点击武广高铁，物理集思广益
广西北海合浦廉州中学秦付平
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2009年12月26日，武广高速铁路通车，标志着我国步入高速铁路新时代。武广客运专线为京广客运专线的南段，位于湖北、湖南和广东境内，于2005年6月23日在长沙首先开始动工。全长约1068．8公里，武汉到广州的时间由原来的11小时缩短到3小时，长沙到广州的时间由8小时缩短到2小时。最高行车速度近期将达到200公里/小时，远期达到350公里/小时。武广客运专线拉近了长沙、武汉、广州等大中城市的距离，将使长沙、武汉、岳阳、郴州等城市更好的发展具有深远的意义。
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素材观察：
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武广客运专线为京广客运专线的南段，位于湖北、湖南和广东境内，于2005年6月23日在长沙动工，于2009年建成，是全中国最长的铁路客运专线。
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时速350公里的武广客运专线和谐号动车组都是国产的，而这些列车到底是什么样的呢？目前测试的动车组既有像日本新干线那样的子弹头，也有略短的像鲸鱼头一般的机头。而一列有八节车厢，共可载客1000人左右。
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武广客运专线采用的是无砟轨道这种当今世界先进的轨道技术。其轨枕由混凝土浇灌而成，路基也不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上，减少维护、降低粉尘、美化环境，可适应时速达到200公里以上的高速列车。
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武广客运专线在用的是超长钢轨，而非普通的25米钢轨。由于钢材料的体积受温度影响大，即所谓的热胀冷缩，一般情况下采用的是25米规格钢轨，并且在接缝处留有一定的缝隙。这就导致了列车在行驶过程中会由于钢轨接缝而颠簸。而武广客运专线为平均时速340千米每小时的快速客运专线，列车经过时哪怕是0．5厘米的凸起或缝隙都会造成极大的危险。所以武广客运专线在设计时便采用超长无缝钢轨，在适宜温度内施工（如长沙为17~25摄氏度），尽量避免减少温度对钢轨的影响，并且在钢轨下方设置有调节钢轨长度的混凝土块，保证了超长钢轨接缝处变化不超过0．1厘米，从而保证了列车的安全和乘客乘车的舒适性。
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试题参考：
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1．现在已经通车中的武（武汉）一广（广州）高速铁路最高时速可达350km/h。当高速列车经过时，若人离列车太近很容易被吸进铁轨，应该特别注意安全。用物理学的知识来分析，主要是因为在高速列车经过时，列车与人之间的（???）
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A．空气流速增大，压强减小?C．空气流速减小，压强减小
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B．空气流速增大，压强增大?D．空气流速减小，压强增大
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2．若一列高速列车正从车站开出，在平直轨道上行驶，计得其中连续3个2s内发生的位移分别是3m、4m、5m。下列有关这列列车的说法中正确的是（???）
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A．列车在第二个2s秒内的平均速度大小为2m/s
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B．列车在这连续的3个2s内可能一直是做匀速运动
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C．列车在这连续的3个2s内一定不是做匀变速运动
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D．列车较长，故不可将列车当作是质点来研究
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3．若有某动车组列车正在做匀加速直线运动．从某时刻开始计时，第1分钟内，发现火车前进了180m．?第6分钟内发现火车前进了360m．则该动车组的加速度为（???）
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A．0．01m/s2??B．0．05m/s2????C．36m/s2????D．180m/s2
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4．在建设铁路铺设铁轨时，每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙，匀速运行列车经过轨端接缝处时，车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等，所以这个冲击力是周期性的，列车受到周期性的冲击做受迫振动。若钢轨长为25m，列车固有振动周期为0．315s。下列说法正确的是（???）
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A．列车的危险速率为
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B．列车过桥需要减速，是为了防止列车发生共振现象
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C．列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的
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D．增加钢轨的长度有利于列车高速运行
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5．从2009年12月26日起武汉开往长沙、广州的高速动车组开始运行，高铁上的动车组的最大优点是列车的运行速度快。提高列车运行速度的一个关键技术问题是提高机车发动机的功率．若动车组机车的额定功率是普通机车的27倍，已知匀速运动时，列车所受阻力与速度的平方成正比，即，则动车组运行的最大速度是普通列车的（???）
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A．1倍???????B．2倍???????C．3倍????????D．9倍
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6．铁路列车与其它车辆的运行方式不同，列车自重加载重达千余吨甚至数千吨，列车奔驰在轨道上时的动能很大。当铁路机车司机驾驶机车发现前方有险情或障碍物时，从采取紧急刹车的地点开始至列车停止地点为止，这段距离称之为制动距离。制动距离不仅与列车重量有关，还与列车的行驶速度密切相关。目前，我国一般的普通列车行驶的速度约为v01＝80km/h，其制动距离为s0＝800m左右，若提速后的“和谐”号的动车组列车，行驶时的速度均超过100km/h。今后，随着列车不断地提速，速度v02将达到120～140km/h，其制动距离也将相应加大，这么长的制动距离无疑是对行车安全提出了更高的要求。目前，若广州地区的铁路与公路（道路）平交道口就有240余处，行人和车辆在穿越平交道口时，要充分注意到火车的制动距离，以保证安全。求（假设列车的制动加速度不变）：
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（1）我国一般的普通快车的制动加速度为多少？
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（2）提速后的“和谐”号列车的制动距离至少为多少？
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（3）当火车时速达到v02＝140km/h时，在铁路与公路的平交道口处，为保证行人和车辆的安全，道口处的报警装置或栅栏至少应提前多少时间报警或放下？
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试题答案：
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1．A
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2．A
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3．A．解析：由可以得到，所以m/s2=0．01m/s2．
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4．AD
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5．C．解析：列车运动以最大速度运动时的功率为,所以，当动车组机车的额定功率是普通机车的27倍时，动车组运行的最大速度是普通列车的3倍。
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6．解析（1）普通列车的制动过程是一个匀减速直线运动，利用运动学公式：
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，代入数据解得：a＝－0．309m/s2。
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（2）列车提速后的制动加速度还是原来的数值，利用运动学公式：
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，代入数据解得：s＝1250m。
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（3）本问中隐含的内容是：在安全栅栏放下的瞬时，若道口处有险情，列车同时刹车，将最终停止在道口处。根据运动学公式：，代入数据解得：t＝126s。
2011-05-05??人教网
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