必修2　 第四章　机械能和能源 第七节 功 率 第2课时　机车的两种启动方式

一、学习目标 二、自主学习 1、了解汽车启动的两种方式。 2、会用功率和所学知识解决生活中实际问题。 1、功率的定义式： 单位：瓦（W）物理意义：表示力对物体做功快慢 2、功率与速度的关系：P=FV 3、平均功率和瞬时功率 4、机械正常工作时，允许达到的最大功率叫做额定功 率； 机械实际运行的功率叫做实际功率。 P实≤P额

请思考：公式P=FV中， １、当Ｐ一定，Ｆ与Ｖ有什么关系？ 2、当V一定，F与P有什么关系？ 3、当F一定，P与V有什么关系？ 对F、v、P的相互制约关系的理解： ①P一定，F与v成反比。如汽车爬坡时，若P一定，只有减 小v(换低速挡)才能获得较大的牵引力。 ②v一定，F与P成正比。如汽车爬坡时，要保持v不变，应加大油门以增大输出功率从而获得较大牵引力。 ③F一定，P与v成正比。汽车牵引力一定时，v越大，P就越大。

三、 探究互动 分析汽车发动机的工作过程，要抓住发动机的输出功率P=Fv和牛顿第二定律F－f=ma进行分析.

V(m/s) P/w F/N a(m/s2) 1 12 5 2 6 3 4 1、探究恒功率启动的规律。 玩具汽车在水平路面上以恒定的功率启动：设Pm=12w,f=2N,m=2kg 因为 P 一定，据p=Fv可知， V 增大，所以 F 减小。当 F=f 时，汽车的加速度a=0, 此时汽车的速度达到最大值。 在以恒定功率启动过程中，汽车的运动具有以下特点： ①汽车在启动过程中先做 变加速直线 运动，同时 F 变小，当牵引力等于阻力时，汽车开始以最大速度做 匀速直线 运动。故Vm= P/F=P/f ②汽车在启动过程中的功率始终等于汽车的 额定功率 。 ③汽车的牵引力和阻力始终满足牛顿第二定律F-f=ma ④汽车的牵引力和瞬时速度始终满足 P=FV V(m/s) P/w F/N a(m/s2) 1 12 5 2 6 3 4

玩具汽车在水平路面上以恒定的牵引力启动：设Pm=12w,f=2N,m=2kg，a=2 m/s2 2、探究恒牵引力启动的规律 玩具汽车在水平路面上以恒定的牵引力启动：设Pm=12w,f=2N,m=2kg，a=2 m/s2 在以恒定牵引力启动过程中，汽车的运动具有以下特点： ①汽车的启动过程经历了两个阶段：一是 匀加速直线运动 状态，二是 变加速直线运动 状态，最终做 匀速直线 运动。 ②汽车在匀加速直线运动阶段，汽车的瞬时速度 不断增大 ，汽车做匀加速直线运动所能维持的时间 t1=p/【a(f+ma)】 ,此过程中汽车的瞬时功率P1 < P额 ③汽车在匀加速直线运动阶段结束时，汽车的瞬时功率P1 = P额,,，此时汽车的速度为 v1=P额/(f+ma) ④汽车在变加速直线运动阶段，功率恒为额定功率，进入匀速直线运动时牵引力和阻力平衡，有P1 = P额 = FVm=fVm V(m/s) P/w F/N a(m/s2) 1 6 2 1.5 9 12 3 4

3、规律总结 1．机车以恒定功率启动的过程 (1)机车以恒定功率启动的过程图如下：

(2)整个过程物理量的变化情况分析： 机车的启动只有一个过程，在此过程中，机车不断加速，因为开始时机车已经达到最大功率P，所以在速度不断增大的时候，由P＝Fv知，牵引力F会不断减小，由a＝(F-f)/m知，加速度a也不断减小，但因为加速度的方向和速度的方向相同，所以无论加速度a怎样小，速度v也是增加的．直到速度达到最大，之后机车做匀速运动．启动过程结束的标志就是“速度不变”． (3)整个过程物理量的变化情况用如下的v ­t图象表示：

2．机车以恒定牵引力启动 (1)机车先以恒定牵引力启动接着以恒定功率运动的过程图如下： F不变，

(2)整个过程物理量的变化情况分析：“过程1”是真正的匀加速过程，在此过程中，速度由零开始不断增加，功率也由零开始逐渐增加；因为加速度是不变的，所以在此过程中牵引力也是不变的．此过程的结束就是变加速过程的开始，以“功率P达到最大，但速度没有达到最大”为标志．在“变加速过程”中因为还有加速度的存在，所以速度v会不断增加，在功率P不变的情况下，根据P＝Fv，就可知道牵引力F不断减小，加速度a也相应减小．变加速过程结 束的标志就是“机车的功率最大，速度也是最大”，到此为止，整个起动过程结束．再以后，机车将作匀速直线运动，功率不变． (3)整个过程物理量的变化情况用右面的v ­t图象表示．

四、当堂练习检测

例题 课本P79 汽车质量m，输出功率P，匀速上下坡阻力为f，求： （1）上坡时的速度v1和牵引力F1 （2）下坡时的速度v2和牵引力F2

②当汽车的加速度为2 m/s2时速度为多大？ ③当汽车的速度为6 m/s时加速度为多大？ 汽车发动机的额定功率为60 kW，汽车的质量为5 t，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，g＝10 m/s2. (1)汽车保持额定功率不变从静止启动后： ①汽车所能达到的最大速度是多大？ ②当汽车的加速度为2 m/s2时速度为多大？ ③当汽车的速度为6 m/s时加速度为多大？ (2)若汽车从静止开始，保持以0.5 m/s2的加速度做匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？

五、课堂小结 1、p=Fv中因为P是机车牵引力的功率，所以对应的F是牵引力并非合力。 2、机车的两种启动方式。（见探究互动中的规律总结） 3、机车以恒定加速度启动时，匀加速结束时的速度，并非达到整个过程的最大速度Vm。匀加速运动阶段的结束是以机车的瞬时功率达到额定功率为标志的。 4、只有最终匀速运动时F=f, Vm=p/F=p/f

六、课后作业 课本、配套辅导书上相对应的作业

警示 疏忽机车的牵引力F和其速度v由 P＝Fv的制约关系而出错 警示　 一列火车由机车牵引沿水平轨道行使，经过时间t，其速度由0增大到v.已知列车总质量为M，机车功率P保持不变，列车所受阻力Ff为恒力．求：这段时间内列车通过的路程． 错解：以列车为研究对象，水平方向受牵引力和阻力Ff， 根据P＝Fv可知牵引力： 设列车通过路程为s，根据动能定理，有：

分析纠错：以上错解的原因是对P＝Fv的公式不理解，在P一定的情况下，随着v的变化，F是变化的．在中学阶段用功的定义式求功要求F是恒力． 以列车为研究对象，列车水平方向受牵引力和阻力．设列车通过路程为s. 根据动能定理，有： 因为列车功率一定，根据 P= 可知牵引力的功率：WF＝Pt② ①②联立解得： 答案：

您 祝 学业有成