机车启动问题
1、功率及功率的计算
2、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。
①功率是标量，但是它有正负之分。
②功率是表示物体做功快慢的物理量。
平均功率公式为P＝W/t
瞬时功率公式：P＝Fvcosα
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１”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２”中因为还有加速度的存在，所以速度ｖ会不断增加，在功率P不变的情况下，根据P＝Fv，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ｖ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 ＝－0.1×5000kg×10m/s2＝－5000N
根据F合＝ma （这一步是最容易出错的）
F+f ＝ma
F + （－5000N）＝5000kg×1m/s2
F＝10000N
根据P ＝Fv （此时功率达到最大）
60000W ＝10000N×v
v ＝6m/s
根据v ＝at （原公式应为v t＝v0+at，因初速度为零故公式发生变化）
6m/s ＝1m/s2 t
t ＝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P＝Fv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
F＝ma a＝F/m
用公式v t＝v0+at
则
例2、质量m＝5t的汽车从静止出发，以a＝1m／s2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g＝10m／s2）
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f＝kmg＝0.06mg，由牛顿第二定律
F－f＝ma
得F＝m（0.06g+a）＝5×103（0.06×10+1）N＝8×103N
汽车在t＝10s内的位移和10s末的速度分别为
v t＝at＝1×10m／s＝10m／s
所以汽车在10s内的平均功率和10s末的功率分别为
P t＝Fv t＝8×103×10W＝8×104W
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α，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①式或②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F＝f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（g＝10 m/s2），求：
（1）汽车所能达到的最大速度v m＝？
（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P＝F·v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F·v＝P额时，匀加速运动即告结束，可由W＝F·S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P t＝F·v t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
f＝Kmg＋mgsinα＝4000＋800＝4800 N
又因为F＝f时，P＝f·v m，所以
（2）汽车从静止开始，以a＝0.6 m/s2，匀加速行驶，由F＝ma，有F′－f－mgsinα＝ma。所以
F′＝ma＋Kmg＋mgsinα＝4×103×0.6＋4800＝7.2×103N
保持这一牵引力，汽车可达到匀加速行驶的最大速度v′m，有
由运动学规律可以求出匀加速行驶的时间与位移
（3）由W＝F·S可求出汽车在匀加速阶段行驶时做功为
W＝F·S＝7.2×103×57.82＝4.16×105J
（4）当t＝10 s＜13.9 s，说明汽车在10 s末时仍做匀加速行驶，则汽车的即时功率P t＝F·v t＝F·a·t＝7.2×103×0.6×10＝43.2 kW
【模拟试题】
1、关于功率下列说法中正确的是：（）
A. 功率大说明物体做的功多。
B. 功率小说明物体做功慢。
C. 由P＝W/t可知，机器做功越多，其功率越大
D .单位时间机器做功越多，其功率越大
2、起重机的功率增大时，将同一重物举到同样高度所需的时间比原来（）
A. 减少
B. 增加
C. 不变
D. 不能确定
3、对公式P＝Fv的理解，下列说法中正确是（）
A. F一定是物体所受的合外力
B. P一定是合外力的功率
C. 此公式中F与v必须同方向
D. 此公式中F与v可以成任意夹角
4、静止的列车在平直的轨道上以恒定的功率起动，在开始的一小段时间内，列车的运动状态是（）
A. 做匀加速直线运动
B. 列车的速度和加速度均不断增加
C. 列车的速度增大，加速度减小
D. 列车做匀速运动。
5、汽车由静止开始运动，若要使汽车在开始运动的一段时间内保持匀加速直线运动，则：（）
A. 不断增大牵引力功率
B. 不断减小牵引力功率
C. 保持牵引力功率不变
D. 无法确定牵引力功率的变化
6、汽车从静止开始保持加速度a作匀加速运动的最长时间为t，此后汽车的运动情况是（）
A. 加速为零，速变恒定
B. 加速度逐渐减小直到为零，速度逐渐增大直到最大值后保持匀速。
C. 加速度逐渐减小直到为零，速度也逐渐减小直至为零。
D. 加速度逐渐增大到某一值后不变，速度逐渐增大，直到最后匀速。
7、在倾角正弦值为1/10的斜坡上，一辆汽车以恒定的功率行驶，汽车所受的摩擦阻力等于车重的1/5，若车匀速上坡时的速率为v，则它匀速下坡时速率为（）
A. v
B. v
C. 3v
D. 与v无关
