2020高中物理機(jī)械能和能源微型專題4功率的計算機(jī)車的兩種啟動方式學(xué)案教科版必修2

1、精品微型專題4功率的計算機(jī)車的兩種啟動方式學(xué)習(xí)目標(biāo)1.進(jìn)一步掌握瞬時功率和平均功率的計算方法.2.能利用功率公式P= Fv和牛頓第二定律分析機(jī)車啟動時加速度的變化和速度的變化.3.會計算機(jī)車運(yùn)行的最大速度和勻加速運(yùn)動的時間.啟迪要埠探究至點重點探究、功率的計算11 （多選）質(zhì)量為m的物體靜止在光滑水平面上，從t = 0時刻開始受到水平力的作用.水平力 F與時間t的關(guān)系如圖1所示，力的方向保持不變，則A.3t 0時刻，物體的速度為15F0t0m21圖18F02t 0B.3t。時刻水平力F的瞬時功率為 C.在t = 0到3t 0這段時間內(nèi)，水平力F的平均功率為D.在t = 0到3t 0這段時間內(nèi)，

2、水平力 F的平均功率為8F02t 03m2.25F0106m2F0t 022F0t0.，,2t。時刻的速度 V1 = 31 - 2t 0=； 2t 0m答案 BCF0一 1,2解析02t0時間內(nèi)，物體加速度31 = 一，位移X1 = ,a1（2t。）=m2 2F01 o3t 0時間內(nèi)，物體的加速度32= m，位移X2= V1t 0十萬22t 03Fot 0,3t 0時刻的速度V2= V1 + a2t 0=4Foto,所以3to一 .、8F02t0時刻的瞬時功率P= 2F0V2=一彳3t 0定值各量間的關(guān)系應(yīng)用精品P-TEF與V成反比汽車上坡時，要增大牽引力，應(yīng)換低速擋減小速度V-MF與P成正比

3、汽車上坡時，要使速度小笠，應(yīng)加大油口，增大輸出功率，獲得較大牽引力F-TEV與P成正比汽車在平直高速路上，加大油門增大輸出功率，可以提高速度.兩種啟動方式的過程分析以恒定功率啟動以恒定牽引力啟動P-1圖和Vt圖p149J (t七次OA過程分析P/、變F-f ,v T ? F- v J ? a- m Ja=小變？ F小變？ P= mFvT直至U P額=Fvi運(yùn)動性質(zhì)加速度減小的加速直線運(yùn)動勻加速直線運(yùn)動，維持時間 t0Vi- aAB段過程分析PF=f?a=0? f=vm小 cf cF-f ,v T ? F J ? aJvm運(yùn)動性質(zhì)以Vm做勻速直線運(yùn)動加速度減小的加速運(yùn)動BC段Ph F f ? a

4、 0? f ，以 Vm做勻Vm速直線運(yùn)動.機(jī)車啟動問題中幾個物理量的求法.,一 P P(1)機(jī)車的最大速度 Vm的求法，機(jī)車達(dá)到勻速前進(jìn)時速度最大，此時牽引力F等于阻力f ,故Vm= F = f.(2)勻加速啟動持續(xù)時間的求法，牽引力F= m什f,勻加速的最后速度 Vm =額時間t=V. TOC o 1-5 h z m升fa 瞬時加速度的求法，據(jù)F=P求出牽引力，則加速度a=.vm場2】汽車發(fā)動機(jī)的額定功率為60 kW汽車的質(zhì)量為5 t ,汽車在水平路面上行駛時，阻力是車重的0.1倍,g 取 10 m/s 2.(1)汽車保持額定功率不變從靜止啟動后：汽車所能達(dá)到的最大速度是多大？ 當(dāng)汽車的速度

5、為 6 m/s時加速度為多大?精品(2)若汽車從靜止開始，保持以 0.5 m/s 2的加速度做勻加速直線運(yùn)動，這一過程能維持多長時間?答案 (1) 12 m/s 1 m/s 2 (2)16 s解析 汽車運(yùn)動中所受的阻力f =0.1 mg= 0.1 X5X103X10 N=5X103 N(1)汽車保持額定功率啟動時，做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，當(dāng)加速度減小到零時，速度達(dá)到最大.此時汽車的牽引力 E = f= 5X103 NP 6X10則汽車的最大速度Vm=廣、一八3 m/s = 12 m/sF1 5X10當(dāng)汽車的速度為6 m/s時牽引力P 6X10N = 1X104 N由牛頓第二定律得 F2 f

