2018初中物理力學(xué)綜合題

2018初中物理力學(xué)綜合題1.某單位設(shè)計了一種用于供牲畜飲水的裝置，如圖所示。水箱內(nèi)裝有600kg的水，水位高度維持在h=60cm不變，水箱底面積為1m2，水箱底部出水口的橫截面積為20cm2。底蓋A、細(xì)桿B和浮球C的總質(zhì)量為1kg，浮球C的體積為2dm3。底蓋A平時頂住水箱底部出水口，一旦飲水槽的水位下降，底蓋A就會下落，水立即通過出水口流入飲水槽，實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)水。(1)水對底蓋A產(chǎn)生的壓強(qiáng)是多少？(2)浮球C受到的最大浮力是多少？(g取10N/kg)(3)通過計算說明，給出的數(shù)據(jù)能否達(dá)到設(shè)計要求？如果不能，請通過計算提供改進(jìn)的方法和符合設(shè)計要求的數(shù)據(jù)。解：(1)水對底蓋A的壓強(qiáng)p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.6m=6×103Pa。(2)浮球浸沒在水中時，根據(jù)F浮=ρ水gV排得：浮球C所受浮力最大，最大浮力為F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×103m3=20N。(3)以底蓋、豎桿、浮球?yàn)檎w，它的受力情況是：豎直向上的浮力、豎直向下的重力和壓力，而底蓋A、細(xì)桿B和浮球C的總重G=mg=1kg×10N/kg=10N。水對底蓋A的壓力-F?=pS=6×103Pa×20×10??m2=12N。則F?＞F浮-G，所以裝置不能達(dá)到設(shè)計要求。若要符合設(shè)計要求，則水對底蓋A的壓力為F?′=F浮-G=20N-10N=10N。因?yàn)镕?′=p′S=ρgh′S，所以水箱中的水位高度為h′=F?′/ρ水gS=10N/(1.0×103kg/m3×10N/kg×20×10??m2)=0.5m=50cm。水箱內(nèi)水位的高度應(yīng)維持50cm不變。2.將一重為1.5N、底面積為20cm2的溢水杯放在水平桌面上，向杯內(nèi)裝入重2.5N的水，水面恰好到達(dá)溢水口，將一物塊輕輕放入杯內(nèi)，靜止時如圖所示，在此過程中溢出40cm3的水。求：(g取10N/kg)(1)物塊未放入之前溢水杯對桌面的壓強(qiáng)是多大？(2)物塊受到的浮力及物塊的重力各是多少？(3)當(dāng)用一細(xì)鐵絲將物塊完全壓入水中時，又排出10cm3的水，物塊的體積是多大？物塊的密度是多少？解：(1)物塊未放入之前溢水杯對桌面的壓強(qiáng)為P=mg/S=1.5N/20cm2=7.5×103Pa。(2)物塊受到的浮力F浮=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×40×10??m3=0.4N，物塊的重力G=mg=2.5N，其中m為水的質(zhì)量，根據(jù)V=Sm可以得到m=40×10??m2×60cm=2.4×10?3kg，所以G=2.4×10?3kg×10N/kg=0.024N。(3)當(dāng)物塊完全壓入水中時，排出的水體積為10cm3，即物塊的體積為V=40cm3-10cm3=30cm3。物塊的密度ρ=m/V=2.4×10?3kg/30×10??m3=80kg/m3?！敬鸢浮拷猓罕绢}沒有明顯的格式錯誤和需要刪除的段落，只需要對每段話進(jìn)行小幅度的改寫。