8、一质量为m的木块静止在光滑的水平面上，从t＝0开始，将一个大小为F的水平恒
力作用在该木块上，在t ＝t 1时刻，力F 的功率为（ ）
A. F 2 t 1/2m
B. F 2 t 12 /2m
C. F 2t 1 /m
D. F 2 t 12 /m
9、雨滴在空中运动时所受的阻力与其速度的平方成正比，若有两个雨滴从高空中落下，其质量分别为m 1，m 2，落在地面前均已做匀速直线运动，它们匀速运动时的功率之比为（ ）
A. m 1：m 2
B. 21m m ：
C. 12m m ：
D. 3231m m ：
10、如图示，质量相同的两物体处于同一高度，A 沿固定在地面上的光滑斜面下滑，B 自由下落，最后到达同一水平面，则：（ ）
A. 重力对两物体做功相同
B. 重力的平均功率相同
C. 到达底端时重力的瞬时功率P A
D. 到达底端时，两物体的速度相同。
11、已知质量为m 的物体从高处自由下落，经时间t ，重力对物体做功的平均功率为______，t 时刻重力对物体做功的即时功率为___________。
12、质量为1千克的物体从倾角为30? 的光滑斜面上，从静止开始下滑，重力在前3秒内的平均功率为________瓦，重力在3秒末的即时功率为__________瓦，重力在第3秒内的平均功率为__________瓦。（斜面足够长，g ＝10m/s 2 ）
13、汽车的额定功率为P ，汽车的质量为m ，与平直路面的动摩擦因数为μ，则汽车在水平路面上行驶最大速度为_________。
三、计算：
14、如图示，质量为m ＝2kg 的木块在倾角θ＝37? 的斜面上由静止开始下滑，木块与斜面间的动摩擦因数为0.5（sin37?＝0.6 cos37?＝0.8 g ＝10m/s 2 ）求：（斜面足够长）
（1）前2S 内重力做的功
（2）前2S 内重力的平均功率
（3）2S 末重力的瞬时功率
37
15、质量为10t的汽车，额定功率为66kW，如果在行驶中，汽车受到的阻力是车重的0.05倍，求：（1）汽车能够达到的最大速度是多少？
（2）如果汽车以额定功率行驶，那么当汽车速度为5m/s时，其加速度多大？
（3）如果汽车以7.5m/s的速度匀速行驶，发动机的功率多大？
16、汽车发动机的额定功率为60kW，质量5000 kg，当汽车在水平路面上行驶时，遇到的阻力是车重的0.1倍，若汽车从静止开始以1m/s2的加速度做匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？
【试题答案】
1 .BD 2. A 3. C 4 .C 5. A 6. B 7. B 8. C 9. D 10. AC
11. mg2t，mg2t
12. 37.5，75，62.5
13. P/μmg
14. ①48J ②24W ③48W
15. ①13.2m/s ②0.82m/s ③37.5kw
16. 6s
高中物理难点机车启动问题
高中物理难点——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——P=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 =Fv m =fv m . （2）以恒定牵引力起动（或以恒定加速度启动），P=Fv <额定功率P m ? 匀加速 ? 当功率增大到额定功率P m 后，变加速（a ↓） ? 速度增大到一定程度后，? （a =0）匀速. 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，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倍，当速度为4 m/s 时，加速度为0.4 m/s 2.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10 m/s 2） 解析： ? 设汽车质量为m ，阻力f= ? 速度为v=4 m/s 时，加速度为a=0.4 m/s 2，F-f=ma ，因此F=f+ma=+ma ? 此时功率P=Fv=+ma)v ? 汽车速度最大时，此时牵引力F 最小，a=0，合力为零，m g 01.0f F min == 例3. 汽车发动机额定功率为60 kW ，汽车质量为×103 kg ，汽车在水平路面行驶时，受到的阻力大小是车重的倍，g 取10 m/s 2，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0.5 m/s 2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= ? 速度最大时，加速度a=0，牵引力m g 1.0f F min == ? 此时功率依然为额定功率，故max min v F P =
高中物理-专题练习-高中物理机车启动问题分析
难点1 机车起动问题分析 理综测试注重以现实问题立意，突出能力考查.因而以机车起动为情景的高考命题屡次出现于近几年高考试卷中，该类问题中对于a 、F 、p 、v 四个物理量间相互联系、相互制约关系的分析是考生的难点所在. ●难点 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 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4 m/s 时，加速度为0.4 m/s 2.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10 m/s 2） ●案例探究 ［例1］（★★★★）汽车发动机额定功率为60 kW ，汽车质量为5.0×103 kg ，汽车在水平路面行驶时，受到的阻力大小是车重的0.1倍，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0.5 m/s 2的加速度匀加速运动，则这一加速度能维持多长时间？ 命题意图：考查对汽车起动的两类问题及过程的分析能力.B 级要求. 错解分析：（1）对v 、F 、a 、p 间相互制约关系分析不透，挖掘不到临界条件和临界状态，（2）在第（2）问中认为功率刚达到最大（即额定功率）时，速度亦达到了最大. 解题方法与技巧：（1）汽车以恒定功率起动时，它的牵引力F 将随速度v 的变化而变化，其加速度a 也随之变化，具体变化过程可采用如下示意图表示： 由此可得汽车速度达到最大时，a =0， kmg P v v F P kmg f F m m =?????====12 m/s （2）要维持汽车加速度不变，就要维持其牵引力不变，汽车功率将随v 增大而增大，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.具体变化过程 匀速运动保持达到最大时即时当m m v v v f F a m f F a v P F v ?==↓?-=↓?=↑?0
