汽车在水平直线公路上行驶,额定功率为Pe=80kW,汽车行驶过程中所受阻力恒为f=2.5×103N,汽车的质量M=2.0

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  • 解题思路:(1)汽车速度最大时牵引力与阻力平衡,据功率表达式求最大速度;

    (2)比较匀加速运动的最大时间,比较时间求20s末的瞬时功率;

    (3)根据P=Fv,求汽车的瞬时功率;

    (4)根据匀加速运动的最大速度分析速度为20m/s时的功率情况,再根据P=Fv求解牵引力,由牛顿第二定律求解此时的加速度.

    (1)由题意知,当牵引力与阻力平衡时汽车达到最大速度,根据P=Fv可得

    vmax=

    P

    f=

    80×103

    2.5×103m/s=32m/s

    (2)根据牛顿第二定律知汽车匀加速运动时的牵引力满足

    F-f=ma

    匀加速运动时的牵引力F=f+ma=2.5×103+2×103×1N=4.5×103N

    所以汽车匀加速运动的最大速度vmax′=

    P

    F=

    80×103

    4.5×103m/s≈17.8m/s

    因为加速度a=1m/s2,所以汽车20s末达到额定功率,20s时的瞬时功率为80×103W

    (3)由(3)知,汽车5m/s时的牵引力F=4.5×103N,故此时汽车的瞬时功率

    P5=Fv=4.5×103×5W=2.25×104W

    (4)当汽车速度达到20m/s时,已大于匀加速运动的最大速度,故此时汽车的功率为额定功率,

    所以此时汽车的牵引力F′=

    P

    v=

    80×103

    20N=4×103N

    根据牛顿第二定律知,此时汽车的加速度a′=

    F′−f

    M=

    4×103−2.5×103

    2×103m/s2=0.75m/s2

    答:(1)汽车在整个运动过程中所能达到的最大速度为32m/s;

    (2)20s末汽车的瞬时功率为80KW;

    (3)当汽车的速度为5m/s时的瞬时功率为22.5KW;

    (4)当汽车的速度为20m/s时的加速度为0.75m/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: 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.