(1)在物塊未放入溢水杯前，溢水杯對桌面的壓強(qiáng)可以通過以下公式計算：p=F/S，其中F為溢水杯的重力，S為溢水杯與桌面接觸的面積。根據(jù)重力的計算公式，可以得到F=G杯+G水=1.5N+2.5N=4N。將F和S代入公式中，可以計算得到溢水杯對桌面的壓強(qiáng)p=4N/(20cm^2)=2×10^3Pa。(2)物塊受到的浮力可以通過以下公式計算：F浮=G排=m水g=ρ水V排g，其中m水為排開水的質(zhì)量，V排為排開水的體積，g為重力加速度，ρ水為水的密度。根據(jù)題目中給出的數(shù)據(jù)，可以得到F浮=1.0×10^3kg/m^3×4×10^5m^3×10N/kg=0.4N。由于物塊靜止時處于漂浮狀態(tài)，所以物塊的重力等于浮力，即G=F浮=0.4N。(3)物塊的體積可以通過以下公式計算：V物=V排+ΔV排，其中ΔV排為物塊放入溢水杯后排開的水的體積。根據(jù)題目中給出的數(shù)據(jù)，可以得到V物=40cm^3+10cm^3=50cm^3=5×10^-5m^3。由物塊的重力和質(zhì)量的計算公式，可以得到物塊的質(zhì)量m物=G/g=0.4N/10N/kg=0.04kg。根據(jù)物塊的質(zhì)量和體積，可以計算得到物塊的密度ρ物=m物/V物=0.04kg/5×10^-5m^3=0.8×10^3kg/m^3。(4)在這道題中，需要回答三個問題。第一個問題是在0.2小時內(nèi)，護(hù)衛(wèi)艦的動力阻力是大于、等于還是小于？根據(jù)圖像乙可以看出，在0.2小時內(nèi)，護(hù)衛(wèi)艦的速度不斷增加，說明它處于加速狀態(tài)，所以它的動力阻力大于。(5)第二個問題是護(hù)衛(wèi)艦滿載時船底受到的壓強(qiáng)和壓力各是多少？根據(jù)題目中給出的數(shù)據(jù)，可以計算得到護(hù)衛(wèi)艦滿載時底部受到的壓強(qiáng)為p=ρ海水gh=1.02×10^3kg/m^3×10N/kg×5m=5.1×10^4Pa。同時，護(hù)衛(wèi)艦滿載時受到的浮力為F浮=G排=m排g=4053×10^3kg×10N/kg=4.053×10^7N，所以船底受到的壓力也等于浮力，即F壓=F浮=4.053×10^7N。(6)第三個問題是護(hù)衛(wèi)艦勻速向前航行時，水對護(hù)衛(wèi)艦的阻力是多少？根據(jù)公式P=Fv，可以得到F=P/v。根據(jù)題目中給出的數(shù)據(jù)，可以得到護(hù)衛(wèi)艦的輸出功率為P=25600kW，航速為v=50km/h。將數(shù)據(jù)代入公式中，可以計算得到水對護(hù)衛(wèi)艦的阻力為F=P/v=25600×10^3W/(50×10^3m/h×3.6)=1.84×10^6N，保留兩位小數(shù)即為1.84×10^6N。(1)注水過程中，隨著水位上升，水對水箱底部的壓強(qiáng)會增大。(2)此時浮子A受到的浮力為40N。(3)浮子A的密度為0.2×103kg/m3。解析：在浮子A堵住進(jìn)水口時，根據(jù)公式p=F/S，進(jìn)水管口水對浮子A的壓力為1.2×10?Pa。進(jìn)水管口的橫截面積為2.5cm2，換算為m2為2.5×10??m2。因此，水對浮子A的壓力為1.2×10?Pa×2.5×10??m2=30N。由于浮子A處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以浮子A受到的浮力F浮為30N+10N=40N。根據(jù)阿基米德原理可知，F(xiàn)浮=ρ水gV排，因此浮子A排開水的體積V排為40N/(ρ水g)。