机车的两种启动方式课件
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功和功率专题：机车启动问题 课件 -高一物理人教版(2019)必修第二册
D.此过程汽车的最大速度为43.6 m/s
以恒定功率启动
v0=0，P一定
v↑
F ↓＝
→P v↑
a↓＝
F↓－→F阻 →m
F阻
v—t 图象
F牵
a减小的变加速运动
v
vm
加速阶段 的图象
0
当F=F阻时，
a＝0 ，v达到
最大
vm＝
P F阻
F阻
F牵
保持 vm
匀速
vm
匀速运动
匀速阶段 的图象
t
以恒定功率启动
说明：
1.F为变力时，发动机做的功只能用 W=Pt 计算，不能用W =Fl 计算。
( m a+ f阻 ) a
v1
说明：
1.达到最大速度的本质条件:a=0
0 t1
t
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)
以恒定加速度启动
画出整个过程中汽车运动的P－t图像. 答案 如图所示：
习题精讲
例2 在水平路面上运动的汽车的额定功率为60 kW，若其总 质量为5 t，在水平路面上所受到的阻力大小为5×103 N，求： (1)汽车所能达到的最大速度的大小；
新教材人教版（2019版） 物理（高中必修第二册）
第八章 机械能守恒定律
第1节 功和功率—专题：机车启动问题
课堂引入
机车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。
瞬时速度
v
功率
P=F v
牵引力
启动方式
机车的启动方式有两种：
1.以恒定功率 P 启动;(P≤P额) 2.在恒定的牵引力F作用下 匀加速启动。
以恒定功率启动
v0=0，P一定
v↑
F ↓＝
→P v↑
a↓＝
F↓－→F阻 →m
F阻
v—t 图象
F牵
a减小的变加速运动
v
vm
加速阶段 的图象
0
当F=F阻时，
a＝0 ，v达到
最大
vm＝
P F阻
F阻
F牵
保持 vm
匀速
vm
匀速运动
匀速阶段 的图象
t
以恒定功率启动
说明：
1.F为变力时，发动机做的功只能用 W=Pt 计算，不能用W =Fl 计算。
( m a+ f阻 ) a
v1
说明：
1.达到最大速度的本质条件:a=0
0 t1
t
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)
以恒定加速度启动
画出整个过程中汽车运动的P－t图像. 答案 如图所示：
习题精讲
例2 在水平路面上运动的汽车的额定功率为60 kW，若其总 质量为5 t，在水平路面上所受到的阻力大小为5×103 N，求： (1)汽车所能达到的最大速度的大小；
新教材人教版（2019版） 物理（高中必修第二册）
第八章 机械能守恒定律
第1节 功和功率—专题：机车启动问题
课堂引入
机车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。
瞬时速度
v
功率
P=F v
牵引力
启动方式
机车的启动方式有两种：
1.以恒定功率 P 启动;(P≤P额) 2.在恒定的牵引力F作用下 匀加速启动。
机车的两种启动方式教学内容
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.
这一运动过程的v—t图象如图所示.
■0洛別込理(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.
门- 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?
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_加谨度遂渐械步
的咙加建白鵲运动
匀速直一
线运动一
F不变
不变
T--------- 匀加速也红动-。
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
机车的两种启动
v1
持时间 t0＝ a
[针对训练]
1．一辆汽车在平直公路上以额定功率行驶，设所受阻力不变。在汽车加速过程中
(
)
A．牵引力减小，加速度增大
B．牵引力减小，加速度减小
C．牵引力增大，加速度增大
D．牵引力增大，加速度减小
解析：根据P＝Fv知，发动机的功率恒定，速度增大，则牵引力减小；根据牛顿第二
定律有F－f＝ma，可知加速度减小，选项B正确。
专题突破——机车启动问题
前提
1、机车在行驶的过程中，受到恒定阻力f。
2、机车在行驶的过程中，发动机的瞬时功率P=FV。
瞬时速度
功率
v
P=F v
牵引力
机车两种启动方式
1、恒定功率启动
P一定
v增大
F=P / V
F减小
a减小
当F=f时
a=(F-f )/ m
（1）恒定功率启动的v-t
v
vm
v最大，以vm匀速
【答案】
(1)20 m/s
(2)40 m/s
1.5 m/s2
【解析】(1)机车做匀加速直线运动，有 F－F f＝ma，
F＝F f＋ma＝2×103 N＋4×103×0.5 N＝4×103 N，
80 kW
P
则匀加速的最大速度 v1＝ ＝
＝20 m/s.
