高中物理汽车启动的两种问题分析素材新人教版

汽车启动问题河北省临西县第二中学赵五田汽车的运行问题是高中物理在实际生活中应用的一个重点，也是同学们在学习中的一个难点。

其关键在于对汽车运行过程中的物理实质没弄明白，即不清楚它的物理过程，不知道它在每一个物理过程中的受力情况、运动情况和能量转化情况是怎样的？甚至忽视了汽车运行过程中与发动机的功率有关。

下面就此类问题归纳整理如下：一、功率是表示物体做功快慢的物理量。

功跟完成这些功所用时间之比成为功率，即P=W/t。

该式表示的是物体（或力）在t这段时间内的平均功率。

功率也可用公式P=Fvcosα计算，式中α是F与v方向间的夹角，v若是瞬时速度，则求得的为瞬时功率；若是平均速度，求得的为平均功率。

发动机的功率即牵引力的功率。

由于力与速度方向相同，P=Fv.如果发动机保持牵引力不变，则功率将随运行速率增大而增加。

但发动机的功率的增大是有一定限度的，发动机实际功率不能超过其额定功率。

当发动机达到额定功率并保持功率不变运行时，其牵引力与运行的速率成反比。

因此，汽车以恒定的加速度a做匀加速运动只能维持到速度增加到某一极值v1。

若汽车的质量为m,汽车运行中所受阻力为F2，则牵引力F1=F2+ma,可知v1=P/（F+ma.）.当汽车速度达到v1之后，车速仍可增大（因为牵引力大于阻力），但随着速度增大，牵引力将减小到与阻力大小相等，得v2=P额/F2。

显然车速达到最大速度之前，必然经历一段加速度逐渐减小的加速运动，直至加速度减为零。

尤其是汽车以恒定功率开始运动到达最大速度的过程，汽车始终做变加速运动。

匀变速运动的运动学公式不能应用此类问题。

例如汽车以恒定功率运动，在t秒内速度由v1增加到v2，其速度图线如图1中曲线所示，曲线的斜率逐渐变小，反映了汽车的加速度逐渐减小。

由于图线下的面积反映了位移，汽车在这段时间内的位移显然大于(v1+v2)t/2,即大于按匀变速直线运动公式所求得的位移。

需要注意的是，在上述讨论汽车的运动的公式中，F2代表汽车所受的阻力，即所有阻碍汽车运动的力，不要将它与摩擦阻力等同。

机车启动问题一、机车启动的两类问题分析：（1）机车以恒定功率启动时，由υF P =（P 为机车输出功率，F 为机车牵引力，υ为机车前进速度）机车速度不断增加则牵引力不断减小，当牵引力f F =时，速度不再增大达到最大值m ax υ，则f P /max =υ。

（2）机车以恒定加速度启动时，在匀加速阶段汽车牵引力F 恒定为f ma +，速度不断增加汽车输出功率υF P =随之增加，当额定P P =时，F 开始减小但仍大于f 因此机车速度继续增大，直至f F =时，汽车便达到最大速度m ax υ，则f P /max =υ。

二、练习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/s 2的加速度匀加速运动，则这一加速度能维持多长时间？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？3 质量为m =4×103 kg 的汽车发动机的额定功率P 0=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F f =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v m ；（3）汽车速度为2v m /3时的加速度a ′4 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/s 2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？动能定理随堂练习1.我国发射的第一颗人造地球卫星，质量为173 kg，轨道速度为7.2km/s,求它的动能是多少?2．一质为2kg的物体做自由落体运动，经过A点时的速度为10m/s，到达B点时的速度是20m/s，求:(1) 经过A、B两点时的动能分别是多少?(2) 从A到B动能变化了多少?(3) 从A到B的过程中重力做了多少功?(4) 从A到B的过程中重力做功与动能的变化关系如何？3.某同学从高为h 处以速度v0 水平投出一个质量为m 的铅球,求铅球落地时速度大小。

