Question

9．如圖所示，西安市大街小巷隨處可見(jiàn)的公共自行車(chē)，小強(qiáng)在網(wǎng)上查到一輛公共自行車(chē)的質(zhì)量為15kg，每個(gè)車(chē)胎與地面的接觸面積為20cm²．

（1）騎自行車(chē)剎車(chē)時(shí)，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
（2）小強(qiáng)的質(zhì)量為60kg，他在騎自行車(chē)的時(shí)候?qū)Φ孛娈a(chǎn)生的壓強(qiáng)是多大？
（3）小強(qiáng)在查資料時(shí)，在網(wǎng)上看到了如圖乙所示的網(wǎng)友自制的水上自行車(chē)，小強(qiáng)也想自制一個(gè)水上自行車(chē)，他用質(zhì)量為20g，體積為400cm³的塑料瓶固定在公共自行車(chē)前后兩輪的兩側(cè)；求：他至少需要多少個(gè)塑料瓶可以做出讓能上自己安全使用的水上自行車(chē)，不計(jì)自行車(chē)在水中的體積．

Answer 1

分析 （1）騎自行車(chē)剎車(chē)時(shí)，速度減小，機(jī)械能減小，自行車(chē)要克服摩擦力做功，輪胎溫度升高、內(nèi)能增大，據(jù)此分析能量的轉(zhuǎn)化問(wèn)題；
（2）求出人和車(chē)的總重，騎自行車(chē)時(shí)車(chē)對(duì)地面的壓力等于總重力，求出總接觸面積，再利用壓強(qiáng)公式求該車(chē)對(duì)地面的壓強(qiáng)；
（3）要讓自己能安全使用水上自行車(chē)，人、車(chē)和所有瓶子處于漂浮狀態(tài)（所有瓶子浸沒(méi)在水中），根據(jù)漂浮條件和阿基米德原理列出平衡方程，然后求解可得答案．

解答 解：（1）騎自行車(chē)剎車(chē)時(shí)，自行車(chē)要克服摩擦力做功，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
（2）小強(qiáng)和自行車(chē)的總重力：
G_總=m_總g=（60kg+15kg）×10N/kg=750N，
騎自行車(chē)時(shí)車(chē)對(duì)地面的壓力：F=G_總=750N；
受力面積：S=2×20cm²=40×10^-4m²，
他在騎自行車(chē)的時(shí)候?qū)Φ孛娈a(chǎn)生的壓強(qiáng)：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{750N}{40×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.875×10⁵Pa；
（3）一個(gè)塑料瓶的重力：G_瓶=m_瓶g=20×10^-3kg×10N/kg=0.2N，
一個(gè)塑料瓶的體積：V_瓶=400cm³=4×10^-4m³，
設(shè)至少需要塑料瓶的個(gè)數(shù)為n，
不計(jì)自行車(chē)在水中的體積，由于人、車(chē)和所有瓶子處于漂浮狀態(tài)，
所以根據(jù)漂浮條件和阿基米德原理可得：ρ_水gnV_瓶=G_{人和車(chē)}+nG_瓶，
即：1.0×10³kg∕m³×10N/kg×n×4×10^-4m³=750N+n×0.2N，
解得n≈198個(gè)．
答：（1）內(nèi)；
（2）小強(qiáng)的質(zhì)量為60kg，他在騎自行車(chē)的時(shí)候?qū)Φ孛娈a(chǎn)生的壓強(qiáng)是1.875×10⁵Pa；
（3）他至少需要198個(gè)塑料瓶可以做出讓能上自己安全使用的水上自行車(chē)．

點(diǎn)評(píng) 此題主要考查了能量的轉(zhuǎn)化、重力和壓強(qiáng)的計(jì)算、物體的漂浮條件和阿基米德原理，知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)．