2019高考物理系列模型之過程模型 專題11 動(dòng)力機(jī)械起動(dòng)模型學(xué)案
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1、 專題11 動(dòng)力機(jī)械的起動(dòng)模型 模型界定 動(dòng)力機(jī)械在工作時(shí)需受到額定功率的制約,常見的起動(dòng)過程有兩種模式,本模型中對(duì)兩種起動(dòng)模式中的規(guī)律加以歸納并對(duì)比. 模型破解 1.以恒定功率起動(dòng) (i)動(dòng)力機(jī)械以恒定功率啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程: 從靜止開始,以恒定功率做加速度減小(a↓)的變加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)加速度減小到零時(shí),做勻速運(yùn)動(dòng),各量的變化情況如下: v↑F=↓a=↓當(dāng)F=Ff時(shí)a=0, 此時(shí)速度v達(dá)最大速度vm,此后動(dòng)力機(jī)械保持vm做勻速直線運(yùn)動(dòng).所以當(dāng)動(dòng)力機(jī)械(或其牽引的物體)達(dá)到最大速度時(shí) a=0,F(xiàn)=Ff,Pe=Fvm=Ffvm. (ii)起動(dòng)過程中各量隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖1:
2、
(iii)常用的方程
①動(dòng)力學(xué)方程
②瞬時(shí)功率方程
③動(dòng)能定理方程
④最大速度方程
例1.質(zhì)量為m的汽車以恒定的功率P在平直的公路上行駛,汽車勻速行駛時(shí)的速率為v1,則當(dāng)汽車的速率為v2(v2 3、2)),應(yīng)選C.
例2.節(jié)能混合動(dòng)力車是一種可以利用汽油及所儲(chǔ)存電能作為動(dòng)力來(lái)源的汽車。有一質(zhì)量kg的混合動(dòng)力轎車,在平直公路上以km/h勻速行駛,發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率為kW。當(dāng)駕駛員看到前方有80km/h的限速標(biāo)志時(shí),保持發(fā)動(dòng)機(jī)功率不變,立即啟動(dòng)利用電磁阻尼帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)工作給電池充電,使轎車做減速運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)m后,速度變?yōu)?。此過程中發(fā)動(dòng)機(jī)功率的 用于轎車的牽引, 用于供給發(fā)電機(jī)工作,發(fā)動(dòng)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(yùn)動(dòng)過程中所受阻力保持不變。求
(1)轎車以在平直公路上勻速行駛,所受阻力的大小
(2)轎車以減速到過程中,獲得的電能電 ;
(3)轎車僅用其 4、在上述減速過程中獲得的電能電 ,維持在勻速運(yùn)動(dòng)的距離。
【答案】(1)(2)(3)31.5m
【解析】:(1)汽車牽引力與輸出功率關(guān)系
(2)在減速過程中,注意到發(fā)動(dòng)機(jī)只有用于汽車的牽引。根據(jù)動(dòng)能定理有
代入數(shù)據(jù)得
電源獲得的電能為
(3)根據(jù)題設(shè),轎車在平直公路上勻速行駛時(shí)受到的阻力仍為。在此過程中,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
代入數(shù)據(jù)得
模型演練
1.如圖所示,物體A放在足夠長(zhǎng)的木板B上,木板B靜止于水平面。t=0時(shí),電動(dòng)機(jī)通過水平細(xì)繩以恒力F拉木板B,使它做初速度為零,加速度aB=1.0 5、m/s2的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。已知A的質(zhì)量mA和B的質(zhì)量mg均為2.0kg,A、B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.05,B與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.1,最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小視為相等,重力加速度g取10m/s2。求
(1)物體A剛運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度aA
(2)t=1.0s時(shí),電動(dòng)機(jī)的輸出功率P;
(3)若t=1.0s時(shí),將電動(dòng)機(jī)的輸出功率立即調(diào)整為P`=5W,并在以后的運(yùn)動(dòng)過程中始終保持這一功率不變,t=3.8s時(shí)物體A的速度為1.2m/s。則在t=1.0s到t=3.8s這段時(shí)間內(nèi)木板B的位移為多少?