6、 = maa=F2 fm1X104-5X1032539-m/s = 1 m/s(2)當(dāng)汽車以恒定加速度0.5 m/s 2勻加速運(yùn)動時，設(shè)汽車的牽引力為F3,由牛頓第二定律得 F3 f = ma即 F3 = f+ ma =5X103 N + 5X103X0.5 N =7.5 x 10 3 N汽車勻加速運(yùn)動時，其功率逐漸增大，當(dāng)功率增大到等于額定功率時，勻加速運(yùn)動結(jié)束，此時汽車的速度P6X104V1=F3=7TV m/s=8 m/sV18則汽車勻加速運(yùn)動的時間t=a-=0y s = 16 s.【考點】機(jī)車啟動問題的分析【題點】機(jī)車水平啟動問題方法總結(jié) 分析機(jī)車啟動問題，要注意幾個關(guān)系(以水平路面行

7、駛為例)：(1)抓住兩個核心方程：牛頓第二定律方程Ff = mM系著力和加速度，P=Fv聯(lián)系著力和速度.一般解題流程為：已知加速度a Jfa牽引力F P= Fv速度v.(2)注意兩個約束條件：若功率 P一定，則牽引力 F隨速度v的變化而變化，若加速度 a(即牽引力F)一定，則 功率P隨速度v的變化而變化.針對訓(xùn)練 一輛汽車在水平路面上由靜止啟動，在前 5 s內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動，5s末汽車達(dá)到額定功率，之后保持額定功率運(yùn)動，其 vt圖像如圖2所示.已知汽車的質(zhì)量為m= 2X103 kg ,汽車受到地面的阻力為車一,1.2重的；X倍，g取10 m/s ,則()精品A.汽車在前 5 s內(nèi)的阻力為 2

8、00 NB.汽車在前5 s內(nèi)的牽引力為6X103 NC.汽車的額定功率為 40 kWD.汽車的最大速度為 20 m/s答案 B，一，一，1，解析 汽車受到地面的阻力為車重的 而倍，則阻力,1f 101 一 一 3mg= X2X10 X10 N= 2 000 N , A錯誤；由題圖知前5 s的加速度a=2 m/s2,由牛頓第二定律知前5 s內(nèi)的牽引力 F=f+ma彳導(dǎo)F= （2 000+2X 103X2） N= 6X103 N,選項B正確；5 s末汽車達(dá)到額定功率P額=Fv5=6X 103x 10 W=6X104 W=60 kW,最大速度 vmax% 6X104f = 2 000 m/s =30

9、 m/s ,選項 C D 錯慶.【考點】機(jī)車啟動問題的分析【題點】機(jī)車水平啟動問題達(dá)標(biāo)檢測.（以恒定功率啟動）質(zhì)量為2 t的汽車，發(fā)動機(jī)的額定功率為30 kW在水平公路上能以 54 km/h的最大速度行駛，如果汽車保持額定功率不變從靜止啟動后，汽車速度為36 km/h時，汽車的加速度為（）20.5 m/s21 m/s21.5 m/s2 m/s 2答案 A解析 當(dāng)牽引力和阻力相等時，汽車的速度最大，最大速度為Vm= 54 km/h = 15 m/s ,由 P= Fvm= fv m可得，阻力 f = P= 30 000 n = 2 000 n vm 15速度為v= 36 km/h = 10 m/s

10、時汽車的牽引力為:PF = 3 000 N v由牛頓第二定律可得 F- f = ma所以a=F- f 3 000 2 0002 000m/s 2= 0.5 m/s ；故選 A.精品【考點】機(jī)車啟動問題的分析【題點】機(jī)車水平啟動問題2.（功率的計算）（多選）質(zhì)量為m的物體放在水平面上，它與水平面間的動摩擦因數(shù)為,重力加速度為g.用水平力拉物體，運(yùn)動一段時間后撤去此力,最終物體停止運(yùn)動.物體運(yùn)動的v-t圖像如圖3所示.下列說法正確的是（）A.B.物體在3t0時間內(nèi)位移大小為votC.03t 0時間內(nèi)水平拉力做的功為 mvD.答案圖303t 0時間內(nèi)物體克服摩擦力做功的平均功率為1/mgvBD解析速

