第8章 综合·融通(一) 机车的两种启动方式（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第二册（人教版 江苏专用）

该高中物理课件聚焦机车两种启动方式，从生活实例导入，系统分析恒定功率与恒定加速度启动的运动过程、v-t/P-t图像及特点，通过典例与练习构建知识支架，帮助学生理解加速度、牵引力等物理量的关联。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，以氢能源汽车、高铁等实例为载体，通过模型建构和图像分析突破难点，采用“知能融会通+题点全练清”模式，提升学生解决实际问题能力，为教师提供系统教学资源，助力高效教学。

机车的两种启动方式 (融会课——主题串知综合应用) 综合•融通(一) 机车启动问题是力学中的典型问题，也是“从生活走向物理，从物理走向社会”的一个重要案例，在以往的高考试题中也曾多次出现。该类问题中，机车的加速度a、牵引力F、功率P、速度v四个物理量相互联系，相互制约，是学生分析物理过程的难点所在。要解决好这类问题，首先要分清机车的两种启动方式，并结合各自的特点进行分析。 主题(一)　恒定功率启动 主题(二)　恒定加速度启动 01 02 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 03 主题(一)　恒定功率启动 1.运动过程分析 知能融会通 2.启动过程中的v-t图像与P-t图像 0~t1时间内为加速度逐渐减小的变加速直线运动，t1时刻后为匀速直线运动。 3.特点 (1)当机车的牵引力与所受阻力的大小相等时，即F=Ff，a=0时，机车达到最大速度，此时vmax==。 (2)在加速过程中，加速度是逐渐减小的，如果知道某时刻的速度，就可求得此时刻的加速度，加速度a==-。 [典例]　(2025·连云港高一期末)某款质量为m的氢能源汽车如图甲所示， 测试其性能时的v-t图像如图乙所示。已知汽车在平直公路上以额定功率P启动，整个运行过程中汽车功率及所受阻力均恒定，t1时刻后以最大速度vm匀速行驶。在0~t1时间内，下列说法正确的是 (　 ) A.汽车的牵引力逐渐增大 B.汽车的阻力大小为 C.牵引力对汽车做的功为Pt1 D.汽车行驶的距离为 √ [解析]　汽车在平直公路上以额定功率P启动时，有P=Fv，可知牵引力逐渐减小，故A错误；t1时刻后汽车以最大速度vm匀速行驶，阻力与牵引力平衡，则阻力大小为Ff=，故B错误；汽车以恒定功率启动，即牵引力的功率恒定不变，在0~t1时间内牵引力对汽车做的功为W=Pt1，故C正确；v-t图像与横轴围成的面积表示位移，结合几何关系可知汽车行驶的距离大于，故D错误。 1.质量为m的汽车，启动后沿平直路面行驶，如果发动机的功率恒为P，且行驶过程中受到的阻力大小一定，汽车速度能够达到的最大值为v，那么当汽车的车速为时，汽车的瞬时加速度的大小为(　 ) A.　　 B.　　 C.　　 D. √ 题点全练清 解析：发动机功率恒为P，汽车速度达到最大值v时，有P=Fv，F=F阻；当汽车的车速为时，有P=F'·，根据牛顿第二定律有F'-F阻=ma，解得a=。故选B。 2.(2025·潥阳高一期中)2024年9月29日，自贡到重庆的高铁正式开通，早上吃冷吃兔，中午吃重庆火锅。假设此高速列车启动后沿水平直轨道行驶，发动机的总功率恒为P。且行驶过程中受到的阻力大小恒定，高速列车的质量为m，最大行驶速度为vm。下列说法正确的是 (　 ) A.在加速阶段，高速列车的加速度保持不变 B.高速列车受到的阻力大小为 C.在加速阶段，发动机对高速列车的牵引力逐渐减小 D.当高速列车的速度为时，高速列车的加速度大小为 √ 解析：发动机的功率恒定，由P=Fv可知，加速阶段，发动机对高速列车的牵引力逐渐减小，由牛顿第二定律F-f=ma可知，高速列车的加速度逐渐减小，选项A错误，C正确；高速列车以最大速度行驶时P=fvm，故高速列车受到的阻力大小为f=，选项B错误；当高速列车的速度为时，由P=F×，解得牵引力大小为F=，由牛顿第二定律得-=ma，解得高速列车的加速度大小为a=，选项D错误。 3.如图所示，“复兴号”列车正沿直线驶出火车站，假设列车质量为m，牵引电机的输出功率恒为P，所受阻力恒为Ff。