【答案】(1)(2)7W(3)3.03m
,
木板所受拉力,由牛頓第二定律有
6、,
解得:,
電動(dòng)機(jī)輸出功率 。
(3)電動(dòng)機(jī)的輸出功率調(diào)整為時(shí),設(shè)細(xì)繩對(duì)木板的拉力為,則
,
解得,
木板受力滿足,
所以木板將做勻速直線運(yùn)動(dòng),而物體則繼續(xù)在上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)直到速度相等。設(shè)這一過程時(shí)間為,有
,
這段時(shí)間內(nèi)片的位移,
,
由以上各式代入數(shù)據(jù)解得:
木板在到這段時(shí)間內(nèi)的位移。
2.質(zhì)量為5′103 kg的汽車在t=0時(shí)刻速度v0=10m/s,隨后以P=6′104 W的額定功率沿平直公路繼續(xù)前進(jìn),經(jīng)72s達(dá)到最大速度,設(shè)汽車受恒定阻力,其大小為2.5′103N。求:
(1)汽車的最大速度vm;
(2)汽車在72s內(nèi)經(jīng)過的路程s。
【答案】(1 7、)24m/s(2)1252m
3.某校物理興趣小組決定舉行遙控賽車比賽。比賽路徑如圖所示,賽車從起點(diǎn)A出發(fā),沿水平直線軌道運(yùn)動(dòng)L后,由B點(diǎn)進(jìn)入半徑為R的光滑豎直圓軌道,離開豎直圓軌道后繼續(xù)在光滑平直軌道上運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),并能越過壕溝。已知賽車質(zhì)量m=0. 1kg,通電后以額定功率P=1.5w工作,進(jìn)入豎直軌道前受到阻力恒為0.3N,隨后在運(yùn)動(dòng)中受到的阻力均可不記。圖中L=10.00m,R=0.32m,h=1.25m,S=1.50m。問:要使賽車完成比賽,電動(dòng)機(jī)至少工作多長(zhǎng)時(shí)間?(?。?
【答案】2,53s
【解析】:設(shè)賽車越過壕溝需要的最小速度為v1,由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律
8、
解得
設(shè)賽車恰好越過圓軌道,對(duì)應(yīng)圓軌道最高點(diǎn)的速度為v2,最低點(diǎn)的速度為v3,由牛頓第二定律及機(jī)械能守恒定律
解得 m/s
通過分析比較,賽車要完成比賽,在進(jìn)入圓軌道前的速度最小應(yīng)該是
m/s
設(shè)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間至少為t,根據(jù)功能原理
9、
由此可得 t=2.53s
4.某汽車在平直公路上以功率P、速度v0勻速行駛時(shí),牽引力為F0。在t1時(shí)刻,司機(jī)減小油門,使汽車的功率減為P/2,此后保持該功率繼續(xù)行駛,t2時(shí)刻,汽車又恢復(fù)到勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。下面是有關(guān)汽車牽引力F、速度v的下列說(shuō)法中,其中正確的 ( )
A.t2后的牽引力仍為F0 B.t2后的牽引力小于F0
C.t2后的速度仍為v0 D.t2后的速度小于v0
【答案】AD
【解析】: 由可知,當(dāng)汽車的功率突然減小P/2時(shí),瞬時(shí)速度還沒來(lái)得及變化, 10、則牽引力就突然變?yōu)镕0/2,汽車將做減速運(yùn)動(dòng),隨著速度的減小,牽引力逐漸增大,汽車做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)速度減小到使?fàn)恳τ值扔谧枇r(shí),汽車再勻速運(yùn)動(dòng),可見AD正確。
5..如圖所示是某中學(xué)科技小組制作的利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)小車的裝置.當(dāng)太陽(yáng)光照射到小車上方的光電板時(shí),光電板中產(chǎn)生的電流經(jīng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)小 車前進(jìn).若小車在平直的水泥路上從靜止開始加速行駛,經(jīng)過時(shí)間t前進(jìn)距離l,速度達(dá)到最大值vm,設(shè)這一過程中電動(dòng)機(jī)的功率恒為P,小車所受阻力恒為F,那么 ( )
A.這段時(shí)間內(nèi)小車先做加速運(yùn)動(dòng),然后做勻速運(yùn)動(dòng)
B.這段時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)所做的功為Pt
C.這段時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)所做的功為2(1) 11、mvm2
D.這段時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)所做的功為Fl+2(1)mv m2
【答案】ABD
6.某汽車以額定功率在水平路面上行駛,空載時(shí)的最大速度為v1,裝滿貨物后的最大速度為v2,已知汽車空車的質(zhì)量為m0,汽車所受的阻力跟車重成正比,則汽車后來(lái)所裝貨物的質(zhì)量是 ( )
A.v2(v1-v2)m0 B.v2(v1+v2)m0
C.v1(v1-v2)m0 D.v2(v1)m0
【答案】A
【解析】空載時(shí):P=Ff1v1=km0gv1,裝滿貨物后:P=Ff2v2=kmgv2,所以汽車后來(lái)所
裝貨物的質(zhì)量是Δm=m-m0=v2(v1-v2)m0,選項(xiàng)A正確. 12、
2.以恒定加速度起動(dòng)
(i)以恒定加速度的起動(dòng)過程:
先做勻加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)功率增大到額定功率Pe后,功率不能再變化,以后做加速度減小的變加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)加速度減小到零時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng).各個(gè)量的變化情況如下:F不變,根據(jù)加速度a=不變v↑P=Fv↑P↑Pe一定,v↑F=↓a=↓當(dāng)F=Ff時(shí),a=0,v達(dá)最大速度vm,以后保持vm做勻速運(yùn)動(dòng).
