4、汽车等交通工具的动力学分析:(设汽车受到的摩擦阻力大小保持恒定)

当保持功率恒定时,由P=Fv可以看出,Fv成反比,牵引力是变力,汽车作变加速运动,根据牛顿定律F-f=ma(f为汽车受到的阻力),随着速度的变大,将导致    减小(对应的加速度也相应减小),但只要有加速度,汽车的速度将进一步增大,导致牵引力进一步减小,直至牵引力F等于阻力f,汽车作匀速直线运动,此时的最大速度为    ,汽车在不同的输出功率下能够达到的最大速度是不同的,其中的最大值对应汽车以最大输出功率(一般认为等于额定功率)。要提高汽车在给定路面上的最大速度值,应选用额定功率   的发动机。

当牵引力F不变时,根据牛顿定律F-f=ma,汽车作匀变速运动,Pv成正比,当瞬时功率达到最大功率时,汽车的功率将保持不变,汽车改作    运动,直至达到最大速度。

[范例精析]

例1 一个质量为m的物体,在几个与水平面平行的力作用下静止在水平面上,在t=0时刻,将其中的一个力从F增大到3F,其他力不变,则在t=t1时刻,该力的功率为多大?

解析 由于仅一个力大小变化,则其改变量即为物体受到的合外力,应用牛顿定律算出加速度,并应用匀变速运动速度公式求出此时的瞬时速度,在根据瞬时功率的定义式就可以求出此力的功率。P=Fvcosα=3F×2Ft/m=6F2t/m

拓展  涉及功率的计算时一定要区分平均功率和瞬时功率,因为这两种功率的计算公式不同,审题时必须十分仔细。

一质量为m的木块静止在光滑的水平地面上,从t=0开始,将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上,在t=t1时刻力F的功率和这段时间内的功率分别为多大?

例2 汽车的质量为m=6.0×103kg,额定功率为Pm=90Kw,沿水平道路行驶时,阻力恒为重力的0.05倍(取g=10m/s2)。求:

(1)汽车沿水平道路匀速行驶的最大速度;

(2)设汽车由静止起匀加速行驶,加速度为a=0.5m/s2,求汽车维持这一加速度运动的最长时间。

解析 (1)汽车匀速运动时F-0.05mg=0┄┄①

汽车的额定功率Pm=Fvm┄┄②

代入数据得vm=30m/s

汽车匀加速行驶时,动力学方程为F-0.05mg=ma┄┄③

汽车的瞬时功率为P=Fv┄┄④

汽车的瞬时速度为v=at┄┄⑤

要求瞬时功率小于或等于额定功率PPm┄┄⑥

代入数据得t30s┄┄⑦.

 

拓展 有些同学计算匀加速运动可维持的时间时,用汽车在水平路面上的最大速度除以加加速度,得到时间为60s,这种做法是认为汽车可以一直以匀加速达到最大速度,显然是错误的。在用公式P=Fv时,必须结合具体的物理过程作细致的分析,应弄清是什么物理量保持恒定,例如在匀加速运动中,是牵引力F保持恒定;而在达到额定功率后,是汽车的功率保持恒定。本题中汽车的速度-时间图象如图所示,图中V1=at=15m/s

[能力训练]

 0  375119  375127  375133  375137  375143  375145  375149  375155  375157  375163  375169  375173  375175  375179  375185  375187  375193  375197  375199  375203  375205  375209  375211  375213  375214  375215  375217  375218  375219  375221  375223  375227  375229  375233  375235  375239  375245  375247  375253  375257  375259  375263  375269  375275  375277  375283  375287  375289  375295  375299  375305  375313  447090 

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