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[摘 要] 提高物理课堂的质量,一定要坚持在对物理过程的分析上下功夫,笔者从高中阶段对汽车启动只存在两种方式,其一是保持汽车的实际功率等于额定功率,从静止开始启动;其二是保持汽车的牵引力恒定,从静止开始起动入手,分析过程分析的对解题的影响。如果某个过程分析不清楚,恰恰说明你在这个环节上出现知识、方法、能力等方面的欠缺。没有对物理过程的分析就没有找到解决问题的钥匙。
[关键词] 过程 汽车启动 实际功率 额定功率
目前高考物理的绝大部分题目,着重现场考查学生的思维过程。通过书面表达,观察学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的思维过程,从而评判学习能力的高低。那么要提高物理课堂的质量,一定要坚持在对物理过程的分析上下功夫,如果某个环节或某个过程分析不清楚,恰恰说明你在这个环节上出现知识、方法、能力等方面的欠缺。没有对物理过程的分析就没有找到解决问题的钥匙。重视对物理过程的分析应从三个方面加深理解:其一、学会已知量与关键词的寻找,特别关注关键词所带来的隐含条件的挖掘;其二、研究运动过程,建立合适的运动学草图和正确的受力分析;其三、研究运动过程中,在正确的受力分析基础上运用v—t图像分析。这样过程分析清楚后就能便于我们选择恰当的规律对该题进行正确的解答。
高一在讲完功、功率一节后,我们的学生对某力做功以及某力所做功的平均功率、瞬时功率有了深刻的理解。可当我们的学生遇到汽车问题时,很多的学生表现出束手无策,主要问题在于学生对汽车启动的过程分析不清晰。其实高中阶段对汽车启动只存在两种方式,其一是保持汽车的实际功率等于额定功率,从静止开始启动;其二是保持汽车的牵引力恒定,从静止开始起动。下面笔者将对汽车的这两种起动方式做一个动态分析:
一、保持汽车的实际功率等于额定功率,从静止开始启动
当汽车以额定功率启动时,汽车会做一个什么运动呢?要了解汽车的运动情况,实际上就是要清楚汽车的速度与加速度的关系,而汽车是从静止开始运动,我们只要来分析加速度便可以清楚的知道汽车的运动情况;
由牛顿第二定律得:a=(F牵-f)/m=(P额/v-f)/m,当速度v增加时,P额/v减小,a减小,说明物体在做加速度越来越小的变加速度运动,当a减小到0时即F牵=f,v=P额/f且达到最大,物体以最大速度做匀速运动。
速度的增加带来了受力的变化如图示:
受力的变化带来了加速度的变化如图示:
加速度的减小带来速度增加的V-t图可以表示为:
例1:某型号的汽车发动机的额定功率为60KW,在水平的路面上以额定功率行驶时受到的阻力是1800N,求发动机在额定功率下汽车匀速行驶的速度?在同样的阻力作用下,如果汽车的速度为54Km/h,则此时发动机的牵引力是多少?
解:(1)汽车在额定功率下达到匀速运动时,速度达到最大值
Vm=P额/F牵=P额/f=60000W/1800N=33.3m/s=120km/h
(2) 汽车在速度为54Km/h时实际牵引力为:
V=54 Km/h=15 m/s
因为P实=F牵V
则:F牵=P实/V=60×103/15N=4×103 N
二、保持汽车的牵引力恒定,从静止开始起动
汽车从静止开始在恒力的牵引力作用下的起动,汽车所受牵引力恒定,即加速度a=(F牵-f)/m恒定,汽车开始时做匀加速运动加速度a=(F牵-f)/m,而F牵的实际功率P实=F牵v,随着v的增大,P实在逐渐增大,当P实增大到额定功率P额时,此时加速度a=(F牵-f)/m=(P额/v-f)不为零,之后汽车的速度继续增加,则此时汽车的功率会恒定,即汽车又在额定功率的作用下运动a=(F牵-f)/m=(P额/v-f)/m,随着速度v增加时,P额/v减小,a减小,但汽车仍然在做加速运动,直到a减小到0时,v=P额/f达到最大,物体又以该最大速度做匀速运动。
速度的增加带来牵引力变化的图像为:
受力的变化带来了加速度的变化如图示:
加速度的变化带来速度增加的V-t图可以表示为:
例2:一辆总质量为15t的卡车,其额定功率为180kw,假定它在平直的公路上运行时受到阻力是车重的0.03倍,试求卡车以1.5m/s2的加速度由静止开始运动所经历的时间是多少?分析卡车的运动并求出匀加速的最大速度与卡车最终的最大速度?