某时刻速度为v1、加速度为a，一段时间t后速度为v2，在这段时间内列车的位移为x。下列关系式正确的是 (　 ) A.= B.a=- C.x=v1t2+a1t2 D.Pt=m-m √ 解析：列车以恒定功率运动，速度增大，牵引力减小，加速度减小，不是匀变速直线运动，故A、C错误；列车速度为v1时，牵引力F=，根据牛顿第二定律得a=-，故B正确；根据动能定理可知，动能变化量等于合力做功，即Pt-Ffx=m-m，故D错误。 主题(二)　恒定加速度启动 知能融会通 1.运动过程分析 2.启动过程中的v-t图像与P-t图像 0~t1时间内为匀加速直线运动，t1~t2时间内为加速度逐渐减小的变加速直线运动，t2时刻后为匀速直线运动。 3.特点 (1)当实际功率小于额定功率时做匀加速直线运动。 (2)达到额定功率后做加速度减小的变加速运动，当加速度为0时达到最大速度。 [典例]　(2025·苏州高一阶段练习)某兴趣小组让一辆自制小遥控车在水平的直轨道上由静止开始运动，小车先做匀加速运动而后以恒定的功率运动，其运动的v-t图像如图所示(除4~8 s时间段内的图像为曲线外，其余时间段图像均为直线)。小车的质量为m=2 kg，小车在整个过程中所受的阻力大小不变恒为f=6 N。求： (1)小车匀速行驶阶段的功率； [答案]　54 W [解析]　由题图可知，小车的最大速度vm=9 m/s，此时牵引力等于阻力，则小车匀速行驶阶段的功率为P=F'vm=fvm=6×9 W=54 W。 (2)小车的速度为v1=8 m/s时的加速度a1大小； [答案]　0.375 m/s2 [解析]　小车的速度为v1=8 m/s时， 其牵引力大小F1==6.75 N 根据牛顿第二定律可得F1-f=ma1 解得加速度大小为a1=0.375 m/s2。 (3)小车在匀加速运动过程中牵引力所做的功。 [答案]　108 J [解析]　由题图可知小车在匀加速运动过程中的加速度大小为a== m/s2=1.5 m/s2 根据牛顿第二定律可得F-f=ma 解得牵引力大小为F=9 N 该过程通过的位移大小为x=t=×4 m=12 m 则小车在匀加速运动过程中牵引力所做的功为 W=Fx=108 J。 [思维建模] 机车启动问题中几个物理量的求法 　　分析机车启动问题，要抓住两个核心方程：牛顿第二定律方程F-Ff=ma，联系着力和速度的方程P=Fv，结合v-t图像进行分析。 (1)机车的最大速度vm的求法 机车最终匀速前进时速度最大，此时牵引力F大小等于阻力Ff大小，故vm==。 (2)匀加速启动持续时间的求法 牵引力F=ma+Ff，匀加速的最大速度vm'=，时间t=。 (3)瞬时加速度的求法 根据F=求出牵引力，则加速度a=。 1.(2025·无锡高一阶段练习)一辆轿车在平直公路上运行，启动阶段轿车牵引力保持不变，而后以额定功率继续行驶，经过时间t0，其速度由零增大到最大值vm。若所受阻力Ff为恒力，关于轿车的速度v、牵引力F、功率P随时间t变化的情况不正确的是 (　 ) 题点全练清 √ 解析：轿车以恒定的牵引力F启动，根据a=可知，轿车先做初速度为零的匀加速直线运动，则有v=at，根据P=Fv=Fat可知，刚开始轿车的输出功率随时间均匀增加；当功率达到额定功率后，不再变化，根据P额=Fv可知，速度仍增大，则牵引力减小，根据a=可知，加速度减小，此时轿车做加速度逐渐减小的加速直线运动，当F=Ff时，加速度为零，速度达到最大，之后轿车做匀速运动。故A符合题意。 2.某款太阳能概念车质量为m，在一段平直公路上由静止匀加速启动，加速度大小为a，经过一段时间后第一次达到额定功率P。若汽车运动过程中阻力恒为Ff，则汽车做匀加速运动的时间为 (　 ) A.　　　　B. C. D. √ 解析：汽车在匀加速运动阶段，根据牛顿第二定律有F-Ff=ma，则汽车匀加速阶段的牵引力大小为F=ma+Ff，第一次达到额定功率时汽车的速度大小为v=at=，故汽车做匀加速运动的时间为t==，故选A。 3.某款汽车百公里加速时间达到4.3 s，其加速过程的v -t图像如图所示，已知汽车行驶速度越大，所受阻力越大。下列说法正确的是 (　 ) A.