Question

（2009?湘潭一模）一輛質(zhì)量為5×10³kg的汽車，額定功率為60kW，現(xiàn)讓汽車保持60kW的功率從水平路面上由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中汽車所受阻力恒為車重的0.1倍，（g=10m/s²）求：
（1）啟動(dòng)后0.5s內(nèi)牽引力做的功；
（2）汽車的加速度為1m/s²時(shí)汽車的速度；
（3）汽車的速度為10m/s時(shí)的加速度；
（4）汽車行駛過(guò)程中能達(dá)到的最大速度；
（5）若汽車以2m/s²啟動(dòng)，汽車勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為多長(zhǎng)？

Answer 1

分析：汽車以額定功率啟動(dòng)，在開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的時(shí)候功率就是最大值，根據(jù)p=Fv可知隨著汽車速度的增加，汽車的牽引力將減小，所以汽車將做加速度減小的變加速運(yùn)動(dòng)，一直減小到牽引力和阻力相等時(shí)，汽車到達(dá)最大速度，開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)．

解答：解：（1）由于汽車以額定功率啟動(dòng)，
所以0.5s內(nèi)牽引力做的功為 W=Pt=60000×0.5J=30000J，
（2）設(shè)此時(shí)汽車的牽引力為F，由牛頓第二定律得
  F-f=ma，
所以F=ma+f=5000×1+50000×0.1=10000N，
由P=Fv可得
  v=

P

F

=

60000

10000

m/s=6m/s，
（3）設(shè)此時(shí)汽車的牽引力為F′，
由P=F′v可得
  F′=

P

v

=

60000

10

N=6000N，
所以加速度為 a=

F′-f

m

=

6000-5000

5000

m/s²=0.2m/s² ，
（4）當(dāng)牽引力和阻力相等時(shí)，汽車達(dá)到最大速度，
由 P=FV=fV_m 得
   V_m=

P

f

=

60000

5000

m/s=12m/s，
（5）若汽車以2m/s²的加速度勻加速運(yùn)動(dòng)，
由牛頓第二定律可得，
  F-f=ma，
所以 F=ma+f=5000×2+5000=15000N，
當(dāng)功率達(dá)到最大時(shí)，就是汽車勻加速運(yùn)動(dòng)的最后的時(shí)刻，
由P=Fv得，
  v=

P

F

=

60000

15000

=4m/s，
所以汽車勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=

v

a

=

4

2

s=2s，
答：（1）啟動(dòng)后0.5s內(nèi)牽引力做的功是30000J；
（2）汽車的加速度為1m/s²時(shí)汽車的速度是6m/s；
（3）汽車的速度為10m/s時(shí)的加速度是0.2m/s² ；
（4）汽車行駛過(guò)程中能達(dá)到的最大速度是12m/s；
（5）若汽車以2m/s²啟動(dòng)，汽車勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是2s．

點(diǎn)評(píng)：本題的關(guān)鍵是理解機(jī)車的啟動(dòng)過(guò)程，這道題是以恒定加速度啟動(dòng)，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)車達(dá)到最大速度vmax=

p額

f

．