Question

【題目】小明攜帶質量為10 kg的行李箱從太原到運城，選擇了尾氣零排放的動車組D2503次列車出行。經查詢，D2503次列車時刻表如下。若該動車組列車全程勻速行駛在平直的軌道上，牽引力恒為2.8×105 N，供電電路輸入動車組列車的電功率恒為2×107 W。請你根據以上信息，解決下列問題：

站次	站名	到達時間	開車時間	運行里程
1	太原南	—	8：25	0
2	運城北	10：10	10：12	360 km
3	西安北	11：22	—	556 km

(1)若小明的行李箱底部與列車行李架的接觸面積為0.2 m2，求此行李箱對水平行李架的壓強；（g＝10 N/kg）

(2)求該動車組列車從太原南站至運城北站牽引力所做的功；

(3)求該動車組列車從太原南站至運城北站將電能轉化為機械能的效率；

(4)若大型客運燃油汽車運行中做的功與該動車組列車從太原南站至運城北站牽引力所做的功相等，客車熱機的效率為30%，該客車從太原南到運城北消耗多少kg燃油？（燃油熱值為4×107 J/kg）

Answer 1

【答案】(1) 500 Pa；(2) 1.008×1011 J；(3) 80%； (4) 8.4×103 kg

【解析】

(1)F壓＝G＝mg＝10 kg×10 N/kg＝100 N

行李箱對水平行李架的壓強p＝＝＝500 Pa

(2)由表可知動車組列車從太原南到運城北運行里程

s＝360 km＝3.6×105 m

牽引力做的功

W機＝F牽s＝2.8×105 N×3.6×105 m＝1.008×1011 J

(3)由表可知太原南到運城北的運行時間t＝105 min＝6 300 s

由P＝得，消耗的電能W電＝Pt＝2×107 W×6 300 s＝1.26×1011 J

效率η＝×100%＝×100%＝80%

(4)客車牽引力做功W客＝W機＝1.008×1011 J

燃油釋放的熱量Q油＝＝＝3.36×1011 J

則消耗的燃油質量為

m油＝＝＝8.4×103 kg