(ii)起動(dòng)過程中各量隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖2:
(iii)常用的方程
①動(dòng)力學(xué)方程
②瞬時(shí)功率方程
③動(dòng)能定理方程
或
④最大速度方程
⑤運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
例3.機(jī)車從靜止開始沿平直軌道做勻加速運(yùn)動(dòng),所受的阻力始終不變,在此過程中,下列說(shuō)法正確 13、的是
A.機(jī)車輸出功率逐漸增大
B.機(jī)車輸出功率不變
C.在任意兩相等時(shí)間內(nèi),機(jī)車動(dòng)能變化相等
D.在任意兩相等時(shí)間內(nèi),機(jī)車動(dòng)量變化大小相等
【答案】AD
【解析】勻加速運(yùn)動(dòng)合外力為定值,又因?yàn)樽枇Σ蛔?,故牽引力F恒定不變,由P=FV V逐漸增大 所以P增大 所以A正確B錯(cuò)誤?!鱁k=W合=Pt-fs,在任意相等時(shí)間內(nèi),P、f、t都是一個(gè)定值,因?yàn)槲矬w做加速運(yùn)動(dòng),故在任意相等時(shí)間內(nèi),物體的位移不等,故△Ek不是一個(gè)定值.所以C錯(cuò)誤.、由V=at得相速度變化量△v=v2-v1=a(t2-t1)=a△t,因?yàn)榧铀俣认嗤我庀嗟葧r(shí)間△t相等,故△V相等.由p=mv可知?jiǎng)恿康淖兓俊鱬= 14、mv2-mv1=m△v,而在任意相等時(shí)間內(nèi)△V是一個(gè)定值,故△p也是一個(gè)定值.所以D正確.
例4。圖示為修建高層建筑常用的塔式起重機(jī)。在起重機(jī)將質(zhì)量m=5×103 kg的重物豎直吊起的過程中,重物由靜止開始向上作勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度a=0.2 m/s2,當(dāng)起重機(jī)輸出功率達(dá)到其允許的最大值時(shí),保持該功率直到重物做vm=1.02 m/s的勻速運(yùn)動(dòng)。取g=10 m/s2,不計(jì)額外功。求:
(1)起重機(jī)允許輸出的最大功率。
(2)重物做勻加速運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間和起重機(jī)在第2秒末的輸出功率。
【答案】(1)5.1×104W (2)2.04×104W
【解析】(1)設(shè)起重機(jī)允許輸出的最大 15、功率為P0,重物達(dá)到最大速度時(shí),拉力F0等于重力。
P0=F0m ①
P0=mg ②
代入數(shù)據(jù),有:P0=5.1×104W ③
t=2 s時(shí),重物處于 16、勻加速運(yùn)動(dòng)階段,設(shè)此時(shí)速度為v2,輸出功率為P,則
=at ⑧
P=F ⑨
由⑤⑧⑨,代入數(shù)據(jù),得:P=2.04×104W ⑩
例5.一起重機(jī)的鋼絲繩由靜止開始勻加速提起質(zhì)量為m的 17、重物,當(dāng)重物的速度為v1時(shí),起重機(jī)的有用功率達(dá)到最大值P.以后起重機(jī)保持該功率不變,繼續(xù)提升重物,直到以最大速度v2勻速上升為止,則整個(gè)過程中,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.鋼絲繩的最大拉力為v1(P)
B.鋼絲繩的最大拉力為v2(P)
C.重物的最大速度為v2=mg(P)
D.重物做勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為1
【答案】B
【解析】在重物做勻加速上升到速度為v1的過程中,鋼絲繩的拉力恒定不變,加速度恒為a=m(F-f)=m(-f),之后功率保持不變,而速度繼續(xù)增大,由P=F·v可知,鋼絲繩的牽引力不斷減小,直到勻速上升時(shí),牽引力F′=v2(P),且此時(shí)F′=mg,所以勻加速的時(shí)間t=a( 18、v1-0)=m(-mg)=1,所以A、C、D正確.B錯(cuò)誤.
