2007年4月18日,新型高速列车“和谐”号动车组开始驰骋在主要铁路线上,从而拉开了全国铁路第六次大提速的大幕.如图所示的CRH2型动车组由5节车箱组成,车组总功率为6000kW,最大牵引功率为4800kW,最大行驶速度为200km/h.
(1)当该车组用最大牵引功率以最大速度在平直轨道上匀速行驶3min,通过的路程是多少?在这个过程中车组受到的阻力是多少?
(2)为保证车组正常行驶,每节车箱上供乘客饮水用的电热水器耗电功率不能超过2800W.一节车箱内的电热水器5min最多可产生多少热量?这些热量可使多少20℃的水温度升高到70℃?[水的比热容为4.2×10
3J/]
(3)仔细观察车头的外形,请你谈谈这样设计的好处.
答案:
分析:(1)根据路程公式s=vt让最大行驶速度乘以行驶时间就可求出“和谐”号动车组3min内所通过的路程,已知最大行驶速度和最大牵引功率,根据公式F=可求车组的牵引力,还知道车组做匀速运动,所以牵引力等于在这个过程中车组受到的阻力.
(2)先根据做功公式Q=W=Pt算出电热水器5min最多可产生的热量,再根据吸热公式Q=cm△t就可求水的质量;
(3)车头为流线型,可以减小阻力,我们还可以从流体压强与流速的关系来分析这样设计的好处.
解答:解:(1)车组的速度V=200km/h=,
车组3min内所通过的路程S=Vt=200km/h×h=10km.
车组所受的牵引力F===8.64×104N,
因车组做匀速直线运动,所受阻力等于其牵引力f=F=8.64×104N;
答:通过的路程是10km,在这个过程中车组受到的阻力是8.64×104N.
(2)若电热水器消耗的电能全部转化为热能,一节车箱的电热水器5min最多可产生的热量Q=W=Pt=2800W×5×60s=8.4×105J,
可以加热水的质量为:m===4kg.
答:一节车箱内的电热水器5min最多可产生热量8.4×105J,这些热量可使4kg20℃的水温度升高到70℃.
(3)好处有:
①车头为流线型可减小高速行驶时的空气阻力;
②车头上部空气流速大,下部流速小,高速行驶时可减小车头对轨道的压力(压强),从而减小阻力,降低噪声.