计算人骑自行车的平均功率.doc

计算人骑自行车的平均功率山西省晋中市经纬中学高2008级一班 牛炳辉 指导老师：武建军摘 要：通过对小物块的受力测量可以得到一个地方的滑动摩擦因素，再利用人与自行车的质量之和来测出人骑自行车行进时的水平摩擦力。通过对距离的量取可以计算出人骑自行车通过一段距离的总功，测量出时间后，即可计算功率。关键词：平均功率 平均速度 做工 滑动摩擦因素实验目的：通过实验与已学过的物理基础理论知识与计算公式，来计算人骑自行车时理论上的大致平均功率。实验用具：自行车，秒表（用于测量骑自行车行进1000m时，所用的时间），体重秤（用来测量人的体重和自行车的质量），已知质量的规则长方体小木块若干块，弹簧测力器，润滑油等实验地点：平直的公路，选择的是路面材料相同的路面，且尽量没有较大的转弯，或较大的坑洼处。实验原理：通过测量可以得到小木块的质量为M1 ，自行车的质量为M2，人的质量为M3，本地区的重力加速度为g。 使用到的公式（1）重力=质量*加速度 G=M*g （2）滑动摩擦系数=运动方向上受力重力 =FG （3）功=力*在力方向上的距离 W=F*S （4）功率=所做的功时间 P=WT （5）功率=力*速度 P=f*v（1） 已知小木块的质量为M1，本地区的重力加速度为g，则小木块的重力为M1*g，方向竖直向下。使用弹簧测力器拉动小木块在水平路面上进行匀速运动，保持弹簧测力器与地面平行，测量质量一定的小木块在平直公路上匀速运动时所受到的拉力，记录为F1，方向为水平方向。由此可得，此条公路上的滑动摩擦系数=F1M1*g 。（2） 由人的质量为M3,自行车的质量M2，则人与自行车的质量之和为（M2+M3），则人与自行车的重力之和为（M2+M3）*g。又因为测量出的此条公路的滑动摩擦系数为=F1M1*g ，故人在骑自行车时受到的力的大小F=（M2+M3）*F1M1，方向为与地面水平方向。（3） 人骑自行车的前进距离为S（1000m），在此距离内所做的工W=F*S=（M2+M3）*F1M1*S。（4） 通过测量人近似匀速骑自行车通过距离S（1000m）时的时间为t，可以得出人骑自行车的做工功率为P=WT=M2+M3*F1M1*St=M2+M3*F1*SM1*t实验步骤：（1）在平直公路的一段记录一个起始点，让出租汽车多次从此起始点出发，用出租汽车上的计时器及里程计录器记录1000m长的距离，分别记录1000m末处的位置，并取平均位置。将平均位置设定为1000m的终点位置。 （2）将1000m分成等距离的10份，每份长度为100m。并在每份处取中点，通过弹簧测力器拉动小木块，计算出每处公路的滑动摩擦因素，记录十组数据。 （3）在自行车的几处有齿轮，轴承处上大量润滑油，以减少摩擦，减少行进时的摩擦力使结果不准确。 （4）测量人及自行的质量（M2+M3），并记录。 （5）人骑自行车从大约距1000m的起始点之前的50m处开始启动，并在到达起始点处时开始计时。骑车尽量保持匀速运动，并在1000m处记录下通过时间。小木块匀速运动时弹簧测力器读数 F1(N)第一次测量第二次测量第三次测量 0-100 100-200200-300300-400400-500500-600600-700700-800800-900900-1000实验数据：小木块质量M1：1kg根据读数，以及本地的重力加速度g，近似等于9.8m/s2可以算出每一段中的滑动摩擦因素滑动摩擦因素=F1M1*g第一次测量第二次测量第三次测量 0-100 100-200200-300300-400400-500500-600600-700700-800800-900900-1000通过测量，得出添加上润滑油之后的自行车和人的质量之和为： kg则人骑自行车在平直公路上所受的摩擦力为：滑动摩擦力 F=（M2+M3）*F1M1 (N)第一次第二次第三次平均值0-100100-200200-300300-400400-500500-600600-700700-800800-900900-1000则人骑自行车行进1000m时所消耗的总功（W）大约为十组平均值分别乘以100m，大约总功为： J人骑自行车通过1000m的时间为第一次第二次第三次第四次第五次时间t（s）则人骑自行车的平均功率为第一次第二次第三次第四次第五次平均功率p=Wt（w）实验结果：人骑自行车的平均功率大约为 W误差分析：（1）由于自行车内部的构建在转动过程中会有内部摩擦力，造成在前进过程中不可避免的会有能量的损耗，所以使得实验结果会比准确结果偏小。 （2）鉴于仪器设备的原因，不能准确的测量出较长的距离，也不能在相对较远的距离中测量出准确的通过时间。会导致实验结果有偏差。 （3）由于一般骑自行车