高中物理 第四章 機械能和能源 第2節(jié) 功率 3 機車以恒定的加速度啟動動力學分析學案 教科版必修2.doc
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高中物理 第四章 機械能和能源 第2節(jié) 功率 3 機車以恒定的加速度啟動動力學分析學案 教科版必修2.doc
機車以恒定的加速度啟動動力學分析一、考點突破:知識點考綱要求說明機車以恒定的加速度啟動動力學分析1. 能夠運用機車啟動的特點解決機車的啟動問題;2. 會自己動手推導、討論、分析機車問題本知識點難度較大,綜合性較強,過程較多,其中涉及到高一階段除曲線運動外的幾乎所有內容,如受力分析,牛頓第二定律,運動學公式及功率公式,勻變速運動和非勻變速運動,是與高考接軌的一個考點二、重難點提示:重點:1. 理解解決機車啟動問題的兩個核心公式。 2. 理解機車兩種啟動方式中各段的運動性質。難點:1. 對兩種啟動方式的v-t圖象進行分析。 2. 學會將牛頓第二定律及功率方程融入機車問題。機車以恒定加速度啟動1. 模型綜述物體在牽引力(受功率和速度制約)作用下,從靜止開始克服一定的阻力,加速度不發(fā)生變化,但受額定功率的限制,達到P額后加速度減小,速度增大,最終加速度等于零,速度達到最大值?!疽c詮釋】(1)受力情況:如圖所示,(2)功率特征:先增大到額定功率后以額定功率行駛。(3)機車的功率為牽引力的功率,而非合外力的功率。2. 模型特征(1)動態(tài)過程:(2)這一過程的速度時間圖象如圖所示:【重要提示】注意區(qū)分勻加速結束時的速度和機車行駛的最大速度。【核心歸納】1. 無論哪種啟動方式,機車最終的最大速度都應滿足:vm,且以這個速度做勻速直線運動。2. 在用公式PFv計算機車的功率時,F(xiàn)是指機車的牽引力而不是機車所受到的合力。3. 恒定功率下的加速一定不是勻加速,這種加速過程發(fā)動機做的功可用WPt計算,不能用WFl計算(因為F是變力)。4. 以恒定牽引力加速時的功率一定不恒定,這種加速過程發(fā)動機做的功常用WFl計算,不能用WPt計算(因為功率P是變化的)。 例題1 質量為m的汽車在平直路面上啟動,啟動過程的速度圖象如圖所示,從t1時刻起汽車的功率保持不變,整個運動過程中汽車所受阻力恒為Ff,則( )A. 0t1時間內,汽車的牽引力等于m B. t1t2時間內,汽車的功率等于 v1C. 汽車運動過程中最大速度v v1D. t1t2時間內,汽車的平均速度小于思路分析:在0t1時間內,汽車勻加速運動時的加速度為,牽引力,故A錯誤;在t1-t2時間內,汽車的功率,故B正確;汽車的最大功率為:,達到最大速度時有,聯(lián)立可得最大速度,故C正確; 在tl-t2時間內,汽車做變加速運動,該過程圖線與時間軸圍成的面積,大于勻變速過程的面積,即變加速的位移等于勻加速的位移,所以汽車的平均速度大于,故D錯誤。答案:BC例題2 (四川高考)圖示為修建高層建筑常用的塔式起重機。在起重機將質量m=5103 kg的重物豎直吊起的過程中,重物由靜止開始向上做勻加速直線運動,加速度a=0.2 m/s2,當起重機輸出功率達到其允許的最大值時,保持該功率直到重物做vm=1.02 m/s的勻速運動。取g=10 m/s2,不計額外功。求:(1)起重機允許輸出的最大功率。(2)重物做勻加速運動所經歷的時間和起重機在第2秒末的輸出功率。思路分析:(1)設起重機允許輸出的最大功率為P0,重物達到最大速度時,拉力F0等于重力。 代入數(shù)據(jù),有;(2)勻加速運動結束時,起重機達到允許輸出的最大功率,設此時重物受到的拉力為F,速度為v1,勻加速運動經歷時間為t1,有: 代入數(shù)據(jù),得:t1=5 s 當t=2 s時,重物處于勻加速運動階段,設此時速度為v2,輸出功率為P,則 代入數(shù)據(jù),得:P=2.04104W。答案:(1) (2) P=2.04104W【知識脈絡】 滿分訓練:一輛汽車在水平路面上勻速直線行駛,阻力恒定為Ff,t1時刻駛入一阻力為的路段繼續(xù)行駛,t2時刻駛出這段路,阻力恢復為Ff,行駛中汽車功率恒定,則汽車的速度v及牽引力F隨時間t的變化圖象可能是()思路分析:0t1時間內,汽車做勻速運動,F(xiàn)Ff,t1t2時間內PFv,隨著v的增大,F(xiàn)減小,汽車做加速度逐漸減小的加速運動,t2時刻,F(xiàn)<Ff,汽車做減速運動,隨著v的減小,F(xiàn)增大,汽車做加速度逐漸減小的減速運動,當FFf時做勻速運動,所以正確選項為A、C。答案:AC