如何才能正確快速分析機車啟動問題

沈加法

(云南省紅河州蒙自市第一高級中學 661199)

機車啟動問題是高中物理最接地氣的知識，是用課本上學習到的物理知識去解決同學們在生活中的實際問題，而這種貼近生活的問題學生就會束手無策，怕解決、不會處理，學生做了正確率不高.在處理機車啟動問題時，一定要抓住機車在平直路面行駛時所受到的阻力Ff是恒定不變的，并且要進行正確的受力分析，畫出機車的v-t圖象.我通過下面分析講評能對大家的學習有所幫助.

一、機車啟動方式的分析

第二種啟動方式是機車從靜止開始保持牽引力不變，以恒定加速度啟動，由公式P=Fv=Fat得功率均勻增大到恒定功率后，保持功率不變繼續(xù)運動，畫出這種啟動過程的P-t圖象如圖4所示.設機車的功率均勻增大到恒定功率時的速度為v1，此時牽引力大于阻力，根據(jù)圖2對機車的受力分析，機車繼續(xù)做加速度減小的加速運動到最大速度后勻速運動，其運動的v-t圖象如圖5所示.

所以，在分析解決機車啟動問題時，一定要耐心細致地閱讀題目，找到題中的關鍵詞，準確定位好機車運動過程是哪種啟動方式，做到過程心中有底，并畫好受力分析圖和運動過程圖，由功能關系列好數(shù)學方程，細心求解就可以正確無誤.

二、應用評析和歸納總結

例1我國高鐵技術通過引進和不斷創(chuàng)新，現(xiàn)在處于世界領先水平，使人們的出行更方便快捷.復興號動車組是由動車和拖車編組而成，提供動力的車廂叫動車，不提供動力的車廂叫拖車.假設動車組每節(jié)車箱質(zhì)量m=25t，每節(jié)動車發(fā)動機的額定功率P=9×106W，某列動車組由8節(jié)車廂組成，如圖6所示，其中第1、3、5、7節(jié)車廂為動車，其余為拖車，動車組在水平直軌道上的最大速度為360 Km/h，運動過程平均阻力是80%Ff保持不變. (g=10 m/s2).完成下列要求：

(1)求列車在水平軌道上以最大速度行駛時的阻力Ff；

(2)在水平軌道上，發(fā)動機以額定功率P工作，求行駛速度為v1=50 m/s和v2=80 m/s時，列車的瞬時加速度a1、a2的大小；

(3) 若列車從靜止開始，保持5 m/s2的加速度做勻加速運動，求這一過程維持的時間.若要在5min內(nèi)速度達到340 km/h后勻速運動，動車總的要運行多少距離.

此后動車以恒定的功率從速度v′=27.95 m/s

運動到速度v=340 km/h=94.44 m/s

由功能關系得：

可以解得x2=33.98 km

動車運動的總位移x=x1+x2=34.05 km

點評這是一個具有正能量的現(xiàn)時生活物理題，考查了兩種啟動方式.通過閱讀題目(1)問的關鍵詞“列車行駛的最大速度時功率達到額定功率” 即F=Ff=kmg；(2)問中是列車的發(fā)動機是以額定功率的方式啟動，當v

例2隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，汽車已經(jīng)走進老百姓的家庭.如圖8所示，為某種型號轎車中用于改變車速的擋位把桿，表中列出了轎車的部分數(shù)據(jù)，手推變速桿到達不同擋位可獲得不同的運行速度，擋位把桿從“1～5”速度逐擋增大，R是倒車擋.則轎車在額定功率下運動時，要以最大動力上坡，變速桿應推至哪一擋？以最大速度運行時，轎車的牽引力約為多大？( ).

長/mm×寬/mm×高/mm4481/1746/1526mm凈重/kg1337 kg傳動系統(tǒng)前輪驅(qū)動5擋變速發(fā)動機類型直列4缸發(fā)動機排量(L)2.0 L最高時速(km/h)189km/h100 km/h的加速時間(s)12 s額定功率(kW)108 kW

A．“5”擋；8000 N B．“5”擋；2000 N

C．“1”擋；4000 N D．“1”擋；2000 N

點評這是一個貼近現(xiàn)時生活物理題，通過閱讀題目找到關鍵詞“轎車在額定功率下運動時，要以最大動力上坡”和“以最大速度運行時”，同時還要從表格中選擇需要的參數(shù)，這兩點是求解本題的關鍵，由P=Fv這個公式把參數(shù)代入就可以得到正確的答案.

(1) 轎車以90 km/h在平直公路上勻速行駛時，所受阻力Ff的大小;

(2) 轎車從90 km/h減速到72 km/h過程中，獲得的電能E電;

(3) 轎車僅用其在上述減速過程中獲得的電能E電維持72 km/h勻速運動的距離L′.

(2)在轎車從90 km/h減速到72 km/h過程中，發(fā)動機的運動方式是功率保持不變，則發(fā)動輸出的總能量為：E總=Pt.

發(fā)動機輸出的總能量：

將題目所給數(shù)據(jù)代入上式可解得：

E總=5.96×105J

所以驕車的電池獲得的電能為：

(3)轎車在平直公路上勻速行駛的阻力為Ff=4×103N是保持不變的,由第(2)問分析計算已經(jīng)得出E電=2.384×105J,轎車僅用減速過程中獲得的電能E電維持72 km/h勻速運動，由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，阻力所做的功等于電能E電，則可列數(shù)學方程為：E電=Wf=FfL

點評這是一個緊扣國家發(fā)展要求的現(xiàn)時生活物理題，過程多而復雜，通過閱讀題目 “保持發(fā)動機功率不變,立即啟動利用電磁阻尼帶動的發(fā)電機工作給電池充電，使轎車做減速運動”關鍵詞,得F=Ff=kmg，由公式P=Fv列式求出阻力Ff，考查了功率恒定的啟動方式和汽車行駛過程中阻力恒定不變、能量轉(zhuǎn)化定律，列好方程、細心求解.這就是處理這題的技巧.