汽车的两种启动方式
专题 机车启动问题(课件)-高中物理必修二精品课件
【解析】(1)当汽车达到最大速度时,F=Ff,则:P额=Ffvm
解得:
Ff
P额 vm
80 103
20
N 4 103 N
(2)在匀加速阶段，由牛顿第二定律得：F-Ff=ma
解得: F=Ff+ma=(4×103+2×103×2) N=8×103 N
当汽车达到额定功率时:P额=Fv 解得: v 匀加速运动的时间为: t v 10 s 5 s
【解】 (1)由 P＝Fv＝F 阻 vmax 得： vmax＝FP阻＝μmP g＝0.1×650××110033×10 m/s＝12 m/s.
(2)由 P＝Fv 得 F＝Pv，当 v1＝2 m/s 时， F1＝vP1＝60×2 103 N＝3×104 N， 由牛顿第二定律得 F1－F 阻＝ma，所以 a＝F1－mμmg＝3×104－05.×1×1053×103×10 m/s2
保持vm 匀速
匀速直线运动
机车以恒定功率启动的v－ t 图
先做加速度逐渐减小的变加速直线运动，最终以速度
做匀速直线运动。
vm＝
P F阻
记住两个重要关系式 （1）瞬时加速度公式:
v
vm
P
a=
v m
F阻
（2）最大速度公式
0
t
vm＝
P F阻
发动机做的功只能用W =Pt计算，不能用W =Fl计算（因为F为变力）
例2.假定额定功率80 kW的汽车，在平直的公路上行驶的最大速度为20 m/s，汽车质 量为2×103 kg，如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度为2 m/s2，运动 过程中阻力不变，求： (1)汽车所受的恒定阻力大小； (2)汽车匀加速运动的最长时间. (3)3 s末汽车的瞬时功率多大？ (4)速度为16 m/s时汽车的加速度多大？
高三物理机车启动P=FV公式试题
高三物理机车启动P=FV公式试题1.如图所示，卡车通过定滑轮以恒定的功率P拉绳，牵引河中的小船沿水面运动，已知小船的质量为m，沿水面运动时所受的阻力为f且保持不变，当绳AO段与水平面夹角为θ时，小船的速度为v，不计绳子与滑轮的摩擦，则此时小船的加速度等于A．B．C．D．【答案】A，对小船运动分解，小船的速度为v的沿绳分量与卡车速度相同，如【解析】假设卡车速度是v图：由几何关系可知，，此时卡车的牵引力为，再对小船受力分析如图：由牛顿第二定律可知，小船加速度为，A正确。
【考点】功和功率、运动的合成和分解、牛顿运动定律的应用时，起重机的有用功率达2.起重机从静止开始匀加速提起质量为m的重物，当重物的速度为v1匀速上升为止，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则整个过程中，下列说法正确的是 ( )A．起重机对货物的最大拉力为B．起重机对货物的最大拉力为C．重物的最大速度D．重物做匀加速运动的时间为【解析】 根据P ＝Fv ，知功率最大，速度越小，拉力越大，则起重机对货物的最大拉力F ＝，A 正确、B 错误；当功率一定时，达到最大速度时起重机的拉力等于重物的重力，C 正确；在匀加速运动过程中，起重机对重物的拉力F ＝不变，当功率达到最大时，匀加速运动结束，由题意匀加速结束时的速度为v 1,则v 1=at=，解得t=，D 正确。
【考点】本题考查机车启动。
3. 汽车发动机的功率为50 kW ，若汽车总质量为5×103 kg ，在水平路面上行驶时，所受阻力大小恒为5×103 N ，则汽车所能达到的最大速度为 ________m/s ，若汽车以0.5 m/s 2的加速度由静止开始做匀加速运动，这一过程能维持的时间为________s 。
【答案】10；【解析】根据P m =f·v m ，可得汽车所能达到的最大速度为10 m/s 。
根据P m =F·v ，其中F-f=ma ，v=at ，代入数据可知匀加速阶段持续的时间为s 。
机车的两种启动方式