模型演練
7.質(zhì)量為1.0×103 kg的汽車,沿傾角為30°的斜坡由靜止開始運(yùn)動(dòng),汽車在運(yùn)動(dòng)過程中所受摩擦阻力大小恒為2 000 N,汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定輸出功率為5.6×104 W,開始時(shí)以a=1 m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng),g取10 m/s2.求:
(1)汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1;
(2)汽車所能達(dá)到的最大速率;
(3)若斜坡長(zhǎng)143.5 m,且認(rèn)為汽車達(dá)到坡頂之前,已達(dá)到最大速率,則汽車從坡底到坡頂需多長(zhǎng)時(shí)間?
【答案】(1)7s(2)8m/s(3)22s
【解析】選汽車為研究對(duì)象,汽車上坡時(shí)受力分析如圖所示:
19、
(1)汽車開始以a=1 m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng),因?yàn)闋恳Σ蛔儯鶕?jù)P=Fv,隨著速度的增大,汽車的功率增大,當(dāng)汽車的輸出功率達(dá)到額定功率時(shí),汽車的功率不能再增大,勻加速運(yùn)動(dòng)階段結(jié)束,此時(shí)有P=Fv1,v1是勻加速運(yùn)動(dòng)的末速度,此過程的時(shí)間為t1,則:
v1=at1,又:F-mgsin30°-Ff=ma
F=mgsin30°+Ff+ma
聯(lián)立以上方程解得:t1=7 s.
(2)汽車以額定功率啟動(dòng),做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),隨著速度增大,牽引力減小,當(dāng)牽引力等于阻力時(shí),合外力為零時(shí),速度達(dá)到最大值,此時(shí)有:
F′-mgsin30°-Ff=0,
P=F′vm
由此解得vm= 20、8 m/s.
=mvm2-mv12
又s1=at12/2,v1=at1
聯(lián)立解得t=22 s.
8.在一次抗洪搶險(xiǎn)活動(dòng)中,解放軍某部利用直升機(jī)搶救一重要落水物體,靜止在空中的直升機(jī)上的電動(dòng)機(jī)通過懸繩將物體從離飛機(jī)90 m處的洪水中吊到機(jī)艙里.已知物體的質(zhì)量為80 kg,吊繩的拉力不能超過1 200 N,電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為12 kW.為盡快把物體安全救起,操作人員采取的辦法是:先讓吊繩以最大的拉力工作一段時(shí)間,達(dá)到最大功率后電動(dòng)機(jī)就以最大功率工作,當(dāng)物體到達(dá)機(jī)艙時(shí)恰好達(dá)到最大速度.(g=10 m/s2)求:
(1)落水物體剛到達(dá)機(jī)艙時(shí)的速度;
(2)這一過程所用的時(shí)間.
【答 21、案】(1)15 m/s(2)7.75 s
【解析】(1)由Pmax=Fvmax,F(xiàn)=G,
得vmax=mg(Pmax)=80×10(12×103) m/s=15 m/s
即此物體剛到達(dá)機(jī)艙時(shí)的速度為15 m/s.
