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6.汽车的质量为m=2.0×103 kg,发动机的额定输出功率为80kW,行驶在平直公路上时所受阻力恒为车重的0.1倍.若汽车从静止开始匀加速启动,加速度的大小为a=1.0m/s2.达到额定输出功率后,汽车保持额定功率不变又加速行驶了800m,直到获得最大速度后才匀速行驶.(取g=10m/s2).试求:
(1)汽车的最大行驶速度大小.
(2)汽车匀加速启动阶段结束时的速度大小.
(3)当速度为5m/s时,汽车牵引力的瞬时功率.

分析 汽车匀加速运动过程中,牵引力不变,由P=Fv可知,发动机的功率不断增大,当达到额定功率后,牵引力逐渐减小,加速度逐渐减小,做变加速运动,当牵引力与阻力平衡时开始匀速,此时,速度达到最大.由功率公式P=Fvm,F=f,可求出最大速度.匀加速结束时,发动机功率达到额定功率,由牛顿第二定律求出匀加速运动的牵引力,再由功率公式可求出匀加速结束时的速度.根据P=Fv求得某一速度下的功率.

解答 解:(1)当牵引力等于阻力时,速度最大,故汽车的最大行驶速度为:
${v}_{m}=\frac{P}{f}=\frac{80000}{0.1×2000×10}m/s=40m/s$
(2)设汽车匀加速运动阶段结束时的速度为v1
由F-f=ma,得:F=4×103N
由p额=Fv1,得:${v}_{1}=\frac{80000}{4000}m/s=20m/s$
(3)5m/s<20m/s,故汽车处于匀加速阶段,此时功率为:P=Fv′=4000×5W=20kW
答:(1)汽车的最大行驶速度大小为40m/s.
(2)汽车匀加速启动阶段结束时的速度大小为20m/s.
(3)当速度为5m/s时,汽车牵引力的瞬时功率为20kW

点评 本题关键之处在于对汽车运动过程和状态的分析,汽车匀加速启动,经历三个运动过程:先做匀加速运动,再做变加速运动,最后做匀速运动;两个转折点:一个是匀加速运动结束时,条件是汽车功率达到额定功率,另一个变加速运动结束时,条件是牵引力与阻力达到平衡.

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