机动车辆启动过程的几种图象分析

机动车辆启动过程的几种图像分析机动车辆的启动方式大致有两种：一种是以恒定功率启动，另一种是以恒定加速度启动。

因为机动车启动过程的考查涉及到受力分析、牛顿运动定律、运动学公式、动能定理以及功率计算等方面的知识点，机动车的启动过程也是联系实际、解决实际生活、工农业生产的典型问题，更重要的是大多数试题往往结合相关图像进行考查，所以这类试题越来越多，备受命题人员的青睐。

结合图像进行考查的问题，题目文字叙述给出的已知条件较少，往往要求学生从图像中获取相关信息，同学们遇到这类问题，往往不知所措，不会分析。

怎样才能以不变应万变，有效解决这类问题？笔者就这些问题做以下分析和总结。

一、过程分析：以水平面上机动车的启动为例，假设机车在启动过程中所受的地面摩擦阻力和空气阻力恒定不变，在分析的过程中涉及的公式有：Fv p =；mfF a -=；在匀加速运动阶段at v =、221at s =；在达到额定功率以后pt W =。

以上各式中：表示机车发动机功率，即机车发动机牵引力．．．的功率，为机车启动的加速度，表示机车牵引力．．．，并不表示机车受到的合外力， 表示以额定功率运动过程的牵引力做功。

所以可以得出，机车的启动过程有以下两种方式：1、以恒定加速度启动：汽车先做初速为零的匀加速直线运动，当发动机功率达到额定值时做加速度逐渐减小的变加速直线运动，直到加速度减小到零时开始做匀速直线运动。

2、以恒定功率启动：先做加速度逐渐减小的变加速直线运动，直到加速度减小到零时开始做匀速直线运动。

二、实例分析：机动车的启动过程涉及到的图像有：t v -图像、vF 1-图像（为发动机的牵引力）、t p -图像（为发动机功率）、Fv 1-图像、v p -图像等。

1、t v -和t p -图像：这两类图像反应了机动车在启动过程中速度和发动机功率随时间的变化情况，是最常见的、较易分析的图像类型。

【例1】汽车在平直的公路上由静止启动，图像甲表示汽车运动的速度与时间的关系，图像乙表示汽车牵引力的功率与时间的关系。

机车的两种启动方式机车启动通常有两种方式，即以恒定功率启动和以恒定加速度启动．1.机车以恒定功率启动的运动过程机车达到最大速度时， a＝0，F＝f ，P＝Fv m＝fv m，这一启动过程的 v－t 图象如图所示．2.机车以恒定加速度启动的运动过程这一运动过程的v－t 图象如图所示．(1)机车以恒定加速度启动时，先后经过两个过程，匀加速结束时的速度并未达到整个过程的最大速度 v m，只是达到匀加速度阶段的最大速度．(2)在 P＝Fv 中，因为 P 为机车牵引力的功率，所以对应的 F 是牵引力并非合力．汽车的质量为 2 000 kg，汽车发动机的额定功率为80 kW，它在平直的公路上行驶时所受的阻力是 4 000 N ，试求：(1)汽车保持额定功率从静止启动后达到的最大速度是多少(2)若汽车以 2 m/s 2的加速度做匀加速直线运动，可维持多长时间[ 思路点拨 ]解答本题时应把握以下两点：(1)汽车匀速运动时的速度，是该功率下汽车所能达到的最大速度．(2)匀加速运动结束时 P＝P 额．[ 解析 ]当汽车速度最大时，汽车做匀速直线运动．可根据受力平衡求出牵引力，再根据 P＝Fv 求出最大速度；在汽车的匀加速运动过程中，牵引力恒定，功率在变大，直到达到额定功率为止．P(1)汽车以额定功率运行，其牵引力为 F＝v汽车达到最大速度后做匀速直线运动，所以F＝fP P 80×103v max＝F＝f ＝4 000m/s＝20 m/s.(2)汽车以恒定加速度启动后 F′－ f ＝ma所以 F′＝ f ＋ma＝(4 000＋2 000×2) N＝8 000 N.匀加速运动可达到的最大速度为P80×103v max′＝F′＝8 000m/s ＝ 10 m/s.v max′10所以匀加速运动的时间t ＝a＝2s＝5 s.[ 答案 ] (1)20 m/s(2)5 s解决汽车的启动问题，首先要明确属于恒定功率启动还是恒定加速度启动，其次要明确所求解的问题属于哪个阶段．若以恒定加速度启动，汽车先做匀加速运动，当功率达到额定功率后，汽车做变加速运动．2. 质量为2 t的汽车，发动机的牵引功率为30 kW ，在水平公路上，能达到的最大速度为15 m/s ，则当汽车的速度为10m/s时的加速度为 ()A ． m/s 2B ．1 m/s 2C ． m/s 2D ．2 m/s 2解析：选 A. 当 v ＝15 m/s 时，汽车所受牵引力 F 与阻力 f 相等，P 30×1033由 P ＝Fv 得 f ＝F ＝v ＝ 15 N ＝2×10 N ；当 v ′＝ 10 m/s 时，其P 30×103 3 牵引力为 F ′＝ v ′＝ 10 N ＝3×10 N ，由牛顿第二定律得 a ＝F ′－ f 3×103－2×103 2 2m ＝ 2×103 m/s ＝ m/s .。

