機(jī)車起動問題的分析及處理策略

1、機(jī)車起動問題的分析及處理策略1. 兩個(gè)起動方式機(jī)車起動問題中有兩種運(yùn)動模式，即機(jī)車以恒定功率（通常為額定功率I J）和以恒定加速度 a起動。如何分析這兩種方式的起動過程及相關(guān)問題的處理，這是教與學(xué)中經(jīng)常碰到的問題。2. 兩個(gè)基本關(guān)系是分析與處理機(jī)車起動過程的兩個(gè)重要的、基本的關(guān)系式。它反映了機(jī)車瞬時(shí)狀態(tài)的各量間的關(guān)系。下圖是機(jī)車在工作狀態(tài)下的受力情況，應(yīng)當(dāng)明確 P為機(jī)車的瞬時(shí)功率；F為機(jī)車的牽引力，而不是機(jī)車 受的合力；v為機(jī)車的瞬時(shí)速度；a為瞬時(shí)加速度；f為機(jī)車所受的阻力（通常機(jī)車所受阻力設(shè)為恒力）； m是機(jī)車的質(zhì)量。在實(shí)踐中，我們只要抓住兩個(gè)基本關(guān)系式，相關(guān)問題則會迎刃而解。3. 兩個(gè)最值

2、速度3.1額定功率起動的情形由P= F v和玳 可知，因功率p保持不變，速度增大，則機(jī)車的牽引力F必然減小，也就不難看出機(jī)車的加速度 a因此而減小，所以該過程是一個(gè)加速度逐漸減小的運(yùn)動。顯然當(dāng)牽引力F減小到等且'%于機(jī)車所受阻力f時(shí)，即F=f，其加速度a=0,則機(jī)車的速度達(dá)到最大值速度卩燈作勻速直線運(yùn)動。vo=OfFf(> <才才k丄3.2恒定加速度起動的情形初速度為0的勻加速起動的過程，同樣根據(jù)知，由于加速度a恒定，則牽引力 Fv增大，其機(jī)車的瞬時(shí)功率P隨之增大，當(dāng)P增F,且F，再由兩個(gè)基本關(guān)系式，容易分析出，在功率不變的情況下，速度還D.V'=魚大到額定功率時(shí)%

3、，此刻速度便是勻加速運(yùn)動過程的最大速度，其大小為尺O不變（通常設(shè)定機(jī)車所受阻力f恒定）。因此隨著速度，而此時(shí)此刻牽引力仍為是勻加速運(yùn)動的末狀態(tài)，此刻機(jī)車的功率剛好等于額定功率會繼續(xù)增大，牽引力隨之減小，所以此后過程是加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，直到加速度且卩謔的速度達(dá)到最終的最大速度如下圖所示，恒定加速度起動的過程的三個(gè)階段，即從為勻加速運(yùn)動階段;為加速度逐漸減小的加速運(yùn)動；此后以速度作勻速直線運(yùn)動。F綜合上面的分析可得:兩種起動過程最終所能達(dá)到的最大速度恒定加速度起動過程中，勻加速運(yùn)動過程的最大速度4.兩個(gè)V7圖象V_ i圖象能夠很好地反映機(jī)車兩種起動過程的速度隨時(shí)間的變化情況。F圖是保持額定

4、功率不變的起動過程的Z 圖線。由下圖可以看出在 t從0到弘的卜7圖線的時(shí)刻，斜率減小為零，即此刻機(jī)車的F圖是保持加速度不變的起動過程的*圖切線斜率逐漸減小，反映了機(jī)車的加速度逐漸減小，直到 加速度為零，之后圖線表示機(jī)車一直作勻速直線運(yùn)動。線。t從0到耳時(shí)段為斜直線，表示機(jī)車做勻加速運(yùn)動，且時(shí)刻達(dá)到勻加速運(yùn)動過程的最大 速度 叫，涮婦時(shí)段曲線的斜率逐漸減小，表 明此階段是加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，直到 站時(shí)刻速度達(dá)到最大值"曲。此后即為勻速直線 運(yùn)動。Vih -viXi ,1®t2t5.兩個(gè)典型問題5.1瞬時(shí)值的計(jì)算例題1.汽車發(fā)動機(jī)的額定牽引功率為60kW汽車的質(zhì)量為5t，