行驶100 km用时4.3 s B.AB段加速度小于OA段 C.AB段发动机动力不变 D.BC段发动机功率增大 √ 解析：由题意知，速度达到100 km/h需要时间4.3 s，选项A错误；由v -t图像的斜率等于加速度，可知AB段加速度大于OA段，选项B错误；AB段做加速运动，随速度的增加阻力变大，根据F-f=ma，可知，发动机动力逐渐增加，选项C错误；BC段速度增加，发动机动力逐渐变大，根据P=Fv，可知，发动机功率增大，选项D正确。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1.如果汽车以额定功率P由静止出发，沿平直路面行驶，受到的阻力恒为Ff，则下列判断正确的是 (　 ) A.汽车行驶的最大速度为vmax= B.汽车先做匀加速运动，最后做匀速运动 C.汽车先做加速度越来越小的加速运动，最后做匀速运动 D.汽车先做匀加速运动，再做匀减速运动，最后做匀速运动 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析：汽车以最大速度行驶时，牵引力与阻力大小相等，所以汽车行驶的最大速度为vmax==，故A错误；汽车以额定功率启动，根据P=Fv可知随着速度的增大，牵引力减小，而阻力不变，则汽车所受合外力减小，加速度减小，所以汽车先做加速度越来越小的加速运动，当加速度减小至零后，汽车做匀速运动，故C正确，B、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 2.质量为5 t的汽车，在水平路面上以加速度a=2 m/s2启动，所受阻力大小恒为1.0×103 N，汽车启动后第1 s末发动机的瞬时功率是 (　 ) A.2 kW　　　B.22 kW C.1.1 kW D.20 kW √ 解析：根据牛顿第二定律得F-F阻=ma，则F=F阻+ma=1 000 N+5 000×2 N=11 000 N，汽车第1 s末的速度大小为v=at=2×1 m/s=2 m/s，所以汽车启动后第1 s末发动机的瞬时功率为P=Fv=11 000×2 W=22 000 W=22 kW，故B正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 3.(2025·南京高一阶段练习)如图所示，汽车在平直路面上匀速行驶，通过O点后进入足够长的斜坡。若始终保持油门不变(即发动机的输出功率不变)，且全程所受摩擦力和空气阻力大小不变，不计通过O点前后能量的损失，则下列关于汽车通过O点后运动情况的表述，正确的是 (　 ) A.先做加速度越来越小的减速运动，之后匀速运动 B.先做加速度越来越大的减速运动，之后匀速运动 C.速度突然减小，之后做加速度减小的加速运动直到匀速运动 D.速度突然减小，之后保持匀速运动 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：汽车在平直公路上匀速运动，牵引力等于阻力，当到达斜坡后此时的牵引力小于阻力与重力分力的合力，故做减速运动，由P=Fv可知，汽车的牵引力逐渐增大，做加速度逐渐减小的减速运动，当牵引力等于阻力与重力分力的合力时，速度最小，此后做匀速运动。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 4.(2025·常州高一期中)一辆汽车在水平路面上由静止启动，在前5 s内做匀加速直线运动，5 s末达到额定功率，之后保持额定功率运动，其v-t图像如图所示。已知汽车的质量为m=2 000 kg，汽车受到的阻力大小恒为车重力的0.1倍，g取10 m/s2， 则 (　 ) A.汽车在前5 s内受到的阻力大小为200 N B.前5 s内的牵引力大小为2 000 N C.汽车的额定功率为60 kW D.汽车的最大速度为20 m/s √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：汽车受到的阻力恒为车重的0.1倍，故阻力f=0.1mg=0.1× 2 000×10 N=2 000 N，故A错误；由题图知前5 s内的加速度a==2 m/s2，由牛顿第二定律知前5 s内的牵引力F=f+ma=(2 000+2×103×2) N=6×103 N，故B错误；5 s末达到额定功率P额=Fv=6×103×10 W =60 kW，故C正确；当牵引力与阻力相等时，汽车达到最大速度，故最大速度为vmax== m/s=30 m/s，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 5.