模型23 機車啟動模型（原卷版）-2025版高考物理熱點模型精-品講義

模型23機車啟動模型01模型概述01模型概述1.受力分析及動力學(xué)方程 動力學(xué)方程：2.兩種情況過程分析1）以恒定功率P啟動①過程分析：機車的運動過程是先作加速度減小的加速運動，后以最大速度作勻速直線運動.②轉(zhuǎn)折點：在轉(zhuǎn)折點A,牽引力與阻力大小相等,加速度為零,速度達到最大,為③終態(tài)：勻速運動，最大速度2）以恒定牽引力F啟動①過程分析：機車先作勻加速運動，維持時間，當(dāng)功率增大到額定功率時速度為，而后開始作加速度減小的加速運動，最后以最大速度作勻速直線運動。②轉(zhuǎn)折點：在轉(zhuǎn)折點A,功率達到額定功率,勻加速運動結(jié)束,此時;在轉(zhuǎn)折點B,速度達到最大,為③終態(tài)：勻速運動，最大速度3.幾個物理量的求法分析機車啟動問題，要抓住兩個核心方程：牛頓第二定律方程聯(lián)系著力和加速度，聯(lián)系著力和速度．結(jié)合圖像進行分析．1）機車的最大速度的求法．機車最終勻速前進時速度最大，此時牽引力F大小等于阻力大小Ff，故.2）勻加速啟動持續(xù)時間的求法．牽引力，勻加速的最后速度，時間.3）瞬時加速度的求法．根據(jù)求出牽引力，則加速度.4.小結(jié)1）無論哪種啟動過程,機車的最大速度都等于其勻速運動時的速度,即.2）機車以恒定加速度啟動的過程中，勻加速過程結(jié)束時，功率最大，但速度不是最大，.3）機車以恒定功率運行時,牽引力做的功,由動能定理得,用該式可求解機車以恒定功率啟動過程的位移或速度問題.02典題攻破02典題攻破1.水平面的機車恒定加速度啟動問題【典型題1】（2024·天津·模擬預(yù)測）（多選題）一起重機的鋼繩由靜止開始勻加速提起質(zhì)量為的重物，到A點時，起重機的功率達到額定功率，以后起重機保持該功率不變，繼續(xù)向上提升重物到B點達到最大速度，之后勻速上升，不計空氣阻力，重力加速度大小，則整個過程中，下列說法正確的是（）A．過程起重機對重物的拉力不變，且B．C．過程中牽引力做功D．過程重物上升的高度2.水平面的機車恒定功率啟動問題【典型題2】（2024·安徽·二模）2023年11月10日，我國首條具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的超高速低真空管道磁浮交通系統(tǒng)試驗線——高速飛車大同（陽高）試驗線一期主體工程完工，其速度能達1000千米/時以上，標(biāo)志著我國在新型交通領(lǐng)域的研究已邁入世界先進行列。如圖所示．高速飛車的質(zhì)量為m，額定功率為，列車以額定功率在平直軌道上從靜止開始運動，經(jīng)時間t達到該功率下的最大速度，設(shè)恒定阻力為，則（

