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1、第三节 功率（二） 机车（汽车）的起动问题 一、课题解读 请找出课题中的关健词： 机车 通过发动机工作，获得动力，驱动物体运 动的机械，如汽车，起重机，卷扬机等 起动 如今有替代发动机工作的机器，知道是什么 吗？它的优点在哪？ 从静止开始到以稳定的速度运行的运动阶段 机车？ 起动？ 能说出几种你知道的机车吗?他们有什 么共同点? 能说说驾驶员怎样起动汽车吗? 踩油门的意义是什么? 控制油门大小的作用是什么? 了解汽车运动过程中能量转换的经历 汽油的 化学能 气体的 内能 发动机转 动的动能 汽车运动 的动能 通过控制单位时间内燃烧的汽油量，实现控制释放化 学能的功率的目的 燃烧汽油，释放化学能
2、 每一次能量转化都需要 通过力做功才能实现！ 每种形式的能量转化为另一种形 式的能量都需要特定的力做功！ 长点 知识 二、体验汽车运动中的物理味 1、受力特点受牵引力作用 三、汽车起动过程的特点 知道牵引力的施力物体是谁吗？ 方向向哪里？ 如何产生的？ 由什么因素决定吗？ 2、功率特点 地面 始终与汽车的速度方向相同 汽车后轮转动时，产生了相对地面 的相对运动趋势 汽车的功率就是牵引力的功率， 牵引力的功率由油门的大小控制，有额定功率的限制 3、运动特点初速度为零，加速运动到稳定的速度 速度稳定是指速度不变的状态，此时a=0 F=P/V，由P和V共同决定 完完全全的被动力哟！ 形成了功率，力和
3、运动速度三者相互影响、相互 制约的关系，出现复杂而有特色的运动过程 P=F牵V 四、各物理量之间的关系 1、力和加速度的关系： 2、功率与力与速度的关系 F合=ma 在P、F、V三个量中，汽车起动过程中，只有V一 定是在变化的，因此汽车的起动过程比较简单的运动形 式就可以分为两种了，哪两种呢？ 五、汽车的第一种加速起动保持功率不变起动过程 先讨论简单的情形水平路面上行驶 分析运动过程 起点分析 ： 总条件P不变 V0=0F=P/V 非常大，一定大于阻力f 要先画出汽车的受力图哟！ 一定做加速运动，速度越来越大 跟踪分析 1、跟踪率先变化的量速度变大 牵引力变小加速度变小 结论1、起动后先做加速
4、度越来越小的加速运动 哪牵引力会怎样呢？ 2、跟踪越来越小的量 加速度越来越小加速度小到零时，速度不再变化 牵引力也不再变化 速度不再增大，维持加速度为零的运动 此时有特别的物理关系 ： a=0，F=f，V=Vm 结论2：加速为零后，汽车在功率不变的条件下将一直 做匀速直线运动 来个更直观的吧！ 画出汽车整个起动 过程的速度时间图 象 思考一下： 为什么要跟 踪变小的量 ？ 理解题意，形成解题思路 求什么？ 找出物理关系式 给了什么已知条件 两者不一致的量 再找物理关系式 a F-f=ma m P 额 Vm V F f P 额 Vm V F=P额/V f=P额/Vm 例题1：质量为2t的农用汽
5、车，发动机额定功率为30kW，汽 车在水平路面行驶时能达到的最大时速为54km/h。若汽车以 额定功率从静止开始加速，当其速度达到v=36km/h时的瞬时 加速度是多大？ 六、汽车的第二种加速起动保持牵引力不变起动过程 还是讨论简单的情形水平路面上行驶 分析运动过程 起点分析 ： 总条件F不变 V0=0P=FV P 非常小， 要先画出汽车的受力图哟！ 一定做匀加速运动，速度越来越大，功率也越来越大 跟踪分析 1、跟踪率先变化的量速度变大 功率变大 结论1、起动后先做加速度不变的加速运动 哪功率会怎样呢？ 2、跟踪越来越接近限制的量 功率越来越大功率达到额定功率时，功率不能再增大 此时牵引力还大
6、于阻 力，汽车还要加速 此后，由于功率只能保持额定功率不变，速度增大过程中，牵引力 必减小将重复功率不变的运动过程，即做速度增大，加速减小的运 动，直至加速度减为零后做匀速直线运动。 画出汽车整个起动过 程的速度时间图象 速度增大,功率又不能再增大,故牵引力必 须减小,加速度减小,匀加速运动过程结束 此时,有特别的关系：P=P额 F=f+ma V=P额/F=P额/（f+ma） 结论：恒力起动过程的运动分为三段不同的 运动过程，第一段匀加速运动，功率随速度 增大而增大，直至达到额定功率；第二段功 率不变，速度增大，加速度减小的运动，直 至加速度减小到零。第三段在额定功率下匀 速运动，此时的速度即