一汽车的车辆铭牌部分如图所示，该汽车在水平路面上启动的过程中，保持发动机的输出功率恒为最大净功率，假设汽车受到的总阻力大小恒为1 800 N。下列说法正确的是 (　 ) A.汽车启动的过程中，发动机提供的牵引力恒为1 800 N B.汽车匀速行驶时，发动机提供的牵引力为1 800 N C.汽车启动过程中，速度为30 m/s时合力为2 000 N D.汽车启动过程中，所能达到的最大速度约为33.3 km/h　 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：依题意汽车功率保持不变，汽车启动的过程中，根据P=Fv，速度v增大，所以发动机提供的牵引力应该减小，故A错误；汽车匀速行驶时，所受牵引力大小等于阻力大小，即F=f=1 800 N，故B正确；设汽车启动过程中速度为30 m/s时，牵引力为F'，有P=F'v，又F合=F'-f，联立可得F合=200 N，故C错误；当汽车所受牵引力大小等于阻力大小时，速度达到最大，有P=Fvm=fvm，解得vm=120 km/h，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 6.(2023·湖北高考)两节动车的额定功率分别为P1和P2，在某平直铁轨上能达到的最大速度分别为v1和v2。现将它们编成动车组，设每节动车运行时受到的阻力在编组前后不变，则该动车组在此铁轨上能达到的最大速度为 (　 ) A.　　　　　　 B. C. D. √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：由题意可知，两节动车编组前分别有P1=f1v1，P2=f2v2，当将它们编组后有P1+P2=(f1+f2)v，联立可得v=，故选D。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 7.如图是某地铁列车从左向右匀速率通过下穿轨道abcd的示意图，其中bc段水平、ab与cd段的倾角相等，已知整个过程中列车受阻力的大小保持不变(包括摩擦阻力和空气阻力)，在ab和bc段，牵引列车的功率分别为P1和P2，则在cd段牵引列车的功率为 (　 ) A.2P2-P1 B.P2-P1 C. D. √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：在ab段由受力平衡得+mgsin θ=f，在bc段由受力平衡得=f，在cd段由受力平衡得=mgsin θ+f，联立解得P3=2P2-P1，故选A。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 8.(2025·东台高一检测)一辆F1赛车含运动员的总质量约为500 kg，在一次比赛中赛车在平直赛道上以恒定功率加速，受到的阻力不变，其加速度a和速度的倒数的关系如图所示，则赛车在加速的过程中(　 ) A.输出功率为200 kW B.速度随时间均匀增大 C.加速度随时间均匀增大 D.所受阻力大小为20 000 N √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：对赛车及运动员整体受力分析，根据牛顿第二定律可知F-f=ma，其中P=Fv，代入得a=-=·-，由题图线可知-=-4，==400，解得f=4×500 N=2 000 N，P=400×500 W=200 kW，故A正确，D错误；由于赛车以恒定功率加速，速度增大，牵引力减小，加速度逐渐减小，速度不随时间均匀增大，故B、C错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 9.(2025·阜宁高一期末)某国产汽车百公里加速时间(从静止加速到100千米/小时的时间)仅为1.98秒，最高时速可达到350千米/小时，最大功率高达1 150千瓦。其独特的尾翼设计，使气流对整车产生高达285千克力(1千克力=10牛)的下压力，大大提升了高速行驶及转弯时的稳定性。已知下压力与速度的平方成正比，即FN=kv2(k为下压力系数，可认为恒定)，重力加速度g取10 m/s2。