高中物理《机车启动问题》名师优质课教案附学习任务单

轻松解决机车启动问题知识点考纲要求题型分值机车启动问题会分析机车的两种启动方式中过程量的变化选择题计算题6~8分二、重难点提示恒定加速度启动过程中能达到的最大速度的分析。

机车的两种启动模型的分析1. 模型综述物体在牵引力（受功率和速度制约）作用下，从静止开始克服一定的阻力，加速度不变或变化，最终加速度等于零，速度达到最大值。

2. 模型特征（1）以恒定功率启动的方式动态过程：这一过程的速度—时间图象如图所示：（2）以恒定加速度启动的方式动态过程：这一过程的速度—时间图象如图所示：无论哪种启动方式，机车最终的最大速度都应满足：v m＝PF f，且以这个速度做匀速直线运动。

例题1汽车在平直的公路上以恒定的功率启动，设阻力恒定，则下列图中关于汽车运动过程中加速度、速度随时间变化的关系，判断正确的是（）A. 汽车的加速度—时间图象可用图乙描述B. 汽车的速度—时间图象可用图甲描述C. 汽车的加速度—时间图象可用图丁描述D. 汽车的速度—时间图象可用图丙描述思路分析：由于是以恒定的功率启动，由a＝fPFvm知，a逐渐变小至零，同时v逐渐变大至最大。

选项A、B正确。

答案：AB例题2 汽车从静止匀加速启动，最后做匀速运动，其速度随时间及加速度、牵引力和功率随速度变化的图象如图所示，其中正确的是（）思路分析：汽车启动时，由P ＝Fv 和F －F f ＝ma 可知，匀加速启动过程，牵引力F 、加速度a 恒定不变，速度和功率均匀增大，当功率增大到额定功率后保持不变，牵引力逐渐减小到与阻力相等，加速度逐渐减小到零，速度逐渐增大到最大速度，故A 、C 、D 正确。

答案：ACD例题3 如图所示，质量为M 的汽车通过不计质量的绳索拖着质量为m 的车厢（可视为质点）在水平地面上由静止开始做直线运动。

已知汽车和车厢与水平地面间的动摩擦因数均为μ，汽车和车厢之间的绳索与水平地面间的夹角为θ，汽车的额定功率为P 额，重力加速度为g ，不计空气阻力。

第七章 机械能守恒定律 功率第二课时机车启动问题1..了解汽车运动的三种形式：（1）恒定功率加速过程（2）恒定加速度加速过程 （3）匀速运动过程2.会用功率和所学知识解决生活中实际问题。

(1)复习功的定义,公式以及在不同情境下的处理方法 (2)复习功率的定义,理解定义式和表达式的区别(3)弄清平均功率和瞬时功率、功率和机械效率的区别一、 探究恒功率启动的规律玩具汽车在水平路面上以恒定的功率启动 设P=12W ，f=2N ，m=2Kg)/(1-⋅s m vP/WF/N)/(2-⋅s m a1 2 3 6因为_______一定，据P=Fv 可知，_____↑，所以____↓。

当______时，汽车的加速度a=0,此时汽车的速度达到最大值。

在以恒定功率启动的过程中，汽车的运动具有以下特点：①汽车在启动过程中先做_____________运动，同____________变小，当牵引力等于阻力时，汽车开始以最大速度做_____________运动。

②汽车在启动的过程中的功率始终等于汽车的_______________ ③汽车的牵引力F 和阻力F f 始终满足牛顿第二定律F-F f =ma. ④汽车的牵引力F 和瞬时速度v 始终满足___________________ ⑤在启动过程结束时，因为牵引力和阻力平衡，此时有____________ 二、 探究恒定牵引力启动的规律玩具汽车在水平路面上以恒定的功率启动 设P=12W ，f=2N ，m=2Kg a=2/2s m学习目标自主学习探究互动)/(1-⋅s m vP/WF/N)/(2-⋅s m a1 1.523 6在以恒定牵引力启动的过程中，汽车的运动具有以下特点：①汽车的启动过程经历了两个阶段：一是___________________状态，二是_________________状态，最终做____________运动。

