汽車兩種啟動方式的一些探究

吳思勉

【摘要】 涉及多個物體、多種性質運動的綜合應用型問題在高中物理教學中很常見也很重要，學生學習過程中時常感到有困難。汽車兩種啟動方式就屬于這些情況中較典型的一類情況。針對這些情況，本人與有關教師合作于2016年12月申報了廣東教育學會教育科研規劃小課題《變速運動和勻速運動綜合應用的一些研究》，努力研究這些情況解決一些問題、促進高中物理教學等。本文總結在此課題研究過程中引導學生從運動中涉及的物理量入手，結合有關規律，對汽車兩種啟動方式作的一些探究的情況，使學生清晰地認識有關汽車啟動和運行中運動性質情況是怎樣的，功率等物理量情況是怎樣的。

【關鍵詞】 兩種 啟動方式 探究

【中圖分類號】 G633.7 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2018）01-174-01

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應用有關物理知識解決有關物理問題，可以加深對有關物理知識的理解和掌握，有助于學生對物理知識的學習。也可訓練和提高學生應用知識解決實際問題的能力，還可以指導人們在現代社會更好地使用和利用有機械工具等，是很有益的，值得提倡。

一、汽車啟動后的運動主要涉及哪些物理量？主要涉及哪些物理規律？

教師可引導學生們從運動、力、運動和力多角度思考，再與附近同學討論一下，再引導學生積極思考猜想回答。再引導學生歸納總結：

汽車啟動后的運動從運動的角度看涉及物理量主要有t、S、v、a等；從力的角度看涉及物理量主要有F 、F牽、f等；從運動和力的角度看涉及物理量主要有P等。以下具體討論汽車以恒定的功率P或以恒定的加速度a啟動時某一階段的運動時主要討論這些物理量變或不變等情況。

汽車啟動后的運動從運動的角度看涉及物理規律主要有運動學規律（公式和v-t圖象）等；從力的角度看涉及物理規律主要有力的平行四邊形定則、正交分解法等；從運動和力的角度看涉及物理規律主要有F合=ma；P=F牽v等。以下具體討論汽車以恒定的功率P或以恒定的加速度a啟動時某一階段的運動時主要結合這些規律等討論有關物理量變或不變等情況。

二、汽車以恒定的功率P啟動后的運動可分幾個階段？各做什么性質運動？

教師可引導學生們從運動、力分別和聯系起來思考，再與附近同學討論一下。再引導學生猜想回答并簡述理由；引導 、理論驗證得到結論（各階段物理量較多，討論總結時未加數字角標，題中加） ：

第1階段，汽車做時間t逐漸增大、位移s逐漸增大、初速度v0=0、速度v逐漸增大、加速度a逐漸減小、合力F 逐漸減小、功率P=P不變的變加速直線運動。（這個運動在速度v=vm 、加速度a=0、合力F=0； vm= P/f F牽= f時結束）。

第2階段，汽車做時間t逐漸增大、位移s逐漸增大、速度為vm不變、加速度a=0、合力F=0、功率P=P不變的勻速直線運動 （這個勻速直線運動速度v=vm、加速度a=0、合力F=0； vm= P/f F牽= f）。

教師再引導學生用v-t圖象簡要形象描述，其他圖象描述讓學生課后去做，以加深理解。

引導學生自主探究、分析解答下列練習1，加深對汽車以恒定功率啟動后的運動的理解。

練習1、在水平路面上運動的汽車的額定功率為100kW，質量為10000kg，設阻力恒定，為f=10000N，取g=10m/s2，若汽車以額定功率從靜止啟動后，則（1）汽車在運動過程中能達到的最大速度多大？（2）當汽車的速度為5m/s時，加速度多大？

參考答案（1）10m/s （2） 1m/s2

三、汽車以恒定的加速度a啟動后的運動可分幾個階段？各做什么性質運動？

教師可引導學生們從運動、力分別和聯系起來思考，再與附近同學討論一下。再引導學生猜想回答并簡述理由；引導 、理論驗證得到結論（各階段物理量較多，討論總結時未加數字角標，題中加） ：

第1階段，汽車做時間t逐漸增大、位移s逐漸增大、初速度v0=0、速度v逐漸增大、加速度為a不變、合力F不變、功率P逐漸增大的勻加速直線運動（這個運動在速度v= P/（ma+f）、加速度a=a、合力F=ma、 P= P額時結束）。

第2階段，汽車做時間t逐漸增大、位移s逐漸增大、初速度v0= P/F =P額/（ma+f）、速度v逐漸增大、加速度a逐漸減小、合力F 逐漸減小、功率P=P額不變的變加速直線運動。（這個運動在速度v=vm 、加速度a=0、合力F=0； vm= P額/f F牽= f時結束）。

第3階段，汽車做時間t逐漸增大、位移s逐漸增大、速度為vm不變、加速度a=0、合力F=0、功率P=P額不變的勻速直線運動 （這個勻速直線運動速度v=vm、加速度a=0、合力F=0； vm= P額/f F牽= f）。

教師再引導學生用v-t圖象簡要形象描述，其他圖象描述讓學生課后去做，以加深理解。

引導學生自主探究、分析解答下列練習2，加深對汽車以恒定功率啟動后的運動的理解。

練習2、在水平路面上運動的汽車的額定功率為100kW，質量為10000kg，設阻力恒定，為f=10000N，取g=10m/s2，若汽車以1m/s2的加速度從靜止開始做勻加速直線運動（啟動），則（1）汽車做勻加速直線運動的末速度多大？（2）汽車在整個運動過程中所能達到的最大速度多大？

參考答案（1）5m/s、（2）10m/s

四、教學小結

1、（1）汽車以恒定功率P啟動后的運動可分幾個階段？（2）各做什么性質運動？

參考答案（1）2個 （2）汽車做加速度a逐漸減小、功率P=P不變的變加速直線運動；汽車做加速度a=0、功率P=P不變的勻速直線運動。

2、（1）汽車以恒定加速度啟動后的運動可分幾個階段？（2）各做什么性質運動？

參考答案（1）3個 （2）汽車做加速度為a不變、功率P逐漸增大的勻加速直線運動；汽車做加速度a逐漸減小、功率P=P額不變的變加速直線運動；汽車做加速度a=0、功率P=P額不變的勻速直線運動。

（備注： 本文相關課題《變速運動和勻速運動綜合應用的一些研究》編號為GDXKT9051）

[ 參 考 文 獻 ]

[1]廣東教育出版社出版的普通高中課程標準實驗教科書物理（必修2）（2010年7月第1版）.

[2]廣東教育學會2016年度教育科研規劃小課題立項開題培訓資料.endprint