交通工具中的力學(xué)問題試題一、自行車力學(xué)綜合題題目：小明騎行一輛質(zhì)量為12kg的自行車上學(xué)，已知小明體重48kg，自行車兩個(gè)輪胎與地面的總接觸面積為40cm2。騎行過程中，自行車受到的阻力為總重力的1/12，小明在100s內(nèi)勻速行駛了500m。（1）請(qǐng)寫出自行車構(gòu)造中應(yīng)用的兩個(gè)力學(xué)知識(shí)及原理；（2）計(jì)算小明騎行時(shí)的功率；（3）計(jì)算自行車對(duì)地面的壓強(qiáng)。解答：（1）①輪胎表面有花紋：通過增大接觸面粗糙程度來增大摩擦力；②自行車座制成馬鞍狀：通過增大受力面積來減小壓強(qiáng)。（2）首先計(jì)算總重力：G總=（m人+m車）g=（48kg+12kg）×10N/kg=600N。阻力f=1/12G總=1/12×600N=50N。由于勻速行駛，牽引力F=f=50N。功W=Fs=50N×500m=25000J。功率P=W/t=25000J/100s=250W。（3）自行車對(duì)地面的壓力F壓=G總=600N，接觸面積S=40cm2=0.004m2。壓強(qiáng)p=F壓/S=600N/0.004m2=1.5×10?Pa。二、汽車動(dòng)力學(xué)計(jì)算題題目：一輛質(zhì)量為1.5t的小汽車，在平直公路上以72km/h的速度勻速行駛，受到的阻力為車重的0.05倍。已知汽車每個(gè)輪胎與地面接觸面積為200cm2，共4個(gè)輪胎。（1）計(jì)算汽車的牽引力；（2）計(jì)算汽車對(duì)地面的壓強(qiáng)；（3）若汽車以該速度勻速行駛10min，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為多少？解答：（1）車重G=mg=1500kg×10N/kg=15000N，阻力f=0.05G=0.05×15000N=750N。勻速行駛時(shí)牽引力F=f=750N。（2）壓力F壓=G=15000N，總接觸面積S=4×200cm2=800cm2=0.08m2。壓強(qiáng)p=F壓/S=15000N/0.08m2=1.875×10?Pa。（3）速度v=72km/h=20m/s，功率P=Fv=750N×20m/s=15000W=15kW。三、高鐵運(yùn)動(dòng)學(xué)與力學(xué)綜合題題目：某高鐵列車總質(zhì)量為400t，以300km/h的速度勻速通過一座長(zhǎng)1500m的橋梁，列車全部通過橋梁用時(shí)20s。已知列車受到的阻力與速度的關(guān)系為f=kv2（k=0.01N·s2/m2）。（1）計(jì)算列車的長(zhǎng)度；（2）計(jì)算列車勻速行駛時(shí)的牽引力；（3）若列車在水平軌道上以200km/h的速度勻速行駛，求發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。解答：（1）速度v=300km/h≈83.3m/s，總路程s=vt=83.3m/s×20s=1666m。列車長(zhǎng)度L車=s-L橋=1666m-1500m=166m。（2）阻力f=kv2=0.01N·s2/m2×（83.3m/s）2≈694N。勻速行駛時(shí)牽引力F=f=694N。（3）速度v'=200km/h≈55.6m/s，此時(shí)阻力f'=kv'2=0.01×（55.6）2≈309N。功率P=F'v'=309N×55.6m/s≈17200W=17.2kW。四、空中列車壓強(qiáng)與能量轉(zhuǎn)化題題目：某“空中列車”懸掛在水平軌道上，總質(zhì)量為14t，與軌道的總接觸面積為0.1m2。列車以電為動(dòng)力，勻速行駛時(shí)每公里耗電0.5kW·h，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為70%。（1）計(jì)算列車對(duì)軌道的壓力和壓強(qiáng)；（2）計(jì)算列車勻速行駛時(shí)受到的阻力。解答：（1）壓力F=G=mg=14000kg×10N/kg=1.4×10?N。壓強(qiáng)p=F/S=1.4×10?N/0.1m2=1.4×10?Pa。（2）每公里耗電W電=0.5kW·h=0.5×3.6×10?J=1.8×10?J。機(jī)械能W機(jī)械=ηW電=70%×1.8×10?J=1.26×10?J。由W=Fs得阻力f=F=W機(jī)械/s=1.26×10?J/1000m=1260N。五、輪船浮力與阻力綜合題題目：一艘排水量為5000t的輪船在海水中航行，海水密度為1.03×103kg/m3，g取10N/kg。（1）計(jì)算輪船滿載時(shí)受到的浮力；（2）若輪船以18km/h的速度勻速行駛，受到的阻力為1.2×10?N，求發(fā)動(dòng)機(jī)的功率；（3）若輪船從海水駛?cè)氲?，排開水的體積如何變化？