18.如圖a所示,在水平路段AB上有一質(zhì)量為2×103kg的汽車,正以10m/s的速度向右勻速運動,汽車前方的水平路段BC較粗糙,汽車通過整個ABC路段的v-t圖象如圖b所示(在t=15s處水平虛線與曲線相切),運動過程中汽車發(fā)動機的輸出功率保持20kw不變,假設(shè)汽車在兩個路段上受到的阻力(含地面摩擦力和空氣阻力等)各自有恒定的大小

(1)求汽車在AB路段上運動時所受的阻力f1
(2)求汽車附近到達B點時的加速度a
(3)若汽車通過C位置以后,仍保持原來的輸出功率繼續(xù)行駛,且受到的阻力恒力為f1,則在圖b上畫出15s以后汽車運動的大致圖象(解題時將汽車看成質(zhì)點)

分析 (1)由圖象知汽車在AB段勻速直線運動,牽引力等于阻力,而牽引力大小可由瞬時功率表達式求出;
(2)由圖知,汽車到達B位置將做減速運動,瞬時牽引力大小不變,但阻力大小未知,考慮在t=15s處水平虛線與曲線相切,則汽車又瞬間做勻速直線運動,牽引力的大小與BC段阻力再次相等,有瞬時功率表達式求得此時的牽引力數(shù)值即為阻力數(shù)值,由牛頓第二定律可得汽車剛好到達B點時的加速度;
(3)BC段汽車做變加速運動,但功率保持不變,需由動能定理求得位移大;
(4)15s后,由于汽車功率保持不變,牽引力將大于阻力,汽車做變加速直線運動,速度最終達到減速前的數(shù)值.

解答 解:(1)汽車在AB段時,有
F1=f1
由P=F1v1
F1=$\frac{P}{{v}_{1}}$
故${f}_{1}=\frac{20×1{0}^{3}}{10}=2000N$
(2)在15s末,汽車再次處于平衡態(tài),有
F2=f2
P=F2v2
故${f}_{2}=\frac{P}{{v}_{2}}=\frac{20×1{0}^{3}}{5}=4000N$,
在5s時汽車減速,由牛頓第二定律得加速度大小滿足:
a=$\frac{{f}_{2}-{F}_{2}}{m}=\frac{4000-2000}{2×1{0}^{3}}$=1m/s2
方向與速度方向相反.
(3)15s后,由于汽車功率保持不變,牽引力將大于阻力,汽車做變加速直線運動,速度最終達到減速前的數(shù)值,15s以后汽車運動的大致圖象,如圖所示:

答:(1)求汽車在AB路段上運動時所受的阻力為2000N;
(2)求汽車附近到達B點時的加速度為1m/s2,方向與速度方向相反;
(3)15s以后汽車運動的大致圖象如圖所示.

點評 抓住汽車保持功率不變這一條件,利用瞬時功率表達式求解牽引力,同時注意隱含條件汽車勻速運動時牽引力等于阻力;對于變力做功,汽車非勻變速運動的情況,只能從能量的角度求解.

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下列器材中電流表應(yīng)選用的是A2,電壓表應(yīng)選用的是V1,滑動變阻器應(yīng)選用的是R1
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