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.