机车的两种启动方式机车启动通常有两种方式，即以恒定功率启动和以恒定加速度启动．1.机车以恒定功率启动的运动过程机车达到最大速度时， a＝0，F＝f ，P＝Fv m＝fv m，这一启动过程的 v－t 图象如图所示．2.机车以恒定加速度启动的运动过程这一运动过程的v－t 图象如图所示．(1)机车以恒定加速度启动时，先后经过两个过程，匀加速结束时的速度并未达到整个过程的最大速度 v m，只是达到匀加速度阶段的最大速度．(2)在 P＝Fv 中，因为 P 为机车牵引力的功率，所以对应的 F 是牵引力并非合力．汽车的质量为 2 000 kg，汽车发动机的额定功率为80 kW，它在平直的公路上行驶时所受的阻力是 4 000 N ，试求：(1)汽车保持额定功率从静止启动后达到的最大速度是多少(2)若汽车以 2 m/s 2的加速度做匀加速直线运动，可维持多长时间[ 思路点拨 ]解答本题时应把握以下两点：(1)汽车匀速运动时的速度，是该功率下汽车所能达到的最大速度．(2)匀加速运动结束时 P＝P 额．[ 解析 ]当汽车速度最大时，汽车做匀速直线运动．可根据受力平衡求出牵引力，再根据 P＝Fv 求出最大速度；在汽车的匀加速运动过程中，牵引力恒定，功率在变大，直到达到额定功率为止．P(1)汽车以额定功率运行，其牵引力为 F＝v汽车达到最大速度后做匀速直线运动，所以F＝fP P 80×103v max＝F＝f ＝4 000m/s＝20 m/s.(2)汽车以恒定加速度启动后 F′－ f ＝ma所以 F′＝ f ＋ma＝(4 000＋2 000×2) N＝8 000 N.匀加速运动可达到的最大速度为P80×103v max′＝F′＝8 000m/s ＝ 10 m/s.v max′10所以匀加速运动的时间t ＝a＝2s＝5 s.[ 答案 ] (1)20 m/s(2)5 s解决汽车的启动问题，首先要明确属于恒定功率启动还是恒定加速度启动，其次要明确所求解的问题属于哪个阶段．若以恒定加速度启动，汽车先做匀加速运动，当功率达到额定功率后，汽车做变加速运动．2. 质量为2 t的汽车，发动机的牵引功率为30 kW ，在水平公路上，能达到的最大速度为15 m/s ，则当汽车的速度为10m/s时的加速度为 ()A ． m/s 2B ．1 m/s 2C ． m/s 2D ．2 m/s 2解析：选 A. 当 v ＝15 m/s 时，汽车所受牵引力 F 与阻力 f 相等，P 30×1033由 P ＝Fv 得 f ＝F ＝v ＝ 15 N ＝2×10 N ；当 v ′＝ 10 m/s 时，其P 30×103 3 牵引力为 F ′＝ v ′＝ 10 N ＝3×10 N ，由牛顿第二定律得 a ＝F ′－ f 3×103－2×103 2 2m ＝ 2×103 m/s ＝ m/s .。
两种机车启动方式的力学分析
Ｉ Ｈ： Ｈ 墨’ ： 兰Ｈ
。
受力分析如 图 ６ 所示 （） １ 汽车 以额定 功 率 启 动 ， 当 ｎ ， Ｆ—ｆ时 ， 一０ 即 汽车 速度 达 到最 大值 。 由 Ｐ— Ｆ — ｆ ｒ 得 ： 一 ｖ Ｖ， ｎ
１－ ｎ
值而做匀速运动， 做匀速直线运动的速度是 Ｖ 一÷ 。 ｍ 下
Ｊ
面是这个动态过程 的简单思维流程 。
（） １若汽车 以额 定功率 启 动 ， 汽车 所能达 到 的最大 速度是 多少 ？当汽车速度为 ５ ｓ ｍ／ 时的加速度是多大 ？ （） ２ 若汽车 以恒定 加速度 ０ ５ ｓ 启动 ， 这一过 ． ｍ／ 则 程能维持多长 时间？匀加速运动 的最大加速度是多大 ？
Ｊｒ Ｉ 、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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Ｌ － — ＿ Ｊ ｏ
Ｇ
、 ，
～
这一过程 的 Ｐ－ｔ － 图像和 ｖ ｔ － 图像分别 如图 ４甲、
图 ６