高一物理_必修二_难点_机车起动问题
机车起动问题 理综测试注重以现实问题立意，突出能力考查.因而以机车起动为情景的高考命题屡次出现于近几年高考试卷中，该类问题中对于a 、F 、p 、v 四个物理量间相互联系、相互制约关系的分析是考生的难点所在. ●机车起动分两类：（1）以恒定功率起动；（2）以恒定牵引力起动.其解题关键在于逐步分析v 、a 、F 、p 间关系，并把握由起动到匀速的临界条件F =f ，即汽车达到最大速度的条件. 该类问题的思维流程为： （1）以恒定功率起动的运动过程是：变加速（a ↓）（a =0）匀速，在此过程中，F 牵、v 、a 的变化情况： 所以汽车达到最大速度时a =0，F =f ,P =Fv m =fv m . （2）以恒定牵引力匀加速起动的运动过程是：匀加速?当功率增大到额定功率P m 后，变加速（a ↓） ? （a =0）匀速.各个量（牵引功率、牵引力、加速度、速度）的变化情况如 ●难点展台 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 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4 m/s 时，加速度为0.4 m/s 2.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10 m/s 2） ●案例探究 ［例1］（★★★★）汽车发动机额定功率为60 kW ，汽车质量为5.0×103 kg ，汽车在水平路面行驶时，受到的阻力大小是车重的0.1倍，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0.5 m/s 2的加速度匀加速运动，则这一加速度能维持多长 匀速运动 保持达到最大时即机车做变加速直线运动时 当m m v v v f F a m f F a v P F v ?=→ ←=↓?-=↓?=↑?0
机车启动问题专题练习之一(精品有答案)
机车启动专题练习之一 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 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4 m/s时，加速度为0.4 m/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10 m/s2）3.飞机在飞行时受到的空气阻力与速率的平方成正比，若飞机以速率v匀速飞行时，发动机的功率为P，则当飞机以速率n v匀速飞行时，发动机的功率为 A.np B.2np C.n2p D.n3p 4.额定功率为80 kW的汽车，在平直的公路上行驶的最大速度为20 m/s.已知汽车的质量为2×103 kg，若汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度的大小为 2 m/s2.假定汽车在整个运动过程中阻力不变.求：（1）汽车受到的阻力F f；（2）汽车在3 s末的瞬时功率； 5.质量为m=4×103 kg的汽车发动机的额定功率P0=40×103 W，汽车从静止开始，以a=0.5 m/s2的加速度做匀加速直线运动，所受阻力恒为F f=2×103N，求：1）汽车匀加速运动所用的时间t；（2）汽车可达的最大速度v m；（3）汽车速度为2v m/3时的加速度
a′ 6.汽车质量为5 t，其发动机额定功率为3 7.5 kW，汽车在水平道路上从静止开始起动，开始一段时间内，以加速度1.0 m/s2做匀加速运动，最后匀速运动的速度为15 m/s.求： （1）汽车做匀加速运动的时间.（2）汽车匀速运动后关闭发动机，还能滑多远？ 7．—辆汽车在平直的公路上以速度v开始加速行驶，经过一段时间t，前进了距离S，此时恰好达到其最大速度v m．设此过程中汽车发动机始终以额定功率P工作，汽车所受的阻力恒为F，则在这段时间里，发动机所做的功为多少？ 8．火车在运行中保持额定功率2500kW，火车的总质量是1000t，所受阻力恒定为l.56×105N求： (1)火车的加速度是lm/s2时，速度是多大2 (2)火车的速度是l2m/s时，加速度是多少? (3)火车的最大速度是多少? 9．一辆汽车质量为4 x 104Kg，以恒定的功率从静止开始启动，经20s到达最大行驶速度l5m/s，设汽车所受阻力为车重0．05倍，．求： (1)汽车牵引力功率；(2)汽车从静止到开始匀速运动时所通过的路程． 10．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=lOm/s2．(1)汽车保持额定功率不变从静止起动后，
专题课：机车启动问题(附答案)
