Question

某日有霧的清晨，一艘質(zhì)量為m=500t的輪船，從某碼頭由靜止起航做直線運(yùn)動(dòng)，并保持發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率等于額定功率不變，經(jīng)t₀=10min后，達(dá)到最大行駛速度v_m=20m/s，霧也恰好散開，此時(shí)船長(zhǎng)突然發(fā)現(xiàn)航線正前方S=480m處，有一只拖網(wǎng)漁船以v=5m/s的速度沿垂直航線方向勻速運(yùn)動(dòng)，且此時(shí)漁船船頭恰好位于輪船的航線上，輪船船長(zhǎng)立即下令采取制動(dòng)措施，附加了恒定的制動(dòng)力F=1.0×10⁵N，結(jié)果漁船的拖網(wǎng)越過輪船的航線時(shí)，輪船也恰好從該點(diǎn)通過，從而避免了事故的發(fā)生．已知漁船連同拖網(wǎng)總長(zhǎng)度L=200m（不考慮拖網(wǎng)漁船的寬度），假定水對(duì)船阻力的大小恒定不變，求：
（1）輪船減速時(shí)的加速度a；
（2）輪船的額定功率P；
（3）發(fā)現(xiàn)漁船時(shí)，輪船離開碼頭的距離．

Answer 1

分析：（1）先求出漁船通過的時(shí)間，輪船運(yùn)動(dòng)的時(shí)間等于漁船運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，根據(jù)位移時(shí)間公式即可求得加速度；
（2）根據(jù)牛頓第二定律求出輪船所受阻力，最大速度行駛時(shí)，牽引力等于阻力，再根據(jù)功率P=Fv_m求出功率；
（3）從開始運(yùn)動(dòng)到看到漁船的過程中運(yùn)用動(dòng)能定理即可解題．

解答：解：（1）漁船通過的時(shí)間t=

L

v

=

200

5

s=40s                                  
由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式S=vmt+

1

2

at2，
得到 a=

2(S-vmt)

t2

=

2×(480-20×40)

402

m/s2=-0.4m/s²                   
（2）輪船做減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由牛頓第二定律得：-（ F+F_f）=ma                      
解得F_f=1.0×10⁵ N                                                  
最大速度行駛時(shí)，牽引力F=F_f=1.0×10⁵N，
功率P=Fv_m=F_f v_m=1.0×10⁵×20W=2.0×10⁶ W                              
（3）由動(dòng)能定理得Pt0+(-FfS1)=

1

2

m

v

2 m

解得S₁=

2Pt0-m v 2 m

2Ff

=

2×2.0×106×10×60-500×103×202

2×1.0×105

m=1.1×10⁴m
答：（1）輪船減速時(shí)的加速度a為=-0.4m/s²；
（2）輪船的額定功率P為2.0×10⁶ W；
（3）發(fā)現(xiàn)漁船時(shí)，輪船離開碼頭的距離為1.1×10⁴m．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了運(yùn)動(dòng)學(xué)基本格式、牛頓第二定律及動(dòng)能定理得直接應(yīng)用，難度適中，解題時(shí)注意牽引力做的功等于功率與時(shí)間的乘積．