Question

一列火車總質(zhì)量m=500t，機(jī)車發(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)列車的阻力F_f是車重的0.01倍，g取10m/s²，求：
（1）火車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v₁=1m/s和v₂=10m/s時(shí)，列車的瞬時(shí)加速度a₁、a₂各是多少；
（3）在水平軌道上以36km/h速度勻速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率P′；
（4）若火車從靜止開(kāi)始，保持0.5m/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．

Answer 1

分析：（1）以恒定的功率行駛時(shí)，當(dāng)牽引力和阻力大小相等時(shí)，列車的速度達(dá)到最大值；
（2）發(fā)動(dòng)機(jī)的功率不變，根據(jù)P=Fv可以求得不同速度時(shí)的牽引力的大小，再根據(jù)牛頓第二定律F-f=ma可以求得此時(shí)機(jī)車的加速度的大�。�
（3）列車勻速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率P′=Fv=fv，由此可以求得發(fā)動(dòng)機(jī)的功率的大�。�
（4）當(dāng)列車以恒定的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，列車的速度在不斷的增大，同時(shí)列車的功率也在不斷的增大，當(dāng)功率增加到額定功率時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力開(kāi)始減小，此時(shí)的速度為勻加速運(yùn)動(dòng)的最大的速度，再根據(jù)v=at就可以求得運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．

解答：解：（1）列車以額定功率工作時(shí)，當(dāng)牽引力等于阻力，即F=F_f=kmg時(shí)列車的加速度為零，速度達(dá)最大v_m，
則：v_m=

P

F

=

P

Ff

=

P

kmg

=12 m/s．
（2）當(dāng)v＜v_m時(shí)列車加速運(yùn)動(dòng)，
當(dāng)v=v₁=1 m/s時(shí)，
F₁=

p

v1

=6×10⁵ N，
據(jù)牛頓第二定律得：a₁=

F1-Ff

m

=1.1 m/s²
當(dāng)v=v₂=10 m/s時(shí)，F(xiàn)₂=

P

v2

=6×10⁴ N
據(jù)牛頓第二定律得：a₂=

F2-Ff

m

=0.02 m/s²．
（3）當(dāng)v=36 km/h=10 m/s時(shí)，列車勻速運(yùn)動(dòng)，
則發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率P′=F_fv=5×10⁵ W．
（4）根據(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′=

P

F′

=2 m/s
據(jù)v_m′=at，
得：t=

v ′ m

a

=4 s．
答：（1）火車在水平軌道上行駛的最大速度是12 m/s；
（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v₁=1m/s時(shí)的加速度的大小為1.1 m/s²，當(dāng)行駛速度為v₂=10m/s時(shí)加速度的大小為0.02 m/s²；
（3）在水平軌道上以36km/h速度勻速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率P′為5×10⁵ W；
（4）若火車從靜止開(kāi)始，保持0.5m/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)間是4s．

點(diǎn)評(píng)：本題考查的是汽車的啟動(dòng)方式，對(duì)于汽車的兩種啟動(dòng)方式，恒定加速度啟動(dòng)和恒定功率啟動(dòng)，對(duì)于每種啟動(dòng)方式的汽車運(yùn)動(dòng)的過(guò)程一定要熟悉．