Question

12．額定功率為80kW的汽車在平直公路上行駛的最大速度是20m/s，汽車的質(zhì)量為2×10³ kg，若汽車從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度是2m/s²，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻力不變，求：
（1）汽車受到的阻力；
（2）勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；
（3）若汽車在15s內(nèi)從靜止開(kāi)始達(dá)到最大速度，求其所行駛的位移．（g=10m/s²）

Answer 1

分析 （1）當(dāng)牽引力等于阻力時(shí)，速度最大，根據(jù)P=Fv_m=fv_m求出汽車所受的阻力．
（2）當(dāng)勻加速運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到最大時(shí)，汽車的實(shí)際功率達(dá)到額定功率，根據(jù)牛頓第二定律求出勻加速直線運(yùn)動(dòng)的牽引力，從而得出勻加速直線運(yùn)動(dòng)的最大速度，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間公式求出勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．
（3）對(duì)勻加速過(guò)程，根據(jù)位移公式求位移．對(duì)于變加速過(guò)程，運(yùn)用動(dòng)能定理求位移．

解答 解：（1）當(dāng)牽引力等于阻力時(shí)，汽車的速度最大，由P=Fv_m=fv_m得汽車受到的阻力為：
f=$\frac{P}{{v}_{m}}$=$\frac{80000}{20}$N=4×10³N，
（2）在勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程，由由牛頓第二定律有：
F-f=ma 
得：F=f+ma=4×10³+2×10³×2N=8×10³N，
當(dāng)汽車的實(shí)際功率達(dá)到額定功率時(shí)勻加速運(yùn)動(dòng)結(jié)束，設(shè)勻加速運(yùn)動(dòng)的最大速度為v，由P=Fv得：
v=$\frac{P}{f}$=$\frac{80000}{8×1{0}^{3}}$m/s=10m/s，
所以勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：t=$\frac{v}{a}$=$\frac{10}{2}$s=5s，
（3）勻加速運(yùn)動(dòng)的位移為：x₁=$\frac{v}{2}t$=$\frac{10}{2}×5$m=25m
對(duì)于變加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程，用時(shí)：t′=15-t=10s
根據(jù)動(dòng)能定理：Pt′-fx₂=$\frac{1}{2}m{v}_{m}^{2}-\frac{1}{2}m{v}^{2}$
聯(lián)立解得：x₂=125m
所以汽車在15s內(nèi)從靜止開(kāi)始達(dá)到最大速度，其所行駛的位移為：x=x₁+x₂=150m
答：（1）汽車受到的阻力為4×10³N；
（2）勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為5s；
（3）汽車在15s內(nèi)從靜止開(kāi)始達(dá)到最大速度，其所行駛的位移是150m．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵要理解汽車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，知道當(dāng)牽引力等于阻力時(shí)，速度最大，最終做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這是勻加速起動(dòng)方式．