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- 2021-05-24 发布
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功率·典型题剖析
例1 汽车以额定功率从静止开始行驶时,一定是 [ ]
A.速度变大,加速度也变大.B.速度变小,加速度也变小.
C.速度变大,而加速度变小.D.速度最大时,牵引力一定也最大.
分析 当汽车的功率恒定时,由公式P=Fv可知,随着运动速度的
减小.当加速度减小到零时,汽车的速度达最大值.此时的牵引力应是最小.
答 C.
说明 不少学生受生活直觉的影响,还常被笼罩在亚里士多德关于力与运动关系错误观点的阴影里,总是把力与运动(速度)直接联系起来,认为汽车开得快时牵引力大,开得慢时牵引力小.应该注意:这里的基本点是功率恒定,力与运动速度必须受它的制约.
例2 汽车以速率v1沿一斜坡向上匀速行驶,若保持发动机功率不变,沿此斜坡向下匀速行驶的速率为v2,则汽车以同样大小的功率在水平路面上行驶时的最大速率为(设三情况下汽车所受的阻力相同) [ ]
分析 设汽车的质量为m,斜坡倾角为α,汽车沿斜坡匀速向上和匀速向下时的牵引力分别为F1、F2,阻力大小为f,根据力平衡条件和功率公式可知
联立两式,得所受阻力的大小
代入①式或②式,得发动机的功率
若汽车沿水平路面行驶,达最大车速时牵引力等于阻力,
即
答 C.
例3 质量m=5t的汽车从静止出发,以a=1m/s2的加速度沿水平直路作匀加速运动,汽车所受的阻力等于车重的0.06倍,求汽车在10s内的平均功率和10s末的瞬时功率.取g=10m/s2.
分析 汽车在水平方向受到两个力:牵引力F和阻力f.根据牛顿第二定律算出牵引力,结合运动学公式算出10s内的位移和10s末的速度即可求解.
解答 设汽车的牵引力为F,阻力f=kmg=0.06mg.由牛顿第二定律
F-f=ma,
得 F=m(0.06g+a)=5×103(0.06×10+1)N
=8×103N.
汽车在t=10s内的位移和10s末的速度分别为
vt=at=1×10m/s=10m/s
所以汽车在10s内的平均功率和10s末的功率分别为
Pt=Fvt=8×103×10W=8×104W.
说明 题中汽车作匀加速运动,因此10s内的平均功率也可用
由此可见,在匀变速运动中,某段时间内的平均功率等于这段时间始末两时刻瞬时功率的平均.即
讨论
汽车、火车或轮船等交通工具,在恒定的功率下起动,都是作变加速运动.这个过程中牵引力F与运动速度v的制约关系如下:
所以,最大的运动速度就是作匀速运动时的速度.
课本中的例题要求轮船的最大航行速度,就是在F=f时匀速航行的速度.