解:(1)当实际功率刚达到额定功率时,汽车运动达到匀加速运动的最大速度
P实=P额=FV1 ①
F-f=ma ②
由①②两式得:P额/(f+ma)=180000/(0.03×15000×10+15000×1.5)
=20/3 m/s
则匀加速需时间为:
V1-V0=at
得:t=(V1-V0)/a=(20/3)/1.5=4.4s
(2)由刚才的分析可知匀加速速度的最大值为V1=20/3 m/s=6.7 m/s
物体最终的最大速度因在物体最终做匀速运动时产生的
则:Vm=P额/F牵=P额/f=180000W/(0.03×15000×10)m/s=40m/s
例3:2000千克的汽車,发动机额定功率20千瓦,静止启动后在路上行驶,且在发动机的输出功率小于额定功率时,保持牵引力2000牛不变.汽车运动的阻力恒为1000牛,汽车作变加速运动时位移900米,求汽车作变加速运动的时间.
分析:刚开始时汽车保持牵引力2000牛不变,此时做匀加速直线运动,输出功率不断增加,一直增加到输出功率等于额定功率,此时牵引力为2000N功率为20kW,之后汽车速度继续增加但功率已达到最大不能再增所以牵引力将会减小(P=Fv),以后会做加速度减小的加速运动直到牵引力等于阻力(即:牵引力1000N功率20kW),汽车做变加速运动的起始时刻是牵引力为2000N功率为20kW的时刻,终了时刻为拉力1000N功率20kW的时刻。
解:设做变加速运动的初速度为Vo,末速度为V,牵引力为F,阻力为f,额定功率为P
Vo=P/F=20000/2000=10m/s
初动能Eko=mVo2/2=2000×102/2=100000 J
Vt=P/f=20000/1000=20m/s
末动能Ekt=mV2/2=2000×202/2=400000 J
在变加速时段发动机做功等于动能增加量与阻力消耗的能量之和
即:Pt=Ekt-Eko+fs
20000t=400000-100000+1000×900
则:t=60s 即:加速时间为60s(或1min).
