初中物理：机车启动问题

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机车启动问题,类型,1,：机车以恒定功率,P,启动,（F,阻,保持不变）,专题：机车启动问题,P,F v,发动机的实际功率,发动机的牵引力,机车的瞬时速度,当,F,=,F,阻,时，,a,0,，,v,达到最大,保持,v,m,匀速,F,v,P,a,m,F,F,阻,v,m,F,阻,P,加速度逐渐减小的变加速直线运动,匀速直线运动,做,a,逐渐减小的加速直线运动,F,继续减小,v,m,专题：机车启动问题,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。,v,m,F,阻,P,v,t,0,机车以恒定功率启动的,v,t,图,例,1,（,2010年郑州高一检测）质量为,m,=510,3,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/s,2,）：,（1）汽车达到的最大速度,v,max,;,（2）汽车车速,v,1,=2 m/s时的加速度.,【,解析,】,（,1,）由,P,=,Fv,=,F,阻,v,max,得：,（,2,）当,v,1,=2 m/s,时，设此时牵引力为,F,1,由牛顿第二定律得,F,1,-,F,阻,=,ma,所以,【,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.（2010年吉林质量检测）质量为2 t的汽车，发动机输出的功率为30 kW，在水平公路上能达到的最大速度为15 m/s，当汽车的,加,速度为,时,，其速度为多大？,0.5 m/s,2,10 m/s,类型,2,：机车以恒定加速度,a,启动,（F,阻,保持不变）,当,F,=,F,阻,时，,a,0,，,v,达到最大,保持,v,m,匀速,F,v,P,额,a,m,F,F,阻,v,v,m,F,阻,P,额,加速度逐渐减小的变加速直线运动,匀速直线运动,a,m,F,F,阻,F,v,P,F,v,当,P,=,P,额,时，保持,P,额,继续加速,匀加速直线运动,机车以恒定加速度启动的,v t,图,先做匀加速直线运动，再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。,v,t,0,v,m,F,阻,P,额,v,m,v,1,t,1,t,2,（,2010,年太原质检）质量为,m,=4.010,3,kg,的汽车，发动机的额定功率为,P,=40 kW,，汽车从静止开始以,a,=0.5 m/s,2,的加速度行驶，所受阻力,F,阻,=2.010,3,N,，则汽车匀加速行驶的最长时间为多少？汽车可能达到的最大速度为多少？,例,2,【,思路点拨,】,汽车从静止开始的加速运动可以分为两个阶段,.,第一阶段中，汽车从静止开始，以恒定加速度,a,作匀加速直线运动,.,在这一个阶段中，汽车发动机的牵引力为恒力，即,F,=,ma,+,F,阻,，这里,F,阻,为运动中受到的大小恒定的阻力,.,由于发动机功率,P,=,Fv,=(,ma,+,F,阻,),v,汽车的速度从零逐渐增大，所以发动机的功率是从零逐渐增大到额定功率,.,第二阶段中，由于发动机的功率已经达到最大值，随着运动速度不断增大，牵引力逐渐变小，汽车的加速度也随之变小,.,这一阶段中汽车加速度逐渐减小而速度仍不断增大,.,当发动机的牵引力等于阻力时，汽车有最大速度,.,【,解析,】,设汽车匀加速行驶时，汽车发动机牵引力为,F,，则根据牛顿第二定律,F,-,F,阻,=,ma,得,F,=,ma,+,F,阻,=4.010,3,0.5 N+2.010,3,N=4.010,3,N,，,设汽车匀加速运动过程的末速度为,v,由,P,=,Fv,得,根据运动学公式,v=at,有,当汽车加速度为零时，汽车有最大速度,v,max,此时，牵引力,F,=,F,阻,，则,【,点评,】,把汽车在匀加速运动过程中的末速度当成汽车运动过程中可能达到的最大速度是解答本题时易犯的错误,.,4.