专题课：机车启动问题 1．(多选)一辆汽车以恒定的输出功率以某一初速度冲上一斜坡，在上坡过程中，它的运动情况可能是() A．先加速，后匀速 B．先加速，后减速 C．一直加速且加速度越来越小 D．一直减速且加速度越来越大 2．以恒定功率从静止开始运动的汽车，经时间t1后速度达到最大值v m，在此过程中汽车通过的位移为x，则() A．x>v m t1 2 B．x＝v m t1 2 C．x 图LZ3-1 图LZ3-2 5．(多选)一辆轿车在平直公路上运行，启动阶段轿车牵引力保持不变，而后以额定功率继续行驶，经过时间t0，其速度由零增大到最大值v m.若轿车所受的阻力f为恒力，关于轿车的速度v、牵引力F、功率P随时间t变化的情况，图LZ3-3中正确的是() 图LZ3-3 6．(多选)火车从车站开出做匀加速运动，若阻力与速度成正比，则() A．火车发动机的功率一定越来越大，牵引力越来越大 B．火车发动机的功率恒定不变，牵引力越来越小 C．当火车达到某一速率时，若要保持此速率做匀速运动，则发动机的功率这时应减小 D．当火车达到某一速率时，若要保持此速率做匀速运动，则发动机的功率一定跟此时速率的二次方成正比 7．质量为m、发动机的额定功率为P0的汽车沿平直公路行驶，当它的加速度为a时，速度为v，测得发动机的实际功率为P1.假设运动中所受阻力恒定，则它在平直公路上匀速行驶的最大速度是() A．v 8．图LZ3-4为修建高层建筑常用的塔式起重机．在起重机将质量m＝5×103 kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a ＝0.2 m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做速度为v m＝1.02 m/s的匀速运动．g取10 m/s2，不计额外功．求： 高考物理专题——汽车启动问题 知识回顾： 汽车由静止开始启动的实际过程较为复杂，在高中阶段我们可以把它简化成以下两种方式：一种是以恒定功率起动；另一种是以匀加速起动。 恒功率启动： 当汽车以恒定功率P e 起动时，由Fv P e =知，v 增大，F 减小；由m f F a -= 知a 减小，汽车做变加速直线运动。当a =0，即F=f 时，汽车达到最大速度f P v e m = ，此后汽车做匀速直线运动。 恒牵引力启动： 当汽车匀加速起动时，加速度m f F a -=恒定，但v 逐渐增大，由P=FV 可知P 增大，汽车做匀加速直线。当P=P e 时，匀加速运动结束，由Fv P e =知V 增大，F 减小；由m f F a -=知a 减小，汽车做加速度逐渐减小的直线运动。当a =0，即F=f 时，汽车达到最大速度f P v e m =，此后汽车做匀速直线运动。 【例1】 汽车发动机的额定功率为60kW ，汽车质量为5t ，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，求： （1）汽车以额定功率从静止起动后能达到的最大速度是多少？ （2）汽车从静止开始，保持以0.5m/s 2的加速度做匀加速运动这一过程能维持多长时间? 解析：（1）汽车以额定功率起动,先做加速度减小\速度增加的变加速运动，当a=0时做匀速直线运动，此时速度最大V m ，则有kmg f F == m e Fv P = 所以 s m kmg P v e m /12== （2）汽车以恒定加速度起动，加速度m kmg F a -= ，功率随速度增大而增大，V 在达最大值之前，经历了2个过程：先是匀加速，然后是变加速运动。当功率达到额定功率时，P e =FV 1，设保持匀加速运动的时间为t ，匀加速能达到最大的速度为V 1。 根据牛顿第二定律和运动规律得 ma kmg F =- at v =1 1Fv P P e == 代入数据解得s t 16= 对于汽车起动问题，首先要搞清楚是以什么方式起动，然后分析运动过程中各物理量的变化情况，最后根据试题的具体情况进行求解。 【例2】（★★★★）汽车发动机额定功率为60 kW ，汽车质量为5.0×103 kg ，汽车在水 【物理】直击机车启动问题 一、机车的两种启动问题 机车从静止开始沿水平面加速启动，有两种不同的加速过程，但分析时采用的基本公式都是P=Fv和F-f=ma.为使问题简化，假定机车所受阻力大小恒定. 1．恒定功率的加速问题 由公式P=Fv和F-f=ma知，由于P恒定，随着v的增大，F必将减小，a也必将减小，机车做加速度不断减小的加速运动，直到F=f，a=0，这时v达到最大值可见恒定功率的加速运动一定不是匀加速运动.这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt计算，不能用W=Fs计算（因为F为变力）. 2．恒定牵引力的加速问题 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.可见当机车做恒定牵引力的加速运动时功率一定不恒定.这种加速过程发动机做的功只能用W=F·s计算，不能用W=P·t计算（因为P为变功率）. 以上机车的两种启动过程可用如图所示的v-t图像来概括说明.0~t1时间内，机车从静止开始匀加速运动，牵引力F恒定，机车的输出功率P=Fv不断变大，t1时刻达到额定功率（匀加速阶段结束）；t1~t2时间内，机车以恒定功率继续加速，牵引力和加速度不断减小（加速度减小的加速运动），对应图像中曲线部分；t2时刻加速度减为零，F=f，机车匀速前进（对应图像中水平直线部分），此时达到最大速度 典例1（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】（1）0~5s赛车做匀加速运动，其加速度： 机车启动问题 [教材分析] 本节是功率这节的补充内容，难度较大，综合性较强，其中涉及到高一阶段除曲线运动外的几乎所有内容，如受力分析，牛顿第二定律，运动学公式及功率公式，是与高考接轨的一个考点。 [学情分析] 由于本节内容的难度较大，首要的一条就是学生对前面知识点的复习问题，对牛顿第二定律而言，F=ma中的F是指合力；怎样用v-t图去描述物体的运动等；第二，学生应自己动手推导从而得出结论，切忌死记结论；第三，这节最终的问题要落实在做题上，学生通过习题去了解过程并且掌握解题关键条件，从而对整个问题有一个系统的认识。 [教学目标] (i)知识目标 1．理解机车的两种启动过程及其特点。 2．学会用机车启动的关键条件解题。 (ii)能力目标 1．