Question

【題目】如圖（a），某同學(xué)騎自行車以速率v1進(jìn)入一段直下坡，在坡道上不蹬踏板而自由加速下滑。自行車受到路面的阻力略去不計(jì)，空氣阻f1與車速大小成正比，比例系數(shù)為k，方向與車速方向相反，人與車總質(zhì)量為m，重力加速度為g．已知自行車到坡底時(shí)的速率為v2．

（1）在圖（b）中定性畫出自行車在坡道上的速率v與在坡道上運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1的關(guān)系；

（2）到坡底以速率v2進(jìn)入平直路面后，該同學(xué)立即開(kāi)始剎車。在剎車阻力f2和空氣阻力f1的共同作用下勻減速運(yùn)動(dòng)T時(shí)間后停止，求剎車阻力f2與剎車時(shí)間t2的關(guān)系，以及剎車過(guò)程f2的沖量；

（3）在第（2）問(wèn)中，已知?jiǎng)x車過(guò)程前輪與地面接觸處始終不打滑。從開(kāi)始剎車時(shí)測(cè)量，車載速率表顯示前輪轉(zhuǎn)動(dòng)第一圈過(guò)程車輛前進(jìn)的平均速度為7.0m/s，轉(zhuǎn)動(dòng)第二圈過(guò)程車輛前進(jìn)的平均速度為6.0m/s，則該剎車過(guò)程前輪總共轉(zhuǎn)了多少圈（解出數(shù)值結(jié)果，保留一位小數(shù)）？

Answer 1

【答案】（1）（2）；；（3）4.1

【解析】

（1）車在坡道上下行時(shí)加速度為，則隨著速度的增加，加速度減小，則速度-時(shí)間圖像大致為：

（2）剎車后做勻減速運(yùn)動(dòng)，則加速度為

則任意時(shí)刻t2的速度

則由牛頓第二定律

聯(lián)立解得

則f2-t2關(guān)系為線性關(guān)系，畫出f2-t2圖像，則圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積等于f2的沖量。

（3）設(shè)車輪周長(zhǎng)為L，車做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度為a，剛剎車時(shí)的初速度為v，則車輪轉(zhuǎn)過(guò)第一圈時(shí)的速度v1滿足，即

v1=14-v；

同理車輪轉(zhuǎn)過(guò)第二圈時(shí)的速度

v2=v-2

則

聯(lián)立解得：

則

聯(lián)立解得

則該剎車過(guò)程前輪總共轉(zhuǎn)了4.1圈.