已知貯水箱底面積為0.8m2，因此浮子A的體積為V=V排+(0.8m2×水面高度)，即4×10?3m3+(0.8m2×水面高度)。又因?yàn)楦∽覣有體積露出水面，所以浮子A的體積為5×10?3m3。由此可得，0.8m2×水面高度=1×10?3m3，即水面高度為1.25×10?3m。最后，浮子A的密度ρ為質(zhì)量m除以體積V，即0.2×103kg/m3。(1)“雪龍?zhí)枴睗M載時船底受到海水的壓強(qiáng)為9.27×10?Pa。(2)滿載的“雪龍?zhí)枴笔艿降母×?.1×10?N。(3)“雪龍?zhí)枴痹?m厚冰層海域破冰前行10min，克服阻力所做的功為9×10?J。解析：已知“雪龍?zhí)枴钡臐M載排水量為21000t，即2.1×10?kg。由于浮力等于排水量乘以重力加速度，因此滿載時“雪龍?zhí)枴彼艿降母×?.1×10?N。根據(jù)海水密度為1.03×103kg/m3和滿載吃水深度為9.0m，可求得船底受到的海水壓強(qiáng)為9.27×10?Pa。在1m厚冰層海域破冰前行10min，船前行的路程為600m。已知船在前行時所受的阻力為1.5×10?N，因此船克服阻力所做的功為1.5×10?N×600m=9×10?J。(2)水的壓強(qiáng)：p＝ρ水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.05m＝500Pa(3)模型受到的浮力隨著水深增加而逐漸變大，當(dāng)完全浸入水中時，浮力等于模型的重力W.整個模型的質(zhì)量為m，體積為V，密度為ρ，根據(jù)浮力原理可得：W＝F?。溅阉甐g當(dāng)模型懸浮在水中時，整體的密度等于水的密度，即ρ＝1.0×103kg/m3.在水中漂浮的物體，當(dāng)它慢慢地被壓入水中時，排開的水的體積會不斷增大。根據(jù)阿基米德原理，物體所受的浮力也會逐漸變大。在水面下5厘米深處，水的壓強(qiáng)為500帕斯卡。如果一個物體未注水時它的浮力等于重力，那么它的質(zhì)量就可以通過浮力計算得出。在圖像中，未注水時物體的浮力為0.3牛頓，因此質(zhì)量為0.03千克。當(dāng)物體懸浮在水中時，浮力為0.6牛頓。根據(jù)公式F浮=ρgV排，可以計算出物體的體積為6×10^5立方米。此時物體的質(zhì)量為0.06千克，密度為1×10^3千克/立方米。電動車因其環(huán)保、快捷、輕便等優(yōu)點(diǎn)，成為家庭常用的交通工具。在水平公路上勻速行駛時，電動車所受的阻力和牽引力是平衡的。這輛電動車自身重力為600牛頓，行駛了4.8千米用了10分鐘，阻力為40牛頓。輪胎上的花紋可以增大摩擦力。根據(jù)行駛的路程和時間，可以計算出電動車的速度為8米/秒。由于牽引力和阻力是平衡的，因此牽引力做的功可以通過牽引力和路程計算得出，為1.92×10^5焦耳。如果電動車每個車輪與地面的接觸面積為0.01平方米，車胎能承受的最大壓強(qiáng)為2×10^5帕斯卡，那么該車的最大載重量可以通過計算得出，為3400牛頓。9.根據(jù)圖像，小明騎自行車從家到學(xué)校用時6分鐘，通過的路程為1800米，速度為5米/秒。前20秒通過的路程為100米。自行車受到的阻力為總重力的0.02倍，小明從家到學(xué)校所做的功為2.52×10^4焦耳。小明返回時通過的路程為1800米，用時10分鐘，速度為3米/秒。小明返回時的牽引力為20牛頓，阻力也為20牛頓，自行車對地面的壓強(qiáng)為1.25×10^5帕斯卡。10.根據(jù)表格，該電動觀光旅游車的空車質(zhì)量為1100千克，最多可搭載10人，最大車速為36千米/小時，車身長度為4.0米，滿載時輪胎與地接觸面積為0.1平方米，平均連續(xù)行駛里程不超過75千米。