Question

你思考過“人在水平路面上前進(jìn)時是否要克服重力做功”這一問題嗎？如圖所示，小文同學(xué)對此進(jìn)行了研究．有關(guān)測量數(shù)據(jù)記錄在下表中（表中的步距是指跨出每一步兩角之間的距離；重心升降高度是指跨出每一步時，重心下降或升高的變化值）：請你根據(jù)上述測量數(shù)據(jù)進(jìn)行以下計(jì)算分析（g取10N/kg）：
（1）站立時，小文雙腳與地面的接觸面積為400cm²，則行走時小文對地面的壓強(qiáng)是多少？
（2）如圖所示時小文的腳跟提起后的姿勢圖．O點(diǎn)是腳尖與地面的接觸點(diǎn)，阻力F₂的大小等于人的體重，其中AO=16cm，AB=4cm，則排腸肌提起腳跟的動力F₁為多大？
（3）小文行走100m要克服重力做的功多少？克服重力做功的功率多大

質(zhì)量m/kg	步距l(xiāng)/m	重心升高或降低h/m	步行距離s/m	時間t/s
50	0.50	0.05	100	100

Answer 1

分析：（1）人行走時與地面的接觸面積為一只腳的面積，此時人對地的壓力等于其重力，可由F=G=mg得出，再由P=

F

s

即可求出行走時小文對地面的壓強(qiáng)．
（2）根據(jù)如圖所示時小文的腳跟提起后的姿勢圖可知，這是一個杠桿原理，由杠桿平衡公式F₁l₁=F₂l₂即可求出排腸肌提起腳跟的動力．
（3）根據(jù)由于小文每走一步的步距為0.50m，計(jì)算出走100m應(yīng)走的步數(shù)，再計(jì)算出小文重心移動的總高度h，利用W=Gh即可求出克服重力做的功，根據(jù)P=

W

t

即可求出克服重力做功的功率．

解答：解：（1）人行走時與地面的接觸面積為S=

400cm2

2

=200cm²=0.02m²．
人對地的壓力等于其重力，即F=G=mg=50kg×10N/kg=500N．
∴對地壓強(qiáng)為P=

F

s

=

500N

0.02m2

=2.5×10⁴Pa．
（2）由杠桿平衡公式得，F(xiàn)₁l₁=F₂l₂
其中AO=16cm=0.16m=l₂，l₁=AO+AB=16cm+4cm=20cm=0.2m．
F₁=

F2l2

l1

=

500N×0.16m

0.2m

=400N．
（3）由于小文每走一步的步距為0.50m，則走100m應(yīng)走

100m

0.50m

=200步．
則小文重心移動的總高度為h=200×0.05m=10m
∴克服重力做的功為W=Gh=500N×10m=5000J．
做功的功率為P=

W

t

=

5000J

100s

=50W．
答：（1）行走時小文對地面的壓強(qiáng)是2.5×10⁴Pa．
（2）排腸肌提起腳跟的動力F₁為400N．
（3）小文行走100m恤要克服重力做的功是5000J．克服重力做功的功率是50W．

點(diǎn)評：此題主要考查壓強(qiáng)的多大小及其計(jì)算，功的計(jì)算，功率的計(jì)算，杠桿的平衡條件等知識點(diǎn)，涉及到的知識點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，計(jì)算時還要注意單位的統(tǒng)一，總之此題有一定的拔高難度，屬于中檔題．