Question

17．一种氢气燃料的汽车，质量为m=2.0×10³kg，发动机的额定输出功率为80kW，行驶在平直公路上时所受阻力恒为车重的0.1倍．若汽车从静止开始先匀加速启动，加速度的大小为=1.0m/s²．达到额定输出功率后，汽车保持功率不变又加速行驶了800m，直到获得最大速度后才匀速行驶．试求：
（1）汽车的最大行驶速度；
（2）当速度为5m/s时，汽车牵引力的瞬时功率；
（3）当汽车的速度为32m/s时的加速度．

Answer 1

分析 （1）当牵引力等于阻力时，汽车的速度最大，由功率公式可求得最大行驶速度；
（2）由牛顿第二定律可求得匀速运动时的牵引力，匀加速启动阶段结束时功率达额定功率，由功率公式可求得匀加速结束时的速度，判断速度为5m/s时仍为匀加速过程，则由功率公式可求得牵引力的瞬时功率；
（3）由功率公式可求得速度为32m/s时的牵引力，由牛顿第二定律可求得汽车的加速度．

解答 解：（1）汽车的最大行驶速度v_m=$\frac{{P}_{m}}{f}=\frac{80000}{0.1×2000×10}$=40m/s
（2）设汽车匀加速启动阶段结束时的速度为v₁，
由F-f=ma，得F=4×10³N
由Pm=Fv₁，得v₁=$\frac{80000}{4000}$=20m/s
匀加速启动的最后速度为20m/s．
所以当速度为5m/s时，处于匀加速阶段，
牵引力的瞬时功率为：P=Fv=20kW
（3）当速度为32m/s时，处于恒定功率启动阶段，设牵引力为F′，加速度为a′
由F′=$\frac{{P}_{m}}{v}=\frac{80000}{32}$=2.5×10³N
由F′-f=ma，得a′=0.25m/s²
答：（1）汽车的最大行驶速度为40m/s；
（2）当速度为5m/s时，汽车牵引力的瞬时功率为20kW；
（3）当汽车的速度为32m/s时的加速度为0.25m/s²．

点评 本题考查了汽车启动的匀加速启动方式，注意汽车应经过匀加速、变加速后最后再达到最大速度；并注意动能定理及牛顿第二定律在启动中的应用．