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4.2×10³J/]
（3）仔细观察车头的外形，请你谈谈这样设计的好处．

Answer

（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．
【解析】
（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．