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如图所示,质量为的汽车以恒定功率点出发,先沿着长度为,倾角为的斜面运动到(其受到的阻力为车重倍),随后沿着长度为的水平面运动到(其受到的阻力为车重倍)。若足够长,汽车在段最后均可达到匀速行驶。求:

(1)汽车在段和段达到匀速行驶时,其速度分别为多大?耗时分别为多少?

(2)为了省油,汽车发动机在段至少还需工作多久才能到达点。

(3)若汽车可先沿着长度为的水平面运动(其受到的阻力为车重倍),随后沿着长度为,倾角为的斜面运动到点(其受到的阻力为车重倍)。为简单计,设,请问与原路径相比,哪个更省时,为什么?

 

答案

(1)、在区间,汽车可达到匀速,由力学知识可得

                                                1

耗时,由

                                  2

段:达到匀速时,同理

                                                                         3

则耗时,由

可以求出

                            4

(2) 因为汽车在区间速度已经达到匀速,若以为初速滑行汽车不能达到点。假设汽车发动机在段至少还需工作时间,才能使得汽车恰好能到达点。根据动能定理:

                      

求出

                                                5

 

若汽车以为初速汽车滑行能达到点,则,汽车发动机在段工作时间为

                                                                        6

(3)两个路径中汽车克服阻力做功相同。根据动能定理,

                                                      7

可知汽车到达点,末速度越大,汽车发动机工作时间越长。汽车沿原路径到达点,最后车速为,而汽车沿新路径到点,末速度为。因为

                                                                   8

 所以汽车沿原路径耗时更多。Ks*5u                                               9

解析:略

 

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