高中物理機車啟動問題分析

1、難點1 機車起動問題分析理綜測試注重以現(xiàn)實問題立意，突出能力考查.因而以機車起動為情景的高考命題屢次出現(xiàn)于近幾年高考試卷中，該類問題中對于a、F、p、v四個物理量間相互聯(lián)系、相互制約關(guān)系的分析是考生的難點所在.難點1.（）汽車以恒定功率P由靜止出發(fā)，沿平直路面行駛，最大速度為v，則下列判斷正確的是A.汽車先做勻加速運動，最后做勻速運動B.汽車先做加速度越來越大的加速運動，最后做勻速運動C.汽車先做加速度越來越小的加速運動，最后做勻速運動D.汽車先做加速運動，再做減速運動，最后做勻速運動2.（）汽車在水平公路上行駛，車受的阻力為車重的0.01倍，當速度為4 m/s時，加速度為0.4 m/s2.若

2、保持此時的功率不變繼續(xù)行駛，汽車能達到的最大速度是_m/s. （g取10 m/s2）案例探究例1（）汽車發(fā)動機額定功率為60 kW，汽車質(zhì)量為5.0103 kg，汽車在水平路面行駛時，受到的阻力大小是車重的0.1倍，試求：（1）汽車保持額定功率從靜止出發(fā)后能達到的最大速度是多少？（2）若汽車從靜止開始，以0.5 m/s2的加速度勻加速運動，則這一加速度能維持多長時間？命題意圖：考查對汽車起動的兩類問題及過程的分析能力.B級要求.錯解分析：（1）對v、F、a、p間相互制約關(guān)系分析不透，挖掘不到臨界條件和臨界狀態(tài)，（2）在第（2）問中認為功率剛達到最大（即額定功率）時，速度亦達到了最大.解題方法與

3、技巧：（1）汽車以恒定功率起動時，它的牽引力F將隨速度v的變化而變化，其加速度a也隨之變化，具體變化過程可采用如下示意圖表示：由此可得汽車速度達到最大時，a=0，=12 m/s（2）要維持汽車加速度不變，就要維持其牽引力不變，汽車功率將隨v增大而增大，當P達到額定功率P額后，不能再增加，即汽車就不可能再保持勻加速運動了.具體變化過程可用如下示意圖表示：所以，汽車達到最大速度之前已經(jīng)歷了兩個過程：勻加速和變加速，勻加速過程能維持到汽車功率增加到P額的時刻，設(shè)勻加速能達到最大速度為v，則此時例2（）電動機通過一繩子吊起質(zhì)量為8 kg的物體，繩的拉力不能超過120 N，電動機的功率不能超過1200

4、W，要將此物體由靜止起用最快的方式吊高90 m（已知此物體在被吊高接近90 m時，已開始以最大速度勻速上升）所需時間為多少？命題意圖：考查對機械啟動兩類問題的理解及遷移應(yīng)用的創(chuàng)新能力.B級要求.錯解分析：對第二過程分析不透，加之思維定勢，無法巧妙地借助動能定理求t2.解題方法與技巧：此題可以用機車起動類問題的思路，即將物體吊高分為兩個過程處理：第一過程是以繩所能承受的最大拉力拉物體，使物體勻加速上升，第一個過程結(jié)束時，電動機剛達到最大功率.第二個過程是電動機一直以最大功率拉物體，拉力逐漸減小，當拉力等于重力時，物體開始勻速上升.在勻加速運動過程中加速度為a= m/s2=5 m/s2末速度vt=

5、10 m/s 上升的時間t1=s=2 s上升高度為h=5 m在功率恒定的過程中，最后勻速運動的速率為vm=15 m/s外力對物體做的總功W=Pmt2-mgh2,動能變化量為Ek=mv2m-mvt2由動能定理得Pmt2-mgh2=mvm2-mvt2代入數(shù)據(jù)后解得t2=5.75 s，所以t=t1+t2=7.75 s所需時間至少為7.75 s.錦囊妙計機車起動分兩類：（1）以恒定功率起動；（2）以恒定牽引力起動.其解題關(guān)鍵在于逐步分析v、a、F、p間關(guān)系，并把握由起動到勻速的臨界條件F=f，即汽車達到最大速度的條件.該類問題的思維流程為：（1）以恒定功率起動的運動過程是：變加速（a）（a=0）勻速，

6、在此過程中，F(xiàn)牽、v、a的變化情況：所以汽車達到最大速度時a=0，F(xiàn)=f,P=Fvm=fvm.（2）以恒定牽引力勻加速起動的運動過程是：勻加速當功率增大到額定功率Pm后，變加速（a） （a=0）勻速.各個量（牽引功率、牽引力、加速度、速度）的變化情況如下：殲滅難點訓(xùn)練1.（）飛機在飛行時受到的空氣阻力與速率的平方成正比，若飛機以速率v勻速飛行時，發(fā)動機的功率為P，則當飛機以速率n v勻速飛行時，發(fā)動機的功率為A.np B.2np C.n2p D.n3p2.（）質(zhì)量為5.00105 kg的機車，以恒定的加速度從靜止出發(fā)，經(jīng)5 min行駛2.25 km，速度達到最大值54 km/h,則機車的功率為

7、_W.3.（）（2002年上海春考）鐵路提速，要解決許多技術(shù)問題.通常，列車阻力與速度平方成正比，即f=kv2.列車要跑得快，必須用大功率機車來牽引.試計算列車分別以 120 km/h和40 km/h的速度勻速行駛時，機車功率大小的比值.（提示：物理中重要公式有F=ma,W=Fs,P=Fv,s=v0t+at2）4.（）額定功率為80 kW的汽車，在平直的公路上行駛的最大速度為20 m/s.已知汽車的質(zhì)量為2103 kg，若汽車從靜止開始做勻加速直線運動，加速度的大小為2 m/s2.假定汽車在整個運動過程中阻力不變.求：（1）汽車受到的阻力Ff；（2）汽車在3 s末的瞬時功率；5.（）質(zhì)量為m=4103 kg的汽車發(fā)動機的額定功率P0=40103 W，汽車從靜止開始，以a=0.5 m/s2的加速度做勻加速直線運動，所受阻力恒為Ff=2103 N，求：（1）汽車勻加速運動所用的時間t；（2）汽車可達的最大速度vm；（3）汽車速度為2vm/3時的加速度a6.（）汽車質(zhì)量為5 t，其發(fā)動機額定功率為37.5 kW，汽車在水平道路上從靜止開始起動，開始一段時間內(nèi)，以加速度1.0 m/s2做勻加速運動，最后勻速運動的速度為15 m/s.求：（1）汽車做勻加速運動的時間.（2）汽車勻速運動后關(guān)閉發(fā)動機，還能滑多遠？參考答案：難點磁場 1.C 2.20 殲滅難點訓(xùn)練 1.D