②汽车在匀加速直线运动阶段，汽车的瞬时速度_______________,汽车做匀加速直线运动所能维持的时间_____________③汽车做匀加速直线运动阶段，汽车的瞬时功率P t ______P 额 ④汽车在匀加速直线运动阶段结束时，瞬时功率P t _______P 额，⑤汽车在变加速直线运动阶段功率恒为额定功率，进入匀速直线运动时牵引力和阻力平衡， 有P t =P 额=_________［例1］汽车发动机额定功率为60 kW ，汽车质量为5.0×103 kg ，汽车在水平路面行驶时，受到的阻力大小是车重的0.1倍，试求：（1）汽车保持额定功率从静止出发后能达到的最大速度是多少？ （2）当汽车的加速度为a=2 m/s 2时，速度为多大？ （3）当汽车的速度为V=6 m/s 时，加速度为多大？［例2］（1）若汽车从静止开始以0.5 m/s 2的加速度匀加速运动，则这一加速度能维持多长时间？（2）假设又经过5s 后汽车达到最大速度，问发动机在启动过程中做的功？例题精讲［例3］质量为m的汽车由静止开始以恒定的功率P爬坡（足够长），斜坡的倾斜角为θ，汽车受到的摩擦阻力恒定为f，求汽车所能达到的最大速度v m=?小结：汽车在斜坡上启动时汽车在倾角为θ的斜坡上从静止开始启动时，无论以恒定功率启动，还是以恒定牵引力启动，其启动过程和在平直路面上的情况相似，主要有以下几点区别：（1）汽车在斜坡上启动时，汽车的牵引力F、阻力F f和重力沿斜坡向下的分力mgsin θ始终满足牛顿第二定律：上坡时F－F f－mgsinθ=ma,下坡时F+mgsinθ－F f=ma(若以额定功率启动，加速度a时刻在变；若以恒定牵引力启动，加速度a恒定)。

专题拓展课五 变力做功和机车启动问题『学习目标要求』 1.掌握变力做功的常用方法：分段法、平均力法、微元法和图像法。

2.理解机车启动的两种方式，会根据P ＝F v 分析有关问题。

拓展点1 变力做功的分析和计算1.化变力为恒力(1)分段法：力在全程是变力，但在每一个阶段是恒力，这样就可以先计算每个阶段的功，再利用求和的方法计算整个过程中变力做的功。

(2)平均值法：当力的方向不变，大小随位移按线性规律变化时，即F 是位移l 的线性函数，则平均力F －＝F 1＋F 22，由W ＝F －l cos α求功。

(3)微元法：当力的大小不变，力的方向时刻与速度同向(或反向)时，把物体的运动过程分为很多小段，这样每一小段可以看成直线，先求力在每一小段上的功，再求和即可。

2.用F －x 图像求功若已知F －x 图像，则图像与x 轴所围的面积表示功，如图所示，在位移x 0内力F 做的功W ＝F 02x 0。

『例1』 如图所示，摆球质量为m ，悬线的长为l ，把悬线拉到水平位置后放手。

设在摆球运动过程中空气阻力F f 的大小不变，求摆球从A 运动到竖直位置B 的过程中，重力mg 、绳的拉力F T 、空气阻力F f 各做了多少功？『解析』 因为拉力F T 在运动过程中，始终与运动方向垂直，故不做功，即W F T＝0。

重力在整个运动过程中大小、方向始终不变，重力的方向竖直向下，小球的位移在竖直方向上的分量OB ＝l ，所以W G ＝mgl 。

空气阻力虽然大小不变，但方向不断改变，且任何时刻都与运动方向相反，即沿圆弧的切线方向，因此属于变力做功问题。

如果将AB －分成许多小弧段，使每一小弧段小到可以看成直线，在每一小弧段上F f 的大小、方向可以认为不变(即为恒力)，这样就把变力做功的问题转化为恒力做功的问题。

