汽车起动的功率问题(16.5吴)

三、汽车起动过程的特点
1、受力特点 ——受牵引力作用 知道牵引力的施力物体是谁吗？ ——地面 方向向哪里？ 如何产生的？
——始终与汽车的速度方向相同
——汽车后轮转动时，产生了相对地面 的相对运动趋势
由什么因素决定吗？
2、功率特点 3、运动特点
——F=P/V，由P和V共同决定
——完完全全的被动力哟！
画出汽车整个起动过 程的速度时间图象
例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即时功率P3； （4）汽车在做匀加速直线运动过程中，发动机所做的 功W′．
结论1、起动后先做加速度越来越小的加速运动
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、跟踪越来越小的量
加速度越来越小 加速度小到零时，速度不再变化 速度不再增大，维持加速度为零的运动 a=0，F=f，V=Vm
牵引力也不再变化
此时有特别的物理关系：
结论2：加速为零后，汽车在功率不变的条件下将一 直做匀速直线运动
来个更直观的吧！
画出汽车整个起动 过程的速度时间图 象
理解题意，形成解题思路
求什么？ f t′
t′=V/a
P3
P3=FV3
W′
找出物理 关系式 给了什么 已知条件 两者不一 致的量 再找物理 关系式
f=P额/vm
W′=Fs
m P额 Vm a
条件够 了哟！
+f
+t
V— m P 额 Vm
F V3—m t P 额 Vm a
F S—m t ′ P 额 Vm a
t 5min
练习3．按额定功率行驶的汽车，所受地面的阻力保 持不变，则（ CD ）
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
练习4.质量为m = 4000kg的卡车，额定输出功率为 P=60 kW。当它从静止出发沿坡路前进时，每行驶 100 m，升高5m，所受阻力大小为车重的0.1倍，取 g=10 m/s2 . 试求： (1)卡车能否保持牵引力为8000 N不变在坡路上行驶？ (2)卡车在坡路上行驶时能达到的最大速度为多大？这 时牵引力为多大？
(3)如果卡车用4000 N牵引力以12m/s的初速度上坡， 到达坡顶时，速度为4 m/s,那么卡车在这一段路程中 的最大功率为多少？平均功率是多少?
分析:汽车能否保持牵引力为8000 N上坡要考虑两点：第一，牵引 力是否大于阻力？第二，汽车若一直加速，其功率是否将超过额 定功率，依P=Fv解。本题考查了汽车牵引力恒定时功率的计算。 不少同学在得到F > f + mgsinθ后，立即做出结论：汽车可以保 持牵引力8000 N不变上坡；而没有考虑到汽车由于加速，速度不 断增大，其功率不断增大，如果坡路足够长，这种运动方式是不 允许的。 解：分析汽车上坡过程中受力情况如图所示：牵引力F,重力 mg＝4×104N，f＝kmg＝4×103 N，支持力N，依题意 sinθ＝5/100。 （1）汽车上坡时，若F＝8000N, 而f＋mgsinθ＝4×103＋4×104×1/20＝6×103 N, 即F> f +mgsinθ,汽车将加速上坡，速度不断增大， 其输出功率P=Fv也不断增大，长时间后，将 超出其额定输出功率，所以，汽车不能保持牵引力 为8000N不变上坡。
V=P额/F F=f+ma
V3=at
S=at2/2
F=f+ma
F=f+ma
练习1.下列关于汽车运动的论述，不正确的是( A ) A.汽车以额定功率启动后做变加速运动，速度、加速度均逐 渐增大 B.汽车以额定功率启动后做变加速运动，速度逐渐增大；加 速度逐渐减小，加速度为0时，速度最大 C.汽车匀速行驶时最大允许速度受发动机额定功率限制，要 提高最大允许速度，必须增大发动机的额定功率 D.汽车在水平路面上以额定功率P行驶，则当牵引力F与阻力 f平衡时，汽车的最大速度vm=P/f
第三节
功率（二）
机车（汽车）的起动问题
一、课题解读
请找出课题中的关健词：
机车
机车？
起动
能说出几种你知道的机车吗?他们有什 么共同点?