从以上几个具体问题解决的过程中,我们清楚地看到,正确的分析物理过程后,物理规律的选择变得简单了,物理学的魅力也在于此。从高中物理的知识板块来看,受力分析是基础,无论是利用运动学公式还是能量去解决问题,如果过程没有分析清楚,不能正确的了解物理过程,我们的解答往往会出现偏差,在如:脚踢一质量为0.2kg的足球,踢足球的力可以认为是恒力F=25牛顿,足球以5m/s速度沿地面飞行了10m后停止运动,问人对足球做了多少功?不同学总认为会这样解答:WF=25N×10m=250J,其实这就是过程分析出了问题,在本题中其实包含两个阶段:其一是恒力作用阶段;其二是恒力没有作用,只在摩擦力的作用阶段。
综上所述,物理学的解题过程的分析尤为重要,我建议我们的同学在审题过程中一定要依据受力分析分析清楚物理过程后再去选择物理规律解题。在平时的学习中无论在新授课,还是复习课我们都要进一步理解和掌握这种方去,重视对物理过程的分析,从而提高分析问题解决问题的能力,提高物理素养。
总之,教师在课堂上应加强引导学生对过程的分析很重要,切忌代替学生去分析过程,这样不便于学生对过程分析能力的培养,不便于学生以后独立解决问题,只会让我们的学生成为罗列公式的机器。■
[关键词] 过程 汽车启动 实际功率 额定功率
目前高考物理的绝大部分题目,着重现场考查学生的思维过程。通过书面表达,观察学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的思维过程,从而评判学习能力的高低。那么要提高物理课堂的质量,一定要坚持在对物理过程的分析上下功夫,如果某个环节或某个过程分析不清楚,恰恰说明你在这个环节上出现知识、方法、能力等方面的欠缺。没有对物理过程的分析就没有找到解决问题的钥匙。重视对物理过程的分析应从三个方面加深理解:其一、学会已知量与关键词的寻找,特别关注关键词所带来的隐含条件的挖掘;其二、研究运动过程,建立合适的运动学草图和正确的受力分析;其三、研究运动过程中,在正确的受力分析基础上运用v—t图像分析。这样过程分析清楚后就能便于我们选择恰当的规律对该题进行正确的解答。
高一在讲完功、功率一节后,我们的学生对某力做功以及某力所做功的平均功率、瞬时功率有了深刻的理解。可当我们的学生遇到汽车问题时,很多的学生表现出束手无策,主要问题在于学生对汽车启动的过程分析不清晰。其实高中阶段对汽车启动只存在两种方式,其一是保持汽车的实际功率等于额定功率,从静止开始启动;其二是保持汽车的牵引力恒定,从静止开始起动。下面笔者将对汽车的这两种起动方式做一个动态分析:
一、保持汽车的实际功率等于额定功率,从静止开始启动
当汽车以额定功率启动时,汽车会做一个什么运动呢?要了解汽车的运动情况,实际上就是要清楚汽车的速度与加速度的关系,而汽车是从静止开始运动,我们只要来分析加速度便可以清楚的知道汽车的运动情况;
由牛顿第二定律得:a=(F牵-f)/m=(P额/v-f)/m,当速度v增加时,P额/v减小,a减小,说明物体在做加速度越来越小的变加速度运动,当a减小到0时即F牵=f,v=P额/f且达到最大,物体以最大速度做匀速运动。
速度的增加带来了受力的变化如图示:
受力的变化带来了加速度的变化如图示:
加速度的减小带来速度增加的V-t图可以表示为:
例1:某型号的汽车发动机的额定功率为60KW,在水平的路面上以额定功率行驶时受到的阻力是1800N,求发动机在额定功率下汽车匀速行驶的速度?在同样的阻力作用下,如果汽车的速度为54Km/h,则此时发动机的牵引力是多少?
解:(1)汽车在额定功率下达到匀速运动时,速度达到最大值
Vm=P额/F牵=P额/f=60000W/1800N=33.3m/s=120km/h
(2) 汽车在速度为54Km/h时实际牵引力为:
V=54 Km/h=15 m/s
因为P实=F牵V
则:F牵=P实/V=60×103/15N=4×103 N
二、保持汽车的牵引力恒定,从静止开始起动
汽车从静止开始在恒力的牵引力作用下的起动,汽车所受牵引力恒定,即加速度a=(F牵-f)/m恒定,汽车开始时做匀加速运动加速度a=(F牵-f)/m,而F牵的实际功率P实=F牵v,随着v的增大,P实在逐渐增大,当P实增大到额定功率P额时,此时加速度a=(F牵-f)/m=(P额/v-f)不为零,之后汽车的速度继续增加,则此时汽车的功率会恒定,即汽车又在额定功率的作用下运动a=(F牵-f)/m=(P额/v-f)/m,随着速度v增加时,P额/v减小,a减小,但汽车仍然在做加速运动,直到a减小到0时,v=P额/f达到最大,物体又以该最大速度做匀速运动。
速度的增加带来牵引力变化的图像为:
受力的变化带来了加速度的变化如图示:
加速度的变化带来速度增加的V-t图可以表示为:
例2:一辆总质量为15t的卡车,其额定功率为180kw,假定它在平直的公路上运行时受到阻力是车重的0.03倍,试求卡车以1.5m/s2的加速度由静止开始运动所经历的时间是多少?分析卡车的运动并求出匀加速的最大速度与卡车最终的最大速度?
