高二物理人教版必修273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V二P/f作匀速直线运动。②以恒定牵

m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v广P/F，而后开始作加速度减小的加速运动，最后以最大速度vm=P/f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。突破策略第1页/共8页

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P/V一于=ma牵引力F=P/vP/V一于=ma所以:Pa=mvm所以:当速度V增大时，加速度〃减小。当加速度〃=0时，机车的速度达到最大，此时有:以后，机车以vm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、以恒定功率启动的特点：V…卜，，■・，，， (1)。汽车在启动过程中先做加速度不断减小的加速运动，同时牵引力t变小，当牵引力等于阻力时，开始以最大速度匀速运动。(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。第2页/共8页

(4)汽车的牵引力和瞬时速度始终满足PP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=Fvm=fvm。(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〃启动时，牵引力F、阻力f均不变，此时有:F—f=ma。机车匀加速运动的瞬时功率：P—Fv—(f机车匀加速运动的瞬时功率：P—Fv—(f+ma)v—(f+ma)•at<P额。匀加速阶段的最长时间t—P/[(ma+f)a]；额匀加速运动的末速度为v—P/(ma+f)。当机车达到这一速度时，其瞬t额时功率等于它的额定功率。然后机车又做变加速运动。此时加速度a和第一种启动过程一样变化;这时的最大速度还是v=2=PmFf而变加速阶段的位移应该用动能定理来计算：Pt-fs=1mv2-1mv2。额 2m2t2、匀加速启动过程的各个量(P、F、a、v)的变化情况如下:第3页/共8页3、用v-t图，这一过程可表示为下图：起初匀加速运动是一段倾斜的直线，紧接着是一段曲线，最后是平行于时间轴的直线。v4、以恒定牵引力启动的特点：t(1)汽车的起动过程经历两个阶段：匀加速直线运动；变加速直线运t动，最终做匀速直线运动。(2)汽车在匀加速运动阶段，汽车的瞬时速度v=vo+at，(vo=0)。汽车做匀加速运动所能维持的时间t=vja。(3)汽车做匀加速运动阶段，其瞬时功率P=Fv«勺。(4)汽车在匀加速运动阶段结束时，瞬时功率等于额定功率，且Pt=P=Fv。(5)汽车在变加速运动阶段功率恒为额定功率，进入匀速直线运动时牵引力和阻力平衡，有Pt=产额=fv。(6)从能的角度看：匀加速直线运动阶段=W-f=1W2(W、S分牵isi21m 牵i1别表示匀加速运动阶段牵引力所做的功、位移)，变加速直线运动阶段牵引力所做的功W牵2二P额2(12表示变加速直线运动阶段所经历的时间)，w.fs=1mv2-1mv2。(s为变加速直线运动阶段的位移)牵2 22m21m 2例1.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s,速度达到最大值vm。设此过程中发动机功率恒为P，卡车所受阻力为f，则第4页/共8页这段时间内，发动机所做的功为（）A.PtB.fsC.Pt=fs D.fvt解析：发动机所做的功是指牵引力的功。由于卡车以恒定功率运动，所以发动机所做的功应等于发动机的功率乘以卡车行驶的时间，・・・A对。B项给出的是卡车克服阻力做的功，在这段时间内，牵引力的功除了克服阻力做功外还要增加卡车的功能，・・.B错。C项给出的是卡车所受外力的总功。D项中，卡车以恒功率前进，将做加速度逐渐减小的加速运动，达到最大速度时牵引力等于阻力，阻力f乘以最大速度vm是发动机的功率，再乘以t恰是发动机在t时间内做的功。