问题 问答题

(1)小王同学为了测量积雪的密度,设计了“根据雪地上的脚印深度进行估测”的方法.他采用的方法是:利用一块平整地面上的积雪,用脚竖直向下踩在雪上,形成一个向下凹的脚印.然后通过测量积雪原来的厚度H,用脚踩后在雪上形成脚印的深度h,就可以估测雪的密度.请通过推导得出雪的密度的计算表达式.

(2)大雪过后,会造成路面积雪和积水,危及交通安全.为了尽快消除路面积水,可以通过撒盐和铺设防滑物以及组织扫雪等措施.下表反映的是盐的浓度与凝固温度之间的关系,利用这一表格,请你估计当桥面上积水的厚度达到2cm,环境温度为-3°C时,撒盐车应在每平方米的冰面上撒多少盐才能去除桥面上的积水?

盐的浓度(%)05101520
凝固温度(°C)0-3-7.5-12-17
(3)雪地车在松软的雪地上行驶时,所受阻力主要源于履带或车轮与雪层的挤压.某型号的履带式雪地车的每根履带宽为d,空载时与雪地接触的压强为p0

(a)当雪地车以速度v在雪地上匀速行驶时,在雪层上造成的雪沟深度为h.试估算此时雪地车克服雪层阻力做功的功率P.

(b)假设雪地车挤压雪层形成的雪沟深度与压强成正比.当雪地车所载货物的重力为雪地车空载时自重的1/4,则仍以功率P在雪地上匀速行驶时的速度为多大?

答案

(1)雪被踩后成为冰,密度是0.9g/cm3

设脚印的面积为S,则

雪的体积V=SH,冰的体积V=S(H-h)

根据密度公式ρ=

m
V

ρ
ρ
=
V
V
=
H-h
H

∴ρ=

ρ(H-h) 
H

(2)由表格知:-3°C时应撒盐的浓度为5%,

设每平方米的水的质量为m,则有

m=ρV=1000kg/m3×1m2×0.02m=20kg

所以撒盐的质量为m=20kg×5%=1kg

(3)

(a)设雪地车在雪地行驶的时间为t

则t时间内前进的距离L=vt

压下雪的面积S=L2d=2vtd

压力做功W=Fh=pSh=p0×2vtd×h=2p0vtdh

∴功率P=

W
t
=
2P0vtdh 
t
=2p0vdh

(b)已知重力增加

1
4
,所以雪地车对雪地的压强增大
1
4

雪地车克服雪地阻力的功率一定

设此时雪地车行驶的速度为v′

根据题意得 2p0vdh=2(p0+

P0
4
)v'
5
4
h

解得v'=

16v
25

答:

(1)雪的密度表达式为ρ=

ρ(H-h) 
H

(2)每平方米需撒盐1kg;

(3)(a)雪地车克服阻力的功率为2dp0hv;

(b)雪地车仍以功率P在雪地上匀速行驶时的速度为

16v
25

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