则 (　 ) A.百公里加速过程，平均加速度约为1.4g B.下压力系数约为0.03 kg/m C.最大速度行驶时可提供牵引力最大为3×104 N D.其他条件相同的情况下，下压力系数越大，最小转弯半径越大 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：汽车从静止加速到v=100 km/h≈27.78 m/s，依题意有a==m/s2≈14 m/s2，又g=10 m/s2，故可知a≈1.4g，即百公里加速过程，平均加速度约为1.4g，故A正确；当汽车达到最高时速vmax=350 km/h≈97.22 m/s，下压力F=285×10 N=2 850 N，由题意F=kv2，可得k== kg/m≈0.3 kg/m，即下压力系数约为0.3 kg/m，故B错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 汽车在最大速度行驶时，根据P=Fv可得最大牵引力约为F==≈ 1.2×104 N，故C错误；其他条件相同的情况下，下压力系数越大，对应速度下的下压力越大，最大静摩擦力越大，根据μFN=m，可知最小转弯半径越小，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 10.(12分)(2025·苏州高一阶段练习)如图甲所示，一物体置于倾角θ=30°的足够长光滑斜面上，电动机通过跨过定滑轮的轻绳牵引物体沿斜面上升。启动电动机后，在0~6 s时间内物体运动的v-t图像如图乙所示，其中除1~5 s时间段图像为曲线外，其余时间段图像均为直线，1 s后电动机的输出功率保持不变。已知物体的质量为5 kg，不计一切阻力，重力加速度g取10 m/s2。则： 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (1)0~1 s内电动机牵引力的大小；(4分) 答案：45 N 解析：由题图乙可知，0~1 s内物体做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可得F1-mgsin θ=ma1，a1==4 m/s2，解得F1=45 N。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (2)电动机的额定功率；(4分) 答案：180 W 解析：电动机的额定功率为 P=F1v1=45×4 W=180 W。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (3)求物体上滑达到的最大速度及此时重力的瞬时功率大小。(4分) 答案：7.2 m/s　180 W 解析：物体上滑达到最大速度时， 有P=mgsin θ·v，解得v=7.2 m/s 此时重力的瞬时功率为 PG=mgsin θ·v=180 W。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 11.(12分)汽车发动机的额定功率为P=100 kW，汽车的质量为m= 5 t，汽车在水平路面上行驶时，阻力是汽车所受重力的，g取10m/s2。 (1)若汽车保持额定功率不变从静止启动，当汽车的速度为v1= 5 m/s时，加速度为多大?(6分) 答案：3 m/s2 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：速度为v1=5 m/s时，设汽车的牵引力大小为F，则F== N=2×104 N 由牛顿第二定律可得F-f=ma 解得a==m/s2=3 m/s2。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (2)若汽车以a2=1 m/s2的加速度从静止开始做匀加速启动，经过多长时间汽车功率达到额定值?(6分) 答案：10 s 解析：设汽车匀加速启动时的牵引力大小为F'， 由牛顿第二定律可得F'-f=ma2 则F'=ma2+f=10 000 N 匀加速阶段获得的最大速度为 v'== m/s=10 m/s 匀加速阶段的时间为t== s=10 s。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $