Question

.质量为2 000kg的汽车在平直公路上行驶，所能达到的最大速度为20m/s，设汽车所受阻力为车重的0.2倍．（即f=0.2G）．如果汽车在运动的初始阶段是以2m/s²的加速度由静止开始做匀加速行驶，（g取10m/s²）试求：
（1）汽车的额定功率；
（2）汽车在匀加速行驶时的牵引力；
（3）在3s内汽车牵引力所做的功；
（4）汽车在第3s末的瞬时功率．

Answer

本题考的知识点是汽车的两种启动方式，恒定加速度启动和恒定功率启动．本题属于恒定加速度启动方式，由于牵引力不变，根据p=Fv可知随着汽车速度的增加，汽车的实际功率在增加，此过程汽车做匀加速运动，当实际功率达到额定功率时，功率不能增加了，要想增加速度，就必须减小牵引力，当牵引力减小到等于阻力时，加速度等于零，速度达到最大值．求3s末的瞬时功率，首先要知道3s末时汽车是否还处于匀加速直线运动的状态．
【解析】
（1）当汽车达到最大速度的时候，汽车的牵引力等于阻力，此时车速为最大速度且匀速，
所以汽车的额定功率P额=FV=fV=0.2×2000×10×20W=80Kw；
（2）汽车在匀加速行驶时，
由牛顿第二定律可得 F-f=ma，
所以，F=ma+f=2000×2+0.2×2000×10N=8000N，
（3）设汽车匀加速运动的最大速为v，
由p=Fv得 v==m/s=10m/s
匀加速运动的时间为 t===5s
因为3s＜5s
所以3s末汽车仍做匀加速直线运动，
在3s内汽车汽车的位移是
x=at2=×2×32=9m，
在3s内汽车牵引力所做的功为，
W=Fx=8000×9J=72000J，
（4）3s末的瞬时速度为，
  v3=at3=6m/s，
所以汽车在第3s末的瞬时功率，
  p3=FV3=48KW．
答：（1）汽车的额定功率是80Kw；
（2）汽车在匀加速行驶时的牵引力是8000N；
（3）在3s内汽车牵引力所做的功是72000J；
（4）汽车在第3s末的瞬时功率是48KW．