Question

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

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

Answer 1

分析 （1）騎自行車剎車時，速度減小，機械能減小，自行車要克服摩擦力做功，輪胎溫度升高、內(nèi)能增大，據(jù)此分析能量的轉(zhuǎn)化問題；
（2）求出人和車的總重，騎自行車時車對地面的壓力等于總重力，求出總接觸面積，再利用壓強公式求該車對地面的壓強；
（3）要讓自己能安全使用水上自行車，人、車和所有瓶子處于漂浮狀態(tài)（所有瓶子浸沒在水中），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）騎自行車剎車時，自行車要克服摩擦力做功，是將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
（2）小強和自行車的總重力：
G_總=m_總g=（60kg+15kg）×10N/kg=750N，
騎自行車時車對地面的壓力：F=G_總=750N；
受力面積：S=2×20cm²=40×10^-4m²，
他在騎自行車的時候?qū)Φ孛娈a(chǎn)生的壓強：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{750N}{40×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.875×10⁵Pa；
（3）一個塑料瓶的重力：G_瓶=m_瓶g=20×10^-3kg×10N/kg=0.2N，
一個塑料瓶的體積：V_瓶=400cm³=4×10^-4m³，
設(shè)至少需要塑料瓶的個數(shù)為n，
不計自行車在水中的體積，由于人、車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+nG_瓶，
即：1.0×10³kg∕m³×10N/kg×n×4×10^-4m³=750N+n×0.2N，
解得n≈198個．
答：（1）內(nèi)；
（2）小強的質(zhì)量為60kg，他在騎自行車的時候?qū)Φ孛娈a(chǎn)生的壓強是1.875×10⁵Pa；
（3）他至少需要198個塑料瓶可以做出讓能上自己安全使用的水上自行車．

點評 此題主要考查了能量的轉(zhuǎn)化、重力和壓強的計算、物體的漂浮條件和阿基米德原理，知識點較多，綜合性較強．