高考物理直擊機(jī)車啟動問題

1、精品文檔！值得擁有!精品文檔！值得擁有!珍貴文檔！值得收藏!珍貴文檔！值得收藏!- 精品文檔！值得擁有！- 精品文檔！值得擁有！- 珍貴文檔！值得收藏！-2012高考物理直擊機(jī)車啟動問題機(jī)車在牽引力作用下的啟動問題，涉及功和功率、 動能定理、牛頓運動定律、運動學(xué)規(guī)律、物理圖像等知識，綜合程度較高 |一、機(jī)車的兩種啟動問題當(dāng)機(jī)車從靜止開始沿水平面加速運動時，有兩種不同的加速過程，但分析時采用的基本 TOC o 1-5 h z 公式都是P=Fv和F-f=ma.為使問題簡化，假定機(jī)車所受阻力大小恒定|.恒定功率的加速問題由公式P=Fv和F-f=ma知，由于P恒定，隨著v的增大，F(xiàn)必將減小，a也必將減

2、小，_ P _ P機(jī)車做加速度不斷減小的加速運動， 直到F=f,a=0,這時v達(dá)到取大值” 可見恒定功率的加速運動一定不是勻加速運動 .這種加速過程發(fā)動機(jī)做的功只能用 W=Pt計算，不能用W=Fs計算（因為F為變力）.f T.恒定牽引力的加速問題由公式P=Fv和F-f=ma知，由于F恒定，所以a恒定，機(jī)車做勻加速運動，而隨著 v的增大，功率也將不斷增大，直到功率達(dá)到額定功率P,功率不能再增大了 .這時勻加速運P P% =了干二八動結(jié)束，其最大速度 為,，此后機(jī)車要想繼續(xù)加速就只能做恒定功率的變加速運動了 .可見當(dāng)機(jī)車做恒定牽引力的加速運動時功率一定不恒定.這種加速過程發(fā)動機(jī)做的功只能用 W=F

3、 s計算，不能用 W=P t計算（因為P為變功率）|以上機(jī)車的兩種啟動過程可用如圖所示的v-t圖像來概括說明.0ti時間內(nèi)，機(jī)車從靜止開始勻加速運動，牽引力F恒定，機(jī)車的輸出功率P=Fv不斷變大，ti時刻達(dá)到額定功率（勻加速階段結(jié)束）；t1t2時間內(nèi)，機(jī)車以恒定功率繼續(xù)加速，牽引力和加速度不斷減小（加速度減小的加速運動），對應(yīng)圖像中曲線部分；t2時刻加速度減為零，F(xiàn)=f,機(jī)車勻速前進(jìn)（對P，小士八士、 =T應(yīng)圖像中水平直線部分），此時達(dá)到最大速度 了典例1 （2011 天津卷）一新型賽車在水平專用測試道上進(jìn)行測試，該車總質(zhì)量為m=1X103網(wǎng)，由靜止開始沿水平測試道運動，用傳感設(shè)備記錄其運動的

4、v-t圖像如圖所示.i= 0.2.在5該車運動中受到的摩擦阻力（含空氣阻力）恒定，且摩擦阻力跟車的重力的比值為 賽車在05 s的v-t圖像為直線，i= 0.2.在520 s之間，賽車的v-t圖像先是一段曲線，后為直線.取g=10 m/s2,試求:（1）該車的額定功率；（2）該車的最大速度 v m.【分析】（1） 05s賽車做勻加速運動，其加速 度:華與,二4 n/s&5由題意得興二/，則摩擦阻力/二2 xlO3 N由牛頓第二定律：F-f=ma,得牽引力F=6X103 N所以發(fā)動機(jī)牽引力的額定功率P=Fv 1=1.2 X105 W(2)由 P=fV m,解得：V m=60 俅；,點評 弄清楚V-

5、t圖像中各段圖線所表示的運動過程，然后畫出運動草圖，合理運用牛頓運動定律和運動學(xué)公式是解決此類問題的基本思路和方法|一拓展訓(xùn)練1 一輛電動汽車的質(zhì)量為1X103 kg,額定功率為2X104 W,在水平路面上由靜止開始做直線運動，最大速度為V2,運動中汽車所受阻力恒定 .發(fā)動機(jī)的最大牽引力為3X103 N,其行駛過程中牽引力F與車速的倒 數(shù)1/v的關(guān)系如圖所示|試求：(1) V2的大??；(2)整個運動中的最大加速度；(3)當(dāng)汽車的速度為10 m/s時，發(fā)動機(jī)的功率.kFf x Itf N丁 .0 11二、機(jī)車啟動問題中的位移分析方法在機(jī)車啟動過程中，計算機(jī)車的位移是一個難點.由于機(jī)車一般會經(jīng)歷多

6、個運動過程，在勻變速運動過程中可以利用運動學(xué)公式直接求解，但在變加速運動階段，只能借助動能定理來計算.在機(jī)車啟動問題中， 要注意區(qū)別 兩個速度”，即勻加速階段的最大速度 (圖像中的V1)和最終勻速運動的速度 (圖像中的V m).求勻加速階段的位移可運用勻變速直線運動的 1 ?% 陽二叫二丁八位移公式J計算變加速運動階段的位移則不能用上述公式，但由于該丁丁階段功率P不變，故可以用動能定理P(t2-t1)-僅2=計算如在調(diào)研1中，計算賽車出發(fā)后前 20 s內(nèi)的位移，分析如下：r Ii 前5名內(nèi)賽車勻加速運動，位移盯二一匕二50 m; 在5 20 S內(nèi)（即=15 S）,發(fā)動機(jī)已經(jīng)達(dá)到額定牽引功率，且

