8.1 功和功率-专题 机车启动的两种方式 课件 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

第八章 机械能守恒定律 专题复习 机车启动的两种方式 嵩县第二高级中学 郭盼佳 1 学习目标 01 02 1.会分析机车以恒定功率和以恒定加速度启动过程中各物理量的变化(重点)。 2.掌握机车启动问题的分析思路和分析方法(难点)。 2 目录 contents 以恒定功率启动 01 02 以恒定牵引力启动 03 典例分析 3 首先：机车启动一定满足如下公式 F牵 FN G F阻 汽车的瞬时功率 汽车的牵引力 汽车的瞬时速度 汽车在行驶的过程中，发动机的最大功率等于额定功率。 P = F v ① 机车启动 并且：机车启动的加速度 ★注：F阻一定（有时候写为f） F牵 FN G F阻 F牵-F阻=ma ② 机车启动 机车的两种启动方式 汽车启动（加速运动）的情况有两种： 1、以额定功率P额（或恒定功率）启动; 2、在恒定的牵引力F（或恒定的加速度a）作用下启动。 两种启动 以恒定功率启动 01 7 导学：一汽车在水平路面上以恒定功率P从静止开始做加速运动,运动过程中受到的阻力大小为Ff: 思考：(1)汽车功率指的是合力做功的功率(总功率)还是牵引力做功的功率? (2)汽车在启动过程中速度v、加速度a 怎么变化?汽车的最大速度是多大? (3)试定性画出此过程中的v-t、P-t、F-t图像。 以恒定功率启动 功率P 一定 牵引 力F 速度v 阻力F阻不变 加速度 a 加速度a减小的加速直线运动（变加速直线运动） 达到最大速度vm 有P额=F牵vm =F阻vm F=F阻时 a=0 匀速直线运动 1.当F牵=F阻时速度最大vm 2.先变加速再匀速 3.汽车启动过程始终满足： P瞬=P额=F牵v 保持vm 匀速 1、以额定功率P额（或恒定功率）启动 4.汽车启动结束满足： P额=F牵vm =F阻vm 机车以恒定功率启动的v－ t 图 先做加速度逐渐减小的变加速直线运动，最终以速度vm做匀速直线运动。 vm＝ F阻 P v t 0 vm 记住两个重要关系式 （1）瞬时加速度公式: a = m F阻 P v （2）最大速度公式 vm＝ F阻 P 发动机做的功只能用W =Pt计算，不能用W =Fl计算（因为F为变力） V t t P 0 Vm t加 t加 t加 t F O 机车以恒定P启动的各种图像 【例题】质量为m＝5×103 kg的汽车在水平公路上行驶，阻力是车重的0.1倍．让车保持额定功率为60 kW，从静止开始行驶，求(g取10 m/s2)： (1)汽车达到的最大速度vmax； (2)汽车车速v1＝2 m/s时的加速度． 以恒定牵引力启动 02 13 导学若一汽车在水平路面上以恒定加速度开始启动,额定功率为P额，运动过程中受到的阻力大小为Ff。 (1)汽车匀加速运动过程中,牵引力如何变化?汽车的实际功率如何变化? (2)当汽车的实际功率达到额定功率P额时，汽车的速度是多大?此时汽车的速度是否为最大速度?之后功率将如何变化? (3)分析整个运动过程并画出整个过程中汽车运动的 v-t、P-t、F-t图像。 (4)求出整个过程中汽车的最大速度。 以恒定牵引力启动 加速度a一定 速度v v=at 牵引力不变 匀加速直线运动 加速度a减小的加速直线运动（变加速直线运动） 功率P P<P额，继续匀加速 保持P额 继续加速 达到P额时（P= P额） F>F阻（a≠0） 牵引力F 速度v 阻力F阻不变 加速度a 达到最大速度vm有P额=F牵vm =F阻vm F=F阻时 a=0 匀速直线运动 保持vm匀速 2、在恒定的牵引力F′（或恒定的加速度a）作用下启动 加速度a一定 速度v v=at 牵引力不变 匀加速直线运动 达到最大速度vm 加速度a减小的加速直线运动（变加速直线运动） 功率P P<P额，继续匀加速 v F a 保持P额继续加速 达到P额时（P= P额） F>F阻（a≠0） 1.当F牵=F阻时速度最大vm 2.先匀加速再变加速最后匀速 简化为： 3.汽车匀加速直线运动阶段满足： P瞬=F′牵v ＜P额 4.汽车在匀加速直线运动结束时，达到额定功率： P瞬=P额=F′牵v 5.汽车启动结束满足： P额=F牵vm =F阻vm 机车以恒定加速度启动的v－ t 图 先做匀加速直线运动，再做加速度逐渐减小的变加速直线运动，最终以速度 做匀速直线运动。 