F 4×103 N
（2）当汽车达最大速度时，a＝0，有 F′＝Ff，
P
80 kW
则 vm＝ ＝
＝40 m/s，当 v2＝10 m/s 时，
3
Ff 2×1 F″＝ ＝
＝8×10 N．
v2 10 m/s
3
3
F″－Ff 8×10 －2×10
持时间 t0＝ a
[针对训练]
1．一辆汽车在平直公路上以额定功率行驶，设所受阻力不变。在汽车加速过程中
(
)
A．牵引力减小，加速度增大
B．牵引力减小，加速度减小
C．牵引力增大，加速度增大
D．牵引力增大，加速度减小
解析：根据P＝Fv知，发动机的功率恒定，速度增大，则牵引力减小；根据牛顿第二
定律有F－f＝ma，可知加速度减小，选项B正确。
专题突破——机车启动问题
前提
1、机车在行驶的过程中，受到恒定阻力f。
2、机车在行驶的过程中，发动机的瞬时功率P=FV。
瞬时速度
功率
v
P=F v
牵引力
机车两种启动方式
1、恒定功率启动
P一定
v增大
F=P / V
F减小
a减小
当F=f时
a=(F-f )/ m
（1）恒定功率启动的v-t
v
vm
v最大，以vm匀速
【答案】
(1)20 m/s
(2)40 m/s
1.5 m/s2
【解析】(1)机车做匀加速直线运动，有 F－F f＝ma，
F＝F f＋ma＝2×103 N＋4×103×0.5 N＝4×103 N，
80 kW
P
则匀加速的最大速度 v1＝ ＝
＝20 m/s.
F 4×103 N
（2）当汽车达最大速度时，a＝0，有 F′＝Ff，
P
80 kW
则 vm＝ ＝
＝40 m/s，当 v2＝10 m/s 时，
3
Ff 2×1 F″＝ ＝
＝8×10 N．
v2 10 m/s
3
3
F″－Ff 8×10 －2×10
专题 机车启动的两种方式(课件)-高中物理(人教版2019必修第二册)
小试牛刀
2、（多选）按额定功率行驶的汽车，所受地面的阻力保持不变，
则（
）
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
CD
小试牛刀
3、(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( ACD ) 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
牵引力为： F P额 80 000 N 5103 N
v
16
所以汽车的加速度为：a
F f m
5103 4103
2 103
=0.5 m/s2
答案： (1)4×103 N (2)5 s (3)48 kW (4)0.5 m/s2
小试牛刀
1、拖拉机耕地时一般比在道路上行驶时速度慢，这样做的主 要目的是( ) D A．节省燃料 B．提高柴油机的功率 C．提高传动机械的效率 D．增大拖拉机的牵引力
根据牛顿第二定律有: F–f=ma F=f+ma=4.5×103N 匀加速运动完毕时有:P=Pm ∵Pm=Fv ∴v=Pm／F=9.0×104 ／4.5×103m/s=20m/s ∵v=at ∴t=v／a=50s 错误解法:vm=at t=vm／a=90s
【例题】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？
机车的两种启动方式
六 、能量 转化 与 守恒 定律 的应 用 １ ．对能 量转 化 与守 恒定 律 的理 解
１ ０ ０ ｋ Ｗ， 质 量 为 ｍ ＝１ ０×１ ０ ｋ ｇ ， 设 阻力 恒 为 车重 的 ０ ． １倍 ， 取 ｇ＝１ ０ ｍ ／ ｓ ．
（ １ ）若汽 车 以 额 定功 率 启 动 ， 求所 达 到
的最 大速度 ；
（ ２ ）若汽 车 以 ａ＝０ ． ５ ｍ ／ ｓ 的加 速 度 启
速运 动 的最 长 时间 为 ：
０ ． １ ｍ ｇ ， 所 以可 得 ：１ ２ ｍ ／ ｓ ．
鼍ｓ ： １ ３ ． ３ ｓ ． 孽答 案（ １ ） １ ０ ｍ ／ ｓ（ ２ ） １ ３ ． ３
＝ ＝
（ ２ ）该 问 的情况 属 于第 二类 机车 启 动模
式， 由 。：
