题目内容

16.如图所示,一个与平台连接的足够长斜坡倾角为θ,sinθ=$\frac{1}{30}$,一辆卡车的质量为5×103kg,设卡车运动过程中所受空气阻力和地面阻力之和与速度成正比,即f=kv.关闭发动机,卡车能沿斜坡匀速下滑,匀速运动的速度为12km/h,g取10m/s2
(1)求比例系数k;
(2)现使卡车乙恒定功率P沿斜坡向上行驶,达到的最大速度为53km/h,求功率P;
(3)当卡车以54km/h开上平台后,继续保持次恒定功率行驶10s,再次达到匀速行驶,其卡车开上平台后到匀速行驶的过程中克服阻力所做的功.

分析 卡车在斜面上下滑时,当阻力和重力分力平衡时卡车速度最大,依列式求解即可,当卡车沿斜面向上行驶时,牵引与阻力以及重力的分力平衡,根据平衡求得此时的牵引力,再根据P=FV求得卡车此时的功率;当卡车冲上平台后,因牵引力大于阻力,故卡车将做加速运动,由于卡车功率一定,故随着速度的增加卡车的牵引力将减小,当牵引力与阻力平衡时卡车将开始做匀速运动,此时的速度即为卡车以该功率运动时的最大速度.在这一过程中卡车发动机做的功W=Pt,阻力做功Wf,则合外力做的功等于卡车动能的变化.列式求解即可.

解答 解:(1)卡车沿斜面下滑时受到沿斜面向上的阻力,当汽车所受阻力与重力沿斜面向下的分力大小相等时,汽车具有最大速度,所以有:
mgsinθ=kvm
则根据题意有:k=$\frac{mgsinθ}{{v}_{m}}$=$\frac{5×1{0}^{3}×10×\frac{1}{30}}{\frac{12}{3.6}}$=500Ns/m
(2)汽车沿斜面向上行驶时,沿斜面方向受到向上的牵引力F和沿斜面向下的阻力f和沿斜面向下的重力分力mgsinθ,当汽车速度最大时有:
F=f+mgsinθ
根据题意有当汽车速度最大时汽车所受的阻力为:f=kvm
所以有汽车速度最大时的牵引力:F=kvm+mgsinθ
根据P=FV得此时汽车的功率:P=Fvm=$k{v}_{m}^{2}+mgsinθ{v}_{m}$
解得:P=137.5KW;
(3)卡车开上平台后,受牵引力和阻力作用,卡车先做加速度逐渐减小的加速运动,当汽车牵引力等于阻力时卡车做匀速直线运动,令此时卡车速度为v2
则根据题意有:此时卡车牵引力:F2=f2=kv2
卡车的功率:P=${F}_{2}{v}_{2}=k{v}_{2}^{2}$
故有:$\frac{P}{k}$=${v}_{2}^{2}$
卡车平台上运动40s的过程中对卡车使用动能定理有:
$Pt+{W}_{f}=\frac{1}{2}m{v}_{2}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}$
${W}_{f}=\frac{1}{2}m({v}_{2}^{2}-{v}_{1}^{2})-Pt$
代入数据得:Wf=-1.25×106J;
故克服阻力做功为1.25×106J;
答:(1)比例系数为500Ns/m;
(2)功率为137.5Kw;
(3)卡车开上平台后到匀速行驶的过程中克服阻力所做的功为1.25×106J;

点评 本题要注意在第一问中比例系数K是有单位的,二是卡车运动速度最大时牵引力和阻力大小相等;三是熟练利用动能定理求解卡车在平台上的变速运动问题.

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