）A．列車達到的最大速率等于 B．列車達到最大速度前加速度與牽引力成正比C．列車在時間t內(nèi)牽引力做功大于 D．在時間t內(nèi)列車位移大于3.斜面平面的機車啟動問題【典型題3】（2024·重慶九龍坡·模擬預(yù)測）某型號汽車在斜坡上進行參數(shù)測試，斜坡傾角θ=30°。汽車的總質(zhì)量m=1800kg（包含駕乘人員），發(fā)動機額定功率P=180kW，汽車因風(fēng)阻及斜面間的摩擦產(chǎn)生的阻力大小恒為Ff=3000N。汽車在發(fā)動機牽引力的作用下由靜止從斜坡底端勻加速向上運動，勻加速階段的時間t=3s，取g=10m/s2，不計空氣阻力，斜坡足夠長。對于該運動過程，下列說法正確的是（）A．汽車在斜坡上做勻加速直線運動的最大速度為10m/sB．汽車在斜坡上最終能夠達到的最大速度為10m/sC．汽車在斜坡上做勻加速直線運動的加速度大小為3m/s2D．汽車在斜坡上做勻加速直線運動的位移大小為30m03針對訓(xùn)練03針對訓(xùn)練1．（2024·河北·模擬預(yù)測）隨著鄉(xiāng)村振興的全面推進、農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化步伐的加快，農(nóng)業(yè)機械化在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是糧油生產(chǎn)、保供方面扮演著“壓艙石”的角色。如圖所示，麥?zhǔn)諘r節(jié)收割機和運輸卡車在田間勻速運動，麥粒通過收割機的管道輸送到運輸卡車上，已知運輸卡車的質(zhì)量為，工作時收割機通過管道每秒鐘向運輸卡車傳送質(zhì)量為的麥粒，運輸卡車在麥田中運動受到的阻力等于其總重力的倍。兩車始終以速度做勻速運動，運輸卡車滿載時裝載麥粒的質(zhì)量為，則運輸卡車從空載到剛滿載過程中，發(fā)動機的平均功率為（）A． B． C． D．2．（2024·山西晉中·模擬預(yù)測）我國高鐵技術(shù)處于世界先進水平，諸多國家首腦人物紛紛帶領(lǐng)調(diào)查團趕赴中國，參觀、調(diào)研中國的高鐵技術(shù)，并就取得的效果贊不絕口。如圖所示，設(shè)高鐵運行時受到的阻力與速度大小成正比，若高鐵以速度v勻速行駛，發(fā)動機的功率為P。則當(dāng)高鐵速度為時，其勻速行駛時發(fā)動機的功率為（）A． B． C． D．3．（2024·貴州遵義·一模）如圖，世界首套設(shè)計時速達600公里的高速磁浮交通系統(tǒng)在青島下線，假設(shè)磁懸浮列車受到大小不變的牽引力F，由靜止啟動后沿平直軌道行駛，當(dāng)列車速度增大到時，功率為P，此后保持功率P不變，直到列車達到最高行駛速度。已知列車總質(zhì)量為m，且行駛過程中受到的阻力大小恒定。下列說法正確的是（）A．未達最高速度前，列車一直做勻加速直線運動B．列車速度增大到時，列車前進的位移為C．列車從啟動到速度為的過程中，經(jīng)歷的時間為D．列車從啟動到速度為的過程中，牽引力F所做的功為4．（2024·安徽·二模）2023年11月10日，我國首條具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的超高速低真空管道磁浮交通系統(tǒng)試驗線——高速飛車大同（陽高）試驗線一期主體工程完工，其速度能達1000千米/時以上，標(biāo)志著我國在新型交通領(lǐng)域的研究已邁入世界先進行列。如圖所示．高速飛車的質(zhì)量為m，額定功率為，列車以額定功率在平直軌道上從靜止開始運動，經(jīng)時間t達到該功率下的最大速度，設(shè)恒定阻力為，則（