一辆小汽车在水平路面上由静止启动，在前5 s内做匀加速直线运动，5 s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其,v,t,图象如图所示.已知汽车的质量为,m,=2000 kg，汽车受到地面的阻力为车重的0.1倍，则（）,A.汽车在前5 s内的牵引力为4000 N,B.汽车在前5 s内的牵引力为6000N,C.汽车的额定功率为60 kW,D.汽车的最大速度为30 m/s,BCD,5.质量为,m,、发动机的额定功率为,P,0,的汽车沿平直公路行驶，当它的加速度为,a,时，速度为,v,，测得发动机的实际功率为,P,1,，假设运动过程中所受阻力恒定，则它在平直公路上匀速行驶的最大速度是（）,D.,A.,v,B.,P,1,/,ma,C,C,6.某汽车发动机的额定功率为,P,=60000W，汽车的质量为,m,=5000kg，该车在水平路面上沿直线行驶时，阻力是车重的0.1倍，,g,取10 m/s,2,，若汽车从静止开始且保持以,a,=0.5 m/s,2,的加速度做匀加速运动，这一过程能维持多长时间？,16 s,7.（2010年金华十校联考）2010年4月份青海玉树发生7.1级大地震，破坏性巨大，山崩地裂，房屋倒塌，道路中断，给抗灾抢险工作带来很大难度，大型机械一旦进入现场，其作用非常巨大.一起重机由静止开始匀加速竖直提起质量为,m,的重物，当重物的速度为,v,1,时，起重机的功率达到最大值,P,，以后起重机保持该功率不变，继续提升重物，直到以最大速度匀速上升为止，重力加速度为,g,空气阻力不计.,（1）试对重物上升的整个过程进行运动性质分析.,（2）求钢绳的最大拉力为多大？,（3）求重物的最大速度为多大？,解析：（1）起重机达到最大功率之前，重物做匀加速直线运动，拉力,F,不变，达到最大功率,P,之后，由于速度继续增大，由,P,=,Fv,知，,F,逐渐减小，加速度减小，重物做加速度越来越小的加速直线运动.最后达到匀速直线运动时，重物的速度最大.,（2）重物做匀加速运动时，拉力,F,最大，,F,m,=,P,/,v,1,.,（3）重物做匀速上升时，速度达到最大值,v,m,，此时,F,=,mg,.故由,P,=,Fv,得，,v,m,=,P,/,F,=,P,/,mg,.,答案：（1）见解析（2）,P,/,v,1,（3）,P,/,mg,1,.列车在恒定功率的机车牵引下，从车站出发沿平直轨道行驶10 min，速度达到108 km/h的最大速度，那么这段时间内列车行驶的距离（）,A.等于18 km,B.等于9 km,C.一定小于9 km,D.一定大于9 km，小于18 km,D,解析：选,D.,如图所示列车以恒定功率做变加速运动，其位移为曲线下方的面积,.,若是匀加速运动则,x,1,=108/21/6 km=9 km,，若以,v,m,匀速运动，则,x,2,=1081/6 km=18 km,，所以，以恒定功率行驶的距离,x,1,x,x,2,，即,9 km,x,18 km,，故选,D.,3.（2010年浙江宁波联考）汽车在平直的公路上行驶，某一段时间内汽车的功率随时间的变化如图所示，设汽车运动过程中受到的阻力不变，则在这一段时间内汽车的运动情况可能,A.汽车做匀速直线运动,B.汽车做匀加速直线运动,C.汽车做加速度增加的加速直线运动,D.汽车做加速度减小的加速直线运动,答案：,AD,达标练习,1.一辆汽车质量为,110,3,kg,最大功率为,210,4,W,在水平路面上由静止开始做直线运动,最大速度为,v,2,运动中汽车所受阻力恒定,.,发动机的最大牵引力为,310,3,N,其行驶过程中牵引力,F,与车速的倒数 的关系如图,4,所示,.,试求,:,图,4,(1),根据图线,ABC,判断汽车做什么运动？