一只船在水中航行时所受阻力与其速度成正比.现此船由静止开始沿直线航行,若保持牵引力恒定,经过时间t1后,速度为v,加速度

一只船在水中航行时所受阻力与其速度成正比.现此船由静止开始沿直线航行,若保持牵引力恒定,经过时间t1后,速度为v,加速度为a1,最终以速度2v匀速运动;若保持牵引力的功率恒定,经过时间t2后,速度为v,加速度为a2,最终也以2v的速度匀速运动,则有(  )
A. t1=t2
B. a2=2a1
C. t1<t2
D. a2=3a1
manbaly 1年前 已收到3个回答 举报

搅拌机一号 幼苗

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解题思路:1、以恒定牵引力启动的物理过程:
根据牛顿第二定律,a=[F-f/m]=[F-kv/m],由于F恒定,速度增大,所以加速度减小,故做加速度减小的加速运动.
又P=Fv,由于速度增大,所以功率增大.
到t1时刻,为v、a1,当F=f=k•2v时,a=0,匀速2v,P=F•2v=4kv2
需要注意的是,虽然牵引力恒定,但船所受阻力跟速度成正比,故合外力是变力,不是匀变速运动.
2、以恒定功率启动的物理过程:
根据牛顿第二定律,a′=[F′-f/m]=
P
v′
-kv′
m
,由于P恒定,速度增大,所以加速度减小,故做加速度减小的加速运动.
到t2时刻,为v、a2,当F′=f=k•2v时,a′=0,匀速2v,P′=F•2v=4kv2
故有最终功率相等.

1、先讨论B和D选项的加速大小:
以恒定的牵引力启动经过时间t1时满足方程:
F-kv=ma1----①
以2v的速度作匀速运动时满足方程:
F-k2v=0----②
由①②两式可得
kv=ma1----③
船以恒定的功率启动经过时间t2时,设牵引力为F′,则
F′-kv=ma2----④
设恒定功率为P,则
P=F′v----⑤
由于功率一定,两次最终也以2v的速度作匀速运动,匀速运动时满足方程:
P=F2v----⑥
由⑤⑥两式得:
F′=2F代入④得
2F-kv=ma2----⑦
将②代入上式得
3kv=ma2----⑧
由③⑧两式相比可得:
a2=3a1
故B错误D正确.
2、再讨论A和C选项的时间大小:
关于时间的比较用v-t图象加以分析比较方便.画出两船的v-t图象,图线的斜率等于其加速度,注意利用速度均为v时,a2=3a1;速度为2v时,均匀速运动,故得图线如图所示,图中甲表示以恒定牵引力启动,乙表示以恒定功率启动.
  由图可知,开始阶段,乙的加速度是甲的3倍,乙的速度增加比甲快,乙的位移大于甲,速度达到v时,从图中很直观看出t1>t2,故AC错误.
综上所述,本题的正确答案应是D.
故选:D.

点评:
本题考点: 功率、平均功率和瞬时功率.

考点点评: 解决此类问题的关键是“三分析”--分析受力,根据牛顿运动定律确定运动性质;以加速度为桥梁,分析运动及其变化过程;分析收尾状态,明确特征及其条件.对于变力作用下的运动过程处理(例如本题求由静止启动到最终匀速运动的位移和时间),因涉及微积分,中学只能用动能定理求解或图象法求解.本题思维难度较大,属于难题.

1年前

6

follow_up 幼苗

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功率P=FV,v越大,f越小。
当V=0至v,a1=F/m,不变;a2=f/m越来越小,a1》a2,v=a1t1,v=a2t2,所以t1《t2
功率P=FV,V=2v,f=1/2F,a1=F/m, a2=f/m, a1=2a2,

1年前

2

qqhs 幼苗

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最简单的方法是排除

1年前

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