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汽车在水平直线公路上行驶,额定功率为Pe=80kW,汽车行驶过程中所受阻力恒为f...

汽车在水平直线公路上行驶,额定功率为Pe=80kW,汽车行驶过程中所受阻力恒为f=2.5×103N,汽车的质量M=2.0×103kg.若汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度的大小为a=1.0m/s2,汽车达到额定功率后,保持额定功率不变继续行驶.求:

(1)汽车在整个运动过程中所能达到的最大速度;

(2)匀加速运动能保持多长时间;

(3)当汽车的速度为5m/s时的瞬时功率;

(4)当汽车的速度为20m/s时的加速度.

 

(1)32m/s; (2)17.8s; (3)22.5kw; (4)0.75m/s2. 【解析】 试题分析:(1)汽车先做匀加速直线运动,当功率达到额定功率,做加速度逐渐减小的加速运动,当加速度减小到零,速度达到最大,做匀速直线运动. (2)根据牛顿第二定律求出匀加速直线运动过程中的牵引力,再根据P=Fv求出匀加速直线运动的末速度,从而得出匀加速直线运动的时间. (3)当汽车以额定功率做匀速运动时,速度最大,此时牵引力与阻力大小相等,由牵引力功率公式P=Fvm,求出阻力大小.汽车做匀加速直线运动过程中,由牵引力和阻力的合力产生加速度,根据牛顿第二定律求出牵引力.汽车的速度大小v=at,由P=Fv求解汽车从静止开始做匀加速直线运动,. (4)判断20m/s是处于匀加速直线运动阶段还是变加速直线运动阶段,求出牵引力,根据牛顿第二定律求出加速度. 【解析】 (1)汽车达到最大速度时,匀速运动,牵引力F=f 由P=F•v,得vm==8×104/2.5×103=32 m/s (2)由牛顿第二定律有:F1﹣f=ma 由匀变速运动规律有:vt=at 由P=F1vt 可得匀加速过程所用的时间: (3)当vt=5 m/s时,vt<vtm 故汽车仍做匀加速运动. 所求P2=F1vt=2.25×104W=22.5 kW (4)当vt′=20 m/s时,由于vt′>vtm, 故汽车不做匀加速运动了, 但功率仍为额定功率, 由Pe=Ft′vt′有:Ft′==4.0×103N 又由Ft′﹣f=ma′ 可得a′==0.75 m/s2答:(1)汽车在整个运动过程中所能达到的最大速度32m/s; (2)匀加速运动能保持17.8s时间; (3)当汽车的速度为5m/s时的瞬时功率为22.5kw; (4)当汽车的速度为20m/s时的加速度为0.75m/s2. 【点评】解决本题的关键会根据汽车的受力判断其运动情况,汽车汽车先做匀加速直线运动,当功率达到额定功率,做加速度逐渐减小的加速运动,当加速减小到零,速度达到最大,做匀速直线运动.本题是交通工具的启动问题,关键抓住两点:一是汽车运动过程的分析;二是两个临界条件:匀加速运动结束和速度最大的条件.  
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