Question

18．如表所示，現(xiàn)在市場上制成自行車賽車的車架有各種不同的材料，這些材料的部分技術(shù)指標(biāo)如表：

材料 技術(shù)指標(biāo)	錳鋼	鋁合金	鈦合金	碳纖維
性能（強(qiáng)度）	強(qiáng)	較強(qiáng)	較強(qiáng)	強(qiáng)
密度（kg/m2）	7.9×103	3.0×103	4.5×103	1.6×103

（1）若車架的體積約為3×10^-3m³，則最輕的車架質(zhì)量是多大？
（2）運(yùn)動(dòng)員騎著一輛賽車在平直的公路上以10m/s的速度勻速行駛了10min，假設(shè)自行車在行駛過程中受到的阻力是100N，則在這段過程中該運(yùn)動(dòng)員所做的功是多少？
（3）若運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量是60kg，騎著最輕的賽車，此賽車車胎與地面的總接觸面積是4.0×10^-3m²，該運(yùn)動(dòng)員騎車比賽時(shí)，賽車對地面的壓強(qiáng)是多少？（取g=10N/kg）
（4）根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)我們知道，在火熱的夏天，不能給自行車輪胎充太足的氣，請用物理知識簡要說明原因．

Answer 1

分析 （1）因?yàn)榍蟮氖亲钶p的車架質(zhì)量，所以車架的密度應(yīng)該是最小的ρ=1.6×10³kg/m³，已知車架的體積，根據(jù)公式m=ρV可求車架的質(zhì)量；
（2）已知運(yùn)動(dòng)員騎車速度和時(shí)間，利用s=vt求行駛路程；自行車在勻速行駛過程中，受力平衡動(dòng)力和受到的阻力是一對平衡力，大小相等，再利用W=Fs求運(yùn)動(dòng)員做的功；
（3）地面所受的壓力等于車子和運(yùn)動(dòng)員的重力，知道總接觸面積（受力面積），根據(jù)公式p=$\frac{F}{S}$可求賽車對地面的壓強(qiáng)；
（4）氣體溫度越高，膨脹越大，氣壓越大．

解答 解：
（1）材料密度最小時(shí)，車架的質(zhì)量最小，
因?yàn)棣?$\frac{m}{V}$，
所以車架的最小質(zhì)量m=ρV=1.6×10³ kg/m³×3×10^-3m³=4.8kg；
（2）因?yàn)関=$\frac{s}{t}$，
所以運(yùn)動(dòng)員通過的路程為s=vt=10m/s×600s=6000m，
因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員勻速騎車，所以騎車動(dòng)力：
F=f=100N，
運(yùn)動(dòng)員所做的功：
W=Fs=100N×6000m=6×10⁵J；
（3）對地面的壓力：
F_壓=G_總=（m_人+m_車）g=（60kg+4.8kg）×10N/kg=648N，
對地面的壓強(qiáng)：
p=$\frac{{F}_{壓}}{S}$=$\frac{648N}{4.0×1{0}^{-3}{m}^{2}}$=1.62×10⁵Pa；
（4）在炎熱的夏天，不要給自行車輪胎充氣太足，因?yàn)闅怏w溫度越高，膨脹越大，氣壓越大，容易爆胎．
答：
（1）最輕的車架質(zhì)量是4kg；
（2）運(yùn)動(dòng)員做的功為6×10⁵J；
（3）賽車對地面的壓強(qiáng)是1.62×10⁵Pa；
（4）在炎熱的夏天，不要給自行車輪胎充氣太足，因?yàn)闅怏w溫度越高，膨脹越大，氣壓越大，容易爆胎．

點(diǎn)評 本題考查質(zhì)量、重力、壓力、壓強(qiáng)的計(jì)算、氣壓與溫度的關(guān)系，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，要知道在水平面上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．還要知道從表中提取有用的信息．