题目内容

20.额定功率为80kW,质量为2×103kg的汽车在平直公路上行驶.假设汽车在运动过程中所受阻力大小恒为f=4.0×103N,g=10m/s2,求:
(1)汽车所能达到的最大速度v;
(2)如果汽车以2m/s2的加速度匀加速行驶,则汽车匀加速行驶能维持多长时间;
(3)如果汽车从静止驶出,先以2m/s2的加速度匀加速至额定功率,再保持功率不变加速到最大速度,共经历20s,则此过程中汽车行驶的距离为多少.

分析 (1)汽车先做匀加速直线运动,当功率达到额定功率,做加速度逐渐减小的加速运动,当加速度减小到零,速度达到最大,做匀速直线运动.
(2)根据牛顿第二定律求出匀加速直线运动过程中的牵引力,再根据P=Fv求出匀加速直线运动的末速度,从而得出匀加速直线运动的时间;
(3)由匀变速直线运动的位移公式求出汽车匀加速的位移,然后应用动能定理可以求出汽车以额定功率行驶的位移,然后求出总位移.

解答 解:(1)汽车匀速行驶时速度最大,由平衡条件得:F=f=4.0×103N,
汽车的最大速度:v=$\frac{P}{F}$$\frac{80×1{0}^{3}W}{4×1{0}^{3}N}$=20m/s;
(2)汽车匀加速运动过程,由牛顿第二定律的:
F1-f=ma,解得:F1=f+ma=4×103+=2×103×2=8×103N,
汽车匀加速结束的速度:v1=$\frac{P}{{F}_{1}}$=$\frac{80×1{0}^{3}W}{8×1{0}^{3}N}$=10m/s,
汽车匀加速的时间:t1=$\frac{{v}_{1}}{a}$=$\frac{10}{2}$=5s;
(3)汽车匀加速运动的位移:x1=$\frac{1}{2}$at12=$\frac{1}{2}$×2×52=25m,
汽车以额定功率行驶过程,由动能定理得:
P(t-t1)-fx2=$\frac{1}{2}$mv2-$\frac{1}{2}$mv12,代入数据解得:x2=225m,
汽车的总位移:x=x1+x2=250m;
答:(1)汽车所能达到的最大速度v为20m/s.
(2)如果汽车以2m/s2的加速度匀加速行驶,汽车匀加速行驶能维持5s;
(3)此过程中汽车行驶的距离为250m.

点评 解决本题的关键会根据汽车的受力判断其运动情况,汽车汽车先做匀加速直线运动,当功率达到额定功率,做加速度逐渐减小的加速运动,当加速减小到零,速度达到最大,做匀速直线运动.

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