）A．列車達到的最大速率等于 B．列車達到最大速度前加速度與牽引力成正比C．列車在時間t內(nèi)牽引力做功大于 D．在時間t內(nèi)列車位移大于5．（2024·四川成都·二模）同一賽車分別在干燥路面及濕滑路面以恒定加速度和啟動達到最大速度。已知，賽車兩次啟動過程中阻力大小相等且不變，能達到的額定功率相同。則賽車的速度隨時間變化的圖像正確的是（圖中、為直線）（）A． B．C． D．6．（2024·山東臨沂·一模）列車在水平長直軌道上的模擬運行圖如圖所示，列車由質(zhì)量均為m的5節(jié)車廂組成，假設(shè)只有1號車廂為動力車廂。列車由靜止開始以額定功率P運行，經(jīng)過一段時間達到最大速度，列車向右運動過程中，1號車廂會受到前方空氣的阻力，假設(shè)車廂碰到空氣前空氣的速度為0，碰到空氣后空氣的速度立刻與列車速度相同，已知空氣密度為。1號車廂的迎風(fēng)面積（垂直運動方向上的投影面積）為S，不計其他阻力，忽略2號、3號、4號、5號車廂受到的空氣阻力。當(dāng)列車以額定功率運行到速度為最大速度的一半時，1號車廂對2號車廂的作用力大小為（）A． B． C． D．7．（2024·四川成都·模擬預(yù)測）（多選題）如圖所示，我國的高鐵技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，動車組由動車和拖車組合而成，提供動力的車廂叫動車，不提供動力的車廂叫拖車。假設(shè)動車組各車廂的質(zhì)量均為m，動車組在水平直軌道上運行過程中受到的阻力與車重成正比，比例系數(shù)為k，其中每節(jié)動車的額定功率都為P。某列動車組由8節(jié)車廂組成，其中第1、5節(jié)車廂為動車，其余為拖車，則下列關(guān)于該動車組的說法，正確的是（）A．動車組運行的最大速率為B．動車組運行的最大速率為C．兩節(jié)動車以額定功率使動車組做勻加速運動時，第2、3節(jié)與第5、6節(jié)車廂間的作用力之比為D．兩節(jié)動車以額定功率使動車組做勻加速運動時，第2、3節(jié)與第5、6節(jié)車廂間的作用力之比為8．（2024·黑龍江·二模）（多選題）我國新能源汽車發(fā)展迅猛，已成為全球最大的新能源汽車產(chǎn)銷國。質(zhì)量為m的某新能源汽車在水平路面上以恒定加速度a啟動，其圖像如圖所示，其中OA段和BC段為直線。已知汽車動力系統(tǒng)的額定功率為P，汽車所受阻力大小恒為f，則下列說法正確的是（）A．汽車做勻加速運動的最大速度B．汽車能達到的最大行駛速度C．汽車速度為時的功率為D．汽車速度為時的加速度大小為9．（2024·湖南·模擬預(yù)測）為測試某新車的性能，試驗員駕駛該車在某實驗路面上勻速行駛，運動過程中，前方空氣與車作用后迅速與車共速，產(chǎn)生空氣阻力。已知該車的迎風(fēng)面積為S，空氣密度為，車的質(zhì)量（含駕駛員）為m。(1)在某次實驗時，該車勻速運動時功率為P，若忽略車與地面的摩擦力，求該實驗條件下空氣阻力的表達式。(2)若不可忽略車與地面的摩擦力，地面對車的摩擦力與車重力成正比，試驗員認為：保持功率不變，減輕車身重量可以減小空氣阻力。該結(jié)論是否正確？請說明理由。(3)若汽車行駛過程中空氣不僅會產(chǎn)生空氣阻力，也能提供升力，升力的大小為，車與地面的動摩擦因數(shù)為。在測試過程中發(fā)現(xiàn)汽車以某一速度運動時，汽車功率最大。求該速度。

10．（2024·遼寧朝陽·三模）如圖是小明家汽車的動力系統(tǒng)，該汽車發(fā)動機實質(zhì)是汽油機，g取，請回答下列問題：（1）汽車整車質(zhì)量約為，靜止時車輪與地面的總接觸面積約為，則汽車靜止時對水平地面的壓強是多少？（2）已知汽車勻速行駛用時，則汽車行駛的速度是多少？（3）汽車在平直公路上行駛時所受阻力約為車重的0.3倍，則行駛過程中汽車發(fā)動機的輸出功率是多少？（4）請描述汽車行駛時能量轉(zhuǎn)化的情況。

11．（2024·遼寧朝陽·二模）如圖甲所示，一輛汽