高三物理物理：三个与运动状态有关的力

三个与运动状态有关的力力是改变运动状态的原因，但有些力又会受到运动状态的影响，从而构成动态变化过程。例 1．汽车发动机的额定功率为 60KW，质量为 5t，在水平路面上做直线运动，已知阻力是车重的 0.1 倍。试问：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？汽车从静止开始，保持以 0.5m/s2 的加速度做匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？分析：由 P=FV 知：当功率不变时，牵引力 F 随 V 的增大而而减小；当 F 恒定时，P 随 V 的增大而增大。由于 F 与 V 有关，所以力不仅改变运动，反过来运动会影响受力，从而构成动态变化过程。(1)动态变化过程如图 1 所示，当 a=0，即 F=f 时，达最大速度kmgPfPFPVm代入数据解得smVm/12（2）如图 2 所示，在 V 达到最大速度前经历了两个过程：匀加速运动和变加速运动，其分界点是刚达到额定功率。设汽车匀加速时间为 t，由牛顿第二定律得makmgF由瞬时功率有 FVPm 由运动学公式 atV 联立解得：sakmgmaPtm16)(例 2．如图 3 所示，AB、CD 是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为 L，导轨与水平面的夹角是 θ，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感强度为 B，在导轨的 A、C端连接一个阻值为 R 的电阻，一根垂直于导轨放置 的金属棒 ab，质量为 m 从静止开始沿导轨下滑，求 ab 棒的最大速度 。（已知 ab 与导轨间的动摩擦因数 μ，导轨和金属棒的电阻都不计）分析：导体棒下滑时，切割磁感线，发生电磁感应现象，产生感应电流，该电流又在磁场中受到安培力作用。该力的表达式为RvLBBLRBLvBLREIBLF22由式知，电磁感应中的安培力与速度有关，当速度用心 爱心 专心改变时，会影响安培力的大小。物体受力如图 4 所示，动态变化过程如图 5 所示。当 a=0 时，达到最大速度Fmgmgcossin解得22)cos(sinLBRmgv 例 3．如图 6 所示是水平正交的匀强磁场和匀强电场，匀强磁场方向垂直纸面向外，大小为 B，匀强电场水平向右，大小为 E。有一杆竖直放在场中，质量为 m，电量为+q 的小球套在杆上，从静止开始下滑，球与杆之间的动摩擦因数为 μ，求小球运动过程中的最大加速度和最大速度。分析：小球受力如图 7 所示。下滑时所受洛仑兹力 f 洛=qvB，其大小与速度 v 有关, 动态分析如图 8 所示。由以上分析知当 N=0 时，f=0，小球有最大的加速度gam 当 a=0 时，小球有最大速度 Vmmgf 又 )(qEBqVfm解得 BEqBmgVm用心 爱心 专心