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简答题

金华到衢州动车共3趟,每趟运行时间约30分钟。把动力装置分散安装在每节车厢上,使共既具有牵引动力,又可以载客,这样的客车车辆叫做动车。而动车组就是几节自带动力的车辆(动车)加几节不带动力的车辆(也叫拖车)编成一组,就是动车组,如图所示。假设动车组运行过程中受到的阻力与其所受重力成正比,每节动车与拖车的质量都相等,每节动车的额定功率都相等。

(1)若1节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为120 km/h;则6节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为多少?

(2)若动车组在匀加速运动过程中,通过第一个50 m所用时间是10 s,通过第二个50 m所用时间是6 s,则动车组的加速度为多少?

正确答案

解:(1)设每节动车的功率为P,每节动车的重力为G,阻力为kG

1节动车加3节拖车编成的动车组:P=F1v1,其中牵引力F1=4kG

6节动车加3节拖车编成的动车组:6P=F2v2,其中牵引力F2= 9kG

v1=120 Km/h,代入解得v2=320km/h

(2)通过第一个50 m所用时间是10s,中间时刻的速度5 m/s

通过第二个50 m所用时间是6s,中间时刻的速度

二个中间时刻的时间差为△t=8s

加速度

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简答题

下图是一个遥控电动小车在水平直轨道上运动的v-t图像,图中2s-10s时间段的图像为曲线,其余时间段均为直线。已知小车运动过程中所受阻力不变,在2s-14s时间段内小车的功率保持不变,在14s末停止供电而让小车自由滑行,小车的质量为1.0kg。求:

(1)小车所受到的阻力;

(2)小车匀速行驶阶段牵引力的功率;

(3)小车在加速运动过程中(指图像中0-10秒内)位移的大小。

正确答案

解:(1)在14s-18s时间段,由图像可得:

 

(负号表示力的方向与运动方向相反)

(2)在10s-14s小车做匀速运动,牵引力大小F与大小相等,F=1.5N

P=Fv=1.5×6W=9W

(3)速度图像与横轴之间的“面积”等于物体运动的位移

0-2s内×2×3m=3m

2s-10s内根据动能定理

解得

∴加速过程中小车的位移大小为:

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如图所示,一质量m=65kg的选手参加“挑战极限运动”,要在越过宽度s=3 m的水沟后跃上高h=l.8 m的平台。他采用的方法是:手握长L=3.05 m 的轻质弹性杆一端,从A点由静止开始匀加速助跑,至B点时,杆另一端抵在O点的阻挡物上,接着杆发生形变,同时人蹬地后被弹起,到达最高点时杆处于竖直(不弯曲),人的重心恰好位于杆的顶端,此刻人放开杆水平飞出,最终落到平台上(重心恰在平台表面)。不计运动过程中的空气阻力,取g=10 m/s2

(1)设人助跑距离xAB=16 m,到达B点时速度vB=8 m/s,求助跑过程中合力的最大功率;

(2)设人跑动过程中重心离地高度H=1.0 m,在(1)问的条件下,在B点蹬地弹起瞬间,至少再做多少功?

正确答案

解:(1)人助跑过程中匀加速运动的加速度

人匀加速运动的合力F=ma ②

人到达B点时的功率最大Pm=FvB ③,Pm=1 040 W ④

(2)人脱杆后平抛 ⑤,s=vt ⑥

人从B点起跳到杆竖直过程中,对于人、杆系统

W=422.5 J ⑧

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图示为修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将质量m=5×103 kg的重物竖直吊起的过程中,重物由静止开始向上作匀加速直线运动,加速度a=0.2 m/s2,当起重机输出功率达到其允许的最大值时,保持该功率直到重物做vm=1.02 m/s的匀速运动。取g=10 m/s2,不计额外功。求:

(1)起重机允许输出的最大功率。

(2)重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率。

正确答案

解:(1)设起重机允许输出的最大功率为P0,重物达到最大速度时,拉力F0等于重力

P0=F0vm

P0=mg ②

代入数据,有:P0=5.1×104W ③

(2)匀加速运动结束时,起重机达到允许输出的最大功率,设此时重物受到的拉力为F,速度为v1,匀加速运动经历时间为t1,有:

P0=F0v1

F-mg=ma ⑤

V1=at1

由③④⑤⑥,代入数据得:t1=5 s ⑦

T=2 s时,重物处于匀加速运动阶段,设此时速度为v2,输出功率为P,则

v2=at ⑧

P=Fv2

由⑤⑧⑨,代入数据得P=2.04×104W

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继沪宁高铁开通运行之后,沪杭高铁也在2010年10月26日顺利开通运行。沪宁高铁使上海到南京最快只需要73分钟;而沪杭高铁使上海、杭州的旅行时间压缩到38分钟,沪宁杭的时空距离将进一步拉近,“长三角高铁时代”的脚步将迈得更为坚实。设重为1×105N的列车从上海虹桥站出发,始终以恒定的功率行驶,列车沿着倾角为10°的立交斜坡向上行驶,能达到的最大速度为306km/h,当它沿相同坡度的斜坡下坡行驶最大速度为360km/h,若斜坡足够长,已知列车所受阻力始终与其速度成正比(即f=kv),取sin10°=0.174。试求:

(1)比例系数k和列车发动机的功率;

(2)在水平路面上行驶时,列车的最大速度。

正确答案

解:(1)列车上坡时,牵引力F1=kv1 + mgsin10° ①时,速度达到最大

列车功率P=F1v1

列车下坡时,牵引力F2 + mgsin10°=kv2 ③时,速度达到最大

列车功率P=F2v2

联立①②③④得k=1160 NS/m,P=9.86×106 W

(2)列车水平面上运动,牵引力F=kv时,速度达到最大

P=Fv=kv2

代入数据,得水平面上的最大速度v=92.2m/s

下一知识点 : 额定功率和实际功率的区别
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