Question

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13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？

图13

（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4.2×10³J/(kg?℃)]

（3）仔细观察车头的外形，请你谈谈这样设计的好处。

Answer 1

解：（1）车组3min内所通过的路程

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

牵引力3min内做的功

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）

因车组做匀速直线运动，所受阻力等于其牵引力为8.64×10⁴N

　　（2）若电热水器消耗的电能全部转化为热，一节车箱的电热水器5min最多可产生的热量　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）本问为开放性问题，只要学生说的有理即可给分。………………………（2分）

参考答案有：

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。