v t 0 Vm＝ F阻 P额 vm t1 v1 V t t F O P t 0 机车以恒定a启动的各种图像 t加 t加 t加 t1 t1 t1 v1 vm P额 F′牵 (3)若汽车以额定功率启动，则汽车的车速为v1＝2 m/s时的加速度多大； 感谢您的耐心聆听 【例题】在水平路面上运动的汽车的额定功率为60 kW，若其总质量为5 t，在水平路面上所受到的阻力大小恒为5×103 N，求： (1)汽车所能达到的最大速度的大小； (3)若汽车以额定功率启动，则汽车的车速为v1＝2 m/s时的加速度多大； (2)若汽车以0.5 m/s2的加速度由静止开始做匀加速直线运动，这一过程能维持多长的时间； (4)若汽车以v2＝6 m/s的速度匀速行驶，汽车的实际功率多大。 19 感谢您的耐心聆听 I'd like to finish by saying how grateful I am for your attention. 总结提升 机车启动问题中几个物理量的求法 分析机车启动问题，要抓住两个核心公式：牛顿第二定律方程F－Ff＝ma，联系着力和加速度；P＝Fv，联系着力和速度。结合v－t图像进行分析。 (1)机车的最大速度vm的求法 20 感谢您的耐心聆听 I'd like to finish by saying how grateful I am for your attention. (2)匀加速启动持续时间的求法 (3)瞬时加速度的求法 总结提升 21 典例分析 03 22 【例题1】(2020·江苏高考卷)质量为1.5×103 kg的汽车在水平路面上匀速行驶，速度为20 m/s，受到的阻力大小为1.8×103 N。此时，汽车发动机输出的实际功率是 A.90 W　　　B.30 kW　　　C.36 kW　　　D.300 kW 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 【例题2】11.一赛车在平直赛道上以恒定功率200 kW加速运动，受到的阻力不变，加速度a和速度v的倒数的关系如图所示，则赛车 A.做匀加速直线运动 B.质量为200 kg C.所受阻力大小为2 000 N D.v′＝50 m/s时牵引力大小为2 000 N 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 【例题3】10.如图所示为修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将质量m＝5×103 kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a＝2 m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率继续加速直到重物做vm＝6 m/s的匀速运动。g取10 m/s2，不计额外功。求： (1)重物在匀加速运动时的牵引力； 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 (3)起重机在第2秒末的输出功率。 (2)起重机允许输出的最大功率； 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 【例题4】汽车发动机的额定功率为60 kW，汽车的质量为4吨，当它行驶在坡度为α(sin α＝0.02)的长直公路上时，如图所示，所受摩擦力为车重力的0.1倍(不计空气阻力，g取10 m/s2)，求：(结果均保留三位有效数字) (1)汽车所能达到的最大速度的大小； 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 (2)若汽车从静止开始以0.6 m/s2的加速度做匀加速直线运动，则此过程能维持多长时间； 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 作业：完成专题训练八机车启动相关习题 29 【解】　(1)由P＝Fv＝F阻vmax得： vmax＝eq \f(P,F阻)＝eq \f(P,μmg)＝eq \f(60×103,0.1×5×103×10) m/s＝12 m/s. (2)由P＝Fv得F＝eq \f(P,v)，当v1＝2 m/s时， F1＝eq \f(P,v1)＝eq \f(60×103,2) N＝3×104 N， 由牛顿第二定律得F1－F阻＝ma，所以 a＝eq \f(F1－μmg,m)＝eq \f(3×104－0.1×5×103×10,5×103) m/s2 ＝5 m/s2. 机车最终匀速前进时速度最大，此时a＝0，牵引力F大小等于阻力大小Ff，故vm＝＝。 牵引力F＝ma＋Ff，匀加速阶段的末速度vm′＝，时间t＝。 根据F＝求出牵引力，则加速度a＝。 $