能够运用两种启动的特点解机车的启动问题。 2．学生会自己动手推导，讨论，分析机车问题。 3．培养学生逻辑思维能力。 (iii)情感目标 1．通过这节课的学习激发学生的学习兴趣。 2．让学生发现并体会物理学中的逻辑性。 3．通过自己的推理去感受物理学习中的乐趣。 [教学重点] 1．理解解决机车启动问题的两个核心公式。 2．理解机车两种启动方式中各段的运动性质。 [教学难点] 1．学会分析机车启动问题中的解题关键及突破点。 2．对两种启动方式的v-t图分析。 3．学会将牛顿第二定律及功率方程融入机车问题。 [教学方法] 利用多媒体引导分析教学 [教学过程] 设计思想：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堂的有效性，引导学生进行探究，参与问题讨论，让更多的学生能融入课堂，思维和能力都能得到发展。 [教学过程] 机车启动问题 1.(6分)(多选)设匀速行驶的汽车,发动机的功率保持不变,则( ) A.路面越粗糙,汽车行驶得越慢 B.路面越粗糙,汽车行驶得越快 C.在同一路面上,汽车不载货比载货时行驶得快 D.在同一路面上,汽车不载货比载货时行驶得慢 2.(6分)一辆汽车在平直的公路上以某一初速度运动,运动过程中保持恒定的牵引功率,其加速度a和速度的倒数 图像如图所示。若已知汽车的质量,则根据图像所给的信息,不能求出的物理量是( ) A.汽车的功率 B.汽车行驶的最大速度 C.汽车所受到的阻力 D.汽车运动到最大速度所需的时间 3.(6分)(多选)如图所示是新能源电动汽车,假设总质量为 1 000 kg。行驶中,该车速度在14～20 m/s范围内保持恒定功率20 kW不变。一位同学坐在驾驶员旁边观察车内里程表和速度表,记录了该车在位移120～400 m范围内做直线运动时的一组数据如表,设汽车在上述范围内受到的阻力大小不变,则( ) s/m 120 160 200 240 280 320 360 400 v/(m·s-1) 14.5 16.5 18.0 19.0 19.7 20.0 20.0 20.0 A.该汽车受到的阻力为 1 000 N B.位移120～320 m过程牵引力保持不变 C.位移120～320 m过程不能根据匀变速运动的规律求时间 D.该车速度在14～20 m/s范围内可能做匀加速直线运动 4.一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,重物上升的高度为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mg C.重物匀加速的末速度为 D.重物匀加速运动的加速度为-g 5.一辆小汽车在平直路面上由静止启动,在前 5 s内做匀加速直线运动,5 s末达到额定功率,之后保持额定功率运动,其v -t图像如图所示。已知汽车的质量m=2×103 kg,汽车受到地面的阻力为车重的0.1 倍,g取10 m/s2,则以下说法错误的是( ) A.汽车在前 5 s内的牵引力为4×103 N B.汽车在前 5 s内的牵引力为6×103 N C.汽车的额定功率为60 kW D.汽车的最大速度为30 m/s 6.一辆载货卡车正在一段坡路上以速度v1匀速行驶,卡车受到来自地面的阻力大小为f1。上坡过程中,突然天降大雨,地面的阻力大小减小为f2,卡车功率保持不变,一直运动到再次保持匀速v2,则下列说法正确的是 ( ) A.图甲为卡车的速度—时间图像 B.图乙为卡车的速度—时间图像 C.卡车先后匀速运动的速度大小之比为v1∶ｖ2=f2∶ｆ1 D.卡车在变速运动阶段的平均速度小于 机车启动的两种情况：以恒定的功率启动；以恒定的加速度a 启动（也就是以恒定牵引力启动）其解题关键在于逐步分析v 、a 、F 、p 间关系，并把握由起动到匀速的临界条件F =f ，即汽车达到最大速度的条件。 一、以恒定的功率启动（也适用于以额定功率启动） 由公式P=Fv 和F-f=ma （阻力f 为定值）知，由于P 恒定，随着v 的增大，F 必将减小，a 也必将减小，机车做加速度不断减小的加速运动，直到F=f ，a=0，这时v 达到最大值 max P P v F f = = 可见恒定功率的加速运动一定不是匀加速运动。这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt 计算，不能用W=Fs 计算（因为F 为变力）。 在此过程中，F 牵、v 、a 的变化情况： max max 0|| P F f v F a a F f v v v v m -↑?= ↓?= ↓?==?←→当时即时达到最大保持匀速运动 机车做变加速直线运动 所以综上所述汽车以恒定的功率启动，达到最大速度时a =0，F =f ,P =Fv max =fv max . 以恒定的功率启动（也适用于以额定功率启动）的v —t 图像 二、以恒定的加速度a 启动（也就是以恒定牵引力F 恒启动） 由公式P=Fv 和F-f=ma （阻力f 为定值）知，由于F 恒恒定，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 额，功率不能再增大了.这时匀加速运动结束，其匀加速运动能达到的最大速度为， max < F P P v f = 额额恒 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。可见当机车做恒定牵引力的加速运动时功率一定不恒定.这种加速过程发动机做的功只能用W=F ·s 计算，不能用W=P ·t 计算（因为P 为变功率）. 各个量（牵引功率、牵引力、加速度、速度）的变化情况如下： v max 0 v 27 机车启动问题 【核心要点提示】 两种启动方式的过程分析： v ↑?F ＝P 不变 v ↓?a ＝ F －F 阻 m ↓ 【训练】 (2016·安徽省八校高三联考)一辆汽车在平直公路上行驶时，受到的阻力为其重力的n 倍，当其速度为v 、加速度为a 时，发动机的实际功率为P ，重力加速度为g ，则该汽车的质量为( ) A.P （a ＋ng ）v B.