如何才能正确快速分析机车启动问题

沈加法

(云南省红河州蒙自市第一高级中学 661199)

机车启动问题是高中物理最接地气的知识，是用课本上学习到的物理知识去解决同学们在生活中的实际问题，而这种贴近生活的问题学生就会束手无策，怕解决、不会处理，学生做了正确率不高.在处理机车启动问题时，一定要抓住机车在平直路面行驶时所受到的阻力Ff是恒定不变的，并且要进行正确的受力分析，画出机车的v-t图象.我通过下面分析讲评能对大家的学习有所帮助.

一、机车启动方式的分析

第二种启动方式是机车从静止开始保持牵引力不变，以恒定加速度启动，由公式P=Fv=Fat得功率均匀增大到恒定功率后，保持功率不变继续运动，画出这种启动过程的P-t图象如图4所示.设机车的功率均匀增大到恒定功率时的速度为v1，此时牵引力大于阻力，根据图2对机车的受力分析，机车继续做加速度减小的加速运动到最大速度后匀速运动，其运动的v-t图象如图5所示.

所以，在分析解决机车启动问题时，一定要耐心细致地阅读题目，找到题中的关键词，准确定位好机车运动过程是哪种启动方式，做到过程心中有底，并画好受力分析图和运动过程图，由功能关系列好数学方程，细心求解就可以正确无误.

二、应用评析和归纳总结

例1我国高铁技术通过引进和不断创新，现在处于世界领先水平，使人们的出行更方便快捷.复兴号动车组是由动车和拖车编组而成，提供动力的车厢叫动车，不提供动力的车厢叫拖车.假设动车组每节车箱质量m=25t，每节动车发动机的额定功率P=9×106W，某列动车组由8节车厢组成，如图6所示，其中第1、3、5、7节车厢为动车，其余为拖车，动车组在水平直轨道上的最大速度为360 Km/h，运动过程平均阻力是80%Ff保持不变. (g=10 m/s2).完成下列要求：

(1)求列车在水平轨道上以最大速度行驶时的阻力Ff；

(2)在水平轨道上，发动机以额定功率P工作，求行驶速度为v1=50 m/s和v2=80 m/s时，列车的瞬时加速度a1、a2的大小；

(3) 若列车从静止开始，保持5 m/s2的加速度做匀加速运动，求这一过程维持的时间.若要在5min内速度达到340 km/h后匀速运动，动车总的要运行多少距离.

此后动车以恒定的功率从速度v′=27.95 m/s

运动到速度v=340 km/h=94.44 m/s

由功能关系得：

可以解得x2=33.98 km

动车运动的总位移x=x1+x2=34.05 km

点评这是一个具有正能量的现时生活物理题，考查了两种启动方式.通过阅读题目(1)问的关键词“列车行驶的最大速度时功率达到额定功率” 即F=Ff=kmg；(2)问中是列车的发动机是以额定功率的方式启动，当v

例2随着我国经济的快速发展，人民生活水平的提高，汽车已经走进老百姓的家庭.如图8所示，为某种型号轿车中用于改变车速的挡位把杆，表中列出了轿车的部分数据，手推变速杆到达不同挡位可获得不同的运行速度，挡位把杆从“1～5”速度逐挡增大，R是倒车挡.则轿车在额定功率下运动时，要以最大动力上坡，变速杆应推至哪一挡？以最大速度运行时，轿车的牵引力约为多大？( ).

长/mm×宽/mm×高/mm4481/1746/1526mm净重/kg1337 kg传动系统前轮驱动5挡变速发动机类型直列4缸发动机排量(L)2.0 L最高时速(km/h)189km/h100 km/h的加速时间(s)12 s额定功率(kW)108 kW

A．“5”挡；8000 N B．“5”挡；2000 N

C．“1”挡；4000 N D．“1”挡；2000 N

点评这是一个贴近现时生活物理题，通过阅读题目找到关键词“轿车在额定功率下运动时，要以最大动力上坡”和“以最大速度运行时”，同时还要从表格中选择需要的参数，这两点是求解本题的关键，由P=Fv这个公式把参数代入就可以得到正确的答案.

(1) 轿车以90 km/h在平直公路上匀速行驶时，所受阻力Ff的大小;

(2) 轿车从90 km/h减速到72 km/h过程中，获得的电能E电;

(3) 轿车仅用其在上述减速过程中获得的电能E电维持72 km/h匀速运动的距离L′.

(2)在轿车从90 km/h减速到72 km/h过程中，发动机的运动方式是功率保持不变，则发动输出的总能量为：E总=Pt.

发动机输出的总能量：

将题目所给数据代入上式可解得：

E总=5.96×105J

所以骄车的电池获得的电能为：

(3)轿车在平直公路上匀速行驶的阻力为Ff=4×103N是保持不变的,由第(2)问分析计算已经得出E电=2.384×105J,轿车仅用减速过程中获得的电能E电维持72 km/h匀速运动，由能量转化和守恒定律可知，阻力所做的功等于电能E电，则可列数学方程为：E电=Wf=FfL

点评这是一个紧扣国家发展要求的现时生活物理题，过程多而复杂，通过阅读题目 “保持发动机功率不变,立即启动利用电磁阻尼带动的发电机工作给电池充电，使轿车做减速运动”关键词,得F=Ff=kmg，由公式P=Fv列式求出阻力Ff，考查了功率恒定的启动方式和汽车行驶过程中阻力恒定不变、能量转化定律，列好方程、细心求解.这就是处理这题的技巧.