，因此如汽车加速度不变，牵引力F不变?汽车加速运动，v变大，?P=Fv,汽车功率必须变化，即随v增大而增大。?汽车的额定功率是最大的功率，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。根据上述分析，解题过程如下：匀加速运动结束时，汽车达到额定功率，P额FiVi.匀加速运动结束前，

6、汽车做匀加速运动，因此V1aF1a或者此时刻的加速度依然是 a, F1f ma , F1ma 0.1mg因此t60 103Ea (ma 0.1mg)a m(a 0.1g)a5.0 103(0.5 0.1 10) 0.516m/s匀加速运动结束时，汽车达到额定功率,P额F1V1.匀加速运动结束前，汽车依然做匀加速运动，因此F1fma0.1mgm(a0.1g)5103(0.50.110)7.5103N速度V1P额60103三8m/sF17.5103v18因止匕t16m/sa0.5(3)当汽车以额定功率起动达到2m/s的速度时，牵引力为F2% 60 1033z30 10 NV2根据F2ma2 0.1

7、mgF2 a2 一335m/s20.1mg3010303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1200W,要将此物体由静止起用最快的方式吊高90m(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？解析：过程分析一一物体吊高分为两个过程处理：1 .第一过程，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.2 .第二个过程，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Fmmga=120 8 1022m/s =5 m/sm末速度vt=PmFm1200=10m/s120上升的时间力=>a10s=2s5102=5 m2 52上升高度为h=v-2a在功率恒定的过程中,最后匀速运动的速率为PmFm1200vm=-=15m/sFmg810外力