Question

如圖所示是我國(guó)自主研發(fā)的，科考隊(duì)員在附近遙控的機(jī)器人．若機(jī)器人質(zhì)量為0.5t，每條履帶與地面的接觸面積為1000cm²，并在內(nèi)陸冰蓋地區(qū)完成了30km的自主行走．
（1）車(chē)體設(shè)計(jì)采用越野車(chē)底盤(pán)懸掛技術(shù)，四個(gè)車(chē)輪均換成三角履帶，這樣做的目的是：

增大受力面積，減小壓強(qiáng)

（2）該機(jī)器人本次自主行走共耗時(shí)3h，若該車(chē)按照額定功率勻速行駛，它的平均阻力是車(chē)重的0.03倍．則機(jī)器人的額定功率是多大？（g=10N/kg）
（3）若南極某處冰面能承受的壓強(qiáng)為4.2×10⁴Pa，如果科考隊(duì)員的質(zhì)量為70kg，他雙腳跟冰面接觸面積為300cm²，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明科考隊(duì)員能在冰面上安全行走嗎？

Answer 1

分析：（1）由圖可知，將輪胎換成三角履帶，使機(jī)器人與地面的接觸面積增大了，要從壓強(qiáng)角度解答；
（2）知道質(zhì)量，根據(jù)G=mg求出機(jī)器人的重力，再求出平均阻力；根據(jù)二力平衡可得出牽引力的大�。�再根據(jù)功的公式W=Fs可求出做功的多少，最后根據(jù)功率公式P=

W

t

求解功率的大�。�
（3）根據(jù)公式p=

F

S

求出科考隊(duì)員對(duì)冰面的壓強(qiáng)，進(jìn)行比較即可得出答案．

解答：解：（1）讀圖可知，四個(gè)車(chē)輪均換成三角履帶，增大了機(jī)器人與地面的接觸面積，在壓力不變的情況下，可以減小對(duì)地面的壓強(qiáng)．
（2）機(jī)器人的重力：G₁=m₁g=500kg×10N/kg=5000N；
因?yàn)槭莿蛩傩旭�，所以牽引力與阻力相等．則F=f=0.03G₁=0.03×5000N=150N，
機(jī)器人自主行走的距離：s=30km=3×10⁴m，機(jī)器人自主行走的時(shí)間：t=3h=1.08×10⁴s，
機(jī)器人所做的功：W=Fs=150N×3×10⁴m=4.5×10⁶J，
機(jī)器人的額定功率為：P=

W

t

=

4.5×106J

1.08×104s

≈417W．
（3）科考隊(duì)員對(duì)冰面的壓力：F′=G₂=m₂g=70kg×10N/kg=700N，
因?yàn)樾凶邥r(shí)是兩腳交替著地，所以受力面積減小一半，
科考隊(duì)員對(duì)冰面的壓強(qiáng)：p_人=

F′

S

=

700N

150×10-4m2

≈4.7×10⁴Pa，
∵4.7×10⁴Pa＜4.2×10⁴Pa，
∴科考隊(duì)員不能在冰面上安全行走．
答：（1）增大受力面積，減小壓強(qiáng)；
（2）機(jī)器人的額定功率是417W；
（3）科考隊(duì)員不能在冰面上安全行走．

點(diǎn)評(píng)：此題主要考查的是學(xué)生對(duì)重力、壓力、壓強(qiáng)計(jì)算公式、功的公式、功率的公式的理解和掌握，綜合性較強(qiáng)，有一定的難度．