7、汽车能达到的最大速 度。 思考一下：为什么要跟踪接近限制的量？ 例2：额定功率为80kW的汽车，在水平长直公路上行 驶时最大速度可达20m/s,汽车质量为2103kg 。如果 汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度可达2m/s2 。设运动过程中阻力大小不变，试求： （1）汽车运动时所受阻力f； （2）汽车匀加速运动过程可持续的时间t； （3）汽车启动后，发电机在第三秒末的即时功率P3； （4）汽车在做匀加速直线运动过程中，发动机所做的 功W 理解题意，形成解题思路 求什么？ 找出物理 关系式 给了什么 已知条件 两者不一 致的量 再找物理 关系式 f f=P额/vm m P 额 Vm a 条件
8、够 了哟！ t t=V/a V m P 额 Vm V=P额/F F=f+ma P3W P3=FV3 F V3m t P 额 Vm a V3=at F=f+ma +f+t W=Fs F Sm t P 额 Vm a S=at2/2 F=f+ma 练习1.下列关于汽车运动的论述，不正确的是( ) A.汽车以额定功率启动后做变加速运动，速度、加速度均逐 渐增大 B.汽车以额定功率启动后做变加速运动，速度逐渐增大；加 速度逐渐减小，加速度为0时，速度最大 C.汽车匀速行驶时最大允许速度受发动机额定功率限制，要 提高最大允许速度，必须增大发动机的额定功率 D.汽车在水平路面上以额定功率P行驶，则当牵引力F
9、与阻力f 平衡时，汽车的最大速度vm=P/f A 练习2. 列车在恒定功率机车的牵引下，从车站 出发行驶5分钟，速度达到20m/s，那么在这 段时间内，列车行驶的路程（ ） A.一定小于3km B.一定等于3km C.一定大于3km D.不能确定 解：画出运动的v-t图象如图示， 20m/s 5min t v 0 若为匀变速运动，则图象如图 示， 位移为3km，故选C C 练习3按额定功率行驶的汽车，所受地面的阻力保 持不变，则（ ） A汽车加速行驶时，牵引力不变，速度增大 B汽车可以做匀加速运动 C汽车加速行驶时，加速度逐渐减小，速度逐渐 增大 D汽车达到最大速度时，所受合力为零 CD 练习
10、4.质量为m = 4000kg的卡车，额定输出功率为 P=60 kW。当它从静止出发沿坡路前进时，每行驶 100 m，升高5m，所受阻力大小为车重的0.1倍，取 g=10 m/s2 . 试求： (1)卡车能否保持牵引力为8000 N不变在坡路上行驶 ？ (2)卡车在坡路上行驶时能达到的最大速度为多大？这 时牵引力为多大？ (3)如果卡车用4000 N牵引力以12m/s的初速度上坡， 到达坡顶时，速度为4 m/s,那么卡车在这一段路程中 的最大功率为多少？平均功率是多少? 分析:汽车能否保持牵引力为8000 N上坡要考虑两点：第一，牵引力 是否大于阻力？第二，汽车若一直加速，其功率是否将超过额定
11、 功率，依P=Fv解。本题考查了汽车牵引力恒定时功率的计算。 不少同学在得到F f + mgsin后，立即做出结论：汽车可以保持 牵引力8000 N不变上坡；而没有考虑到汽车由于加速，速度不断 增大，其功率不断增大，如果坡路足够长，这种运动方式是不允 许的。 解：分析汽车上坡过程中受力情况如图所示：牵引力F,重力 mg4104N，fkmg4103 N，支持力N，依题意 sin5/100。 （1）汽车上坡时，若F8000N, 而fmgsin410341041/206103 N, 即F f +mgsin,汽车将加速上坡，速度不断增大， 其输出功率P=Fv也不断增大，长时间后，将 超出其额定输出功率，所以，汽车不能保持牵引力 为8000N不变上坡。 (2)汽车上坡时，速度越来越大，必须不断减小牵引力以保 证输出功率不超过额定输出功率，当牵引力 F= f + mgsin=6103 N时，汽车加速度为零，速度增大 到最大，设为vm，则PFv（fmgsin）vm； F= f + mgsin=6103 N （3）若牵引力F=4000N，汽车上坡时，速度不断减小， 所以最初的功率即为最大，P=Fv=400012=48103w整 个过程中平均功率为 =32103W