01专题1ꢀ机车启动的两种方式1．[华中师大一附中2018高一下期中]质量为m的汽车，启动后沿平直公路行驶，如果发动机的功率恒为P，且行驶中受到的阻力大小恒定，汽车能达到的最大速度为v.当汽车的瞬时速度为)解析当汽车匀速行驶时，有f＝F＝由牛顿第二定律得a＝2．[福建厦门双十中学2019高一下月考]质量为m的汽车在平直路面上启动，启动过程的v－t图像如图所示(OA段为直线)．从t时刻起汽车的功率保持不变，整个运动过程中汽车所受阻力恒为F，则(ꢀꢀ)C1f解析t～t时间内，汽车做变加速运动，平均速度不等于12根据牛顿第二定律知，汽车所受的合力F＝F－F＝ma＝m合f．汽车匀加速运动时有F－F＝ma，可得F＝F＋m，则汽车的故C正确f f．当速度最大时，牵引力等于阻力，则最大速度故D错误．3．(多选)质量为2×103kg、发动机的额定功率为80 kW的汽车在平直公路上行驶．若该汽车所受阻力大小恒为4×103N，则下列判断中正确的有(ꢀBDꢀ)A．汽车的最大速度是10 m/sB．汽车以2 m/s2的加速度匀加速启动，启动后第2 s末发动机的实际功率是32 kWC．汽车以2 m/s2的加速度匀加速启动，匀加速运动所能维持的时间为10 sD．若汽车保持额定功率启动，则当其速度为5 m/s时，加速度为6 m/s2解析当牵引力大小等于阻力时速度最大，根据P＝fv得，汽车的最大速度v＝m m，故A错误；根据牛顿第二定律得F－f＝ma，解得F＝f＋ma＝4 000 N＋2 000×2 N＝8 000 N，第2 s末的速度v＝at＝2×2 m/s＝4线运动的末速度v1＝，故W＝32m＝5 sN＝16 000 N，根据牛顿第二定律得汽车的加速度a′＝4．一赛车在平直赛道上以恒定功率200 kW加速，受到的阻力不变，加速度a和速度的倒数的关系如图所示，则赛车(ꢀꢀ)A．做匀加速直线运动B．质量为200 kgC．所受阻力大小为2 0牵引力大C小为2 000 N解析由题图可知，加速度变化，赛车不是做匀加速直线运动，故A错误；对赛车受力分析，受重力、支持力、牵引力和阻力，根据牛顿第二定律有F－f＝ma，其中F＝最大速度v＝100 m/s，由P＝fv可得f＝2 000 N，故C正确；图线的反向延长线与纵坐标的交点为a＝－4 m/s2，由故B错误；F′＝故D错误．5．[吉林扶余一中2018期中](多选)一汽车在平直路面上以一定功率(小于额定功率)匀速行驶，速度为v0，从t＝0时刻开始，将汽车发动机的输出功率调整为某个值并保持不变，设汽车行驶过程所受阻力恒定不变，则下列关于汽车从t＝0时刻开始的v－t图像中可能正确的是(ꢀꢀ)BC解析汽车匀速运动，牵引力等于阻力，此时P＝Fv＝fv，若在t＝0时刻将汽车发动机的输出功率调为某个恒定00值P1，且这个恒定值比P小，则根据P＝Fv可知瞬间牵引力减小，牵引力小于阻力，根据牛顿第二定律可知a1＝，故汽车做加速度减小的减速运动；若在t＝0时刻将汽车发动机的输出功率调为另一个恒定值P2，且这个恒定值比P大，则根据P＝Fv可知瞬间牵引力增大，根据牛顿第二定逐渐减小，则加速度减小，故汽车做加速度减小的加速运动．故B、C正确．6．[四川雅安中学2019高一下期中]汽车发动机的功率为60 kW，汽车的质量为4 t，当它行驶在坡度为α(sin α＝0.02)的长直公路上时，如图所示，它所受的摩擦阻力为车重的车所能达到的最大速度；(2)若汽车从静止开始以0.6 m/s2的加速度做匀加长时间？(3)当汽车以0.3 m/s2的加速度匀加速行驶的速度达到最大值时，汽车发动机做的功．(1)12.5 m/sꢀ(2)13.9 sꢀ(3)1×106 J解析(1)汽车在公路上匀速行驶，有F＝kmg＋mgsin α＝4 800 N，汽车所能达到的最大速度v m＝m/s.(2)汽车从静止开始，以a1＝0.6 m/s2的加速度匀加速行驶，由牛顿第二定律有F′－kmg－mgsin α＝ma1，解得F′＝ma＋kmg＋mgsin α＝7.2×103N，保持这一牵引力，汽车可达到匀加速行驶的最大速度v′，1m有v′m＝s≈13.9s.(3)汽车从静止开始，以a＝0.3 m/s2的加速度匀加速行驶，由牛顿第二定律有F″－kmg－mgsin α＝ma，解得F″＝ma＋222kmg＋m加速行驶的最大速度v″m2，有v″m＝m，汽车发动机做的功P′＝F″x＝1×106J.7．一辆汽车质量为1×103kg，最大功率为2×104W，在水平路面由静止开始做直线运动，最大速度为v，运动过程中汽车所受阻力恒定，发动机的最大牵引力为3×103N．其行驶过程中牵引力F与车速的倒数系如图所示．(1)根据图线ABC判断汽车做什么运动；(2)求v2的大小；(3)求整个运动过程中汽车的最大小．(1)AB段汽车做匀加速直线运动，BC段做加速度减小的加速运动，到达C点加速度为零，之后做匀速直线运动(2)20 m/sꢀ(3)2 m/s2解析(1)汽车从A到B牵引力F不变，阻力f不变，汽车做匀加速直线运动．图线BC的延长线过原点且斜率不变，则P 不变，则汽车做加速度减小的加速运动，到达C点达到最大速度v2，此后汽车做匀速直线运动．(2)汽车速度为v时，牵引力F＝1×103N，v＝212度最大，阻力f＝N＝1 000 N.根据牛顿第二定律得a＝m/s2＝2 m/s2.。