Question

2007年4月18日，新型高速列車“和諧”號動車組開始馳騁在主要鐵路線上，從而拉開了全國鐵路第六次大提速的大幕。如圖13所示的CRH2型動車組由5節(jié)車箱組成，車組總功率為6000kW，最大牽引功率為4800kW，最大行駛速度為200km/h。

（1）當該車組用最大牽引功率以最大速度在平直軌道上勻速行駛3min，通過的路程是多少？在這個過程中車組受到的阻力是多少？

圖13

（2）為保證車組正常行駛，每節(jié)車箱上供乘客飲水用的電熱水器耗電功率不能超過2800W。一節(jié)車箱內的電熱水器5min最多可產(chǎn)生多少熱量？這些熱量可使多少20℃的水溫度升高到70℃？[水的比熱容為4.2×10³J/(kg?℃)]

（3）仔細觀察車頭的外形，請你談談這樣設計的好處。

Answer 1

解：（1）車組3min內所通過的路程

s=vt=200km / h×（3 h／60）10km  ………………………………（1分）

牽引力3min內做的功

W＝Pt＝4800×1000W×3×60s = 8.64×10⁸J……………………（1分）

由W=Fs 得F=W／s= 8.64×10⁸J／10⁴m=8.64×10⁴N ………………（2分）

因車組做勻速直線運動，所受阻力等于其牽引力為8.64×10⁴N

　�。�2）若電熱水器消耗的電能全部轉化為熱，一節(jié)車箱的電熱水器5min最多可產(chǎn)生的熱量　Q = W = Pt＝2800 W×5×60s＝8.4×10⁵J……………………………（1分）

由Q = cm（t－t₀）得m = Q/〔c(t－t₀) 〕

＝8.4×10⁵J／〔4.2×10³J／（kg?℃）×  (70℃－20℃)〕

＝4 kg  ………………………………………………（1分）

（3）本問為開放性問題，只要學生說的有理即可給分�！�……………………（2分）

參考答案有：

①車頭為流線型可減小高速行駛時的空氣阻力

②車頭上部空氣流速大，下部流速小，高速行駛時可減小車頭對軌道的壓力（壓強），從而減小阻力，降低噪聲。