題目15：根據(jù)圖乙，不考慮鋼纜繩重量、鋼纜繩和滑輪之間的摩擦以及水的阻力，g取10N/kg，求：(1)長方體A未浮出水面時的浮力。(2)長方體A的體積。(3)長方體A完全浮出水面后，電動機(jī)對繩的拉力F為8×103N，滑輪組的機(jī)械效率為75%，則動滑輪的重力為多少？解答：(1)由題圖乙可知：長方體A所受重力GA=2.4×104N，未浮出水面時F1=1.4×104N。未浮出水面時長方體A所受浮力F浮=GA?F1=2.4×104N?1.4×104N=1.0×104N。(2)由阿基米德原理可知，長方體A的體積為VA=F浮/(ρ水g)=1.0×104N/(1.0×103kg/m3×10N/kg)=1m3。(3)長方體A浮出水面后，設(shè)承擔(dān)動滑輪的繩子段數(shù)為n，則滑輪組的機(jī)械效率η=nF/(GA×100%)。已知F=8×103N，η=75%，代入可得n=4。動滑輪重力為G動=4F?GA=4×8×103N?2.4×104N=8×103N。題目16：如圖所示為某健身場所拉力器的示意圖。配重塊邊長為1dm，重20kg，用250N的拉力向下拉動拉桿，使配重塊在2s內(nèi)勻速升高40cm。不計拉桿和繩的重力，g取10N/kg，求：(1)配重上升的過程中將能轉(zhuǎn)化為能。(2)所拉配重塊靜止時對平臺的壓強(qiáng)是多少？拉力做功的功率是多少？(3)此過程中拉力器所做的額外功與總功之比是多少？解答：(1)配重上升的過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能和重力勢能。(2)配重塊重力G=mg=20kg×10N/kg=200N。配重塊與平臺的接觸面積為S=a2=(0.1m)2=0.01m2。配重塊靜止時對平臺的壓強(qiáng)p=G/S=200N/(0.01m2)=2×104Pa。由于滑輪為定滑輪，所以拉桿移動的距離等于配重塊上升的距離，拉力做的功為總功：W總=Fs=250N×0.4m=100J。拉力做功的功率為P=W總/t=100J/2s=50W。(3)有用功為配重塊上升所做的功：W有=Gs=200N×0.4m=80J。拉力器所做的額外功：W額=W總?W有=100J?80J=20J。額外功與總功之比為W額/W總=20J/100J=1/5。18.某建筑工地使用升降機(jī)提升大理石，如圖11所示。升降機(jī)貨箱重量為400N，取g=10N/kg。不考慮滑輪和鋼絲繩的重量，也不考慮摩擦力。問題如下：(1)已知大理石的密度為2.8×103kg/m3，每塊大理石的體積為1.0×102m3，求每塊大理石的重量。(2)如果每根鋼絲繩最大承受拉力為2000N，則該升降機(jī)最多能勻速提升多少塊大理石？(3)在一次提升中，升降機(jī)在1分鐘內(nèi)將貨物勻速提升了15m，鋼絲繩的拉力為2000N，則鋼絲繩的功率是多少？【答案】(1)根據(jù)密度公式ρ=m/V，每塊大理石的質(zhì)量為m=ρV=2.8×103kg/m3×1.0×102m3=28kg。每塊大理石的重量為G=mg=28kg×10N/kg=280N。(2)升降機(jī)一次最多能提升的總重量為G總=3×F最大=3×2000N=6000N。升降機(jī)一次最多能提升的大理石塊數(shù)為G石=G總-G箱=6000N-400N=5600N。因此，最多能勻速提升5600N/280N=20塊大理石。(3)鋼絲繩的功率可以通過公式P=Fv計算得到，其中F為鋼絲繩的拉力，v為升降機(jī)提升貨物的速度。在本題