（a ＋ng ）v P C.P （ng －a ）v v D.（ng －a ）v P 【解析】根据牛顿第二定律得F －f ＝ma ，解得F ＝f ＋ma ，则发动机的实际功率P ＝Fv ＝(ma ＋f )v ，由于f ＝nmg ，即P ＝(ma ＋nmg )v ，解得m ＝P （a ＋ng ）v 。A 项正确。 【答案】C (2016·福建省福州市高三联考)质量为m 的汽车在平直路面上启动，启动过程的速度图象如图所示，从t 1时刻起汽车的功率保持不变，整个运动过程中汽车所受阻力恒为F f ，则( ) A ．0～t 1时间内，汽车的牵引力等于m v 1 t 1 B ．t 1～t 2时间内，汽车的功率等于??? ?m v 1 t 1 ＋F f v 1 C ．汽车运动过程中最大速度等于??? ?mv 1 F f t 2 ＋1v 1 D ．t 1～t 2时间内，汽车的平均速度小于v 1＋v 2 2 【解析】0～t 1时间内，汽车匀加速运动时的加速度为a ＝v 1t 1，牵引力F ＝F f ＋ma ＝F f ＋m v 1 t 1， 故A 错误；t 1～t 2时间内，汽车的功率P ＝(F f ＋m v 1 t 1)v 1，故B 正确；汽车的最大功率为P ＝ Fv 1，达到最大速度时有P ＝F f v 2，联立可得最大速度v m ＝v 2＝(mv 1 F f t 1＋1)v 1，故C 错误；t 1～t 2 时间内，汽车做变加速运动，该过程图线与时间轴围成的面积大于匀变速过程的面积，即变加速的位移大于匀加速的位移，所以汽车的平均速度大于v 1＋v 2 2，故D 错误。 【答案】B (2015·江苏省扬州市高三联考)有一辆质量为170 kg 、输出功率为1 440 W 的太阳能试验汽车，安装有约6 m 2的太阳能电池板和蓄能电池，该电池板在有效光照条件下单位面积输出的电功率为30 W/m 2。若驾驶员的质量为70 kg ，汽车最大行驶速度为90 km/h 。假设汽车行驶时受到的阻力与其速度成正比，则汽车( ) A ．以最大速度行驶时牵引力大小为57.6 N B ．起动时的加速度大小为0.24 m/s 2 C ．保持最大速度行驶1 h 至少需要有效光照8 h D ．直接用太阳能电池板提供的功率可获得3.13 m/s 的最大行驶速度 【解析】根据P 额＝Fv max ，得F ＝P 额v max ＝1 44025 N ＝57.6 N ，故A 正确；以额定功率启动时有 F －f ＝ma ，而刚启动时v ＝0，则f ＝0，故刚启动时加速度很大，B 错误；由公式W ＝Pt ，由能量守恒得1 440 W×1 h ＝30×6 W×t ，得t ＝8 h ，即保持最大速度行驶1 h 至少需要有效光照8 h ，故C 正确；由题意：汽车行驶时受到的阻力与其速度成正比，设f ＝kv ，则结合前面分析有57.6＝k ×25，得k ＝2.304，当直接用太阳能电池板提供的功率行驶达最大速度时： 1、功率及功率的计算 2、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。 ①功率是标量，但是它有正负之分。 ②功率是表示物体做功快慢的物理量。 平均功率公式为P＝W/t 瞬时功率公式：P＝Fvcosα 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１”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２”中因为还有加速度的存在，所以速度ｖ会不断增加，在功率P不变的情况下，根据P＝Fv，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。 功和功率练习 1.额定功率为80kW的汽车，在平直的公路上行驶的最大速度为20m/s。已知汽车的质量为2×103kg，若汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度的大小为2m/s2．假定汽车在整个运动过程中阻力不变。求： （1）汽车受到的阻力F f大小； （2）汽车匀加速运动过程中发动机牵引力大小； （3）汽车匀加速运动过程的时间； （4）汽车发动机在3s末提供的瞬时功率。 2.美国《大众科学》杂志报道，中国首艘国产航母预计在2019年服役，该航母将采用电磁弹射技术以缩短战斗机的起飞距离。航母的水平电磁弹射跑道长度L=50m。一架质量为m=4.0×104kg的战斗机在跑道上由静止开始做匀加速直线运动，发动机提供的动力F1=2×105N，电磁弹射装置水平推进力F2=8.8×105N，战斗机受到的阻力恒为自身重力0.2倍，g=10m/s2．求： （1）战斗机运动的加速度大小； （2）战斗机运动到该跑道末端时推进力F2的功率。 3.如图所示为修建高层建筑常用的塔式起重机，在起重机将质量为m的重物竖直吊 起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度为a，当起重机输出功 率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做速度为v m的匀速运动，不计额外 功。重力加速度为g。求： （1）求起重机允许输出的最大功率； （2）重物做匀加速运动所经历的时间。 4.如图所示，固定斜面AB长L=2m，倾角θ=37°，BC段为与斜面平滑连接的水平地面。一个质量m=1kg的小物块（可视为质点）从斜面顶端A由静止开始滑下。已知小物块与斜时间的动摩擦因数为μ1=0.25，小物块与地面间的动摩擦因数为μ2=0.5．求：（不计空气阻力，g=l0m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8） （1）小物块在斜面上运动时加速度a的大小； （2）小物块滑到斜面底端B点时，重力的瞬时功率P； （3）小物块在水平地面上滑行的最远距离x。 5.某电动机工作时输出功率P与拉动物体的速度v之间的关系如图（a）所示。