题目内容

【题目】高铁的开通给出行的人们带来了全新的旅行感受,大大方便了人们的工作与生活。高铁每列车组由七节车厢组成,除第四节车厢为无动力车厢外,其余六节车厢均具有动力系统,设每节车厢的 质量均为 m,各动力车厢产生的动力相同,经测试,该列车启动时能在时间 t 内将速度提高到 v,已知运动阻力是车重的 k 倍。求:

(i)列车在启动过程中,第五节车厢对第六节车厢的作用力;

(ii)列车在匀速行驶时,第六节车厢失去了动力,若仍要保持列车的匀速运动状态,则第五节车厢 对第六节车厢的作用力变化多大?

【答案】(1)m(+kg);(2)kmg

【解析】试题分析:(1)列车启动时做初速度为零的匀加速直线运动,启动加速度为

a=, ①

对整个列车,由牛顿第二定律得:

F-k·7mg=7ma, ②

设第五节对第六节车厢的作用力为T,对第六、七两节车厢进行受力分析,水平方向受力如图所示,由牛顿第二定律得

+T-k·2mg=2ma, ③

联立①②③得T=-m(+kg) ④

其中“-”表示实际作用力与图示方向相反,即与列车运动相反。

(2)列车匀速运动时,对整体由平衡条件得

F′-k·7mg=0, ⑤

设第六节车厢有动力时,第五、六节车厢间的作用力为T1,

则有: +T1-k·2mg=0, ⑥

第六节车厢失去动力时,仍保持列车匀速运动,则总牵引力不变,设此时第五、六节车厢间的作用力为T2,

则有: +T2-k·2mg=0, ⑦

联立⑤⑥⑦得T1=-kmg

T2=kmg

因此作用力变化ΔT=T2-T1=kmg

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