Question

14．快速步行是現(xiàn)在流行的一種健身運(yùn)動(dòng)，小楓根據(jù)自己的腿長(zhǎng)和步幅畫(huà)出了如圖所示的步行示意圖．
（1）已知小楓每只腳與地面的接觸面積為200cm²，他的體重為50kg，他在行走過(guò)程中對(duì)地面的壓強(qiáng)為多少？
（2）小楓根據(jù)示意圖，對(duì)步行時(shí)重心的變化進(jìn)行了分析，當(dāng)兩腳一前一后著地時(shí)重心降低，而單腳著地邁步時(shí)重心升高，因此每走一步都要克服重力做功．如果小楓用40分鐘走了6×10²步，那么小楓每走一步克服重力所做的功為多少？在該次鍛煉中克服重力做的功功率為多少？

Answer 1

分析 （1）已知人的質(zhì)量，根據(jù)公式G=mg可求人的重力；此時(shí)他對(duì)地面的壓力等于其重力；還知道每只鞋底與地面接觸面積，根據(jù)公式p=$\frac{F}{S}$求出他在行走過(guò)程中對(duì)地面的壓強(qiáng)；
（2）根據(jù)直角三角形的特征利用勾股定理求出重心升高的高度，再利用公式W=Gh求出每走一步克服重力所做的功，可進(jìn)一步求出走6×10²步做的總功，再利用P=$\frac{W}{t}$求解功率．

解答 解；
（1）人對(duì)地面壓力：
F=G=mg=50kg×10N/kg=500N，
行走時(shí)一只腳著地，受力面積：
S=200×10^-4m²=2×10^-2m²．
他行走時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{500N}{2×1{0}^{-2}{m}^{2}}$=2.5×10⁴Pa；
（1）重心升高的高度：
h=65cm-$\sqrt{（65cm）^{2}-（25cm）^{2}}$=5cm=0.05m；
每走一步克服重力所做的功W=Gh=mgh=50kg×10N/kg×0.05m=25J；
走6×10²步做的總功，W_總=25J×6×10²=1.5×10⁴J，
功率P=$\frac{W}{t}$=$\frac{1.5×1{0}^{4}J}{4×60s}$=62.5W．
答：（1）他在行走過(guò)程中對(duì)地面的壓強(qiáng)為2.5×10⁴Pa；
（2）小楓每走一步克服重力所做的功為25J；在該次鍛煉中克服重力做的功功率為62.5W．

點(diǎn)評(píng) 本題考查重力、壓強(qiáng)、功和功率的計(jì)算，關(guān)鍵要求同學(xué)們要學(xué)會(huì)從生活體驗(yàn)中理解物理知識(shí)和物理規(guī)律，并且能將物理知識(shí)和物理規(guī)律用于對(duì)生活現(xiàn)象和生活常識(shí)的簡(jiǎn)單解釋．難點(diǎn)是根據(jù)直角三角形的特征利用勾股定理求出重心升高的高度．