解答：（1）浮力F浮=G排=m排g=5000×103kg×10N/kg=5×10?N。（2）速度v=18km/h=5m/s，牽引力F=f=1.2×10?N。功率P=Fv=1.2×10?N×5m/s=6×10?W=600kW。（3）輪船漂浮時(shí)浮力等于重力，重力不變則浮力不變。淡水密度小于海水密度，根據(jù)F浮=ρ液gV排，排開水的體積會(huì)變大。六、飛機(jī)升力與功率計(jì)算題題目：某客機(jī)質(zhì)量為80t，機(jī)翼面積為120m2，起飛時(shí)的最小速度為60m/s。已知空氣密度為1.2kg/m3，機(jī)翼上下表面的壓強(qiáng)差Δp與速度v的關(guān)系為Δp=0.5ρv2。（1）計(jì)算飛機(jī)起飛時(shí)機(jī)翼獲得的升力；（2）若飛機(jī)以200m/s的速度水平勻速飛行，發(fā)動(dòng)機(jī)的總功率為1.2×10?W，求飛機(jī)受到的阻力。解答：（1）壓強(qiáng)差Δp=0.5ρv2=0.5×1.2kg/m3×（60m/s）2=2160Pa。升力F=Δp×S=2160Pa×120m2=259200N。（2）由P=Fv得牽引力F=P/v=1.2×10?W/200m/s=6×10?N。勻速飛行時(shí)阻力f=F=6×10?N。七、力學(xué)實(shí)驗(yàn)題：測(cè)量自行車輪周長(zhǎng)題目：利用一根米尺、一張白紙、膠帶，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量自行車輪的周長(zhǎng)。（1）寫出實(shí)驗(yàn)步驟；（2）若測(cè)量得到車輪轉(zhuǎn)動(dòng)5圈的距離為8.5m，計(jì)算車輪周長(zhǎng)。解答：（1）①將白紙用膠帶固定在車輪上，標(biāo)記起點(diǎn)；②讓車輪在地面滾動(dòng)一周，在白紙上標(biāo)記終點(diǎn)；③用米尺測(cè)量起點(diǎn)到終點(diǎn)的直線距離，即為車輪周長(zhǎng)；④重復(fù)測(cè)量3次，取平均值。（2）周長(zhǎng)L=總距離/圈數(shù)=8.5m/5=1.7m。八、綜合應(yīng)用題：超載與超速的危害題目：某貨車最大載重為10t，空載質(zhì)量5t，每個(gè)輪胎與地面接觸面積為0.05m2，共6個(gè)輪胎。若該車超載20t，以72km/h的速度在限速40km/h的路段行駛。（1）計(jì)算超載后貨車對(duì)地面的壓強(qiáng)；（2）從動(dòng)能角度分析超速超載的危害。解答：（1）超載后總質(zhì)量m=5t+30t=35t=35000kg。壓力F=G=mg=35000kg×10N/kg=3.5×10?N。總接觸面積S=6×0.05m2=0.3m2。壓強(qiáng)p=F/S=3.5×10?N/0.3m2≈1.17×10?Pa。（2）動(dòng)能與質(zhì)量和速度的平方成正比。超載增大質(zhì)量，超速增大速度，均導(dǎo)致動(dòng)能急劇增加，剎車距離變長(zhǎng)，碰撞時(shí)沖擊力增大，易引發(fā)事故。九、計(jì)算題：斜面機(jī)械效率與汽車爬坡題目：一輛汽車質(zhì)量為2t，在傾角為30°的斜坡上勻速行駛100m，升高50m。已知汽車牽引力為1.5×10?N，車輪與斜坡的總摩擦力為5×103N。（1）計(jì)算汽車的有用功、總功和機(jī)械效率；（2）若汽車在水平路面以36km/h的速度勻速行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不變，求牽引力。解答：（1）有用功W有=Gh=mgh=2000kg×10N/kg×50m=1×10?J?？偣總=Fs=1.5×10?N×100m=1.5×10?J。機(jī)械效率η=W有/W總=1×10?J/1.5×10?J≈66.7%。（2）速度v=36km/h=10m/s。功率P=W總/t=Fs/t=Fv=1.5×10?N×（100m/t）。由于勻速行駛，t=100m/v斜，此處需結(jié)合斜坡速度計(jì)算功率，再應(yīng)用于水平路面。水平路面牽引力F'=P/v水平=（1.5×10?N×v斜）/10m/s。假設(shè)斜坡行駛時(shí)間t=10s（v斜=10m/s），則P=1.5×10?W，F(xiàn)'=1.5×10?W/10m/s=1.5×10?N。十、力的示意圖作圖題題目：畫出靜止在水平地面上的汽車受力示意圖，標(biāo)出各力的名稱和方向。解答：（示意圖要點(diǎn)）①豎直向下的重力G，作用點(diǎn)在汽車重心；②豎直向上的支持力N，作用點(diǎn)在重心；③重力和支持力大小相等、方向相反，是一對(duì)平衡力。解題注意事項(xiàng)壓強(qiáng)計(jì)算：壓力通常為總重力，接觸面積需注意“單個(gè)/總”及單位換算（1m2=10?cm2）；功率公式：P=Fv僅適用