现用该电动机在水平地面内拉动一物体（可视为质点），运动过程中轻绳始终处在拉直状态，且不可伸长，如图（b）所示。已知物体质量m=1kg，与地面的动摩擦因数μ1=0.35，离出发点左侧s距离处另有一段动摩擦因数为μ2、长为d的粗糙材料铺设的地面。（g取10m/s2） （1）若s足够长，电动机功率为2W时，物体在地面能达到的最大速度是多少？ （2）若s足够长，当物体速度为0.1m/s时，加速度为多少？ （3）若s=0.16m，物体与粗糙材料之间动摩擦因数μ2=0.45．启动电动机后，分析物体在达到粗糙材料之前的运动情况。若最终能滑过粗糙材料，则d应满足什么条件？ 1.恒定功率的启动方式 由公式Ｐ=Ｆv 和F-f=ma 知，由于P 恒定，随着v 的增大,F 必将减小, m f F a -= 也必将减小，机车做加速 度不断减小的加速运动，直到Ｆ＝f,a=０,这时v 达到最大值f P F P v == max 可见恒定功率的加速运动一定不是匀加速运动.这种加速过程发动机做的功只能用W ＝P ｔ计算，不能用Ｗ=F ｓ计算（因为F 为变力)． 2.恒定牵引力（恒定ａ）的启动方式 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 max 1v f P F P v =<= ，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.可见当机车做恒定牵引力的加速运动时功率一定不恒定.这种加速过程发动机做的功只能用W=Ｆ·s 计算，不能用W=P ·t 计算（因为Ｐ为变功率). 以上机车的两种启动过程可用如图所示的v-t 图像来概括说明.0-t 1时间内,机车从静止开始匀加速运动，牵引力F 恒定，机车的输出功率Ｐ=Fv 不断变大,t 1时刻达到额定功率(匀加速阶段结束）;t 1-t 2时间内，机车以恒定功率继续加速，牵引力和加速度不断减小（加速度减小的加速运动),对应图像中曲线部分;t 2时刻加速度减为零，F=ｆ，机车匀速前进（对应图像中水平直线部分)，此时达到最大速度 f P v = max 补充练习:(注:加★的为选做题） 1． 如图所示,质量为m=2.0kg 的小滑块,由静止开始从倾角 的固 定的光滑斜面的顶端A 滑 至底端B ，Ａ点距离水平地面的高度h=5.０m,重力加速度g 取1０m ／s2，求: (1)滑块由A 滑到B 经历的时间； （2)滑块由A 滑到B 点时的动能 (３） 滑块由A 滑到Ｂ时的重力功率 ２. 一辆质量 kg 的汽车,额定功率 ６０kW ，在水平路面上从静止开始以0.5m/s2的加速度作匀加速直线运动，设汽车所受阻力为车重的0.1倍,试问：(1)汽车的最大速度 是多少? (2)匀加速运动的最大速度是多少？ (3)汽车匀加速直线运动的时间是多少? ３. 汽车发动机的额定功率为6０KW ，汽车的质量为５×103k ｇ，汽车在水平路面上行驶时,阻力是车的重力的0.０5倍,若汽车始终保持额定的功率不变,取g=10ｍ／s2,则从静止启动后，求:（１)汽车所能达到的最大速度是多大？ (２)当汽车的加速度为1m ／s ２时，速度是多大？ ★(3)若汽车由启动到速度变为最大值后马上关闭发动机，测得汽车在关闭发动机前已通过624m 的路程，求汽车从启动到停下来一共经过多长时间? 4. 汽车发动机的额定功率P0＝1５0k Ｗ,汽车的质量ｍ=５．0×10３㎏,汽车在水平路面上行驶驶时,阻力是车重的ｋ=0．１0倍，重力加速度ｇ=10m ／ｓ２.(所有计算结果保留两位有效数字)(1）若汽车保持额定功率不变从静止启动,当车速为ｖ1=１0ｍ/s 时其加速度a1 是多大？ （2）若汽车从静止开始,保持以a=1．0 m ／s2 的加速度做匀加速直线运动，维持这一过程的时间t 是多长?这一过程中汽车牵引力做功W 是多少? 参考答案： 第一题:解析：（1）物块沿斜面下滑受到重力和斜面支持力，由牛顿第二定律。得小滑块沿斜面运动的 机车启动问题教案 机车启动问题 [教材分析] 本节是功率这节的补充内容，难度较大，综合性较强，其中涉及到高一阶段除曲线运动外的几乎所有内容，如受力分析，牛顿第二定律，运动学公式及功率公式，是与高考接轨的一个考点。 [学情分析] 由于本节内容的难度较大，首要的一条就是学生对前面知识点的复习问题，对牛顿第二定律而言，F=ma中的F是指合力;怎样用v-t图去描述物体的运动等;第二，学生应自己动手推导从而得出结论，切忌死记结论;第三，这节最终的问题要落实在做题上，学生通过习题去了解过程并且掌握解题关键条件，从而对整个问题有一个系统的认识。 [教学目标] (i)知识目标 1(能用公式P=F v分析、计算和解释有关现象 2.能分析汽车发动机功率一定时，牵引力与速度之间的关系 3.能分析汽车以恒定加速度启动时，各物理量变化及运动状态 4.能用图像描绘汽车启动的两种状态及牵引力做的功。 (ii)能力目标 1(能够运用两种启动的特点解机车的启动问题。 2(学生会自己动手推导，讨论，分析机车问题。 3(培养学生逻辑思维能力。 (iii)情感目标 1(通过这节课的学习激发学生的学习兴趣。 2(让学生发现并体会物理学中的逻辑性。 3(通过自己的推理去感受物理学习中的乐趣。 [教学重点] 1(理解解决机车启动问题的两个核心公式。 2(理解机车两种启动方式中各段的运动性质。 [教学难点] 1( 学会分析机车启动问题中的解题关键及突破点。 2( 对两种启动方式的v-t图分析。 3( 学会将牛顿第二定律及功率方程融入机车问题。 [教学方法] 利用多媒体引导分析教学 [教学设计] 设计思想: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堂的有效性，引导学生进行探究，参与问题讨论，让更多的学生能融入课堂，思维和能力都能得到发展。 [教学过程] 一、引入新课，吸引兴趣: 以给学生分享一个秘密的形式吸引学生。 我一直梦想有一辆跑车，在启动的时候，把油给足，“嗖”的一声就射出去了，但是我平时开车的时候和其他司机一样都是轻踩油门，慢慢启动。我为什么慢慢启动呢,等我们学习了机车启动的两种模型，请大家给我解释～所以我们今天的学习内容是: 1.