——通过发动机工作，获得动力，驱动物体运 动的机械，如汽车，起重机，卷扬机等 如今有替代发动机工作的机器，知道是什么 吗？它的优点在哪？
起动？
——从静止开始到以稳定的速度运行的运动阶段
(2)汽车上坡时，速度越来越大，必须不断减小牵引力以 保证输出功率不超过额定输出功率，当牵引力
F= f + mgsinθ=6×103 N时，汽车加速度为零，速度增 大到最大，设为vm，则P＝Fv＝（f＋mgsinθ）· vm；
P 60 103 vm 10m / s, f mg sin 6000
此时,有特别的关系：P=P额 F=f+ma
此后，由于功率只能保持额定功率不变，速度增大过程中，牵引力 必减小将重复功率不变的运动过程，即做速度增大，加速减小的运 动，直至加速度减为零后做匀速直线运动。 结论：恒力起动过程的运动分为三段不同的 运动过程，第一段匀加速运动，功率随速度 增大而增大，直至达到额定功率；第二段功 率不变，速度增大，加速度减小的运动，直 至加速度减小到零。第三段在额定功率下匀 速运动，此时的速度即汽车能达到的最大速 度。
给了什么已知条件
两者不一致的量 再找物理关系式
m
P额
Vm V
F f —— P 额 Vm V F=P额/V f=P额/Vm
六、汽车的第二种加速起动——保持牵引力不变起动过程 还是讨论简单的情形——水平路面上行驶 分析运动过程 总条件——F不变 哪功率会怎样呢？
要先画出汽车的受力图哟！ 起点分析：
V0=0 P=FV P 非常小，
一定做匀加速运动，速度越来越大，功率也越来越大
跟踪分析
1、跟踪率先变化的量
功率变大
速度变大
结论1、起动后先做加速度不变的加速运动
2、跟踪越来越接近限制的量
功率越来越大 此时牵引力还大于阻 力，汽车还要加速
思考一下：为什么要跟踪接近限制的量？
功率达到额定功率时，功率不能再增大 速度增大,功率又不能再增大,故牵引力必 须减小,加速度减小,匀加速运动过程结束 V=P额/F=P额/（f+ma）
练习2. 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 C.一定大于3km B.一定等于3km D.不能确定
20m/s
）
解：画出运动的v-t图象如图示， 若为匀变速运动，则图象如图 示， 位移为3km，故选C
v
0
五、汽车的第一种加速起动——保持功率不变起动过程 先讨论简单的情形——水平路面上行驶 分析运动过程 总条件——P不变 哪牵引力会怎样呢？
要先画出汽车的受力图哟！ 起点分析：
V0=0 F=P/V 非常大，一定大于阻力f
一定做加速运动，速度越来越大
跟踪分析
1、跟踪率先变化的量
牵引力变小
速度变大
加速度变小
——汽车的功率就是牵引力的功率，
——牵引力的功率由油门的大小控制，有额定功率的限制 ——初速度为零，加速运动到稳定的速度
——速度稳定是指速度不变的状态，此时a=0
四、各物理量之间的关系 1、力和加速度的关系： 2、功率与力与速度的关系
F合=ma
P=F牵V
——形成了功率，力和运动速度三者相互影响、相互 制约的关系，出现复杂而有特色的运动过程 ——在P、F、V三个量中，汽车起动过程中，只有V一 定是在变化的，因此汽车的起动过程比较简单的运动形 式就可以分为两种了，哪两种呢？
思考一下： 为什么要跟 踪变小的量？
例题1：质量为2t的农用汽车，发动机额定功率为30kW，汽 车在水平路面行驶时能达到的最大时速为54km/h。若汽车以 额定功率从静止开始加速，当其速度达到v=36km/h时的瞬 时加速度是多大？
理解题意，形成解题思路 求什么？ 找出物理关系式 a F-f=ma
F= f + mgsinθ=6×103 N （3）若牵引力F=4000N，汽车上坡时，速度不断减小， 所以最初的功率即为最大，P=Fv=4000×12=48×103w 整个过程中平均功率为
12 4 P F v 4000 =32×103W 2

二、体验汽车运动中的物理味 能说说驾驶员怎样起动汽车吗? 踩油门的意义是什么? ——燃烧汽油，释放化学能
控制油门大小的作用是什么?
——通过控制单位时间内燃烧的汽油量，实现控制释放化 学能的功率的目的 了解汽车运动过程中能量转换的经历
汽油的 化学能
气体的 内能
发动机转 动的动能
汽车运动 的动能
长点 每一次能量转化都需要 每种形式的能量转化为另一种形 知识 通过力做功才能实现！ 式的能量都需要特定的力做功！