第六章微点突破3 机车启动问题-2027届高考物理一轮复习课件

该高中物理高考复习课件聚焦“机车启动问题”核心考点，依据高考评价体系明确两种启动方式中物理量变化分析及计算的考查要求，梳理功率与牵引力、速度的制约关系，归纳最大速度求解、匀加速时间计算等高频题型，体现高考备考的系统性和针对性。 课件亮点在于“过程建模+图像分析+真题实战”的复习策略，如通过恒定功率启动的v-t图像建构运动模型，结合2025江西一模真题解析牵引力与速度倒数关系，培养科学思维和物理观念素养。提炼三个重要关系式突破考点，帮助学生掌握解题技巧，教师可据此高效指导复习。

第六章 机械能守恒定律 机车启动问题 微点突破3 会分析两种机车启动方式中各物理量的变化并能进行相关计算。 目标要求 3 一、功率P与F、v的制约关系 1.额定功率与实际功率：额定功率指发动机正常工作时的最大功率，实际功率指发动机实际输出的功率，一般小于额定功率。最大速度vm=。 2.三个量之间的制约关系 定值 各量间的关系 应用 P一定 F与v成反比 汽车上坡时，要增大牵引力，应换低速挡减小速度 v一定 F与P成正比 汽车上坡时，若速度不变，应加大油门，增大输出功率，获得较大牵引力 F一定 v与P成正比 汽车在平直高速路上，加大油门增大输出功 率，可以提高速度 　　　(来自教材改编)发动机的额定功率是汽车长时间行驶时所能输出的最大功率。某型号汽车发动机的额定功率为60 kW，在水平路面上行驶时受到的阻力是1 800 N。 (1)求发动机在额定功率下汽车匀速行驶的速度大小； 答案　33.3 m/s 　　 汽车匀速行驶时，F牵=Ff=1 800 N P=F牵v1 则v1=≈33.3 m/s (2)假定汽车以54 km/h的速度匀速行驶时受到的阻力不变，此时发动机输出的实际功率是多少？ 答案　27 kW 　　 v2=54 km/h=15 m/s P实=F牵v2=2.7×104 W=27 kW。 二、机车启动问题 (来自教材改编)质量为m的汽车在平直公路上行驶，阻力Ff保持不变。当它以速度v、加速度a加速前进时，发动机的实际功率正好等于额定功率，从此时开始，发动机始终在额定功率下工作。 如果公路足够长，汽车的加速度和速度如何变化？汽车最后的速度是多大？说出理由。 答案　见解析 讨论交流 　　 质量为m的汽车，当发动机的实际功率等于额定功率P额时速度为v，加速度为a， 则有-Ff=ma 得P额=(Ff+ma)v 此后由于P额和Ff不变，随着速度增大，a逐渐减小，当=Ff时a=0，此时速度达到最大，vmax== 达到最大速度后，以最大速度匀速行驶。 提炼·总结 1.以恒定功率启动 (1)过程分析 (2)此过程的P-t图像和v-t图像 2.以恒定加速度启动 (1)过程分析 (2)此过程的P-t图像和v-t图像 　　　一辆汽车质量m=1.0×103 kg，发动机的额定功率P=5.6×104 W，汽车在运动过程中所受阻力Ff=2 000 N。 (1)求汽车在水平直轨道上行驶的最大速度的大小； 答案　28 m/s 　　 汽车以额定功率行驶，当牵引力等于阻力，即F=Ff时，汽车的加速 度为零，速度达到最大值vm，则vm===28 m/s (2)在水平直轨道上，发动机以额定功率P工作，求当行驶速度为10 m/s时，汽车的瞬时加速度的大小； 答案　3.6 m/s2 　 　若v=10 m/s，则此时牵引力F'==5.6×103 N 根据牛顿第二定律得a==3.6 m/s2 (3)若汽车从静止开始，保持2 m/s2的加速度做匀加速直线运动，求这一过程维持的最长时间。 答案　7 s 　 　由牛顿第二定律得F″=Ff+ma″=4 000 N 在此过程中，速度增大，发动机功率增大，设功率增大到额定功率时速 度为v″，则v″==14 m/s，由v″=a″t得t==7 s。 拓展　若汽车沿倾角为30°的斜坡向上运动，求汽车所能达到的最大速度的大小(g取10 m/s2)。 答案　8 m/s 　 　汽车在斜坡上达到最大速度时，加速度为零，根据受力平衡有F牵=Ff+mgsin 30°，又P=F牵vm'，解得vm'=8 m/s。 　　　(多选)(2025·江西省部分学校一模)一辆机车在水平路面上从静止开始做直线运动，其加速度随时间变化的图像如图甲所示，机车牵引力F和车速倒数的关系图像如图乙所示，机车前进过程中所受阻力大小恒定，t=t0时刻机车达到额定功率，之后保持该功率不变，下列说法正确的是 A.所受恒定阻力大小为1.5×105 N B.机车运动的额定功率为6×106 W C.机车匀加速运动的时间为30 s D.机车的质量为6×105 kg √ √ 　　 由题图乙可知，机车在BC段以恒定功率启动，当速度最大时，机车匀速行驶，机车所受恒定阻力大小等于机车牵引力的大小，则有Ff=F=1.5×105 N，A正确； 机车运动的额定功率P=Fvm=1.5×105×60 W=9×106 W，B错误； 机车匀加速的末速度v== m/s=20 m/s，AB段机车以恒定加速度启 动，由题图甲可知机车的加速度为a=0.5 m/s2，机车匀加速运动的时间t0= =40 s，C错误； 根据牛顿第二定律，结合题图甲可得F'-Ff=Ma，解得M=6×105 kg，D正确。 