一 １ ｓ ２ｍ／
当 一５ ｓ 汽车 的牵引力 Ｆ一 一１ ２ ０ ｍ／ 时， ． ×１ Ｎ
汽车的加速度 ｎ 一
一１ ４ ｓ ． ｍ／
时， 加速度 ａ减小 ， 机车做加速 度逐渐减 小 的加 速运动 ， 直至 Ｆ＝ｆ时 ， 减 小 至零 。此后 机车 的速 度达 到 最大 １ ２
Ｄ
二 、 用 举 例 应 【 １ 某 汽车发 动机 的额定 功率 为 ６ Ｗ ， 车 例 】 ０ｋ 该 的质量为 ５ ０ ｋ ， ×１。 ｇ 在水平路面上行驶时所受阻力的大 小恒为车重 的 ０ １ 。取 ｇ ０ ｓ。则 ： ．倍 一１ ｍ／
Ｄ
Ｄ
ｍ
一
2019年5月赛课用 功率 机车的两种启动方式
图象描述
v
vm
0
t
４、两种起动方式的比较：
不同点： 以恒定功率起动只有一个变加速阶段，起 动过程短，但容易损坏发动机
以恒定牵引力起动有两个加速阶段，起动 过程长，但起动平稳有利于保护发动机 相同点： 无论哪种方式起动，汽车所能达到的最大 速 度度的相条同件，相都 同等 ，于 都是vm当＝aPf=额0时，取达得到最大速
2
P 4.8104W
W 2105 J
课堂练习１
１、质量为m的汽车由静止开始以恒定的功率 P爬坡（足够长），斜坡的倾斜角为θ，汽车受 到的摩擦阻力恒定为f，求汽车所能达到的最大 速度vm=?
参考答案：
F mg sin f ma
P F vm
vm P /(mg sin f )
５、例题分析：
例题２：额定功率为80kW的汽车，在水平长直公路上 行驶时最大速度可达20m/s,汽车质量为2×103kg 。如 果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度可达 2m/s2 。设运动过程中阻力大小不变，试求： （1）汽车运动时所受阻力f； （2）汽车匀加速运动过程可持续的时间t； （3）汽车启动后，发电机在第三秒末的瞬时功率P； （4）汽车在做匀加速直线运动过程中，发动机所做 的功W．
（1）经过时间t=1s，速度为v1=4m/s,求此时 的加速度a1=?
（2）当汽车的加速度为a2=1m/s2时，求汽车 的速度v2=?
（3）求汽车所能达到的最大速度vm=?
(1)2m/s2
(2)6m/s
(3)12m/s
方式二：以恒定的牵引力起动
１、受力分析：
F f ma
２、起动过程分析：（启动过程中阻力不变）
课堂练习２
6.3机车启动的两种方式
2、（09· 上海）与普通自行车相比，电动自行车骑 行更省力。下表为某一品牌电动自行车的部分技术 参数。在额定输出功率不变的情况下，质量为 60Kg的人骑着此自行车沿平直公路行驶，所受阻 力恒为车和人总重的0.04倍。当此电动车达到最大 速度时，牵引力为 N,当车速为2m/s时，其加速 度为 m/s2(g=10 m/s2)
7、（2012福建卷）如图，用跨过光滑定滑轮的缆 绳将海面上一艘失去动力的小船沿直线拖向岸边。 已知拖动缆绳的电动机功率恒为P，小船的质量为 m，小船受到的阻力大小恒为f，经过A点时的速度 大小为v0，小船从A点沿直线加速运动到B点经历 时间为t1，A、B两点间距离为d,缆绳质量忽略不计 。求： （1）小船从A点运动到B点的全过程克服阻力做的 功wf； （2）小船经过B点时 的速度大小v1； （3）小船经过B点时 的加速度大小a。
①牛顿第二定律：F合=F -f=ma ②P=Fv的变形式：F=P/v 和v= P/f ③运动学公式、动能定理。
1．以恒定功率启动
P/f =
2．以恒定加速度启动
a=(P/v-f)/m
P0/f= P0/(f+ma)=
常求物理量： ①最大速度vm ②加速度a ③位移x ④功W
⑤匀加速运动的时间
1、( 2002年上海高考试题）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Ff= kv2。列车要跑得快，必 须用大功率的机车来牵引。 （1）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; （2）除上题涉及的问题外，还有许多其他技 术问题需要解决。例如：为了减少列车在高 速行驶中的振你再举一例，并简要说 明。
5.汽车由静止开始做匀加速直线运动，速度 达到v0的过程中的平均速度为v1；若汽车由 静止开始满功率行驶，速度达到v0的过程中 的平均速度为v2，且两次历时相同，则（ ） A. v1>v2 B. v1<v2 C. v1=v2 D. 条件不足，无法判断
starter原理
starter原理starter又称起动机，是指汽车发动机启动所必需的装置。
车辆的电瓶通过电缆连接到起动机，这样当启动键被按下时，瞬间释放的电能使起动机齿轮带动发动机转动，从而完成汽车发动机的启动。
起动机的本质是一个电动机，包括电动机本体、开关和控制系统。
其主要功能是将电能转化成机械能，带动发动机转速达到需求值，从而实现发动机起动。
发动机启动有两种方式：一种是手摇启动，即操作员手动转动发动机曲轴使发动机起动；另一种方式是通过起动机实现电动启动。
这里主要介绍电动启动方式。
起动机动力转换原理互感器作为起动机动力转换的元件之一，其作用是将电磁场通过铁芯传递给转动部件。
在起动机中，互感器的作用是将电能转化成机械能，用于带动发动机转动。
起动机包括电动机本体、开关和控制系统。
电动机本体主要由电动机、减速器、换挡机构和传动装置构成。
控制系统通过硅控整流器控制电动机旋转时的电流大小和方向，实现起动机电动启动的功能。
起动机电路起动机电路包括起动机、电池、启动开关和控制电路。
当启动开关被按下时，电池像泵站一样，将液压油流入起动机电路，在线圈产生的磁场作用下，起动机转动齿轮。
当齿轮与发动机缸体齿轮相啮合时，起动电机传递的能量被转化为机械能，使得发动机开始转动。
此时，控制回路通过保持启动键的状态来保持启动电流，当发动机转速达到一定值时，发电机开始向电池充电，此时控制回路将启动电机的电源切断，保持发动机正常运行。
发动机组件发动机的组成是相当复杂的，下面简要介绍一下主要组件。
1.汽缸汽缸是发动机最重要的部件之一，生产发动机主要用多缸发动机和单缸发动机。
缸体的材料状况，润滑和冷却系统将直接影响到发动机的性能。
2.曲轴曲轴是发动机另一个重要的部件，它是由钢铁材料制成的，然后将振动减少到最低限度并将转矩与发动机的运转速度保持在适当的范围。
3.活塞活塞是在汽缸壳内上下运动的部件，它将燃烧室分成上下两个部分，使气体在活塞的上下行程中进行循环过程。
8.1.2功率和机车启动(教学课件)-高中物理人教版(2019)必修第二册
新课讲授
知识点二：机车的两种启动方式
机车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。
功率
瞬时速度
v
P=F v
牵引力
新课讲授
机车的启动方式有两种：
1.以恒定功率P额启动;
2.在恒定的牵引力F作
用下匀加速启动。
新课讲授
1.以恒定功率P额启动
v0=0，P恒=P额
v↑
F阻
→
P
↓
F＝ ↑
v
当F=F阻时，a＝0 ，
8.1.2 功率和机车启
动
人 教 版 必 修 第 二 册 同 步 课 件
学习目标
1.理解功率的意义，知道功率的公式及其单位。
2.理解平均功率与瞬时功率、额定功率和实际功率。
3.会运用功率公式解决简单的实际问题。
4.学会用控制变量法分析汽车的两种启动方式，加强对公式的
理解与应用。
新课引入
做
同
样
的
功
说明：
1.达到最大速度的本质条件:a=0
vm
v1
0
t1
2.匀加速结束的条件是：P实=Pmax=P额
3.当匀加速结束时速度为v1，P额=Fv1=f阻Vm (其中F=ma+f阻)
t
新课讲授
例题：发动机的额定功率是汽车长时间行驶时所能输出的最大功率。某型号
汽车发动机的额定功率为 60 kW，在水平路面上行驶时受到的阻力是 1 800 N.
