Question

(10分)一列火車(chē)總質(zhì)量m＝500 t，機(jī)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率P＝6×10⁵ W，在軌道上行駛時(shí)，軌道對(duì)列車(chē)的阻力F_f是車(chē)重的0.01倍，g取10 m/s²，求：
(1)火車(chē)在水平軌道上行駛的最大速度；
(2)在水平軌道上，發(fā)動(dòng)機(jī)以額定功率P工作，當(dāng)行駛速度為v＝10 m/s時(shí)，列車(chē)的瞬時(shí)加速度a是多少；
(3)在水平軌道上以36 km/h速度勻速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率P′；
(4)若火車(chē)從靜止開(kāi)始，保持0.5 m/s²的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)，這一過(guò)程維持的最長(zhǎng)時(shí)間和發(fā)動(dòng)機(jī)在這段時(shí)間內(nèi)做的功。

Answer 1

(1)12 m/s　(2)1.1 m/s²　0.02 m/s²　(3)5×10⁵ W　(4)4 s  W=1.2×10⁶J

(1)列車(chē)以額定功率工作時(shí)，當(dāng)牽引力等于阻力，即F＝F_f＝kmg時(shí)列車(chē)的加速度為零，速度達(dá)最大v_m，則：v_m＝＝＝＝12 m/s.    （2分）
(2)當(dāng)v＜v_m時(shí)列車(chē)加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)v＝v₂＝10 m/s時(shí)，F(xiàn)₂＝＝6×10⁴ N      （1分）
據(jù)牛頓第二定律得：a₂＝＝0.02 m/s².（1分）
(3)當(dāng)v＝36 km/h＝10 m/s時(shí)，車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率P^、＝F_fv＝5×10⁵ W.（2分）(4)據(jù)牛頓第二定律得牽引力F′＝F_f＋ma＝3×10⁵ N，在此過(guò)程中，速度增大，發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大．
當(dāng)功率為額定功率時(shí)速度大小為v_m′，即v_m′＝＝2 m/s
據(jù)v_m′＝at，得：t＝＝4 s.            （2分）
根據(jù)動(dòng)能定理：（2分）
本題考查機(jī)車(chē)啟動(dòng)的兩種形式，列車(chē)以額定功率工作時(shí)，當(dāng)牽引力等于阻力，速度達(dá)到最大，由P=Fv，F(xiàn)=f可求得最大速度，當(dāng)當(dāng)v＜v_m時(shí)列車(chē)加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度增大到10m/s時(shí)，由P=Fv可求得牽引力大小，再由牛頓第二定律可求得此時(shí)加速度大小，如果火車(chē)勻加速啟動(dòng)，當(dāng)勻加速的速度達(dá)到最大時(shí)，功率增大到額定功率，先由牛頓第二定律求得勻加速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的牽引力大小，再由P=Fv求得勻加速運(yùn)動(dòng)的最大速度，再由v=at可求得運(yùn)動(dòng)時(shí)間，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求得位移大小，從而求得阻力做功，再由動(dòng)能定理可求得牽引力做功