解:(1)当实际功率刚达到额定功率时,汽车运动达到匀加速运动的最大速度
P实=P额=FV1 ①
F-f=ma ②
由①②两式得:P额/(f+ma)=180000/(0.03×15000×10+15000×1.5)
=20/3 m/s
则匀加速需时间为:
V1-V0=at
得:t=(V1-V0)/a=(20/3)/1.5=4.4s
(2)由刚才的分析可知匀加速速度的最大值为V1=20/3 m/s=6.7 m/s
物体最终的最大速度因在物体最终做匀速运动时产生的
则:Vm=P额/F牵=P额/f=180000W/(0.03×15000×10)m/s=40m/s
例3:2000千克的汽車,发动机额定功率20千瓦,静止启动后在路上行驶,且在发动机的输出功率小于额定功率时,保持牵引力2000牛不变.汽车运动的阻力恒为1000牛,汽车作变加速运动时位移900米,求汽车作变加速运动的时间.
分析:刚开始时汽车保持牵引力2000牛不变,此时做匀加速直线运动,输出功率不断增加,一直增加到输出功率等于额定功率,此时牵引力为2000N功率为20kW,之后汽车速度继续增加但功率已达到最大不能再增所以牵引力将会减小(P=Fv),以后会做加速度减小的加速运动直到牵引力等于阻力(即:牵引力1000N功率20kW),汽车做变加速运动的起始时刻是牵引力为2000N功率为20kW的时刻,终了时刻为拉力1000N功率20kW的时刻。
解:设做变加速运动的初速度为Vo,末速度为V,牵引力为F,阻力为f,额定功率为P
Vo=P/F=20000/2000=10m/s
初动能Eko=mVo2/2=2000×102/2=100000 J
Vt=P/f=20000/1000=20m/s
末动能Ekt=mV2/2=2000×202/2=400000 J
在变加速时段发动机做功等于动能增加量与阻力消耗的能量之和
即:Pt=Ekt-Eko+fs
20000t=400000-100000+1000×900
则:t=60s 即:加速时间为60s(或1min).
从以上几个具体问题解决的过程中,我们清楚地看到,正确的分析物理过程后,物理规律的选择变得简单了,物理学的魅力也在于此。从高中物理的知识板块来看,受力分析是基础,无论是利用运动学公式还是能量去解决问题,如果过程没有分析清楚,不能正确的了解物理过程,我们的解答往往会出现偏差,在如:脚踢一质量为0.2kg的足球,踢足球的力可以认为是恒力F=25牛顿,足球以5m/s速度沿地面飞行了10m后停止运动,问人对足球做了多少功?不同学总认为会这样解答:WF=25N×10m=250J,其实这就是过程分析出了问题,在本题中其实包含两个阶段:其一是恒力作用阶段;其二是恒力没有作用,只在摩擦力的作用阶段。
综上所述,物理学的解题过程的分析尤为重要,我建议我们的同学在审题过程中一定要依据受力分析分析清楚物理过程后再去选择物理规律解题。在平时的学习中无论在新授课,还是复习课我们都要进一步理解和掌握这种方去,重视对物理过程的分析,从而提高分析问题解决问题的能力,提高物理素养。
总之,教师在课堂上应加强引导学生对过程的分析很重要,切忌代替学生去分析过程,这样不便于学生对过程分析能力的培养,不便于学生以后独立解决问题,只会让我们的学生成为罗列公式的机器。■