Question

7．2015年12月为我校“科技体育艺术月”，九年级兴趣小组进行了三项物理实践，请根据所给的条件进行计算．
（1）小蒋同学用打火机的电子打火器、饮料瓶和橡皮塞做了一个点火爆炸装置（如图甲），在装置中喷入适量酒精，按动电子打火器，瓶内酒精燃烧后产生的燃气会把橡皮塞冲出去．这其中电子打火器打火时，是将机械能转化为电能，橡皮塞被冲出是内能转化为机械能．
（2）小红同学想估测自己站立时对地面的压强，她双脚站立在一张方格纸上，整个脚印范围都与纸面接触，其中一只鞋底的轮廓如图乙所示，已知图中方格的边长为2cm，小红同学的质量为40kg，g取10N/kg，请估算小红同学站立时对地面的压强．
（3）小明同学想测量自己快速上楼时克服重力做功的功率，他快速的从一楼跑到五楼，共用时21s，已知小明同学的质量为50kg，每层楼高为3m，g取10N/kg，请计算小明同学快速上楼过程中克服重力做功的功率．

Answer 1

分析 （1）按动电子打火器时，消耗了机械能，产生了电火花，获得了电能；瓶内酒精燃烧后产生的燃气会把橡皮塞冲出去，是因为酒精燃烧后的燃气对橡皮塞做功，据此分析能量的转化情况；
（2）根据方格的边长可求出每一小格的面积，数出一只脚印所占格数，求得双脚接触地面的总面积，站立时对地面的压力等于其重力，再利用压强公式p=$\frac{F}{S}$求解；
（3）知道小明同学的质量可求出其重力，从一楼跑到五楼，上升高度为4层楼的高度，再利用W=Gh可求出克服重力做功，然后利用功率公式可求出克服重力做功的功率．

解答 解：
（1）按动电子打火器时，消耗了机械能，产生了电火花，获得了电能，所以，电子打火器打火时，是将机械能转化为电能；
瓶内酒精燃烧后产生的燃气会把橡皮塞冲出去，这是因为酒精燃烧后产生的燃气对橡皮塞做功，将燃气的内能转化为橡皮塞的机械能；
（2）由图可知，一只鞋底所占格数为34格，每一小格的面积为2cm×2cm=4cm²=4×10^-4m²，
则双脚接触地面的总面积：S=2×34×4×10^-4m²=2.72×10^-2m²，
小红同学站立时对地面的压力：F=G=mg=40kg×10N/kg=400N，
她对地面的压强：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{400N}{2.72×1{0}^{-2}{m}^{2}}$≈1.47×10⁴Pa；
（3）小明同学的重力：G=mg=50kg×10N/kg=500N，
从一楼跑到五楼，上升高度为h=4×3m=12m，
他克服重力做的功：W=Gh=500N×12m=6000J，
克服重力做功的功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{6000J}{21s}$≈285.7W．
答：（1）机械；内；
（2）小红同学站立时对地面的压强为1.47×10⁴Pa；
（3）小明同学快速上楼过程中克服重力做功的功率为285.7W．

点评 本题综合考查了能量转化、压力和压强的计算、功和功率的计算，解答第2小题的关键是确定受力面积．