小明用额定功率为 、最大拉力为
的提升装置,把静置于地面的质量为
的重物竖直提升到高为
的平台,先加速再匀速,最后做加速度大小不超过
的匀减速运动,到达平台的速度刚好为零,
取
,则提升重物的最短时间为( )
A . 13.2s B . 14.2s C . 15.5s D . 17.0s
C
【详解】为了以最短时间提升重物,一开始先以最大拉力拉重物做匀加速上升,当功率达到额定功率时,保持功率不变直到重物达到最大速度,接着做匀速运动,最后以最大加速度做匀减速上升至平台速度刚好为零,重物在第一阶段做匀加速上升过程,根据牛顿第二定律可得
当功率达到额定功率时,设重物的速度为 ,则有
此过程所用时间和上升高度分别为
重物以最大速度匀速时,有
重物最后以最大加速度做匀减速运动的时间和上升高度分别为
设重物从结束匀加速运动到开始做匀减速运动所用时间为 ,该过程根据动能定理可得
又
联立解得
故提升重物的最短时间为
C 正确, ABD 错误;
故选 C 。
功率:
1、功率的定义:功与完成这些功的所用时间的比值叫做功率,功率是表示力做功快慢的物理量,是标量。
2、功率的定义式:,所求出的功率是时间t内的平均功率(功率的单位瓦特,简称瓦,符号W)。
3、功率的计算
①,表示时间t内的平均功率,不管是恒力做功,还是变力做功,都适用。
②P=Fvcosθ,其中θ是力与速度间的夹角。该公式有两种用法:
求某一时刻的瞬时功率。这时F是该时刻的作用力大小,v取瞬时值,对应的P为F在该时刻的瞬时功率;
当v为某段位移(时间)内的平均速度时,则要求这段位移(时间)内F必须为恒力,对应的P为F在该段时间内的平均功率。
4、机车功率问题:交通工具的启动问题通常说的机车的功率或发动机的功率实际是指其牵引力的功率。
①以恒定功率P启动:机车的运动过程是先作加速度减小的加速运动,后以最大速度vm=P/f作匀速直线运动;
②以恒定牵引力F启动:机车先作匀加速运动,当功率增大到额定功率时速度为v1=P/F,而后开始作加速度减小的加速运动,最后以最大速度vm=P/f作匀速直线运动。
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