Question

10．海南環(huán)島自行車賽引人矚目．如表是制造賽車各種材料的技術指標．
材料 技術指標

	鉻鋁鋼	鋁合金	鈦合金	碳纖維
性能（強度）	強	較弱	較強	強
密度（kg/m3）	7.9×103	2.9×103	4.3×103	1.6×103

求：
（1）若車架的體積約為3×10^-3m³，則車架的最小質量是多大？
（2）若整車和賽車手的總重為700N，車輪與地面的總接觸面積為10^-3m²，請計算賽車手在比賽過程中對地面的壓強．
（3）若賽車手在某路段勻速直線行駛，30s通過450m的路程，所受阻力約為60N，求賽車手勻速行駛的功率是多少？
（4）請說出賽車手在比賽過程中，用什么方法減小空氣阻力提高成績．（寫出一種方法）

Answer 1

分析 （1）通過讀表可知，車架材料為碳纖維時，質量最小，利用密度公式變形可求最小質量；
（2）由題意可知，車和賽車手對地面的壓力等于其中總重力，利用壓強公式可求賽車手在比賽過程中對地面的壓強．
（3）利用W=Fs可求賽車手所做的功，然后利用P=$\frac{W}{t}$可求功率；
（4）此題具有較強開放性，答案不唯一，根據(jù)所學物理知識解答，只要合理即可．

解答 解：（1）要想車架的質量最小，則密度最小，查表可知，符合車架材料的是碳纖維，密度為1.6×10³kg/m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得，車架最小質量：
m=ρV=1.6×10³kg/m³×3×10^-3m³=4.8kg；
（2）賽車手在比賽過程中對地面的壓強：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{700N}{1{0}^{-3}{m}^{2}}$=7×10⁵Pa；
（3）賽車手勻速行駛的功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=$\frac{60N×450m}{30s}$=900W；
（4）弓腰成流線型、穿賽車服（緊身衣）、減小受風面積等．
答：（1）車架的最小質量是4.8kg；
（2）賽車手在比賽過程中對地面的壓強為7×10⁵Pa； 
（3）賽車手勻速行駛的功率是900W；
（4）弓腰成流線型、穿賽車服（緊身衣）、減小受風面積等．

點評 此題考查密度公式的應用、壓強的大小計算、功和功率的計算，是一道綜合性較強的題目，關鍵是知道車和賽車手對地面的壓力等于其中總重力．