题目内容

15.列车总质量m=500t,发动机的额定功率P=6×105W,在轨道上行驶时,轨道对列车的阻力f是车重的0.01倍.(取g=10m/s2)
(1)求列车在水平轨道上行驶的最大速度;
(2)在水平轨道上,发动机以额定功率P工作,求当行驶速度为v1=1m/s和v2=10m/s时,列车的瞬时加速度a1、a2的大小;
(3)若列车从静止开始,保持0.5m/s2的加速度做匀加速运动,求这一过程维持的最长时间.

分析 (1)以恒定的功率行驶时,当牵引力和阻力大小相等时,列车的速度达到最大值;
(2)发动机的功率不变,根据P=Fv可以求得不同速度时的牵引力的大小,再根据牛顿第二定律F-f=ma可以求得此时机车的加速度的大小;
(3)当列车以恒定的加速度运动时,列车的速度在不断的增大,同时列车的功率也在不断的增大,当功率增加到额定功率时,发动机的牵引力开始减小,此时的速度为匀加速运动的最大的速度,再根据v=at就可以求得运动的时间.

解答 解:(1)列车以额定功率工作时,当牵引力等于阻力,即F=Ff=kmg时列车的加速度为零,速度达最大vm,则有:
vm=$\frac{P}{F}$=$\frac{P}{kmg}$=$\frac{6×1{0}^{5}}{0.01×5×1{0}^{6}×10}$=12 m/s.
(2)当v<vm时列车加速运动,当v=v1=1 m/s时,牵引力为:F1=$\frac{P}{{v}_{1}}$=6×105 N,
据牛顿第二定律得:a1=$\frac{{F}_{1}-{F}_{f}}{m}$=1.1 m/s2
当v=v2=10 m/s时,有:F2=$\frac{P}{{v}_{2}}$=6×104 N
据牛顿第二定律得:a2=$\frac{{F}_{2}-{F}_{f}}{m}$=0.02 m/s2.
(3)根据牛顿第二定律得:F′-Ff=ma
则得,牵引力 F′=Ff+ma=3×105 N,在此过程中,速度增大,发动机功率增大.当功率为额定功率时速度大小为 vm′,则有:
vm′=$\frac{P}{F′}$=2 m/s
据vm′=at得:t=4 s.
答:(1)火车在水平轨道上行驶的最大速度是12 m/s;
(2)在水平轨道上,发动机以额定功率P工作,当行驶速度为v1=1m/s时的加速度的大小为1.1 m/s2,当行驶速度为v2=10m/s时加速度的大小为0.02 m/s2;
(3)若火车从静止开始,保持0.5m/s2的加速度做匀加速运动,这一过程维持的最长时间是4s.

点评 本题考查的是汽车的启动方式,对于汽车的两种启动方式:恒定加速度启动和恒定功率启动,对于每种启动方式的汽车运动的过程一定要熟悉,并知道速度达到最大的条件:牵引力等于阻力.

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