Question

10．人類(lèi)從鳥(niǎo)類(lèi)飛行得到啟示發(fā)明了飛機(jī)，從魚(yú)類(lèi)游泳得到啟示發(fā)明了潛艇．某大學(xué)兩位研究生從螞蟻身上得到啟示，設(shè)計(jì)出“都市螞蟻”概念車(chē)（如圖所示）質(zhì)量是360kg．這款概念車(chē)小巧實(shí)用，有利于緩解城市交通擁堵．（g取10N/kg） 
（1）該車(chē)乘載兩個(gè)總質(zhì)量為140kg的人靜止在水平地面上，輪胎與地面的接觸面積總共8.0×10^-2m²．該車(chē)對(duì)地面的壓強(qiáng)多大？
（2）這款概念車(chē)在水平地面上勻速行駛18km所用的時(shí)間為0.5h，且在勻速行駛過(guò)程中受到的阻力是總重的0.4倍，則該車(chē)的速度是多少？此時(shí)車(chē)受到多大的牽引力？
（3）航模社的同學(xué)想將此概念車(chē)改進(jìn)成“水陸兩棲車(chē)”．若上述乘載兩人的概念車(chē)要在水面漂浮，且至少有三分之一的體積露出水面，則它的總體積至少為多大（假設(shè)車(chē)內(nèi)不進(jìn)水）？

Answer 1

分析 （1）該車(chē)在水平地面上靜止時(shí)對(duì)地面的壓力和自身的總重力相等，根據(jù)F=G=mg求出其大小，利用p=$\frac{F}{S}$求出車(chē)對(duì)路面的壓強(qiáng)；
（2）知道車(chē)行駛的路程和時(shí)間，根據(jù)v=$\frac{s}{t}$求出速度，車(chē)水平地面上勻速行駛時(shí)處于平衡狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力和阻力是一對(duì)平衡力，二力大小相等；
（3）物體漂浮時(shí)受到的浮力和自身的重力相等，根據(jù)阿基米德原理求出排開(kāi)水的體積，再根據(jù)車(chē)至少有三分之一的體積露出水面求出車(chē)的最小總體積．

解答 解：（1）該車(chē)在水平地面上靜止時(shí)對(duì)地面的壓力：
F=G_總=m_總g=500kg×10N/kg=5×10³N，
對(duì)地面的壓強(qiáng)：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{5×1{0}^{3}N}{8.0×1{0}^{-2}{m}^{2}}$=6.25×10⁴Pa；
（2）該車(chē)的速度：
v=$\frac{s}{t}$=$\frac{18km}{0.5h}$=36km/h=10m/s，
因“都市螞蟻”車(chē)勻速行駛時(shí)受到的牽引力和阻力是一對(duì)平衡力，
所以，發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力：F′=f=0.4G_總=0.4×5×10³N=2×10³N，
（3）因車(chē)在水面上漂浮，
所以，受到的浮力：F_浮=G_總=5×10³N，
由F_浮=ρ_水gV_排得，排開(kāi)水的體積：
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{5×1{0}^{3}N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=0.5m³，
因車(chē)至少有三分之一的體積露出水面，
所以，V_排=（1-$\frac{1}{3}$）V=0.5m³，
解得：V=0.75m³．
答：（1）該車(chē)在水平地面上靜止時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)為6.25×10⁴Pa；
（2）該車(chē)的速度為36km/h，此時(shí)車(chē)受到2×10³N的牽引力；
（3）它的總體積至少為0.75m³．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了重力公式、壓強(qiáng)公式、速度公式、阿基米德原理、物體浮沉條件的應(yīng)用等，知道水平面上物體的壓力和自身的重力相等以及公式的靈活應(yīng)用是關(guān)鍵．