11、度-時間圖像的斜率表示加速度，則勻加速運(yùn)動的加速度大小v0一、a1,勻減速運(yùn)動的加速度大小a2=t 02t 0,根據(jù)牛頓第二定律得：f = ma=mv2to,則 F f = ma,解得：F=3mv2to,故A錯誤；根據(jù)圖像與坐標(biāo)軸圍成的.一 一，,一 .，,13，, .1面積表本位移求出物體在 3t0時間內(nèi)位移大小為 x=祥0 310= vot 0,故B正確；0to時間內(nèi)的位移 x = 2v0t 0,則03t0時間內(nèi)水平拉力做的功W= Fx3mv 1320=4mv,故C錯誤；。3t0時間內(nèi)物體克服摩擦力做功33一.W fx =（1 mg- vot 0= vot 0（1 mg則在03t0時間內(nèi)物

12、體克服摩擦力做功的平均功率為vt 0 Lt mgW 2P = 7 =;= 一t3t02mgv,故D正確.【考點】功率的計算【題點】平均功率的計算3.（汽車啟動中的圖像問題）（多選）一輛轎車在平直公路上行駛，啟動階段轎車牽引力保持不變，達(dá)到額定功率后以額定功率繼續(xù)行駛，經(jīng)過時間t。，其速度由零增大到最大值 v0.若轎車所受的阻力f為恒力，關(guān)于轎車的速度v、牽引力F、功率P隨時間t變化的情況，下列選項正確的是 （）精品答案 BCDB解析 轎車以恒定的牽引力 F啟動，由a=一彳得，轎車先做勻加速運(yùn)動，由P= Fv知，轎車的輸出功率均勻增加，當(dāng)功率達(dá)到額定功率時，牽引力逐漸減小，加速度逐漸減小，轎車做

13、加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，當(dāng)=f時，速度達(dá)到最大，之后轎車做勻速運(yùn)動,B、C、D正確，A錯誤.【考點】機(jī)車啟動問題的分析【題點】機(jī)車啟動圖像問題t2時刻，汽車又恢復(fù)了勻速4.（汽車啟動中的圖像問題）（多選）汽車在平直公路上以速度V0勻速行駛，發(fā)動機(jī)功率為P,牽引力為 F0, ti時刻，司機(jī)減小了油門，使汽車的功率立即減小一半，并保持該功率繼續(xù)行駛，到直線運(yùn)動（設(shè)整個過程中汽車所受的阻力不變）.在下列選項中能正確反映汽車牽引力F、汽車速度v在這個過程中隨時間t的變化規(guī)律的是（）答案 ADPP 一斛析 開始時汽車做勻速運(yùn)動， 則Fo= f.由P= Fv可判斷，P= F0V0, vo=f,當(dāng)汽車功率

14、減小一半， 即P =2時, P， F0 P，P f-Fi其牽引力為F=-3.0X105 N ,所以A錯誤；由kvm=f = F得:k=3.0二10 Nl- s/m=1.0 X10 4 Nl - s/m, B30vm 1正確；f = k , 5 = 2f =1.5X10 Nl,此時發(fā)動機(jī)輸出功率P = Fv=1.5 X105X15 W= 2 250 kVV C、22”D錯誤.功率的計算瞬時功率的計算考點二機(jī)車啟動問題4.質(zhì)量為m的汽車，其發(fā)動機(jī)額定功率為 P.當(dāng)它在傾角為e的斜坡上向上行駛時，受到的阻力為車重力的倍，則車在此斜坡上的最大速度為 （）PA.- mgin eFCos 0C.mgPco

15、s 0 B.- mgk+sin 0Pmgk+sin 0答案 D解析 當(dāng)汽車做勻速運(yùn)動時速度最大，此時汽車的牽引力F= mgsin 8 + kmg 由此可得 vm=mgk+sin 0 故選項D正確.【考點】機(jī)車啟動問題的分析【題點】機(jī)車斜面啟動問題5.列車提速的一個關(guān)鍵技術(shù)問題是提高列車發(fā)動機(jī)的功率.已知勻速運(yùn)動時，列車所受阻力與速度的平方成正比，即f = kv2.設(shè)提速前速度為 80 km/h ,提速后速度為120 km/h ,則提速前與提速后列車發(fā)動機(jī)的功率之精品比為（）A.2 B.348169 C. 27 D. 81答案 C解析 當(dāng)列車的速度為80 km/h時，由于列車是勻速運(yùn)動，牽引力和

