解题思路:首先要分析清楚汽车的运动过程:第一阶段:匀加速运动阶段.开始,汽车由静止做匀加速直线运动,这个过程中V增大,汽车功率P=FV也增大;第二阶段:变加速运动阶段,加速度逐渐减小.汽车输出功率达到其允许的最大值并保持不变时,其功率已不能维持汽车继续做匀加速直线运动了,此时汽车虽然做加速运动,但加速度逐渐减小,直到a=0.这个过程中P不变,F减小,V增大;第三阶段:匀速直线运动阶段.加速度等于0后,速度已达到最大值Vm,此时汽车做匀速直线运动,此时F=f,P=FV=fVm.
(1)汽车到达最大行驶速度时,牵引力和阻力相等,所以
vm=
p额
f=
80×103
0.1×2.0×103×10=40m/s
(2)设汽车匀加速启动阶段结束时的速度为v1,
由牛顿第二定律得 F-f=ma,可得 F=4×103N,
由p额=Fv1,可得 v1=
80×103
4×103=20m/s,
(3)当速度为5m/s时,小于匀加速运动的最大的速度,此时处于匀加速阶段,
所以牵引力的瞬时功率为:p=Fv=4×103×5kw=20kW,
(4)当速度为32m/s时,大于匀加速运动的最大的速度,此时处于恒定功率启动阶段,设牵引力为F′,加速度为a′,
由 F′=
P额
v=
80×103
32N=2.5×103N,
由 F′-f=ma′,
得a′=0.25m/s2.
答:(1)汽车的最大行驶速度是40m/s;
(2)汽车匀加速启动阶段结束时的速度是20m/s;
(3)当速度为5m/s时,汽车牵引力的瞬时功率是20kW;
(4)当汽车的速度为32m/s时的加速度0.25m/s2.
点评:
本题考点: 功率、平均功率和瞬时功率;牛顿第二定律.
考点点评: 高中物理中,分析受力和物理过程是非常重要的.最大功率要用第三阶段中的Pm=FV=fVm计算,而不能用第一阶段中的F与第三阶段中的Vm的乘积计算,两个F是不同的;Vm是最终速度,整个过程并不全是匀加速运动,不能用Vm=at来计算整个过程时间. 要注意某一时刻的物理量要对应起来.