Question

【題目】一輛質(zhì)量為m的車，發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為Pm。已知該車沿傾角為30°的足夠長(zhǎng)斜面下坡時(shí)，若關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，它立刻以大小為g/2的加速度做勻減速運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)開啟發(fā)動(dòng)機(jī)，讓該車在大小為3mg/2的恒定牽引力作用下由靜止開始勻加速下坡，設(shè)阻力不變，求：

（1）下坡過程中車所能達(dá)到的最大車速；

（2）該車勻加速下坡能持續(xù)的時(shí)間。

Answer 1

【答案】（1） （2）

【解析】車下坡時(shí)，若關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，車受重力mg、支持力N、阻力f的作用，如圖所示：

當(dāng)車勻加速下坡時(shí)，車受牽引力F、重力mg、支持力N、阻力f的作用，如圖所示：

（1）設(shè)車的加速度大小為a1，由牛頓第二定律得：

f-mgsin30°＝ma1 ①

f＝ ma1+ mgsin30°，代入a1＝g/2，得：

f＝ mg ②

當(dāng)車勻加速下坡時(shí)，由P＝Fv，得v＝P/F，當(dāng)P達(dá)到額定功率Pm、同時(shí)牽引力最小時(shí)，車達(dá)到最高車速vm。設(shè)最小牽引力為F1

F1+mgsin300＝f ③

F1＝f-mgsin300＝mg- mgsin30°＝mg/2

故vm＝Pm/F1＝2Pm/mg ④

（2）由P＝Fv，車勻加速下坡時(shí)，牽引力F＝3mg/2不變，P隨車速v加快而增大，直到達(dá)到額定功率Pm，此時(shí)車速為v1

v1＝ Pm/F＝2Pm/3mg ⑤

設(shè)車勻加速下坡的加速度大小為a2

v1＝a2t ⑥

F+ mgsin300-f＝ma2 ⑦

聯(lián)列②⑦，代入F＝3mg/2得a2＝g ⑧

聯(lián)列⑤⑥⑧可得車勻加速下坡能持續(xù)的時(shí)間

t＝2Pm/3mg2 ⑨