匀加 速运 动 的末 速度 ， 但 并非 是 恒定 ， 随着 Ｖ的增大 ， Ｆ必将 减 小 ， ａ也必将 减 速度 启 动时 ， 因 为此 后 还 有 一 个 变 小， 汽车做加速度不断减小 的加速运动 ， 直到 加 速过 程 的最 大 速 度 ，
ｐ Ｐ
Ｆ＝ ， ０＝ ０ ， 这 时 达 到最 大值 ＝ ＝ ． 可见 恒 定功 率 的加 速一 定 不 是 匀 加 速． 这 种
然 后 采用 分段 处 理法 ， 在匀 加 鼙 例２ 汽 车发 动机的 额定功率 为 哪种 启 动方 式 ，
６ ０ ｋ Ｗ， 汽 车 的质量 为 ５ ｔ ， 汽 车在 水 平路 面上 速 阶段常 用 牛顿第 二 定律 和 运动 学公 式结 合 分析 ， 在 非 匀 加 速 阶段 ， 一 般 用 动 能 定 理 行驶时， 阻力是 车 重的 ０ ． １ 倍， 求：
动， 求其 匀加速 运动 的 最长 时 间．
１ ０ ０ ｋ Ｗ， 质 量 为 ｍ ＝１ ０×１ ０ ｋ ｇ ， 设 阻力 恒 为 车重 的 ０ ． １倍 ， 取 ｇ＝１ ０ ｍ ／ ｓ ．
（ １ ）若汽 车 以 额 定功 率 启 动 ， 求所 达 到
的最 大速度 ；
（ ２ ）若汽 车 以 ａ＝０ ． ５ ｍ ／ ｓ 的加 速 度 启
速运 动 的最 长 时间 为 ：
０ ． １ ｍ ｇ ， 所 以可 得 ：１ ２ ｍ ／ ｓ ．
鼍ｓ ： １ ３ ． ３ ｓ ． 孽答 案（ １ ） １ ０ ｍ ／ ｓ（ ２ ） １ ３ ． ３
＝ ＝
（ ２ ）该 问 的情况 属 于第 二类 机车 启 动模
式， 由 。：
匀加 速运 动 的末 速度 ， 但 并非 是 恒定 ， 随着 Ｖ的增大 ， Ｆ必将 减 小 ， ａ也必将 减 速度 启 动时 ， 因 为此 后 还 有 一 个 变 小， 汽车做加速度不断减小 的加速运动 ， 直到 加 速过 程 的最 大 速 度 ，
ｐ Ｐ
Ｆ＝ ， ０＝ ０ ， 这 时 达 到最 大值 ＝ ＝ ． 可见 恒 定功 率 的加 速一 定 不 是 匀 加 速． 这 种
然 后 采用 分段 处 理法 ， 在匀 加 鼙 例２ 汽 车发 动机的 额定功率 为 哪种 启 动方 式 ，
６ ０ ｋ Ｗ， 汽 车 的质量 为 ５ ｔ ， 汽 车在 水 平路 面上 速 阶段常 用 牛顿第 二 定律 和 运动 学公 式结 合 分析 ， 在 非 匀 加 速 阶段 ， 一 般 用 动 能 定 理 行驶时， 阻力是 车 重的 ０ ． １ 倍， 求：
动， 求其 匀加速 运动 的 最长 时 间．
机车的两种启动方式通用课件
03
04
柴油机启动
优点：转矩大，适用于重载启动，可长时 间工作。
05
06
缺点：操作相对复杂，对环境有一定污染。
不同场景下的启动方式选择
城市轨道交通 由于对电网冲击小，电动机启动更适 合在城市轨道交通中使用。
矿山、工地等重载场景
柴油机启动由于转矩大，更适合这些 场景下的重载启动。
长时间连续工作
柴油机启动由于可以长时间工作，更 适合在需要长时间连续工作的场景下 使用。
直流传动与交流传动
直流传动是指用直流电动机直接驱动机车，而交流传动则是通过交流电动机经变 频器控制后驱动机车。两者各有优缺点，直流传动技术成熟、维护简单，但效率 较低；交流传动则具有更高的效率和更好的性能，但技术难度较大。
内燃机车启动方式
01
柴油机启动方式
内燃机车通常采用柴油机作为动力源，通过点燃柴油产生动力，再经传
介绍了内燃机车的两种启动方式，即压缩 启动和电启动，以及它们各自的优缺点和 适用范围。
机车启动方式的选择
机车启动的电路原理
比较了电力机车和内燃机车的启动方式， 并阐述了在选择机车启动方式时需要考虑 的因素。
讲解了机车启动的电路原理，包括电源、 控制电路和执行电路等部分。
未来发展趋势与展望
电力机车的未来发展趋势
启动方式
柴油机有压缩着火和电火花点燃两种启动方式。压缩着火启 动是通过压缩空气和燃油混合物产生高温高压，点燃柴油引 燃汽缸内的空气，产生工作循环；电火花点燃则是通过电火 花点燃汽缸内的空气，产生工作循环。
内燃机车启动操作流程
准备启动
确认机车状态正常，打开电源 开关，将控制手柄置于启动位置。
