题目内容

4.“绿色奥运”是2008年北京奥运会的三大理念之一,各比赛场馆中都使用了新型节能环保电动车汽车.一辆电动汽车的质量M=1×103kg,最大功率P0=2×104W,在水平路面由静止开始作直线运动,最大速度为v2,运动中汽车所受阻力Ff恒定.发动机的最大牵引力Fm=3×103N,其行驶过程中牵引力F与车速的倒数$\frac{1}{v}$的关系如图.试求:
(1)根据图线ABC判断汽车作什么运动?
(2)最大速度v2的大小;
(3)整个运动中的最大加速度;
(4)当汽车的速度为10m/s时发动机的功率为多大?

分析 (1)图象的斜率等于功率,图线平行于横轴,表示F不变,分析电动车在A-B和B-C过程的运动的特点.
(2)根据图象可知,在C点速度最大,根据P=Fv求得最大速度;
(3)当牵引力最大时,加速度最大,根据牛顿第二定律求得;
(4)判断出匀加速达到的最大速度,即可判断功率

解答 解:(1)分析图线可知:电动车由静止开始做匀加速直线运动,达到额定功率后,做牵引力(加速度)逐渐减小的变加速直线运动,最终达到最大速度.            
(2)当牵引力等于阻力时速度最大,在C点时速度最大,故${v}_{2}=\frac{{P}_{0}}{{F}_{C}}=\frac{20000}{1000}m/s=20m/s$,
(3)牵引力最大时加速度最大,根据牛顿第二定律可知a=$\frac{{F}_{m}-f}{m}=\frac{{F}_{m}-{F}_{C}}{m}=\frac{3000-1000}{1000}m/{s}^{2}$=2m/s2
(4)匀加速达到的最大速度$v′=\frac{P}{{F}_{m}}=\frac{20000}{3000}m/s=\frac{20}{3}m/s<10,m/s$,故汽车达到额定功率,故此时功率2×104W
答:(1)先做匀加速度直线匀,后做变加速直线运动,最后做运动直线运动.
(2)最大速度v2的大小为20m/s;
(3)整个运动中的最大加速度为2m/s2;
(4)当汽车的速度为10m/s时发动机的功率为为2×104W

点评 本题首先要理解图象的物理意义:斜率等于功率;其次要能分析电动车的受力情况和运动情况,把握速度最大的条件.

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