(2)勻加速上升的加速度為:
a1=m(Fmax-mg)=80(1 200-80×10) m/s2=5 m/s2
勻加速階段的末速度:
v1=Fmax(Pmax)=1 200(12×103) m/s=10 m/s
勻加速上升時(shí)間為t1=a1(v1)=5(10) s=2 s
勻加速上升的高度h1=2(v1)t1=(2(10)×2) m=10 m
以最大功率上升過程由 22、動(dòng)能定理得:Pmaxt2-mg(h-h(huán)1)=2(1)mvmax(2)-2(1)mv1(2)
解得:t2=5.75 s
所以吊起落水物體所用總時(shí)間為:
t=t1+t2=(2+5.75) s=7.75 s
9.動(dòng)車組是城際間實(shí)現(xiàn)小編組、大密度的高效運(yùn)輸工具,以其編組靈活、方便、快捷、安全、可靠、舒適等特點(diǎn)而備受世界各國(guó)鐵路運(yùn)輸和城市軌道交通運(yùn)輸?shù)那嗖A。動(dòng)車組就是幾節(jié)自帶動(dòng)力的車廂加幾節(jié)不帶動(dòng)力的車廂編成一組,就是動(dòng)車組。假設(shè)有一動(dòng)車組由8節(jié)車廂連接而成,每節(jié)車廂的總質(zhì)量均為7.5×104 kg。其中第一節(jié)、第二節(jié)帶動(dòng)力,他們的額定功率均為3.6×107W和2.4×107W,車在行駛過程中阻 23、力恒為重力的0.1倍(g =10m/s2)
(1)求該動(dòng)車組只開動(dòng)第一節(jié)的動(dòng)力的情況下能達(dá)到的最大速度;
(2)若列車從A地沿直線開往B地,先以恒定的功率6×107W(同時(shí)開動(dòng)第一、第二節(jié)的動(dòng)力)從靜止開始啟動(dòng),達(dá)到最大速度后勻速行駛,最后除去動(dòng)力,列車在阻力作用下勻減速至B地恰好速度為0。已知AB間距為5.0×104m,求列車從A地到B地的總時(shí)間。
【答案】(1)60m/s (2)600s
【解析】:(1)只開動(dòng)第一節(jié)動(dòng)力的前提下,當(dāng)?shù)谝还?jié)以額定功率運(yùn)行且列車的牽引力等于阻力時(shí)達(dá)到最大速度:
其中阻力 24、f = 0.1×8mg==6.0×105 N,p1m=3.6×107W,
60m/s
(2)列車以最大功率啟動(dòng)當(dāng)牽引力等于阻力時(shí)達(dá)到最大速度
,代人數(shù)據(jù)得:
列車的總重量M=8mg=6.0×105kg
從A到C的用動(dòng)能定理得:
代人數(shù)據(jù)得:t1=500s
所以,
10.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定牽引功率為60kw,汽車的質(zhì)量為5×103kg,汽車在水平路面上行駛 25、時(shí),阻力是車重的0.1倍,試求:
(1)汽車保持額定功率從靜止起動(dòng)后能達(dá)到的最大速度是多少?
(2)若汽車從靜止開始,保持以0.5m/s2的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng),這一過程能維持多長(zhǎng)時(shí)間?
【答案】(1)12m/s(2)16s
【解析】(1)設(shè)汽車能達(dá)到的最大速度為,達(dá)到最大速度時(shí),牽引力等于阻力
所以 。
(2)汽車以加速度a做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),牽引力
設(shè)保持勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,勻加速所能達(dá)到的最大速度為,
則
汽車達(dá)到時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的功率恰好達(dá)到額定功率,所以
所以
11.某探究性學(xué)習(xí)小組對(duì)一輛自制小遙控車的性能進(jìn)行研究.他們讓這輛小車在水平地面上由靜止開始 26、運(yùn)動(dòng),并將小車運(yùn)動(dòng)的全過程記錄下來(lái),通過數(shù)據(jù)處理得到如圖所示的v-t圖像,已知小車在0~t s內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng);ts~10s內(nèi)小車牽引力的功率保持不變,且7s~10s為勻速直線運(yùn)動(dòng);在10s末停止遙控讓小車自由滑行,小車質(zhì)量m=1kg,整個(gè)過程中小車受到的阻力f大小不變.求:
(1)小車所受阻力f的大小;
(2)在ts~10s內(nèi)小車牽引力的功率P;
(3)小車在加速運(yùn)動(dòng)過程中的總位移S.