启动柴油机
检查电源
机车启动的两种方式
机车启动的两种方式
机车启动的两种方式如下：1. 恒定功率启动：由牛顿第二定律：F-f=maF=P/vP不变 v逐渐增大 所以F减小 因此a减小 所以汽车做加速度逐渐减小的加速运动随着v逐渐增大 F逐渐减小，当F=f时，汽车所受合力为零，做匀速运动。
2. 恒定加速度启动：由牛顿第二定律：F-f=maF=P/v(P表示瞬时功率)开始时，a不变，所以F不变，又因为v=at，所以v逐渐增大，又因为F不变，所以P增大，当P增大到额定功率P时，P不变 v逐渐增大 所以F减小 因此a减小 所以汽车做加速度逐渐减小的加速运动，随着v逐渐增大 F逐渐减小，当F=f时，汽车所受合力为零，做匀速运动。
汽车启动注意事项如下：1、启动发动机前，应确认发动机状况良好后再使用启动机。
2、启动前应将变速器挂上空挡，启动同时踩下离合器踏板，严禁用挂挡启动来移动车辆。
3、当启动机启动过程中，驱动齿轮未进入齿圈而高速运转时，应迅速松开启动钥匙。
若启动机不能停转，应立即关闭电源总开关，或拆下蓄电池接线，查找故障。
4、发动机启动后，应及时关断启动开关，以免单向离合器被瞬间反带而早期损坏。
5、使用无自保护功能的启动机时，启动后及时回转钥匙，发动机正常运转时，勿随意按启动按钮。
6、严禁使用启动机对发动机排除故障及挂挡移动车辆。
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vmax
P F阻
P 0.1mg
60 103 0.1 5 103 10 m/s
12
m/s.
（2）当v1=2 m/s时，设此时牵引力为F1
F1
P v1
60103 2
N 3104
N,
由牛顿第二定律得F1-F阻=ma,所以
a
F1 mg
m
3 104
0.1 5103 10 5 103
m / s2
5
达到最大 速度vm
1、先匀加速再变加速最后匀变速加。速直线运动
2、当F=F阻时速度最大。
2、以恒定的牵引力F启动
特 1、先匀加速再变加速最后匀速。
点 2、当F=F阻时速度最大。
图像：
v vm
匀速
变加速
匀加速
t
• 第一种方式： 汽车以恒定功率启动
• 第二种方式： 汽车以恒定加速度启动
v
匀速 变加速
牵引力
m
F↓
加速度
a↓
F>f a>0
图像：
匀速 变加速
F=F阻，a=0 v最大
➢汽车的两种运动状态
1、没有达到最大速度时，有瞬时加速度。 汽车做加速度逐渐减小的变加速运动。
F牵 F阻 ma
F牵
P额 v
2、达到最大速度时，a=0。此后做匀速直线运动。
vm
P额 F牵
P额 f
注意：发动机的功率指牵引力的功率而
m / s2.
【点评】机车以额定功率启动时，其运动可分为两个过程： 第一个过程是加速度逐渐减小的变加速直线运动，第二个 过程就是匀速直线运动.
2、以恒定的牵引力F启动 P<P额，继续匀加速
加速度 a一定
v=at
牵引力 速度v 不变 功率P
P Fv
匀加速直线运动 达到P额时 保持P额 v F
F>F阻 继续加速 a
专题 专题：机车的两种启动方式
v
➢汽车的功率
v
汽车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。
P = F·v
汽 车
汽 车
汽 车
➢汽车加速启动有两种方式：
的 实
的 牵
的 瞬
1、以额定功率P额启动;
际
引时
功
力 速 2、以恒定的加速度启动。
率
度
1、以额定功率P额启动
v
瞬时速度
F牵
P额 v
V↑
a F牵 f阻
不是指合外力或阻力的功率。
（ 例1 2010年郑州高一检测）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，求（g取10 m/s2）： （1）汽车达到的最大速度vmax; （2）汽车车速v1=2 m/s时的加速度.
【解析】（1）由P=Fv=F阻vmax得：
vm
匀速
变加速
匀加速
t
共同点:当F牵=F阻,a=0,汽车做匀速直 线运动时, v达最大值, vm=P额/ F阻。
以上有不当之处，请大家给与批评指正， 谢谢大家！
10