16、阻力相等，即F= f = kv2,由P= Fv可得,此時功率Pi=kv/，同理，當(dāng)列車的速度為120 km/h時，由P= Fv可得，此時的功率 P2= kv；,所以提速前與 TOC o 1-5 h z 3一 R vivi Q 8提速后列車發(fā)動機(jī)的功率之比為 = -3= - 3=,所以選項C正確.P2 V2v227【考點】機(jī)車啟動問題的分析【題點】機(jī)車水平啟動問題6.（多選）如圖2所示為汽車在水平路面上啟動過程中的速度一時間圖像，Oa為過原點的傾斜直線，ab段表示以額定功率行駛時的加速階段，bc段是與ab段相切的水平直線，則下述說法正確的是（）圖2011時間內(nèi)汽車做勻加速運(yùn)動且功率恒定tlt 2

17、時間內(nèi)汽車牽引力逐漸減小1tlt2時間內(nèi)平均速度為 2（vdv2）D.在全過程中t1時刻的牽引力及其功率都是最大值，t2t3時間內(nèi)牽引力最小答案 BD解析 由題圖可知，0t1時間內(nèi)汽車做勻加速直線運(yùn)動，牽引力恒定，由 P= Fv可知，汽車的功率均勻增大，A錯誤；t112時間內(nèi)汽車以額定功率行駛，速度逐漸增大，牽引力逐漸減小，B正確；因t1t2時間內(nèi)，ab ，1，一圖線與t軸所圍面積大于 ab直線與t軸所圍面積，故該過程中的平均速度大于2（w+v2）, C錯誤；0t1時間內(nèi)，牽引力恒定，功率均勻增大，t1時刻以后牽引力逐漸減小，到t2時刻牽引力等于阻力，達(dá)到最小，而 t1時刻達(dá)到額定功率后，功率

18、保持不變，D正確.【考點】機(jī)車啟動問題的分析【題點】機(jī)車啟動圖像問題.一汽車在平直公路上行駛.從某時刻開始計時，發(fā)動機(jī)的功率P隨時間t的變化如圖3所示.假定汽車所受阻力的大小f恒定不變.下列描述該汽車的速度v隨時間t變化的圖線中，可能正確的是（）精品答案 AP 解析 在vt圖像中，圖線的斜率代表汽車運(yùn)動時的加速度，由牛頓第二定律可得，在0ti時間內(nèi)，-f=ma當(dāng)速度V不變時，加速度a為零，在vt圖像中為一條水平線；當(dāng)速度 v變大時，加速度a變小, 在vt圖像中為一條斜率逐漸減小的曲線，選項 B、D錯誤.同理，在1112時間內(nèi)，與一f = ma圖像變化情 況與0ti時間內(nèi)情況相似，由于汽車在運(yùn)動

19、過程中速度不會發(fā)生突變，故選項C錯誤，A正確.【考點】機(jī)車啟動問題的分析【題點】機(jī)車啟動圖像問題二、非選擇題.(機(jī)車啟動問題)汽車發(fā)動機(jī)的額定功率 P= 60 kW,若其總質(zhì)量為 m= 5 t ,在水平路面上行駛時，所受阻力 恒為f = 5.0 X 103 N ,若汽車啟動時保持額定功率不變，則：(1)求汽車所能達(dá)到的最大速度vmax.2(2)當(dāng)汽車加速度為 2 m/s時，速度是多大？(3)當(dāng)汽車速度是6 m/s時，加速度是多大？2答案 (1)12 m/s (2)4 m/s (3)1 m/s解析 汽車在運(yùn)動中所受的阻力大小為：f =5.0X103 N.(1)汽車保持恒定功率啟動時，做加速度逐漸

20、減小的加速運(yùn)動，當(dāng)加速度減小到零時，速度達(dá)到最大.所以，此時汽車的牽引力為F1 = f = 5.0 X103 N,則汽車的最大速度為精品P 6X104Vmax=百=5.0 X 103 m/s = 12 m/s.(2)當(dāng)汽車的加速度為 2 m/s 2時，設(shè)牽引力為F2,由牛頓第二定律得：E f = maF2=f + ma=5.0 X103 N+5.0 X10 3X2 N = 1.5 X104 N,汽車的速度為PV= f F2_ 4m/s = 4 m/s.6X 1041.5 X 10 (3)當(dāng)汽車的速度為 6 m/s時，牽引力為F3= P- = 6魯N = 1X104 N.由牛頓第二定律得v 6F3 f = ma ,汽車的加速度為a=F3-fm1X104 5.0 X10335X10m/s