Question

15．額定功率為80kw的汽車(chē)在水平公路上行駛的最大速率可達(dá)20m/s，汽車(chē)質(zhì)量為2t，如果汽車(chē)從靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻力不變，加速度大小為2m/s²，求：
（1）汽車(chē)受阻力多大？
（2）3s末汽車(chē)的即時(shí)功率多大？
（3）汽車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程可以維持多長(zhǎng)時(shí)間？
（4）汽車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)做了多少功？

Answer 1

分析 這題考的知識(shí)點(diǎn)是汽車(chē)的兩種啟動(dòng)方式，恒定加速度啟動(dòng)和恒定功率啟動(dòng)．本題屬于恒定加速度啟動(dòng)方式，由于牽引力不變，根據(jù)p=Fv可知隨著汽車(chē)速度的增加，汽車(chē)的實(shí)際功率在增加，此過(guò)程汽車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)實(shí)際功率達(dá)到額定功率時(shí)，功率不能增加了，要想增加速度，就必須減小牽引力，當(dāng)牽引力減小到等于阻力時(shí)，加速度等于零，速度達(dá)到最大值．求3s末的瞬時(shí)功率，首先要知道3s末時(shí)汽車(chē)是否還處于勻加速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)；求出汽車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)的位移，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)汽車(chē)做正功，阻力做負(fù)功，總功等于動(dòng)能的變化求解發(fā)動(dòng)機(jī)做的功

解答 解：（1）當(dāng)速度最大時(shí)有：P_額=F_牽V=fv_m，
解得：f=$\frac{{P}_{額}}{{v}_{m}}=\frac{80000}{20}N=4000N$
（2）勻加速過(guò)程有：F-f=ma，F(xiàn)=f+ma=4×10³+2×10³×2=8×10³N   
V₁=at₁=2×3=6m/s，
則3s末汽車(chē)的瞬時(shí)功率為：P₁=FV₁=8×10³×6=4.8×10⁴W   
（3）當(dāng)汽車(chē)剛達(dá)到額定功率時(shí)有：P_額=FV₂，
得：V₂=$\frac{{P}_{額}}{F}=\frac{80000}{8000}m/s=10m/s$
根據(jù)V₂=at₂得：t₂=$\frac{{v}_{2}}{a}=\frac{10}{2}s=5s$
（4）在汽車(chē)勻加速運(yùn)動(dòng)25m的過(guò)程中汽車(chē)的速度由0增加到10m/s，根據(jù)動(dòng)能定理有：
${W}_{F}-{W}_{f}=\frac{1}{2}m{v}^{2}-0$
代入數(shù)據(jù)可得：${W}_{F}=2×1{0}^{5}J$
答：（1）汽車(chē)所受的恒定阻力為4000N．
（2）3s末汽車(chē)的瞬時(shí)功率為4.8×10⁴W．
（3）汽車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程可以維持5s時(shí)
（4）汽車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)做功為2×10⁵J

點(diǎn)評(píng) 本題考查的是機(jī)車(chē)啟動(dòng)的兩種方式，即恒定加速度啟動(dòng)和恒定功率啟動(dòng)．要求同學(xué)們能對(duì)兩種啟動(dòng)方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，能畫(huà)出動(dòng)態(tài)過(guò)程的方框圖，公式p=Fv，p指實(shí)際功率，F(xiàn)表示牽引力，v表示瞬時(shí)速度．當(dāng)牽引力等于阻力時(shí)，機(jī)車(chē)達(dá)到最大速度v_max=$\frac{P}{f}$．