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
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解题思路:(1)汽车速度最大时牵引力与阻力平衡,据功率表达式求最大速度;

(2)比较匀加速运动的最大时间,比较时间求20s末的瞬时功率;

(3)根据P=Fv,求汽车的瞬时功率;

(4)根据匀加速运动的最大速度分析速度为20m/s时的功率情况,再根据P=Fv求解牵引力,由牛顿第二定律求解此时的加速度.

(1)由题意知,当牵引力与阻力平衡时汽车达到最大速度,根据P=Fv可得

vmax=

P

f=

80×103

2.5×103m/s=32m/s

(2)根据牛顿第二定律知汽车匀加速运动时的牵引力满足

F-f=ma

匀加速运动时的牵引力F=f+ma=2.5×103+2×103×1N=4.5×103N

所以汽车匀加速运动的最大速度vmax′=

P

F=

80×103

4.5×103m/s≈17.8m/s

因为加速度a=1m/s2,所以汽车20s末达到额定功率,20s时的瞬时功率为80×103W

(3)由(3)知,汽车5m/s时的牵引力F=4.5×103N,故此时汽车的瞬时功率

P5=Fv=4.5×103×5W=2.25×104W

(4)当汽车速度达到20m/s时,已大于匀加速运动的最大速度,故此时汽车的功率为额定功率,

所以此时汽车的牵引力F′=

P

v=

80×103

20N=4×103N

根据牛顿第二定律知,此时汽车的加速度a′=

F′−f

M=

4×103−2.5×103

2×103m/s2=0.75m/s2

答:(1)汽车在整个运动过程中所能达到的最大速度为32m/s;

(2)20s末汽车的瞬时功率为80KW;

(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:

本题考点: 功率、平均功率和瞬时功率;牛顿第二定律.

考点点评: 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.