第六章　微点突破3　机车启动问题 课件-2027届高考物理一轮复习

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考查要求，即分析两种启动方式中物理量变化及计算。通过梳理功率与F、v制约关系，构建恒定功率和恒定加速度启动模型，归纳最大速度计算、图像分析等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于高考真题训练与科学思维培养，如以2023湖北卷动车组最大速度题为例，用模型建构法推导总功率与总阻力关系，结合三个重要关系式突破瞬时加速度、匀加速时间等高频考点。帮助学生掌握动能定理应用技巧，教师可通过真题变式训练提升复习效率。

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 讨论交流 答案　见解析 (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。 　　　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。 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 提炼·总结 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。 (2025·江苏扬州市检测)质量m=200 kg的小型电动汽车在平直的公路上由静止启动，图甲表示汽车运动的速度与时间的关系，图乙表示汽车牵引力的功率与时间的关系。设汽车在运动过程中阻力不变，在18 s末汽车的速度恰好达到最大。下列说法正确的是 A.汽车受到的阻力200 N B.汽车的最大牵引力为600 N C.8~18 s过程中汽车牵引力做 的功为8×103 J D.汽车在做变加速运动过程中的位移大小为95.5 m √ 　　　当汽车的速度达到最大时，汽车受到的阻力等于汽车的牵引力，为Ff== N=800 N，故A错误； 0~8 s内，汽车的牵引力最大，在8 s时汽车的牵引力为Fm== N=1 000 N，故B错误； 8~18 s过程中汽车牵引力做的功为W=Pt=8×103×(18-8) J=8×104 J，故C错误； 汽车在做变加速运动过程中，根据动能定理Pt-Ffx=m-m，解得x =95.5 m，故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.(2023·湖北卷·4)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. √ 　　　由题意可知两节动车分别有P1=Ff1v1，P2=Ff2v2，当将它们编组后有P1+P2=(Ff1+Ff2)v，联立可得v=，故选D。 20 2.一辆质量为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 √ 21 　　　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·江苏扬州市七校联盟联考)起重机某次从t=0时刻由静止开始提升质量为m=150 kg的物体，其a-t图像如图所示，5~10 s内起重机的功率为额定功率，不计其他阻力，重力加速度g取10 m/s2，则以下说法正确的是 A.物体在0~10 s内运动的最大速度为10 m/s B.起重机的额定功率为1 800 W C.5~10 s内起重机对物体做的功等于0~5 s内起重机对 物体做功的1.5倍 D.5~10 s内起重机对物体做的功等于0~5 s内起重机对物体做功的2倍 √ 23 　　　由a-t图像可知，物体在0~5 s做匀加速直线运动，5 s时物体的速度为v1=at1=2×5 m/s=10 m/s，由于5 s后物体做加速度逐渐减小的加速运动，可知物体在0~10 s内运动的最大速度大于10 m/s，故A错误； 由a-t图像可知，在5 s时，物体结束做匀加速运动，此时起重机功率达到最大功率，根据牛顿第二定律可得F-mg=ma 解得F=1 800 N 则起重机的额定功率为P额=Fv1=1 800×10 W=18 000 W，故B错误； 　　　0~5 s内，物体的位移为x1=t1=×5 m=25 m，0~5 s内起重机对物体做的功为W1=Fx1=1 800×25 J=45 000 J，5~10 s内起重机保持额定功率不变，则5~10 s内起重机对物体做的功W2=P额t2=18 000×5 J=90 000 J 可得W2=2W1，故C错误，D正确。 4.(2025·江苏苏州市期中)质量为m=8×102 kg的电动车由静止开始沿平直公路行驶，先做匀加速直线运动，然后变加速，达到的最大速度为vm=30 m/s，利用传感器测得此过程中不同时刻电动车的牵引力F与对应的速度v，并描绘出图 像如图所示(图中均为直线)，若电动车行驶过程中所受的阻力恒定，求： (1)汽车的额定功率P； 答案　1.2×104 W 26 　　　由题图可知，匀速阶段牵引力 F=Ff=400 N 则P=Fvm=400×30 W=1.2×104 W (2)匀加速直线运动的时间t。 答案　3 s 　　　题图中AB表示匀加速阶段可知，F1=2 000 N 根据牛顿第二定律可知F1-Ff=ma 解得a=2 m/s2 匀加速过程的最大速度v1==6 m/s， 所以匀加速直线运动的时间t==3 s。 28 本课结束 THANKS 第六章 $