机车的两种启动方式分析机车两种启动方式分析正确分析汽车启动问题，关键抓住三点: N 1、正确分析物理过程。

f F 2、抓住两个基本公式:1)功率公式:，其中是汽车的功率，是汽车的牵引力，(PFP,Fvmg v是汽车的速度。

图1 (2)牛顿第二定律:，如图1所示。

F,f,ma3、正确分析启动过程中的变化抓住不变量、变化量及变化关系。

P、F、f、v、a以恒定功率启动汽车从静止开始，保持牵引力的功率不变，假设在运动过程中汽车所受的阻力F′也不变;随速度v的增大，牵引力会减小，加速度减小;当F,F′时，加速度a,0，此时速度最大，且 ;以后以速度做匀速直线运动，其过程可由下面的框图表示:以恒定加速度启动由知，保持a不变，则牵引力F也不变，而由P,Fv知，随着速度v的增大，机车的功率增大，但任何机械的功率都是有限的，故机车的功率达到额定功率后将保持不变，以后速度虽继续增大，但并非做匀加速直线运动，因为F会变小，当F,F′时，机车就以做匀速直线运动。

由以上分析可知，车能保持加速度恒定运动一段时间，以后加速度将减小直至为零，其过程可由下面的框图表示:注意:当机车以恒定的加速度启动时，机车做匀加速直线运动的最大速度，要小于机车的最大速度。

5例:一列火车总质量m,500 t，机车发动机的额定功率P,6×10 W，在轨道上行驶时，轨道对列车2的阻力F是车重的0.01倍，g取10 m/s，求: 阻(1)火车在水平轨道上行驶的最大速度;【解析】 (1)列车以额定功率工作时～当牵引力等于阻力～F,F,kmg时列车的加速度为零～速度阻达最大v mPPP则:v,,,,12 m/s. mFkmgF阻(2)在水平轨道上，发动机以额定功率P工作，当行驶速度为v,1 m/s和v,10 m/s时，列车的瞬时12加速度a、a各是多少; 12【解析】当v<v时列车加速运动～当v,v,1 m/s时 m1P5F,,6×10 N 1v1,FF阻12据牛顿第二定律得:a, ,1.1 m/s1mP4当v,v,10 m/s时～F,,6×10 N 22v2,FF阻22据牛顿第二定律得:a,,0.02 m/s. 2m(3)在水平轨道上以36 km/h速度匀速行驶时，发动机的实际功率P′;5【解析】 (3)当v,36 km/h,10 m/s时～列车匀速运动～则发动机的实际功率P′,Fv,5×10 W. 阻2(4)若火车从静止开始，保持0.5 m/s的加速度做匀加速运动，这一过程维持的最长时间(5【解析】 (4)据牛顿第二定律得牵引力F′,F，ma,3×10 N 阻P在此过程中～速度增大～发动机功率增大(当功率为额定功率时速度大小为v′～即v′,,2 m/s mmF′v′m据v′,at～得t,,4 s. ma。