5、汽車在水平路面上行駛時(shí)，阻力是車重的0.1倍，試求：（1）若汽車保持額定功率從靜止起動后能達(dá)到的最大速度是多少？（2）若汽車從靜止開始，保持以 °的加速度作勻加速運(yùn)動，這段過程能維持多長時(shí)間?（3）如果阻力不變，汽車在水平路面上用10®速度行駛，實(shí)際功率多大？此時(shí)汽車的加速度又是多大？ 分析與解答:（1）汽車在水平路面上行駛時(shí)，由于牽引功率保持不變，則汽車的加速度逐漸減小，當(dāng)F =艮噸 時(shí), 汽車的速度達(dá)到最大值卩唐。6OxlO3（2）汽車從靜止開始，以 05牌/占'的加速度做勻加速行駛，要求得這個(gè)過程所能維持的時(shí)間，必須求出 勻加速過程的最大速度 "。而

6、達(dá)到速度"；時(shí)汽車的實(shí)際功率恰好達(dá)到額定功率，所以根據(jù)兩個(gè)基本關(guān) 系式胸，就可以求出保持勻加速運(yùn)動過程的牽引力 F,自然也就求出了 "洗。片=ma + f= (5xlOi3xlCi)?7=7.5溟13從A _ 6QX1Q37.5xl03所以勻加速運(yùn)動能維持的時(shí)間為:（3）由于f戶ID映"恿表明此時(shí)汽車處于額定功率下，加速度逐漸減小的加速運(yùn)動階段，所以此刻的實(shí)際功率等于額定功率。應(yīng)該注意到，P保持不變，由P = F'卞知此過程中牽引力不斷減小，所以當(dāng)速度v.= 10m<5時(shí)，其牽引力：則此刻汽車的加速度:P'-f 5xlO? -0 1x5x1O

7、5x10a mlsw5X1O3=0.2m/f3«點(diǎn)撥：涉及功率問題中經(jīng)常會計(jì)算瞬時(shí)加速度、瞬時(shí)速度、實(shí)際功率等。我們應(yīng)注意分清機(jī)車屬哪個(gè)類 型的起動，處在哪個(gè)階段哪個(gè)狀態(tài)的瞬時(shí)值，然后利用兩個(gè)基本關(guān)系式或兩個(gè)圖象進(jìn)行處理。5.2 “阻力”的理解機(jī)車起動過程的問題中，阻力是相對牽引力而言的，它可能是空氣阻力、摩擦阻力、重力或重力的下滑 分量等，是起阻礙機(jī)車前行的各種力的合力。拓展：若上題中當(dāng)汽車行駛在傾角為是多少？（已知sin = 0 02）匸的長直斜坡上時(shí)（其他條件不變），汽車所能行駛的最大速度又錯(cuò)解：有不少同學(xué)在遇到汽車上坡這類問題時(shí)，往往不能正確理解阻力方法去計(jì)算。即汽車上坡時(shí)所能達(dá)到的最大速度為：了的內(nèi)涵，會不假思索地按如下%二%二亦訶沁/ Kmg 0.1x5xl0sxl0正確解答：如下圖所示，汽車在坡路上行駛時(shí)，事實(shí)上汽車受到的阻力是由兩部分構(gòu)成，即:f = Kmg 十 mg sii l ct=0.1510510 + 5><103 ><10x0,02又因?yàn)楫?dāng)所以J嵐加g +用a6*12 6xl03=10刖/“點(diǎn)撥：本題的阻力/ °皿氫+£sm a.且當(dāng)* /時(shí)汽車速度達(dá)到最大應(yīng)如何理解呢?這里