解题思路:(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)当汽车以额定功率做匀速运动时,速度最大,此时牵引力与阻力大小相等,由牵引力功率公式P=Fvm,求出阻力大小.汽车做匀加速直线运动过程中,由牵引力和阻力的合力产生加速度,根据牛顿第二定律求出牵引力.汽车的速度大小v=at,由P=Fv求解汽车从静止开始做匀加速直线运动,.
(4)判断20m/s是处于匀加速直线运动阶段还是变加速直线运动阶段,求出牵引力,根据牛顿第二定律求出加速度.
(1)汽车达到最大速度时,匀速运动,牵引力为:F=f
由P=F•v,得:vm=
P
f=
80000
2000=40m/s
(2)由牛顿第二定律有:F1-f=ma
解得:F1=2000+2000×1=4000N
由P=F1vt得:vt=
80000
4000=20m/s
由匀变速运动规律有:vt=at
可得匀加速过程所用的时间:t=
vt
a=
20
1=20s
(3)当vt=5 m/s时,vt<vt
故汽车仍做匀加速运动.
得:P2=F1vt=4000×5=20kW
(4)当vt′=25 m/s时,由于vt′>vt,
故汽车不做匀加速运动了,但功率仍为额定功率,
由P=Ft′vt′有:Ft′=
80000
25=3200N
又由:Ft′-f=ma′
可得:a′=
3200−2000
2000=0.6m/s2
答:(1)汽车在整个运动过程中所能达到的最大速度40m/s;
(2)匀加速运动能保持20s时间;
(3)当汽车的速度为5m/s时的瞬时功率为20kw;
(4)当汽车的速度为20m/s时的加速度为0.6m/s2.
点评:
本题考点: 功率、平均功率和瞬时功率.
考点点评: 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.本题是交通工具的启动问题,关键抓住两点:一是汽车运动过程的分析;二是两个临界条件:匀加速运动结束和速度最大的条件.