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    15．现代人提倡“低碳生活”，某公司发明了一种走路时能发电并充电的鞋子--充电鞋，这种鞋的后跟装有一个小型涡轮发电机．行走时利用脚跟下落时对鞋跟的下压力压缩鞋跟做功，使小型涡轮旋转发电，并能给手机、MP3等充电．如图所示，是一名质量为60kg的成年人走路时提起脚跟的示意图，O点是脚尖与鞋底面的接触点，F1为人抬脚时提起脚跟的力，F2的大小等于人的体重，OA=20cm，AB=5cm．每次脚跟下落时，脚跟对鞋跟的下压力F为F1的1.2倍，并向下压缩鞋跟0.5cm．则：（g取10N/kg）
    （1）脚跟对鞋跟的下压力F为多大？
    （2）人落脚一次下压力做功多少J？
    （3）若人步行时平均步距为50cm，充电鞋发电并充电的效率为15%．利用充电鞋给标有“3.6V 1000mAh”耗尽电能的手机电池充电，人至少要行走多远的距离？

    分析 （1）由杠杆平衡条件求出力F1，然后求出脚跟对鞋跟的压力F；
    （2）由W=Fs求出脚落地一次所做的功；
    （3）求出给电池充满电需要的能量，求出给电池充满电人需要做的总功，然后求出人行走的距离．

    解答 解：（1）人的重力G=mg=60kg×10N/kg=600N，
    由题意知：F2=G=600N，OB=OA+AB=20cm+5cm=25cm，
    由杠杆平衡条件得：F1OB=F2OA，
    即：F1×25cm=600N×20cm，则F1=480N，
    脚跟对鞋跟的压力F=1.2F1=1.2×480N=576N，
    （2）人落脚一次压力F所做的功：W1=Fs=576N×0.005m=2.88J；
    （3）手机充满电所需能量W=UIt=3.6V×1A×3600s=12960J，
    人走路时需要做的功W总=$\frac{W}{η}$=$\frac{12960J}{15%}$=8.64×104J，
    人每走50cm=0.5m做功2.88J，则做8.64×104J的功需要行走的距离：
    s=$\frac{{W}_{总}}{{W}_{1}}$×0.5m=$\frac{8.64×1{0}^{4}J}{2.88J}$×0.5m=1.5×104m；
    答：（1）脚跟对鞋跟的下压力F为576N；
    （2）人落脚一次下压力做功2.88J；
    （3）人至少行走1.5×104m．

    点评 本题有一定的难度，认真审题，理解题意，应用杠杆平衡条件、功的计算公式即可正确解答．

    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
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    6．用一根与毛皮摩擦过的橡胶棒靠近一轻质小球，发现两者互相排斥，由此可判定（　　）
    A．小球一定带负电B．小球一定不带电
    C．小球一定带正电D．小球可能带负电，也可能带正电

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    科目：初中物理 来源： 题型：选择题

    3．把装满水的量筒，口朝下浸没在水中，如图所示，抓住筒底向上提，在筒口离开水面前量筒露出水面部分（　　）
    A．没有水B．有水，但不满
    C．充满水D．依次出现上述现象

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    10．教室的门栓坏了，门经常被风吹开，这是门与门框间摩擦太小的缘故．如何增大摩擦呢？同学们提出一些设想，概括如下：
    a．增大压力增大摩擦；       b．增大接触面粗糙程度增大摩擦；
    c．增大接触面积增大摩擦；   d．增大运动速度增大摩擦．
    为了验证这些设想，他们利用长方体木块、铁块、弹簧测力计、毛巾和水平桌面等，进行图1实验探究，并将数据记人表中：

    实验接触面接触面积/m2速度压力/N摩擦力/N
    1木块与桌面0.01v51
    2木块与桌面0.012v51
    3木块与桌面0.01v102
    4木块与毛巾面0.01v5★
    5木块与桌面0.005v51
    （1）比较实验1、2可知：设想d是错误的，判断的理由是当压力、接触面积、接触面粗糙程度相同时，改变运动速度，摩擦力不变（或摩擦力与运动速度无关）
    （2）比较实验1和5两组数据，可以判断设想C是否正确；在实验中，测量摩擦力时应保持木块在水平桌面上做匀速直线运动；上图的弹簧测力计示数是表中“★“处的数值，其大小为2.5N
    （3）某同学分析实验3、4数据，并支持设想b，你认为他这种分析方法不正确（填“正确”或“不正确”），其理由是没有保持压力相同．
    （4）请你利用上述分析得出的结论，写出一种能将门关紧的方法：在门与门框间垫物体
    （5）同学们在实验时还发现：在木块没有被拉动时，弹簧测力计也有示数，且示数会变化．他请教老师，知道可用F-t图象表示拉力随时间的变化情况．若第3次实验开始拉动木块直到木块匀速滑动的F-t图象如图2所示，其中0～4s木块处于静止状态，4～5s木块运动后改变拉力，使木块5s后处于匀速直线运动状态．分析图象可知：要使木块由静止开始运动，至少要用2.3N的水平拉力拉木块；如果实验时木块所受的拉力是2N，则下列对木块所处状态的判断，正确的是：C
    A．静止                B．匀速直线运动
    C．静止或匀速直线运动  D．条件不足，无法判断．

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    科目：初中物理 来源： 题型：解答题

    20．为了探究“压力的作用效果与哪些因素有关”，某小组同学用小木桌、铁块和海绵做了如图所示的三个实验．

    （1）通过观察三次实验时泡沫塑料的凹陷程度，比较压力作用的效果；
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    （3）比较甲丙两图所示实验，说明当受力面积相同时，压力越大，压力作用效果越明显；
    （4）本实验中采用的研究方法是控制变量法．（写出一种）

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    4．按要求作图．
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    （3）请在图（3）中画出压缩的弹簧对拇指弹力的示意图．

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    5．小明参加体育中考的跳绳考试时，她在1min内连续跳了120次，获得跳绳项目的满分．已知小明的质量为50kg，跳起时重心升高的平均高度为4cm．g取10N/kg，求：
    （1）小明跳1min所做的功；
    （2）小明跳1min所做的功相当于完全燃烧了多少酒精所产生的能量？（已知 q酒精=3.0×107J/kg）；
    （3）小明跳绳时的平均功率．

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