看上去你的力学没学好(一楼也一样).
1.在平路上行驶时,沿车身方向(即速度方向)上只有牵引力F和摩擦力f(不计空气阻力的话).在上坡时,由受力分析可以看出,沿车身方向上出现重力的分力G1.虽然司机换挡减速,以此增加牵引力F,但还是小于G1与f的合力,于是总的合力方向与速度方向相反,所以列车做减速运动.
2.“当司机踩油门增大实际功率时,可以增大牵引力F”,但在牵引力增大的同时,车身方向出现重力的分力G1,增加的牵引力ΔF抵消了重力分力G1,所以合力仍为零,列车自然继续做匀速运动.
至于摩擦力f,不仅没有增大,由摩擦力的公式f=μN,在上坡时地面的支持力N等于重力的另一个分力G2,它小于重力G,所以摩擦力反而有所减小.
3.开始上坡时知道功率P以及速度V,可算出此时的牵引力F=P/V.由于不知道F与(G1+f)的关系,也就不知道合力的方向与速度方向相同、相反,还是合力为零,所以有可能加速,有可能减速,还有可能匀速.
但是,这只是暂时的情形.假如合力与速度同向,机车加速.由F=P/V可以看出,当速度V增大时,由于功率恒定,牵引力F必然减小,合力也自然减小,于是加速度减小.当合力力减小到零时,加速度也为零,速度就不变了.所以最终结果必然是匀速运动(当然前提是坡度不变且坡足够长).最初如果是减速也一样.速度减小,牵引力增大,合力(G1+f-F)同样减小,结果和最初加速的情形一样.最初匀速的情形就不用多说了,一直匀速.
4.当机车以恒定速度V上坡时就是第二问中的情况.
当机车以恒定牵引力上坡时和第三问一样.
(由于网络原因,受力图传不上去.自己画不出来的话到这儿看.
http://hi.baidu.com/zcwsm/blog/item/67f2f2c4b3fb86c739db49ae.html)
答复:1.要搞清楚司机为什么要踩油门.踩油门的目的就是将牵引力从f增大到G1+f,时间就是机车从平路上坡的那一刻.如果把机车看成质点的话,机车功率就在上坡的那一刻瞬间增大;如果考虑车长的话,功率就在车最前端上坡到最末端上坡的这段时间内逐渐增大.等车全部进入坡段后功率就不变了.如果牵引力刚好等于G1+f,就和平路一样继续匀速.但由于在从平路上坡的过渡时间内加速度不可能一直为零(现实中不可能有技术这样高超的司机),机车速度肯定有所改变,所以虽然平路段和坡段都为匀速,但速度大小不一样.
2.对这一点四楼说的有理.如果在平路上时就增大功率加速冲坡,保持同样的功率上坡,有可能在坡上时牵引力大于G1+f,列车继续加速.如果在平路上是匀速,用能量的观点比较容易解释.在平路上匀速行驶时,列车消耗的外部能量(电能)转化为动能与摩擦消耗的能量,在上坡时外部能量转化为动能、重力势能以及摩擦损耗的能量.在平路上时单位时间内列车消耗的外部能量(电能)E(F)等于摩擦损耗的能量E(f),所以动能不变,从而速度不变.如果以同样的功率上坡,单位时间内消耗的外部能量E(F)就不足以抵消摩擦损耗的能量E(f)与增加的重力势能E(G)之和,因为虽然E(f)有所减小,但增加的E(G)远大于E(f)的减小量ΔE(f).所以这时机车就会通过减小动能去弥补这个空缺,速度自然就会减小.