【答案】(1)2N(2)12W(3)28.5m
(3)小車的加速運(yùn)動(dòng)過程可以分解為0~t和t~7兩段,
由于t s時(shí)功率為12W,所以此時(shí)牽引力為Ft=P/vt=4N,
所以0~ 27、ts內(nèi)的加速度大小為a1=(Ft-f)/m=2 m/s2,時(shí)間t=1.5 s,
S1=2(1)a1t2=2.25 m
在0~7s內(nèi)由動(dòng)能定理可得 Ft S1+P(7-t)-fS=2(1)mvm2-2(1)mv02
代入解得S=28.5m
12.汽車從靜止開始沿平直公路做勻加速運(yùn)動(dòng),所受阻力始終不變,在此過程中,下列說(shuō)法正確的是( )
A.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率保持不變
B.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率逐漸增大
C.在任意兩相等的位移內(nèi),汽車的動(dòng)能變化相等
D.在任意兩相等的位移內(nèi),汽車的速度變化相等
【答案】BC
【解析】對(duì) 28、汽車由牛頓第二定律可得v(P)-f=ma,可知a、f不變時(shí),v增大,P增大,故A錯(cuò),B正確;汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),汽車受到的合外力F合不變.由F合·s=ΔEk知C正確;由Δv=at,汽車勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),經(jīng)相同的位移所需的時(shí)間不一樣,故汽車的速度變化也不相等,D錯(cuò)誤.
3兩種起動(dòng)方式的對(duì)比
如圖3,假設(shè)動(dòng)力機(jī)械所受的阻力Ff恒定不變,額定功率Pe一定,則
①最大速度vm相同
②達(dá)到同一速度方式一所用時(shí)間較短,通過位移較短.
③通過相同位移方式一所用時(shí)間較短
模型演練
13.面對(duì)能源緊張和環(huán)境污染等問題,混合動(dòng)力汽車應(yīng)運(yùn)而生。所謂混合動(dòng)力汽車,是指擁有兩種不同動(dòng)力源(如燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電力 29、發(fā)動(dòng)機(jī))的汽車,既省油又環(huán)保。車輛在起步或低速行駛時(shí)可僅靠電力驅(qū)動(dòng);快速行駛或者需急加速時(shí)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng),功率不足時(shí)可由電力補(bǔ)充;在制動(dòng)、下坡、怠速時(shí)能將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在電池中備用。假設(shè)汽車質(zhì)量為M,當(dāng)它在平直路面行駛時(shí),只采用電力驅(qū)動(dòng),發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為P1,能達(dá)到的最大速度為v1;汽車行駛在傾角為θ的斜坡道上時(shí),為獲得足夠大的驅(qū)動(dòng)力,兩種動(dòng)力同時(shí)啟動(dòng),此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的總額定功率可達(dá)P2。已知汽車在斜坡上行駛時(shí)所受的阻力是在平直路面上的k倍,重力加速度為g。求汽車在斜坡道上能達(dá)到的最大速度。
【答案】
⑤
14.某型號(hào)小汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為60kw,汽車質(zhì)量為1×103 30、kg,在水平路面上正常行駛中所受到的阻力為車重的0.15倍。g取10m/s3。求解如下問題:
(1)此型號(hào)汽車在水平路面行駛能達(dá)到的最大速度是多少?
(2)若此型號(hào)汽車以額定功率加速行駛,當(dāng)速度達(dá)到20m/s時(shí)的加速度大小是多少?
(3)質(zhì)量為60kg的駕駛員駕駛此型號(hào)汽車在水平高速公路上以30m/s的速度勻速行駛,設(shè)輪胎與路面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.60,駕駛員的反應(yīng)時(shí)間為0.30s,則駕駛員
駕駛的汽車與前車保持的安全距離最少為多少?
【答案】(1)40m/s(2)1.5m/s2(3)84m
【解析】(1)當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到額定功率并做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),汽車達(dá)到最大速度,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力等于所受到的阻力,
(2)此汽車以額定功率啟動(dòng),設(shè)速度達(dá)到20m/s時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力為F1,
汽車加速度為a1
(3)當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí),汽車爭(zhēng)剎車,受到的制動(dòng)力最大等于汽車輪胎與地面的滑動(dòng)摩擦力
此時(shí)汽車的加速度為
則汽車的剎車距離為
汽車在司機(jī)反應(yīng)時(shí)間內(nèi)行駛的距離為
則此汽車與前車保持的安全距離為
18
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