因此F f 所做的总功等于每一小弧段上F f 所做功的代数和。

即W F f ＝－(F f Δl 1＋F f Δl 2＋…)＝－12F f πl 。

专题10 机车的启动问题--2022-2023学年高中物理同步练习分类专题教案（人教版2019必修第二册）教学目标：1.了解机车的启动原理及其线路图。

2.理解机车启动的过程。

3.掌握机车启动的方法与技巧。

4.能够对机车启动出现的故障进行分析与修理。

教学重点：1.机车启动的原理与过程。

2.机车启动的线路图及其设备。

3.引擎的启动方法与技巧。

教学难点：1.对引擎启动的过程进行分析。

2.对机车启动故障进行分析与修理。

3.对机车启动设备的使用与维护。

教学方法：1.思维导图法。

2.板书法。

3.讲解法。

教学过程：一、导入新课利用背景知识询问学生们在日常生活中是否还见过其他的火车。

二、概念解析解释机车启动的含义机车启动是指将机车发动机从静止状态启动到运转状态的过程，使机车可以开始行驶。

三、核心概念1.机车启动原理通过切断或加入电流，控制发动机内部的燃料、空气、火花等要素，使引擎能够开始运转。

2.机车启动过程1）检查机车起动准备工作是否完成，如水、油、电等。

2）给机车电池供电，机车电路显示的绿灯亮起。

3）启动开关拨到“ON”前，检查制动系统是否正常。

4）拨到“ON”（点火）位置，等待预热。

5）将起动开关拨到“START”（启动），连续拧动，待引擎成功运转后，松开按钮。

6）检查发动机转速是否正常，机车是否稳定运行。

四、教学方法1.思维导图法首先，在黑板上绘制出机车启动的思维导图，通过思维导图法呈现内容，给学生留下深刻印象。

2.板书法在黑板上绘制机车启动的线路图及其设备，逐步引导学生对板书内容做出思考和总结。

3.讲解法通过详细讲解机车启动的过程，帮助学生逐步理解机车启动原理及其方法与技巧。

五、参考课堂练习1.列举影响机车启动的因素。

2.列举机车启动过程的步骤。

3.解释点火系统的作用。

4.分析引擎启动故障的原因。

5.介绍机车启动设备的正确使用与维护方法。

六、实践应用1.在校外实地考察机车启动设备的使用。

2.在实验室中模拟机车启动过程。

波峰中学高三物理学案年级：高二学科：物理导学案编号： 2号编写人：审核人：姓名：课题：功率和机车启动【学习目标】1、理解并掌握功率的定义，会使用公式计算物体做功功率2、掌握机车启动的两种方式，并会应用解决实际问题【重点】1、理解并掌握功率的定义，会使用公式计算物体做功功率【难点】掌握机车启动的两种方式，并会应用解决实际问题一、知识点一、功率1．定义：功与完成这些功所用时间的。

2．物理意义：描述力对物体。

3．公式(1)P＝Wt，P为时间t内的。

(2)P＝F v cosα(α为F与v的夹角)①v为平均速度，则P为。

②v为瞬时速度，则P为。

4．额定功率机械时的最大输出功率。

5．实际功率机械时的功率，要求不大于。

6、求力做功的功率时应注意的问题(1)明确所求功率是平均功率还是瞬时功率。

求平均功率首选P＝Wt，其次是用P＝F·vcosα，v应容易求得，如求匀变速直线运动中某力的平均功率。

(2)求瞬时功率用P＝F v cosα要注意F与v方向间的夹角α对结果的影响，功率是力与力的方向上速度的乘积。

例如图1所示，物体受到水平推力F的作用在粗糙水平面上做直线运动。

监测到推力F、物体速度v随时间t变化的规律如图2、3所示，g＝10 m/s2，则()A．第1 s内推力做的功为1 JB．第2 s内物体克服摩擦力做的功W＝2 JC．第1.5 s时推力F做功的功率为2 WD．第2 s内推力F做功的平均功率P＝1.5 W知识点二、机车启动问题1.两种启动方式的比较两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动P-t图和v -t图OA 段过程分析v↑⇒F＝P(不变)v↓⇒a＝F－F阻m↓a＝F－F阻m不变⇒F不变v↑⇒P＝F v↑直到P额＝F v1运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动，维持时间t＝v1aAB 段过程分析F＝F阻⇒a＝0⇒v m＝PF阻v↑⇒F＝P额(不变)v↓⇒a＝F－F阻m↓运动性质以v m匀速直线运动加速度减小的加速直线运动BC段无F＝F阻⇒a＝0⇒以v m＝P额F阻匀速直线运动2(1)无论哪种启动过程，机车的最大速度都等于其匀速直线运动时的速度，即v m＝PF min＝PF阻(式中F min为最小牵引力，其值等于阻力F阻)。

7-3-2机车启动问题学习目标会分析机车启动的两种方式----恒定功率启动，恒定加速度启动。

重点难点两种机车启动问题中的各量的变化 预习检测机车启动的两种方式为 ， 。

问题探究一、机车以恒定功率启动的运动1、机车以恒定的功率P 启动后，若运动过程中所受的阻力不变， 由于牵引力F ＝P ／v ，根据牛顿第二定律： F －f ＝ma 即 P ／v －f ＝ma所以：当速度v 增大时，加速度a 减小。