2.当F 一定时，P 和 v 有什么关系？
3.当v 一定时，F 和 P 有什么关系？
若v表示瞬时速度，则
P 表示瞬时功率
新课讲授
两个公式的对比
P＝W/t
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0
5
15
P=3.84×104W 前5s内做功
f=2.56 ×103N F=4.8 ×103N W1=FS=4.8 ×103 ×20=9.6 ×104 J
第二个5s内做功 W2=Pt=3.84 ×104 ×5=1.92 ×105J
W= W1+ W2=2.88 ×105J
变式题： 一起重机的钢丝绳由静止开始匀加速提起质 量为 m 的物体， 当物体的速度为 v1 时， 起重机的有用功率 达到最大值 P，以后起重机保持该功率不变，继续提升直 到以最大速度 v2 匀速上升为止， 则整个过程中， 下列说法 正确的是（ ） A．钢绳的最大拉力为
汽车两种启动方式
1、汽车以恒定功率启动
f
F1
A v A= 0 P=P额不变 F1 = P额/v a1=(F1-f )/m v
f
F
B
f
F2
C v C= v m
匀速运动
变加速运动
P=P额不变 v F = P额/v a=(F-f )/m V Vm
P=P额不变 F2 = P额/vm =f a=0 v= vm
mgv v
1
2
P B．钢绳的最大拉力为 v
2
C．物体的最大速度 v2 =
P mg
2 1
mv D．物体做匀加速运动的时间为 P mgv
1
(16分)某兴趣小组对一辆自制遥控小车的性能进行研究,他们让这 辆小车在水平的直轨道上由静止开始运动,并将小车运动的全过程 记录下来,通过处理转化为v—t图象,如图4所示(除2～10 s时间段 内的图象为曲线外,其余时间段图象均为直线).已知小车运动的过 程中,2～14 s时间段内小车的功率保持不变,在14 s末停止遥控而 让小车自由滑行.小车的质量为1 kg,可认为在整个过程中小车所受 到的阻力大小不变.求: (1)小车所受到的阻力大小及0～2 s时间
（1）、运动过程分析 （2）、做出整个过程的V-t图象
0
t
1．按额定功率行驶的汽车，所受地面的阻力保持不变，
则[
C D]
A．汽车加速行驶时，牵引力不变，速度增大
B．汽车可以做匀加速运动
C．汽车加速行驶时，加速度逐渐减小，速度逐渐增大 D．汽车达到最大速度时，所受合力为零 V Vm
0
t
变式题. 列车在恒定功率机车的牵引下，从 车站出发行驶5分钟，速度达到20m/s，那么 在这段时间内，列车行驶的路程（ C ） A.一定小于3km B.一定等于3km C.一定大于3km D.不能确定
1 1 2 2 Pt Ff x2 mv2 mv1 2 2 解得x2=18.7 m
(1分)
(2分) (1分)
故小车在加速过程中的位移为:x=x1+x2=19.7 m (1分) 答案 (1)1.25 N (2)2.25 W (3)19.7 m
在0～2 s内: a1 v 1 m/ s 2 0.5 m/ s 2 t 2 由F-Ff=ma1得,电动机提供的牵引力大小 F=ma1+Ff=1.25 N (2)在10～14 s内小车做匀速运动:F=Ff
(2分) (1分)
故小车功率:P=Fv=0.75×3 W=2.25 W
(2分)
(3)速度图象与时间轴的“面积”的数值等于物体位 移的大小. 0～2 s内, x 1 2 1 m 1 m 1 2 2～10 s内,根据动能定理有:
20m/s
解：画出运动的v-t图象如图示，3km，故选C
0
t 5min
2、汽车先做匀加速运动，再做变加速运动。
f
F1
f
F
f
F2
匀加速运动
变加速运动
匀速运动
A v A= 0
B vB= P额/F1
P=P额 不变 v ↑ F = P额 / v ↓ a=(F-f )/m ↓
C v C= v m
P=P额 不变 F2 = P额/vm =f a=0 v= vm
a=(F1-f )/m
不变
v=at ↑ P= F1 v ↑
V
（1）、运动过程分析 （2）、做出整个过程的V-t图象
Vm V1
0
t
2、质量为1.4 t的汽车在平直公路上从静止开始运动，先 做匀加速直线运动，5s末达额定功率之后保持额定功率运 动，其运动情况如图示，求（1）汽车所受的阻力，（2） 汽车的额定功率（3）前10s内牵引力做的功 解：前5s内，a=1.6m/s2 -1 v/ms S=1/2at2 =20m 15 5s末 P=8F ① 8 15s末 P=15f ② t/s 前5s内， F – f = ma ③
内电动机提供的牵引力大小.
(2)小车匀速行驶阶段的功率. (3)小车在0～10 s运动过程中位移的大小.
解析
(1)由图象可得,在14～18 s内 (2分) (2分) (2分)
v 03 a3 m/s 2 0.75 m/ s 2 t 18 14 小车受到阻力大小:Ff=-ma3=0.75 N