汽车点火系统图解汽车点火系统图解中文名：汽车点火系统外文名： Battery-operated ignition下设：电子点火系统原理：由曲轴带动分电器轴转动1.传统点火系统:蓄电池点火系（Battery-operated ignition）磁电机点火系（Magneto systems）2.电子点火系统（Electronic ignition）：（1）晶体管点火系TI-B(Breaker-Triggered transistorized Ignition)（2）半导体点火系SI(semiconductor Ignition)（3）无分电器点火系DIS(Distributorless Ignition System)传统点火机械式点火系统工作过程是由曲轴带动分电器轴转动，分电器轴上的凸轮转动，使点火线圈初级触点接通与闭合而产生高压电。

这个点火高压电通过分电器轴上的分火头，根据发动机工作要求按顺序送到各个气缸的火花塞上，火花塞发出电火花点燃燃烧室内的气体。

分电器壳体可以手动转动来调节基本的点火提前角(即怠速运转时的点火提前角)，同时还有真空提前装置，它根据进气管内真空度的变化提供不同的提前角。

电子点火电子点火系统与机械式点火系统完全不同，它有一个点火用电子控制装置，内部有发动机在各种工况下所需的点火控制曲线图(MAP 图)。

通过一系列传感器如发动机转速传感器、进气管真空度传感器(发动机负荷传感器)、节气门位置传感器、曲轴位置传感器等来判断发动机的工作状态，在MAP图上找出发动机在此工作状态下所需的点火提前角，按此要求进行点火。

然后根据爆震传感器信号对上述点火要求进行修正，使发动机工作在最佳点火时刻。

电子点火系统也有闭环控制与开环控制之分:带有爆震传感器，能根据发动机是否发生爆震及时修正点火提前角的`电控系统称为闭环控制系统；不带爆震传感器，点火提前控制仅根据电控单元内设定的程序控制的称为开环控制系统。

机动车辆启动过程的几种图象分析机动车辆的启动方式大致有两种：一种是以恒定功率启动，另一种是以恒定加速度启动。

因为机动车启动过程问题涉及到受力分析、牛顿运动定律、运动学公式、动能定理以及功率计算等方面的知识点，也是联系实际、解决实际生活、工农业生产的典型问题。

更重要的是大多数试题往往结合相关图象进行考查。

这类题目文字叙述给出的已知条件较少，往往要求从图象中获取相关信息一、过程分析：以水平面上机动车的启动为例，假设机车在启动过程中所受的地面摩擦阻力和空气阻力恒定不变，在分析的过程中涉及的公式有：；；在匀加速运动阶段、；在达到额定功率以后。

以上各式中：表示机车发动机功率，即机车发动机牵引力的功率，为机车启动的加速度，表示机车牵引力，并不表示机车受到的合外力，表示以额定功率运动过程的牵引力做功。

所以可以得出，机车的启动过程有以下两种方式：1．以恒定加速度启动：汽车先做初速为零的匀加速直线运动，当发动机功率达到额定值时做加速度逐渐减小的变加速直线运动，直到加速度减小到零时开始做匀速直线运动。

2．以恒定功率启动：先做加速度逐渐减小的变加速直线运动，直到加速度减小到零时开始做匀速直线运动。

二、实例分析：机动车的启动过程涉及到的图象有：图象、图象（为发动机的牵引力）、图象（为发动机功率）、图象、图象等。

1．和图象：这两类图象反应了机动车在启动过程中速度和发动机功率随时间的变化情况，是最常见的、较易分析的图象类型。

【例1】汽车在平直的公路上由静止启动，图象甲表示汽车运动的速度与时间的关系，图象乙表示汽车牵引力的功率与时间的关系。

设汽车在运动过程中阻力不变，在18s末汽车的速度恰好达到最大。

求：(1)汽车受到的阻力和最大牵引力；(2)汽车在做变加速运动过程中的位移。

【分析】(1)从图象可以看出，汽车在做初速度为零的匀加速运动，在做加速度减小的变加速运动，后做匀速运动。

汽车做匀加速运动的最大速度，而最终做匀速运动的速度，从图象可以看出，汽车的额定功率。