能用公式P=F v分析、计算和解释有关现象 2.能分析汽车发动机功率一定时，牵引力与速度之间的关系 3.能分析汽车以恒定加速度启动时，各物理量变化及运动状态 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 D.汽车先做加速运动，再做减速运动，最后做匀速运动 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 4 m/s 时，加速度为0.4 m/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 10 m/s2） ●案例探究 ［例 1］（★★★★）汽车发动机额定功率为60 kW ，汽车质量为 5.0× 103kg，汽车在水平路面行驶时，受到的阻力大小是车重的0.1倍，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 0.5 m/s2的加速度匀加速运动，则这一加速度能维持多长 时间？ ［例 2］（★★★★★）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？ v 匀速 1.（★★★）飞机在飞行时受到的空气阻力与速率的平方成正比，若飞机以速率 飞行时，发动机的功率为P，则当飞机以速率n v 匀速飞行时，发动机的功率为 A. np B.2 np C.n2p D. n3p 2.（★★★★）质量为 5.00× 105 kg 的机车，以恒定的加速度从静止出发，经 5 min行 驶 2.25 km ，速度达到最大值 54 km/h, 则机车的功率为 _____W. 3.（★★★★） （ 2002 年上海春考）铁路提速，要解决许多技术问题 .通常，列车阻力与 速度平方成正比，即 f=kv 2.列车要跑得快，必须用大功率机车来牵引 .试计算列车分别以 120 km/h 和 40 km/h 的速度匀速行驶时，机车功率大小的比值 .（提示：物理中重要公式有 F=ma,W=Fs ′ ,P=Fv,s=v 0t+ 1 at 2） 2 4.（★★★★）额定功率为 80 kW 的汽车，在平直的公路上行驶的最大速度为 20 m/s. 已知汽车的质量为 2× 103 kg ，若汽车从静止开始做匀加速直线运动， 加速度的大小为 2 m/s 2 . 假定汽车在整个运动过程中阻力不变 .求： （ 1）汽车受到的阻力 F f ； （ 2）汽车在 3 s 末的瞬时功率； 5.（★★★★★） 质量为 m=4× 103 kg 的汽车发动机的额定功率 P 0=40 × 103 W ，汽车从 静止开始，以 a=0.5 m/s 2 的加速度做匀加速直线运动，所受阻力恒为 F f =2×103 N ，求： （ 1）汽车匀加速运动所用的时间 t ； （ 2）汽车可达的最大速度 v m ； （ 3）汽车速度为 2v m /3 时的加速度 a ′ 6.（★★★★★）汽车质量为 5 t ，其发动机额定功率为 37.5 kW ，汽车在水平道路上从 静止开始起动，开始一段时间内，以加速度 1.0 m/s 2 做匀加速运动，最后匀速运动的速度为 15 m/s.求： （ 1）汽车做匀加速运动的时间 . （ 2）汽车匀速运动后关闭发动机，还能滑多远？ 年级：高三时间：2015.10.26编制：王成果审阅：谈婳 《机车启动两类问题》教学设计 教学目标： 1．会分析机车恒定功率和恒定加速度启动过程中，牵引力、速度和加速度的变化情况。 2．明确机车启动的运动过程，分为几个阶段，各个阶段力与运动的关系。 3．寻找、领会并掌握机车启动问题的解题策略。 重点难点： 机车启动过程中牵引力、速度，加速度和功率的变化情况及相互制约的关系，注意不同运动过程的衔接点满足的条件。 【学习过程】 ◆相关知识： (1) 通常我们所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，不是合力的 ．．．．． 功率 ．．。 (2) 对机车等交通工具运行问题，应明确Fv p 中，P为发动机的实际功率，F为发动机的牵引力，v为机车的瞬时速度。机车正常行驶中实际功率小于或等于其额定功率。一．以恒定功率方式启动 ◆动态过程分析： 【例1】 质量为m=5×103 kg的汽车在水平公路上行驶，阻力是车重的0.1倍，让车保持额定功率为60 kW，从静止开始行驶。（g取10 m/s2）求： ⑴汽车达到的最大速度v max； ⑵汽车车速v1=2 m/s时的加速度。 【解析】（1）由P =Fv =F 阻v max 得： （2）当v 1=2 m/s 时，设此时牵引力为F 1 由牛顿第二定律得F 1-F 阻=ma ,所以 二．以恒定加速度启动的方式： ◆ 动态过程分析： 【例2】 质量为m =4.0×103 kg 的汽车，发动机的额定功率为P = 40 kW ，汽车从静止开始以a = 0.5 m/s 2的加速度行驶，所受阻力F 阻= 2.0×103 N ，则汽车匀加速行驶的最长时间为多少？汽车可能达到的最大速度为多少？ 【解析】设汽车匀加速行驶时，汽车发动机牵引力为F ，则根据牛顿第二定律F -F 阻=ma 得 F =ma +F 阻=4.0×103×0.5 N+2.0×103 N=4.0×103 N ， 设汽车匀加速运动过程的末速度为v , 由P =Fv 得 根据运动学公式v=at ,有 ?====???3max 3 6010m/s 12 m/s.0.10.151010 P P v F mg 阻3 4116010 N 310 N, 2 P F v ?===?432213 3100.151010 m /s 5 m /s .510 F mg a m μ-?-???===?3 3 4010m /s 10m /s 4.010P v F ?===?10s 20 s 0.5 v t a = ==复习：汽车启动问题
物理机车启动问题
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