Question

（1）某班级组织了一次物理课外实践活动，试比较全班同学中从一楼爬上三楼过程中谁的爬楼功率最大．为了简便获得比赛结果，则活动中至少测量的物理量是：人体的体重和________．实验结束后，有位质量为50kg同学进行爬杆训练，当他沿竖直杆匀速上爬时，人受到的摩擦力大小为________ N，方向________（g=10N/kg）．
（2）学校新近买了30箱总质量为300kg的物理实验器材．现在，某实验员需要把这批实验器材搬运到14m高的物理实验室．则该实验员需要做功________J（不考虑他克服自身重力所做的功，取g=10N/kg）；如图所示，假设他身体可以提供的功率P取决于所搬运物体的质量m，若要尽可能快地把这批器材搬上去，那么他每次搬运的箱子数应为________个；若不考虑人自重、搬起箱子、放下箱子和下楼的时间，求他搬运这批实验器材的最短时间为________ s．

Answer 1

解：（1）上楼是克服自身重力做功，功等于自身重力和楼高的乘积，功率等于功和时间的比值；
比较全班同学谁的爬楼功率最大时，因都是从一楼爬上三楼，所以上升的高度相同，只要再测出人体的重力和同学爬到三楼所需的时间即可．
质量为50kg同学匀速爬杆训练时：受到竖直向下的重力和竖直向上的摩擦力作用，并且重力和摩擦力是一对平衡力，
因此摩擦力大小和他的重力相等，方向和重力的方向相反，即f=G=mg=50kg×10N/kg=500N，方向竖直向下．
（2）该实验员需要做的功：W=mgh=300kg×10N/kg×14m=4.2×10⁴J；
由图得功率最大时，搬运的物体质量为30Kg，一箱质量为=10kg，所以一次搬运3箱；
要求搬运时间最短，身体所提供的功率应最大，即P=70W，
他搬运这批实验器材的最短时间为：t===600s．
故答案为：（1）同学爬到三楼所需的时间；500；竖直向上；
（2）4.2×10⁴J；3；600s．
分析：（1）比较全班同学中从一楼爬上三楼过程中谁的爬楼功率最大，可以用台秤测自身的质量根据G=mg求出重力，根据W=Gh求出上楼时所做的功，再用秒表测出上楼的时间，即可根据P=比较上楼的功率大小关系；先根据G=mg求出小宇的重力，然后对小宇进行受力分析，再根据小宇匀速下滑，受到平衡力作用，根据二力平衡的条件求出摩擦力的大小．
（2）已知物体总质量和被升高的高度，根据W=Gh求出克服重力做的功；已知总质量，可求出一箱的质量，由图可看出功率最大时所搬运的物体质量，从而可求他每次搬运的箱子数；已求出做的功，要求搬运时间最短，身体所提供的功率应最大，由图可知，从而算出最短时间．
点评：本题考查了功率的测量实验、二力平衡的条件的应用、功和功率的计算等，关键是相应知识的灵活运用和根据图象得出相关的信息，涉及的知识点较多给解题带来了困难．