当加速度a ＝0时，机车的速度达到最大，此时有： 。

以后，机车已v m 做匀速直线运动。

2、这一过程，F 、v 、a 的变化也可表示为：3、用v －t 图，这一过程可表示为右下图： 最大速度之前是一段曲线。

=a mfmv P －fP F P v m 额额＝=↓⇒=↓⇒=↑⇒mf -F a v P F v 保持匀速直线运动⇒变加速运动匀速运动∙∙∙∙∙∙v二、机车以恒定加速度启动的运动过程1、机车以恒定的加速度a 启动时，牵引力F 、阻力f 均不变，此时有：F －f ＝ma 。

机车匀加速运动的瞬时功率：P ＝Fv ＝（f ＋ma ）•v ＝（f ＋ma ）•a t ≤P 额。

匀加速阶段的最长时间t ＝P 额／［（ma ＋f ）a ］；匀加速运动的末速度为v t ＝P 额／（ma ＋f ）。

当机车达到这一速度时，其瞬时功率等于它的额定功率。

然后机车又做变加速运动。

此时加速度a 和第一种启动过程一样。

2、匀加速启动过程的各个量（P 、F 、a 、v ）的变化情况如下：3、用v －t 图，这一过程可表示为右图：是一段曲线，最后是平行于时间轴的直线。

当堂检测1. 汽车发动机的额定功率为60kw ，汽车的质量为5t ，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，g 取10m /s 2，问：（1）汽车保持以额定功率从静止起动后能达到的最大速度是多少？（2）若汽车保持以0.5m /s 2的加速度做匀加速运动，这一过程能维持多长时间？↑⇒Fv P v ＝不变、f F 不变－＝，m f F a ⇒额P =↓⇒=↑⇒m f F a v P F v ,－额匀加速直线运动变加速直线运动保持匀速直线运动⇒匀速运动∙∙∙∙∙∙v v完全达标2．质量为m的汽车，其发动机额定功率为P.当它开上一个倾角为θ的斜坡时，受到的阻力为车重力的k倍，则车的最大速度为()A.Pmg sinθ B.P cosθmg(k＋sinθ)C.P cosθmg D.Pmg(k＋sinθ)补充练习(基础)1．质量是5 t的汽车在水平路面上由静止开始以加速度2.2 m/s2做匀加速直线运动，所受阻力是1.0×118 N，则汽车启动后第一秒末发动机的瞬时功率是()A．2 kW B．11 kW C．20 kW D．26.4 kW（提高）2．一辆轿车在平直公路上运行，启动阶段轿车牵引力保持不变，而后以额定功率继续行驶，经过时间t0，其速度由零增大到最大值v m.若所受阻力F f为恒力，关于轿车的速度v、牵引力F、功率P随时间t变化的情况正确的是()。

2019-2020年高中物理《机车启动问题》名师优质课教案附学习任务单[教材分析]本节是功率这节的补充内容，难度较大，综合性较强，其中涉及到高一阶段除曲线运动外的几乎所有内容，如受力分析，牛顿第二定律，运动学公式及功率公式，是与高考接轨的一个考点。

[学情分析]由于本节内容的难度较大，首要的一条就是学生对前面知识点的复习问题，对牛顿第二定律而言，F=ma中的F是指合力；怎样用v-t图去描述物体的运动等；第二，学生应自己动手推导从而得出结论，切忌死记结论；第三，这节最终的问题要落实在做题上，学生通过习题去了解过程并且掌握解题关键条件，从而对整个问题有一个系统的认识。

