(2011年福建六校联考)人骑自行车由静到动,除了要增加人和车的动能以外,还要克服空气及其他阻力做功.为了测量人骑自行车的功率,第一小组进行了如下实验:在离出发线5m、10m

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

(2011年福建六校联考)人骑自行车由静到动,除了要增加人和车的动能以外,还要克服空气及其他阻力做功.为了测量人骑自行车的功率,第一小组进行了如下实验:在离出发线5 m、10 m、20 m、30 m、…70 m的地方分别划上8条计时线,每条计时线附近站几个学生,手持秒表测运动时间.听到发令员的信号后,受测者全力骑车由出发线启动,同时全体学生都开始计时.自行车每到达一条计时线,站在该计时线上的几个学生就停止计时,记下自行车从出发线到该条计时线的时间.实验数据记录如下(每个计时点的时间都取这几个同学计时的平均值),并计算出各段的平均速度:
运动距离s(m)
0
5
10
20
30
40
50
60
70
运动时间t(s)
0
2.4
4.2
6.3
7.8
9.0
10.0
11.0
12.0
各段速度(m/s)
 
2.08
2.78
4.76
6.67
8.33
10.0
10.0
10.0
 
第二小组通过测出自行车在各点的速度,作出了v—s图4-2-9.本次实验中,学生和自行车总质量约为75 kg,设运动过程中,学生和自行车所受阻力与其速度大小成正比,整个过程中该学生骑车的功率P保持不变.

图4-2-9
(1)第一小组的学生通过分析认为:因为自行车在每一路段内的速度变化不是很大,因此可以用每一段的平均速度代替该段的速度,则在20 m~30 m路段的平均阻力f1与30 m~40 m路段的平均阻力f2之比f1∶f2为多少?被测学生骑车的功率约为多少?速度为6 m/s时的加速度为多大?
(2)第二小组的学生结合图和曲线(曲线与横坐标在s=40 m内所围的区域共56格),测出的被测学生骑车的功率约为多少?

◎ 答案

(1)0.8 553 W 0.79 m/s2 (2)600 W

◎ 解析

(1)设f=kv
所以f1∶f2=v1∶v2=6.67∶8.33=0.8
从表中数据可以看出,t=9 s时,自行车达到了匀速运动,动力等于阻力,所以有:P=fv9
在开始运动9 s内,根据动能定理有:
mv=Pt-f1s1-f2s2-f3s3-f4s4-f5s5
代入数据,解得:k=5.53 N·s/m,P=553 W
当v′=6 m/s时,根据牛顿第二定律:-kv′=ma
代入数据,解得:a=0.79 m/s2
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