故AD是正确的。例2.汽车发动机的额定功率为60kw,汽车的质量为5t,汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，g取10m/s2，问：（1）汽车保持以额定功率从静止起动后能达到的最大速度是多少？（2）若汽车保持以0.5m/s2的加速度做匀加速运动，这一过程能维持多长时间？解析：（1）根据题意，汽车达到最大速度时作匀速直线运动，所以有v=匕=&=——60*103—m/s=12m/s。 角星析：mFf5000X10X0.11、当汽车速度达到最大时，a=0,因而有F=f，则（2）汽车以恒定的加速度a匀加速运动，则牵引力恒定。P=Fv，随第5页/共8页V增大，牵引力功率P也增大，当功率增大至额定功率时不能再增大，牵引力减小，加速度也减小，匀加速运动结束。设此时速度为丁则有^额一f=maBP60*1S—5.0x103=5.0x103x0.5V Vt解得v=8.0m/so由v=at得，这一过程维持的时间为t=t=V=80s=16s。a0.5解后评析：1、这类问题的关键是机车的发动机功率一一机车的牵引功率是否达到额定功率，若在额定功率下启动，则一定是变加速运动。因为牵引力随速度的增大而减小。求解有关问题时不能用匀变速运动的规律来处理。2、特别注意匀加速启动时，牵引力恒定。当功率随速度增至额定功率时的速度（匀加速结束时的速度），并不是机车的最大速度。此后，机车仍要在额定功率下做加速度逐渐减小的加速运动，直至加速度减小为零时速度达到最大（这阶段与以额定功率启动的过程相同）。以上主要概括了机车在平直路面上的两种启动方式，下面，分析一下机车在斜坡上的启动情况。机车在倾角为e的斜坡上从静止开始起动时，无论以额定功率起动，还是以恒定牵引力起动，其起动过程和在平直路面上的情况相似，其区别在于以下几点：第6页/共8页1、机车在斜坡上起动时，机车的牵引力八阻力f和重力沿斜坡向下的分力mgsin0始终满足牛顿第二定律：上坡时F—f~mgsin0=ma，下坡时F—f+mgsin0=ma。（若以额定功率起动，加速度a时刻在变；若以恒定牵引力起动，加速度a恒定。）2、机车在斜坡上起动过程刚结束时，因为牵引力、阻力和重力沿斜面向下的分力三者平衡：上坡时有F=f+mgsin0,/额=Fv=（f+mgsin0）v；下坡时有F=f—mgsin0,/额=Fv=（f—mgsin0）v。（在这一点上，两种起动方式是一致的。）3、从能的角度看：若以额定功率起动，上坡时，牵引力所做的功有三个方面的作用，一是用以克服阻力做功；二是增加车的重力势能；三是增加机车的动能：%=gmvm+%+1叫|（阻力做功吗、重力做功%均为负值）；下坡时，牵引力、重力做正功有两个方面的作用，用以克服阻力做功和增加汽车的动能:W+卬=Imv2+W（阻力做功W,为负值、重力做功W为正值）。牵G2mf f G若以恒定牵引力起动，上坡时，牵引力所做的功也有三个方面的作用，一是用以克服阻力做功；二是增加车的重力势能；三是增加机车的动能：W=1mv2+|W|+1叫|（阻力做功W,、重力做功W均为负值）；匀加速直线运牵2mG，fl G动阶段w=1mv2+fs+mgssin0（s表示匀加速直线运动的位移），变加速直牵21m1 1 1线运动阶段，牵引力所做的功w牵二/额12（12表示变加速直线运动阶段所经历的时间），w=1mv21mv2+fs+mgssin0（s为变加速直线运动阶段的位牵22m21m 2 2 2第7页/共8页移）；下坡时，牵引力、重力做正功有两个方面的作用，用以克服阻力做功和增加汽车的动能W+W=1W2+W,（阻力做功W,为负值，重力做功w为TOC\o"1-5"\h\z牵G2mf f G正值），其中匀加速直线运动阶段w+mgssin0=1mv2+fs（s表示匀加速直牵 1 21m 11线运动的位移）；变加速直线运动阶段牵力所做的功卬牵?二勺12（,表示变加速直线运动阶段所经历的时间），W+mgssin0=^mv2一mv2+fs（s为变加牵2 2 2m 1m 2 2速直线运动阶段的位移）。突破反思本节课力求体现新课标倡导的“教师主导、学生主体”的思想。以学生的活动逐步推进教学。本设计还力求突出课