7、在20 S時車的損度為最大速度x由動能定理得% -危二g* 一4扁代入數(shù)據(jù)解得x2=100 m總位移 x=xi+x2= 150 m.典例2（2011 浙江卷）節(jié)能混合動力車是一種可以利用汽油及所儲存電能作為動力來源的汽車.有一質(zhì)量m=1 000 kg 的混合動力轎車，在平直公路上以速度v1=90 km/h勻速行駛，發(fā)動機(jī)的輸出功率為P=50 kW .當(dāng)駕駛員看到前方有 80 km/h的限速標(biāo)志時，保持發(fā)動機(jī)功率不變，立即啟動利用電磁阻尼帶動的發(fā)電機(jī)工作給電池充電，使轎車做減速運動，運動L=72 m后，速度變?yōu)関2=72km/h.此過程中發(fā)動機(jī)功率的 1/5用于轎車的牽引，4/5用于供給發(fā)電機(jī)工

8、作，發(fā)動機(jī)輸送給發(fā)電機(jī)的能量最后有50%轉(zhuǎn)化為電池的電能.假設(shè)轎車在上述運動過程中所受阻力保持不變.求：（1）轎車以90 km/h 在平直公路上勻速行駛時，所受阻力f的大小；（2）轎車從90 km/h 減速到72 km/h過程中，獲得的電能 E電；（3）轎車僅用其在上述減速過程中獲得的電能E電維持72 km/h勻速運動的距離 L.【分析】（1）轎車牽引力與輸出功率的關(guān)系P=Fv1pf = - 2 x IO3 N將 P=50 kW, v1=90 km/h=25 m/s 代入得 叫當(dāng)轎車勻速行駛時，牽引力與阻力大小相等，有f=2X103N ,二|（2）在減速過程中，發(fā)動機(jī)只有P/5用于轎車的牽引，

9、根據(jù)動能定理有一fL -我人數(shù)鋸得Pj=L 575 x I。 j(3)根據(jù)題設(shè)，轎電池獲得的電能為=Q 5用二& 3 x X(3)根據(jù)題設(shè)，轎車在平直公路上勻速行駛時受到的阻力仍為f=2X103 N.此過程中，由能量轉(zhuǎn)化及守恒定律可知，僅有電能用于克服阻力做功E電=化，代入數(shù)據(jù)得”31.5 m .點評 本題是對機(jī)車啟動問題的創(chuàng)新性考查，解決問題的依據(jù)和方法是考生所熟悉的，但題目情境比較新穎.首先是材料新，以節(jié)能混合動力車為題材；其次是考查角度新，沒有直接考查機(jī)車啟動問題的三個運動過程，而是從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度考查考生獲取信息的能力.審題過程中弄清楚發(fā)動機(jī)輸出功率的分配是解題的關(guān)鍵 J拓展訓(xùn)練

10、2某興趣小組對一輛自制遙控小車的性能進(jìn)行研究，他們讓這輛小車在水平的直軌道上由靜止開始運動，并將小車運動的全過程記錄下來，通過處理轉(zhuǎn)化為v-t圖像，如圖所示(除270s時間段內(nèi)的圖像為曲線外，其余時間段圖像均為直線).已知小車運動的過程中，274s時間段內(nèi)小車的功率保持不變， 在14s末停止遙控而讓小車自由滑行. 小車的質(zhì)量為1 kg ,可認(rèn)為在整個過程中小車所受到的阻力大小不變.求：(1)小車所受到的阻力大小及 02 s時間內(nèi)電動機(jī)提供的牽引力大小.(2)小車勻速行駛階段的功率.(3)小車在070s運動過程中位移的大小.ZZK0 2 4 610 12 14 16 IS /*變式拓展答案與解析

11、1.由F-1/v圖線可知，當(dāng)速度較小（1/v較大）時，圖線 AB對應(yīng)的牽引力F恒定，說明汽車由靜止開始勻加速運動；圖線 BC的F與1/v成正比，斜率表示汽車的功率 P,因最大速度為v2,說明汽車達(dá)到額定功率后，做功率一定的牽引力逐漸減小的變加速運動，直至達(dá)到最大速度v2,此后做勻速直線運動.(1)由圖像知(1)由圖像知，汽車速度為叱時，牽引力為g =1 xlO3叱嗎2x1R - 1 xlO320 m/ s.汽車微勾加速直線運動時的加速度最尢此時阻力/=? =噌N1 000 N,加速度口工ro V_(3 -1) xl/1 000 N,加速度口工ro V_(3 -1) xl/1 X10am/s2 = 2 rn/J.(3)由圖像知,與B點對應(yīng)的速度為%=Pn 2 xltf&-3x1 行m/s = 6. 67 m/s T當(dāng)汽車的強(qiáng)度為10m/S時處于圖線EC段,故此時的功率為九=2x14W.2. (1)由圖像可得，在4-18 內(nèi)：小車受到的阻力大小: =0-75 N在 Of2 s 內(nèi):勺=而= 0. 5 m/s2由尸-乙二m叼，得電動機(jī)提供的牽引力大小F二m%