,(2),v,2,的大小,.,(3),整个运动中的最大加速度,.,(4),当汽车的速度为,10 m/s,时发动机的功率为多大？,解析,(1),图线,AB,表示牵引力,F,不变,阻力,F,f,不变,汽,车做匀加速直线运动,图线,BC,的斜率表示汽车的功率,P,不变,汽车做加速度减小的加速运动,直至达到最大速度,v,2,此后汽车做匀速直线运动,.,(2),汽车速度为,v,2,时,牵引力为,F,=110,3,N,(3),汽车做匀加速直线运动时的加速度最大,(4),与,B,点对应的速度为,当汽车的速度为,10 m/s,时处于图线,BC,段,故此时的,功率为最大功率,P,m,=210,4,W,答案,(1),见解析,(2)20 m/s (3)2 m/s,2,(4)210,4,W,10,.一根质量为,M,的直木棒,悬挂在,O,点,有,一只质量为,m,的猴子抓着木棒,如图8所,示.剪断悬挂木棒的细绳,木棒开始下落,同时猴子开始沿木棒向上爬.设在一段时,间内木棒沿竖直方向下落,猴子对地的高度保持,不变,忽略空气阻力,则下列的四个图中能正确,反映在这段时间内猴子做功的功率随时间变化,的关系的是(),图,8,解析,猴子对地的高度不变,所以猴子受力平衡,.,设猴子的质量为,m,木棒对猴子的摩擦力为,F,则有,F,=,mg,.,设木棒重力为,Mg,则木棒受合外力为,F,+,Mg,=,mg,+,Mg,根据牛顿第二定律,Mg,+,mg,=,Ma,可见,a,是,恒量,t,时刻木棒速度,v,=,at,.,猴子做功的功率,P,=,mgv,=,mgat,P,与,t,为正比例关系,故,B,正确,.,答案,B,12,.如图9所示,质量为,M,的汽车通过质量不计的绳索拖,着质量为,m,的车厢(可视为质点)在水平地面上由静,止开始做直线运动.已知汽车和车厢与水平地面间,的动摩擦因数均为,汽车和车厢之间的绳索与水,平地面间的夹角为,汽车的额定功率为,P,重力加速,度为,g,不计空气阻力.为使汽车能尽快地加速到最,大速度又能使汽车和车厢始终保持相对静止,问:,图,9,(1),汽车所能达到的最大速度为多少,?,(2),汽车能达到的最大加速度为多少,?,(3),汽车以最大加速度行驶的时间为多少,?,解析,(1),当汽车达到最大速度时汽车的功率为,P,且牵引力与汽车和车厢所受摩擦力大小相等,即,F,=,F,f,由于在整个运动过程中汽车和车厢保持相对静,止,所以汽车和车厢所受的摩擦力为,F,f,=,(,m,+,M,),g,又,P,=,Fv,由上述三式可知汽车的最大速度为,:,(2),要保持汽车和车厢相对静止,就应使车厢在整,个运动过程中不脱离地面,.,考虑临界情况为车厢刚,好未脱离地面,此时车厢受到的力为车厢重力和绳,索对车厢的拉力,F,T,设此时车厢的最大加速度为,a,则有,:,水平方向,F,T,cos,=,ma,竖直方向,F,T,sin,=,mg,由上两式得,:,a,=,g,cot,(3),因为汽车作匀加速运动,所以,F,-,F,f,=(,M,+,m,),a,F,f,=,(,m,+,M,),g,(,用隔离法同样可得,),即,F,=(,+cot,)(,M,+,m,),g,因为汽车达到匀加速最大速度时汽车的功率恰好,达到额定功率,根据,P,=,Fv,a,由题意知,汽车一开始就做加速度最大的匀加速运,动,匀加速的最大速度为,v,a,=,at,所以最大加速度匀加速的时间为,:,答案,4,质量为,m,的汽车，其发动机的额定功率是,P,.,当它匀速沿,倾角,的盘山公路,(,实为斜面,),向山顶行驶时，受到的摩擦,阻力为车重的,k,倍那么，该汽车行驶的最大速度,v,m,应,是,(,),解析：,当,F,kmg,mg,sin,时，速度最大为,v,m,，又额定功率,P,Fv,m,，则有,v,m,C,项正确,答案：,C,