[教学目标](i)知识目标1．理解机车的两种启动过程及其特点。

2．学会用机车启动的关键条件解题。

(ii)能力目标1．能够运用两种启动的特点解机车的启动问题。

2．学生会自己动手推导，讨论，分析机车问题。

3．培养学生逻辑思维能力。

(iii)情感目标1．通过这节课的学习激发学生的学习兴趣。

2．让学生发现并体会物理学中的逻辑性。

3．通过自己的推理去感受物理学习中的乐趣。

[教学重点]1．理解解决机车启动问题的两个核心公式。

2．理解机车两种启动方式中各段的运动性质。

[教学难点]1．学会分析机车启动问题中的解题关键及突破点。

2．对两种启动方式的v-t图分析。

3．学会将牛顿第二定律及功率方程融入机车问题。

[教学方法]利用多媒体引导分析教学[教学过程]设计思想：力求体现新课标倡导的“教师主导、学生主体”的思想。

以学生的活动逐步推进教学。

本设计还力求突出课堂的有效性，引导学生进行探究，参与问题讨论，让更多的学生能融入课堂，思维和能力都能得到发展。

[教学过程]板书设计一．复习二.两种启动方式三.小结1．实际功率：发动机牵引力的功率1．以恒定功率启动 2．匀加速启动：额定功率：定值分析：分析:关系：P实≤P额2．P=FV 图象：图象：P-实际功率F-牵引力例1.解：例2.解：V-瞬时速度3．a=(F-f)/m学生学习单一．预备知识1．两个概念复习 2．P实, F牵，V的关系实际功率：额定功率： 3． F合，a,m的关系二者的大小关系：二．两种启动方式（两个基本假定：）1．以恒定功率启动 2．匀加速启动分析：分析：图象：图象：例1：汽车发动机的额定功率为60kw，汽车的质量为5t,汽车在水平路面上行驶时，车所受阻力为车重的0.1倍（g=10m/s2）,当汽车保持额定功率不变从静止启动后,求：(1)汽车所能达到的最大速度大小为多少?(2)当汽车加速度为2m/s2时的速度为多大？例2：汽车发动机的额定功率为60kw，汽车的质量为5t,汽车在水平路面上行驶时，车所受阻力为5000N,若汽车从静止开始保持以0.5m/s2加速度匀加速启动,求这一过程能维持多长时间?三．小结1．两种启动方式2．解决问题核心公式3．关键条件。

学科教师辅导教案组长审核：v↑⇒F＝P不变v↓⇒a＝F－F阻m↓BC 段 无F ＝F 阻⇒a ＝0⇒F 阻＝P 额v m，以v m 做匀速直线运动 重要方程平衡方程AB 段：F 阻＝F 牵＝Pv m，全程阻力不变，也等于OA 段阻力BC 段：F 阻＝F 牵＝P 额v m，全程阻力不变，也等于OA 段、AB 段阻力牛顿第二定律加速度：OA 段任意速度v 1时，a ＝P v 1－F 阻m ＝P v 1－P v mm加速度：OA 段a ＝v 1t 0＝P 额v 1－P 额v mm AB 段：速度为v 2时， a ′＝P 额v 2－P 额v mm动能定理加速段位移x 满足：Pt －F 阻x ＝12mv 2m －0加速段位移x 满足：12P 额t 0＋P 额(t 1－t 0)－F 阻x ＝12mv 2m －0 特别提醒(1) 发动机的功率指发动机的牵引力F 的功率，而不是汽车所受合外力的功率，因牵引力与速度同向，故有P ＝Fv 。

(2)对机车等交通工具类问题，应明确P ＝Fv 中P 为发动机的实际功率，机车正常行驶中实际功率小于等于其额定功率。

(3)无论哪种运动过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即v m ＝P F min ＝PF f(式中F min 为最小牵引力，其值等于阻力F f )。

(4)机车以恒定加速度启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，速度不是最大，即v ＝P F<v m ＝P F f。

(5)机车以恒定功率运行时，牵引力做的功W ＝Pt 。

由动能定理：Pt －F f x ＝ΔE k 。

此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小。

三）巩固练习1．（2018春•鹤壁期末）一辆汽车从静止开始启动，先匀加速达到某一速度后以恒定功率运动，最后做匀速运动，下列汽车的速度v 、位移x 、加速度a 及汽车牵引力做的功W 随时间t 的变化图象可能正确的是（ ）A．B．C．D．2．（2017春•东湖区校级期中）在检测某款电动车性能的实验中，质量为8×102 kg的电动车由静止开始沿平直公路行驶，达到的最大速度为15m/s．利用传感器测得此过程中不同时刻电动车的牵引力F与对应的速度v，并描绘出F﹣图象（图中AB、BO均为直线），假设电动车行驶中所受的阻力恒定，则下列说法错误的是（）A．在全过程中，电动车在B点时速度最大B．电动车做匀加速运动时的加速度为2 m/s2C．电动车的额定功率为6 kWD．电动车做匀加速运动所需的时间为1.5 s（四）本节综合练习1．（2018春•许昌期末）在平直的公路上，静止的汽车启动后先匀加速开始运动，达到额定功率后保持额定功率不变继续运动。