Question

15．小華同學(xué)騎著一輛變速自行車上學(xué)，在平直公路上勻速運動300m，所用時間為1min．假設(shè)自行車在行駛過程中受到的阻力為18N．請你解答：
（1）車把套上刻有很多的花紋是為了增大摩擦；如圖是該車的剎車車把，是由剎車線、剎車閘和支點構(gòu)成的一個杠桿．剎車時，若在剎車閘A處施加一個如圖所示的力F，此時構(gòu)成一個省力杠桿（選填“省力”、“費力”或“等臂”）．
（2）在這段行駛過程中，該同學(xué)騎車的功率是多大？
（3）若小華和自行車總質(zhì)量為60kg，每個車胎與地面的接觸面積為20cm²，則該同學(xué)騎車時，自行車對地面的壓強為多少？（g取10N/kg）
（4）如果要騎車上一個斜坡，他應(yīng)該換用高速擋還是低速擋？請運用所學(xué)知識說明理由．（可以認為他騎車的功率P是一定的）

Answer 1

分析 （1）增大摩擦力的方法：在接觸面粗糙程度一定時，增大壓力、增大摩擦力；在壓力一定時，增大接觸面的粗糙程度、增大摩擦力．
根據(jù)動力臂與阻力臂的大小關(guān)系判斷杠桿的類型；
（2）功率P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv，由平衡條件求出該同學(xué)的作用力，由P=Fv求出功率．
（2）求出對水平地面的壓力，然后由壓強公式求出壓強．
（3）根據(jù)公式P=Fv分析答題．

解答 解：（1）車把套上刻有很多的花紋，是在壓力一定時，通過增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦力．
由示意圖可知，剎車閘在使用時動力臂大于阻力臂，所以它屬于省力杠桿；
（2）自行車的速度v=$\frac{s}{t}$=$\frac{300m}{60s}$=5m/s，
自行車做勻速運動，處于平衡狀態(tài)，
由平衡條件得：F=f=18N，
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=18N×5m/s=90W；
（2）自行車對水平地面的壓力：
F=G=mg=60kg×10N/kg=600N，
自行車與水平地面的接觸面積S=2×20cm²=40cm²=0.004m²，
自行車對水平地面的壓強p=$\frac{F}{S}$=$\frac{600N}{0.004{m}^{2}}$=1.5×10⁵Pa；
（3）該同學(xué)騎自行車的功率P一定，由P=Fv可知，速度v越小，牽引力F越大，越有利于上坡，因此要騎車上一個斜坡，他應(yīng)該換用低速檔．
答：（1）增大摩擦；省力；
（2）該同學(xué)做功的功率為90W；
（2）對地面的壓強為1.5×10⁵Pa；
（3）應(yīng)用低速檔，因為相同功率，速度變小，牽引力可變大．

點評 本題考查增大摩擦的方法、杠桿的分類、速度、做功、功率、壓強等的計算，是一道綜合性很強的題目，本題關(guān)鍵：一是公式及其變形的靈活運用，二是知道物體對水平面的壓力等于物體自身的重力；解題過程中要注意單位的換算．