机车启动问题的三个重要关系式 1.无论哪种启动过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度， 即vm=。 2.机车以恒定加速度启动的过程中，匀加速过程结束时，功率最大， 但速度不是最大，v=<vm=。 3.机车以恒定功率启动时，牵引力做的功W=Pt。由动能定理得：Pt-F阻x =ΔEk。此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小和时间。 跟踪训练 1.(2026·重庆市南开中学开学考)“复兴号” 动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。总质量为m的动车组在水平平直轨道上行驶，该动车组有六节动力车厢，每节车厢发动机的额定功率均为P。若动车组所受的阻力与其速率成正比F阻=kv，k为常量，动车组能达到的最大速度为vm。若六节动力车厢输出的总功率为2P ，则动车组在水平平直轨道上匀速行驶时 A.速度为vm B.速度为vm C.牵引力为以vm行驶时的 D.牵引力为以vm行驶时的倍 √ 22 　　　当动车组以最大速度vm行驶时，总功率为6P，此时牵引力等于阻力，6P=F阻·vm=k，当总功率为2P时，匀速行驶时牵引力仍等于阻力， 设此时速度为v，则2P=F阻·v=kv2，联立得v=vm，故B正确，A错误； 以vm行驶时，牵引力F1=kvm，以v=vm行驶时，牵引力F2=kv=kvm=F1， 故C、D错误。 2.(2026·安徽省名校联考检测)一辆质量为m的汽车在水平平直公路上由静止开始匀加速启动，汽车的输出功率与速度的关系如图所示，当汽车的速度达到v0时，汽车的输出功率达到额定功率P0，汽车能达到的最大速度为2v0。已知汽车运动过程中所受的阻力恒定，下列说法正确的是 A.汽车所受的阻力大小为 B.汽车做匀加速时的牵引力大小为 C.汽车做匀加速运动的时间为 D.汽车的速度大小为v0时，其加速度大小为 √ 　　　汽车的额定功率P0=Ffvm=Ff·2v0，解得Ff=，故A错误； 当速度为v0时，汽车刚好达到最大功率，有P0=Fv0，解得F=，根据牛顿第二定律有F-Ff=ma，解得a=，则汽车做匀加速直线运动的时间t==，故B、C错误； 当汽车的速度大小v=v0时，功率已达到额定功率，此时牵引力大小F'==，根据牛顿第二定律有F'-Ff=ma'，解得a'=，故D正确。 3.(2025·云南昆明市检测)如图甲所示的起重机从t=0时刻由静止开始竖直向上提升质量为m=100 kg的物体，其0~4 s的v-t图像如图乙所示。t=4 s时，起重机达到额定功率，之后以额定功率继续提升一段时间，物体速度达到最大值。若所有阻力均不计，重力加速度g取10 m/s2，以下说法正确的是 A.起重机的额定功率为4 000 W B.物体达到的最大速度为5 m/s C.当物体的速度为2 m/s时，起重机的功率为2 200 W D.当物体的速度大小为4.2 m/s时，物体加速度大小为0.6 m/s2 √ 　　　由v-t图像可知，开始时物体做匀加速直线运动，加速度大小a= =1 m/s2，由牛顿第二定律可知FT-mg=ma，可得起重机对物体的拉力大小为FT=mg+ma=1 100 N，在t=4 s时，起重机的功率为额定功率P=FTv=4 400 W， 当拉力FT1=mg时，速度最大，故vm===4.4 m/s，故A、B错误； 当物体的速度大小为v1=2 m/s时，起重机的功率还没达到额定功率，物体还在做匀加速直线运动，所以P1=FTv1=2 200 W，故C正确； 当物体速度大小为v2=4.2 m/s时，起重机功率已经达到额定功率，拉力大 小FT2=，加速度大小a1=≈0.476 m/s2，故D错误。 4.(2026·山东日照市检测)t=0时，质量为m的汽车由静止开始启动并沿平直路面行驶，发动机的输出功率恒为P，受到的阻力大小一定，汽车能够达到的最大速度为v。已知t=t0时汽车的速度为v，下列判断正确的是 A.t=t0时，汽车的加速度大小为 B.0~t0时间内，汽车的位移大小为 C.t=2t0时，汽车的速度大小为v D.t0~2t0时间内，汽车的位移大小为vt0- √ 　　　当汽车速度达到最大值v时，牵引力等于阻力，即P=Ffv，所以阻 力Ff=，在t=t0时，汽车速度为v，此时牵引力为F==，根据牛顿第二定律可得a===，故A正确； 在0~t0时间内，根据动能定理可得Pt0-Ffx1=m()2，解得x1=vt0-，故B 错误； 若汽车做匀加速直线运动，t=t0时汽车的速度为v，t=2t0时，汽车的速度 大小为v，但汽车的功率恒定，在未达到最大速度前，随着速度的增大，加速度减小，所以t=2t0时，汽车的速度小于v，故C错误； 　　　若汽车在t=2t0时速度达到最大速度v，设t0~2t0时间内汽车的位移 为x2，对0~2t0时间内的汽车，根据动能定理得2Pt0-Ff(x1+x2)=mv2，将Ff=，x1=vt0-代入解得x2=vt0-，由于汽车在t=2t0时速度小于v，则t0~2t0时间内汽车的位移大小不为vt0-，故D错误。 本课结束 THANKS 第六章 $