题目内容
4.杭甬高铁全长约150公里,已于2013年6月开通.甬绍用时32分钟,绍杭用时20分钟.高铁列车采用动力分散的电力机车驱动方式.国家电网将220kV高压电送至高铁牵引站,经牵引站变压后送达接触网.铁路沿线上方悬挂着的金属线就是接触网.接触网额定电压为25kV.车顶伸出的“长辫子”般的受电弓与接触网滑动接触获得电能而牵引列车运行.假设列车由16节车厢组成,除第1、16节两车厢为无动力车厢外,其余14节车厢均装备动力系统,各动力车厢产生的动力相同,每节车厢(含乘客行李等)的平均质量均为10吨.假设运动时每节车厢所受的阻力恒为车重的$\frac{1}{30}$倍,该列车匀加速启动时,能在10分钟内将速度提升到360公里每小时,此后列车保持恒定功率,列车达到最大速度后匀速运动.(g取10m/s2)求:(1)列车在启动过程中总的牵引力大小.
(2)求列车的最大速度及此时接触网中的平均电流至少为多大?
(3)列车在启动过程中,第8节车厢对第9节车厢的作用力.
分析 (1)先根据速度时间关系公式求解加速度,然后根据牛顿第二定律列式求解总牵引力;
(2)由P=Fv可求得额定功率;当F=f时可求得匀速运动时的牵引力;再由P=Fv可求得速度;由P=UI可求得平均电流;
(3)对后9节车厢受力分析后根据牛顿第二定律列式求解即可.
解答 解:(1)该列车匀加速启动时,能在10分钟内将速度提升到360公里每小时,故加速度为:
a=$\frac{△v}{△t}=\frac{100m/s-0}{10×60s}=\frac{1}{6}m/{s}^{2}$
根据牛顿第二定律,有:
F-$\frac{1}{30}(16mg)$=(16m)a
解得:
F=m($\frac{8}{15}g+16a$)=10×103×$(\frac{8}{15}×10+16×\frac{1}{6})$=0.8×105N
(3)汽车的额定功率P=Fv=0.8×105N×100=0.8×107W;
当牵引力等于阻力时,速度达最大,最大速度vm=$\frac{P}{f}$=$\frac{0.8×1{0}^{7}}{\frac{1}{30}×16×10×1{0}^{3}}$=1.5×102m/s;
由P=UI可得:
I=$\frac{0.8×1{0}^{8}}{2.5×1{0}^{4}}$=3200A;
(3)对后7节车厢受力分析,受重力、支持力、牵引力和前6节车厢整体对其的拉力,根据牛顿第二定律,有:
F′-$\frac{1}{30}$×(7mg)+$\frac{6}{14}F$=(7m)a
解得:
F′=-1167N;
答:(1)列车在启动过程中总的牵引力大小0.8×105N
(2)列车的最大速度1.5×102m/s;此时接触网中的平均电流至少为3200A;
(3)列车在启动过程中,第8节车厢对第9节车厢的作用力-1167N;.
点评 本题综合考查牛顿第二定律、电功率及功率公式等内容,关键明确运动规律,然后灵活地选择研究对象进行受力分析,根据牛顿第二定律列式求解.
| A. | f=mgsinθ | B. | f=mgtanθ | C. | T=mgcosθ | D. | T=$\frac{mg}{tanθ}$ |
| A. | 风扇电动机D两端的电压为2v | |
| B. | 理想变压器的输入功率为10w | |
| C. | 风扇电动机D输出的机械功率为8w | |
| D. | 若电风扇由于机械故障被卡住,则通过原线圈的电流为$\frac{3}{11}$A |
| A. | 闭合开关S,图乙中只增加磁感应强度的大小时,电压表的示数增大 | |
| B. | 闭合开关S,图乙中只改变磁场方向,电压表的示数减小 | |
| C. | 闭合开关S,图乙中只增加磁感应强度的大小时,流过aP段的电流可能减小 | |
| D. | 闭合开关S,图乙中只增加磁感应强度的大小时,电源的输出功率可能增大 |
| A. | P点的振动周期为0.4s | B. | P点开始振动的方向沿y轴正方向 | ||
| C. | 当M点开始振动时,P点可能在波谷 | D. | 这列波的传播速度是15 m/s |
| A. | 人和滑车减少的重力势能全部转化为动能 | |
| B. | 人和滑车获得的动能为0.8mgh | |
| C. | 整个下滑过程中人和滑车减少的机械能为0.2mgh | |
| D. | 人和滑车克服摩擦力做功为0.6mgh |
| A. | 甲图中的电表是电压表,线圈匝数n1>n2 | |
| B. | 乙图中的电表是电流表,线圈匝数n3>n4 | |
| C. | 若两电表的示数分别为U、I,则高压线输电功率测量值为UI | |
| D. | 甲图中副线圈n2应采用较粗的导线绕制 |