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1、汽车启动问题汽车的运行问题是高中物理在实际生活中应用的一个重点 , 也是同学们在学习中的一个难点 。
其关键在于对汽车运行过程中的物理实质没弄明白 , 即不清楚它的物理过程 , 不知道它在每一个物理过程中的受力情况、运动情况和能量转化情况是怎样的?甚至忽视了汽车运行过程中与发动机的功率有关 。
下面就此类问题归纳整理如下:一、功率是表示物体做功快慢的物理量 。
功跟完成这些功所用时间之比成为功率 , 即P=W/t 。
该式表示的是物体(或力)在t这段时间内的平均功率 。
功率也可用公式P=Fvcos计算 , 式中是F与v方向间的夹角 , v若是瞬时速度 , 则求得的为瞬时功率;若是平均速度 , 求得的为平均功率 。
发动机的功率即牵引力的功率 。
由于 。
2、力与速度方向相同 , P=Fv.如果发动机保持牵引力不变 , 则功率将随运行速率增大而增加 。
但发动机的功率的增大是有一定限度的 , 发动机实际功率不能超过其额定功率 。
当发动机达到额定功率并保持功率不变运行时 , 其牵引力与运行的速率成反比 。
因此 , 汽车以恒定的加速度a做匀加速运动只能维持到速度增加到某一极值v1 。
若汽车的质量为m,汽车运行中所受阻力为F2 , 则牵引力F1=F2+ma,可知v1=P/(F2+ma.).当汽车速度达到v1之后 , 车速仍可增大(因为牵引力大于阻力) , 但随着速度增大 , 牵引力将减小到与阻力大小相等 , 得v2=P额/F2 。
显然车速达到最大速度之前 , 必然经历一段加速度逐渐减小的加速运动 , 直至加速度减 。
3、为零 。
尤其是汽车以恒定功率开始运动到达最大速度的过程 , 汽车始终做变加速运动 。
匀变速运动的运动学公式不能应用此类问题 。
例如汽车以恒定功率运动 , 在t秒内速度由v1增加到v2 , 其速度图线如图1中曲线所示 , 曲线的斜率逐渐变小 , 反映了汽车的加速度逐渐减小 。
由于图线下的面积反映了位移 , 汽车在这段时间内的位移显然大于(v1+v2)t/2,即大于按匀变速直线运动公式所求得的位移 。
需要注意的是 , 在上述讨论汽车的运动的公式中 , F2代表汽车所受的阻力 , 即所有阻碍汽车运动的力 , 不要将它与摩擦阻力等同 。
其实更严格地说 , F2代表汽车所受各外力中 , 除了牵引力F1之外所有其它力的合力 。
二、关于汽车的启动过程汽车的启动问题可分 。
4、为两类:一类是以恒定功率启动 , 另一类是以恒定牵引力启动;按汽车启动的位置又分为在平直路面上和在斜坡上的启动两种情形:1、汽车在平直路面上启动时(1)以恒定功率启动因为P一定 , 据P=Fv可知 , v , 所以F 。
当F=Ff时 , 汽车的加速度a=0,此时汽车的速度达到最大值vm 。
在以恒定功率启动的过程中 , 汽车的运动具有以下特点:汽车在启动过程中先做加速度不断减小的加速运动 , 同时牵引力变小 , 当牵引力等于阻力时 , 汽车开始以最大速度做匀速直线运动 。
汽车在启动的过程中的功率始终等于汽车的额定功率 。
汽车的牵引力F和阻力Ff始终满足牛顿第二定律F-Ff=ma.汽车的牵引力F和瞬时速度v始终满足P=P额=Fv在启动过程结 。
5、束时 , 因为牵引力和阻力平衡 , 此时有P额=Fvm=Ffvm从能的角度看 , 启动过程中牵引力所做的功一方面用以克服阻力做功 , 另一方面增加汽车的动能 , 即W牵=mv2/2+W阻(2)以恒定牵引力启动汽车以恒定的牵引力启动时 , 汽车的加速度恒定 , 若汽车受到的阻力是不变的 , 根据牛顿第二定律F-Ff=ma可知 , 加速度a恒定 , 汽车的瞬时速度vt=vo+at(vo=0),汽车做匀加速直线运动 , 实际功率Pt=Fvt,随着时间的推移 , 实际功率Pt 将不断增大 , 由于汽车的实际功率不能超过其额定功率 , 汽车的匀加速直线运动只能维持到其实际功率等于其额定功率时 , 此时汽车的速度达到它匀加速直线运动阶段的最大速度v1m , 其后汽车只 。
6、能以额定功率启动的方式进行再加速 , 其运动方式和第一种启动方式完全相同 , 即汽车继续做加速度越来越小的变加速直线运动 , 直到汽车进入匀速直线运动状态 , 直到达到最终的最大速度vm.这一启动方式具有下列特点:汽车的启动过程经历了两个阶段:一是匀加速直线运动状态 , 二是变加速直线运动状态 , 最终做匀速直线运动 。
汽车在匀加速直线运动阶段 , 汽车的瞬时速度vt=vo+at(vo=0),汽车做匀加速直线运动所能维持的时间t1=v1m/a.汽车做匀加速直线运动阶段 , 汽车的瞬时功率Pt=FvtP额汽车在匀加速直线运动阶段结束时 , 瞬时功率Pt等于额定功率P额 , 且满足Pt=P额=Fv1m.汽车在变加速直线运动阶段功率恒为额定 。
稿源:(未知)
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标题:高中物理|高中物理汽车启动的两种问题分析素材新人教版