题文

2010年4月26日，新型高速列车“和谐”号动车组开始驰骋在福厦铁路线上，从而闽西南形成“一小时经济圈”，福厦间各设区市的“2小时交通圈”。如图所示的动车组由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250km/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？如果热效率为80%，问这些热量可以使多少千克的矿泉水温度从20℃升高到50℃？（c水=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。

题型：计算题  难度：偏难

答案

解： （1） S=vt = 250km/h×3/60 h=12.5km=1.25×104m W= Pt = 4.8×106W×3×60s= 8.64×108J F= ==6.912×104N （2）Q = I2Rt = pt = 2800W×5×60s = 8.4×105J Q吸= Q×80% = 8.4×105J×80% = 6.72×105J m = ==5.3kg （3）答： A. 车头为流线型，可减小行驶时的空气阻力 B. 高速行驶时，车上方空气流速大于下方，可减小车头对轨道的压力（压强），从而减小阻力，降低噪声

据专家权威分析，试题“2010年4月26日，新型高速列车“和谐”号动车组开始驰骋在福厦铁路线..”主要考查你对  功的计算公式的应用，流体压强和流速的关系，热量的计算公式的应用，焦耳定律及计算公式，速度公式及其应用  等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：

功的计算公式的应用流体压强和流速的关系热量的计算公式的应用焦耳定律及计算公式速度公式及其应用

考点名称：功的计算公式的应用

• 应用:
  利用功的计算公式加计算：F或S，F=W/s，s=W/F。

• 转换思想求功的大小 ：
  “转换思想方法”求功的大小。公式W=Fs中的s 必须是在力的方向通过的距离，而且F的大小一直保持不变，能运用功的公式求解，当作用在物体上的力的大小总在发生改变，则在求解功的时候注意不能直接利用公式W=Fs，应转换思想。如：平放在地上的一根均匀木料，现用一总垂直木料方向的力将它抬到竖直为止，则至少要做多少功?由于抬木料的力的大小、方向总在发生改变，而且木料通过的距离也不完全在力的方向上，故无法直接应用公式求解。我们根据功的原理可知：使用任何机械都不省功，则对物体所做的功等效于将物体重心提高所做的功，即可求解。
  例：小明同学用一个距离手3m高的定滑轮拉住重100N的物体，从滑轮正下方沿水平方向移动4m如图所示，若不计绳重和摩擦，他至少做功(   )
  
  A．200JB．300J C．400JD．500J
  
  解析：本题中由于不计绳重和摩擦，属于理想机械，可使用功的原理进行求解。人站在M处时，绳长3m，当人走到N处时，此时的绳长由勾股定理可知为5m，也就是说人从M点走到N点拉下的长度为2m，即物体上升的高度h=2m。小明对绳做功至少是克服物重G所做的功，即W=Gh=100N×2m=200J。
  答案：A

考点名称：流体压强和流速的关系

• 定义：
  流体：物理学中把没有一定形状、且很容易流动的液体和气体统称为流体。如：空气、水；

• 流体压强与流速的关系：
  气体流速大的位置压强小；流速小的位置压强大。液体也是流体。它与气体一样，流速大的位置压强小；流速小的位置压强大。轮船的行驶不能靠得太近就是这个原因。
  总之，对于流体来说，流速越大的位置压强越小，流速越小的位置压强越大。
  

  生活中跟流体的压强相关的现象：
  (1)窗外有风吹过，窗帘向窗外飘；
  (2)汽车开过后，路面上方尘土飞扬；
  (3)踢足球时的“香蕉球”；
  (4)打乒乓球时发出的“旋转球”等。

• 生活中与流体压强相关问题的解答方法：
      在实际生活和生产中有许多利用流体压强跟流速的关系来工作的装置和现象，如飞机的机翼形状、家用煤气灶灶头工作原理、小汽车外形的设计等。利用这些知识还可以解释许多常见现象，如为什么两艘船不能并排行驶、列车站台上要设置安全线等。
      方法指南(1)首先要弄清哪部分流速快，哪部分流速慢；
  (2)流速快处压强小，压力也小，流速慢处压强大，压力也大；
  (3)流体受压力差作用而产生各种表现形式和现象。
  例1如图是非洲草原犬鼠洞穴的横截面示意图，犬鼠的洞穴有两个出口，一个是平的，而另一个则是隆起的土堆，生物学家不是很清楚其中的原因，他们猜想：草原犬鼠把其中一个洞的洞口堆成了包状，是为了建一处视野开阔的嘹望台，但是如果这一假设成立的话，它又为什么不在两个洞口都堆上土包呢?那样不是有两个嘹望台了吗?实际上两个洞口形状不同，决定了洞穴空气的流动方向。吹过平坦表面的空气运动速度小，压强大；吹过隆起表面的空气流速大，压强小。因此，地面上的风吹进了犬鼠的洞穴，给犬鼠带来了阵阵凉风。
  
  请回答下列问题：
  (1)在图上标出洞穴中的空气流动的方向。
  (2)试着运用上文提到的物理知识说明，乘客为什么必须站在安全线以外的位置候车?
  解析：本题结合草原犬鼠奇妙的洞穴结构考查了流体压强与流速的关系。草原犬鼠的一个洞口很平坦，而另一个洞口处有凸起的土堆，这样当空气流经两个洞口时，洞口表面处空气的流速会不同，所以洞口处的气体压强会不同，洞内的空气就会从气压大的一端流向气压小的一端，给犬鼠带来了阵阵凉风。
  答案：(1)如图所示 (2)运行的火车周围的空气速度大，压强小，乘客靠近运行的火车容易发生事故，所以必须站在安全线以外。

•  科学解释足球中的“香蕉球”是怎么回事：
      如果你经常观看足球比赛的话，一定见过罚前场直接任意球。这时候，通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”，挡住进球路线。进攻方的主罚队员起脚一记劲射，球绕过了“人墙”，眼看要偏离球门飞出，却又沿弧线拐过弯来直入球门，让守门员措手不及，眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。看到那潇洒多变的“香蕉球”，你有没有想过是怎么回事呢？
     
      流体(液体或气体)中的旋转圆柱体或球体相对于流体运动时，会在旋转体上产生一个侧向力。足球在气流中运动时，如果其旋转的方向与气流同向，则会在球体的一侧产生低压，而球体的另一侧则会产生高压，这就是为什么会产生香蕉球的原因。当足球旋转时，除了可以改变球体周围的气流，球的运动轨迹也会相应发生改变。而且足球不仅可以侧旋，触球部位的不同，还可以产生不同的旋转，从而使足球上飘和下沉。这样就达到了迷惑防守方的目的。任何一次成功的任意球中，必不可少的一项技术就是使球按照自己的控制产生旋转。不知道你注意到没有，罚“香蕉球”的时候，运动员并不是踢中足球的中心，而是稍稍偏向一侧，同时用脚背摩擦足球，使球在空气中前进的同时还不断地旋转。同时，一方面空气迎着球向后流动，另一方面，由于空气与球之间的摩擦，球周围的空气又会被带着一起旋转。这样，球一侧空气的流动速度加快，而另一侧空气的流动速度减慢。物理知识告诉我们：气体的流速越大，压强越小。由于足球两侧空气的流动速度不一样，它们对足球所产生的压强也不一样，于是，足球在空气压力的作用下，被迫向空气流速大的一侧转弯了。