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汽车起动问题
[例1]()汽车发动机额定功率为60 kW,汽车质量为5.0×103 kg,汽车在水平路面行驶时,受到的阻力大小是车重的0.1倍,试求:
(1)汽车保持额定功率从静止出发后能达到的最大速度是多少?
(2)若汽车从静止开始,以0.5 m/s2的加速度匀加速运动,则这一加速度能维持多长时间?
命题意图:考查对汽车起动的两类问题及过程的分析能力.B级要求.
错解分析:(1)对v、F、a、p间相互制约关系分析不透,挖掘不到临界条件和临界状态,(2)在第(2)问中认为功率刚达到最大(即额定功率)时,速度亦达到了最大.
可得汽车速度达到最大时,a=0,
=12 m/s
(2)要维持汽车加速度不变,就要维持其牵引力不变,汽车功率将随v增大而增大,当P达到额定功率P额后,不能再增加,即汽车就不可能再保持匀加速运动了.
所以,汽车达到最大速度之前已经历了两个过程:匀加速和变加速,匀加速过程能维持到汽车功率增加到P额的时刻,设匀加速能达到最大速度为v,则此时
[例2]()电动机通过一绳子吊起质量为8 kg的物体,绳的拉力不能超过120 N,电动机的功率不能超过1200 W,要将此物体由静止起用最快的方式吊高90 m(已知此物体在被吊高接近90 m时,已开始以最大速度匀速上升)所需时间为多少?
命题意图:考查对机械启动两类问题的理解及迁移应用的创新能力.B级要求.错解分析:对第二过程分析不透,加之思维定势,无法巧妙地借助动能定理求t2.
解题方法与技巧:
此题可以用机车起动类问题的思路,即将物体吊高分为两个过程处理:第一过程是以绳所能承受的最大拉力拉物体,使物体匀加速上升,第一个过程结束时,电动机刚达到最大功率.第二个过程是电动机一直以最大功率拉物体,拉力逐渐减小,当拉力等于重力时,物体开始匀速上升.
在匀加速运动过程中加速度为
a= m/s2=5 m/s2
末速度vt==10 m/s
上升的时间t1=s=2 s
上升高度为h==5 m
在功率恒定的过程中,最后匀速运动的速率为
vm==15 m/s
外力对物体做的总功W=Pmt2-mgh2,动能变化量为
ΔEk=mv2m-mvt2
由动能定理得Pmt2-mgh2=mvm2-mvt2
代入数据后解得t2=5.75 s,所以t=t1+t2=7.75 s所需时间至少为7.75 s.
1.()飞机在飞行时受到的空气阻力与速率的平方成正比,若飞机以速率v匀速飞行时,发动机的功率为P,则当飞机以速率n v匀速飞行时,发动机的功率为
A.np B.2np C.n2p D.n3p
2.()质量为5.00×105 kg的机车,以恒定的加速度从静止出发,经5 min行驶2.25 km,速度达到最大值54 km/h,则机车的功率为_____W.
3.()(2002年上海春考)铁路提速,要解决许多技术问题.通常,列车阻力与速度平方成正比,即f=kv2.列车要跑得快,必须用大功率机车来牵引.试计算列车分别以 120 km/h和40 km/h的速度匀速行驶时,机车功率大小的比值.(提示:物理中重要公式有F=ma,W=Fs′,P=Fv,s=v0t+at2)
4.()额定功率为80 kW的汽车,在平直的公路上行驶的最大速度为20 m/s.已知汽车的质量为2×103 kg,若汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度的大小为2 m/s2.假定汽车在整个运动过程中阻力不变.求:
(1)汽车受到的阻力Ff;
(2)汽车在3 s末的瞬时功率;
5.()质量为m=4×103 kg的汽车发动机的额定功率P0=40×103 W,汽车从静止开始,以a=0.5 m/s2的加速度做匀加速直线运动,所受阻力恒为Ff=2×103 N,求:
(1)汽车匀加速运动所用的时间t;
(2)汽车可达的最大速度vm;
(3)汽车速度为2vm/3时的加速度a′
6.()
汽车质量为5 t,其发动机额定功率为37.5 kW,汽车在水平道路上从静止开始起动,开始一段时间内,以加速度1.0 m/s2做匀加速运动,最后匀速运动的速度为15 m/s.求:
(1)汽车做匀加速运动的时间.
(2)汽车匀速运动后关闭发动机,还能滑多远?
参考答案
[难点展台]
1.C
2.20
1.D
2.3.75×105
3.27∶1
4.(1)Ff==4×103 N
(2)v3=at=6 m/s,F-Ff=ma,P3=Fv3=4.8×104 W
5.(1)20 s;(2)20 m/s;(3)0.25 m/s2
6.(1)t=5 s;(2)s=225 m
[例2]()电动机通过一绳子吊起质量为8 kg的物体,绳的拉力不能超过120 N,电动机的功率不能超过1200 W,要将此物体由静止起用
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