挑戰(zhàn)21 計算題（功與簡單機械綜合23題）（原卷版）

2023年中考物理真題《壓軸挑戰(zhàn)》分類匯編（原卷版）挑戰(zhàn)21計算題（功與簡單機械綜合23題）TOC\o"1-3"\h\u【題型1杠桿的平衡條件】 1【題型2功的計算和公式的應用】 3【題型3功率的計算及公式的應用】 5【題型4機械效率的計算】 11【題型5滑輪（組）的機械效率】 12【題型6斜面的機械效率】 14【題型1杠桿的平衡條件】 1．（2023?呼和浩特）人類在漫長的歷史長河中，創(chuàng)造了各種各樣的工具，以無窮的智慧彌補了人類有限的力量，使工作更省力、更便捷，這些工具統(tǒng)稱為機械。杠桿便是其中最簡單的機械之一。如圖所示，AB是一根長為1.6m的不計質(zhì)量的杠桿，可以繞O點轉(zhuǎn)動，在距O點0.4m的B端懸掛一質(zhì)量為90kg，邊長為30cm的勻質(zhì)正方體合金塊M，杠桿恰好在水平位置平衡。求：（1）合金塊M的密度為多少kg/m3；（2）A端施加的豎直向下拉力FA的大小。2．（2023?深圳）如圖1是古時勞動人民用工具撬起木料的情景，如圖二中已知其中BO：OC＝1：5，木料的體積為4m3，木塊的密度為0.5×103kg/m3。（1）求木材所受重力？（2）如圖2，在B端有一木材對繩子的力F1為1×104N，當F2為多大時，木料剛好被抬起？（3）隨著時代發(fā)展，亮亮同學發(fā)現(xiàn)吊車能更方便地提起重物。如圖3用一吊車勻速向上提起木材，已知提升的功率為P＝10kW，那這個吊車在10s內(nèi)可以將該木料提升的高度為多高？3．（2023?鎮(zhèn)江）圖1是我國古代勞動人民搬運巨木時的場景，簡化裝置如圖2所示：O為輕質(zhì)杠桿AB的轉(zhuǎn)軸，OA：OB＝1：3，物塊用輕質(zhì)細繩系在A端，工人在B端施加豎直向下的拉力F，此時杠桿水平平衡、物塊重1200N，底面積為0.25m2，不計轉(zhuǎn)軸摩擦。（1）圖1中，橫桿屬于杠桿，墊上石塊的目的是為了減小。（2）為將圖2中物塊恰好拉離地面，求工人所用的拉力。（3）剪斷圖2中A端細繩，求物塊靜止時對水平地面的壓強。4．（2023?株洲）圖甲為多人賽艇。劃槳時，槳可繞側(cè)舷上的固定軸轉(zhuǎn)動，從而使賽艇運動。圖乙為劃槳時槳的簡化平面圖，其中O為固定軸，AB為賽艇的運動方向，槳上OC長為0.8m，OD長為2m，F(xiàn)1為人劃槳的力，F(xiàn)2為水對槳的作用力。（1）劃槳時，槳對水的作用力大?。ㄌ睢按笥凇?、“等于”或“小于”）水對槳的作用力大小。（2）槳為（填“省力”或“費力”）杠桿。請寫出一種與槳類型相同的杠桿：。（3）已知圖乙中F2為200N，F(xiàn)1與CD的夾角θ＝30°，F(xiàn)1、F2均與AB平行。要劃動槳，F(xiàn)1至少多大？（sin30°＝0.5，不考慮槳的重力）【題型2功的計算和公式的應用】 5．（2023?沈陽）重為5N的空魚缸，放在水平窗臺上，其底面與窗臺的接觸面積為0.01m2，如圖，向魚缸內(nèi)注入1.5kg的水，水的深度為10cm。假設小明沿豎直方向把盛水的魚缸勻速抬高0.3m。（g取10N/kg，水的密度為1.0×103kg/m3）求：（1）空魚缸對窗臺的壓強；（2）注水后魚缸底部受到水的壓強；（3）抬高魚缸的過程中，小明對魚缸和水總共做的功。6．（2023?成都）小尚同學勤于思考，熱愛探究，下面是他在探究中遇到的兩個問題，請完成相關(guān)計算。（1）小尚聽爸爸說，家里的電動汽車正常行駛10km消耗的電能約為1度（3.6×106J）。他認為由此可以測算出電動汽車的牽引力，依據(jù)模型思想，他將問題簡化為：汽車行駛10km，牽引力做功3.6×106J，求牽引力的大小。（2）被測物體A置于堅固的水平臺上，實驗小桌放在物體A上，小桌與A的接觸面積為0.1cm2（即A的受力面積）。往實驗小桌上的沙盤里緩慢添加細沙，直到將被測物體A壓壞，測得小桌、沙盤和細沙的總重為5N，求物體A能承受的最大壓強。7．（2023?達州）A、B兩個圓柱形容器按如圖所示的方式放置在水平地面上，容器的厚度忽略不計，A容器自重300N，底面積為0.6m2，裝有深度為20cm的水，B容器底面積為0.8m2。（g取10N/kg，ρ水＝1×103kg/m3）（1）求A容器中水的重力。（2）從A容器中抽出質(zhì)量為m的水倒入B容器，A容器對B容器底部剛好無壓力，求m的值。（3）在（2）小題的基礎上，向B容器另外加入80kg水（水不溢出），當A容器靜止時，求B容器中的水對A容器所做的功?！绢}型3功率的計算及公式的應用】 8．（2023?西寧）西寧艦是我國自主研制的新型驅(qū)逐艦，其滿載時排水量為7500t，吃水深度為6.5m。某次西寧艦滿載時以54km/h的速度勻速航行2.5h，此過程中發(fā)動機的輸出功率為9.6×106W。（海水的密度取1.0×103kg/m3，g取10N/kg）求：（1）西寧艦此次航行的路程為多少。（2）西寧艦滿載時，艦體底部受到海水的壓強為多少。（3）西寧艦滿載時，受到的浮力為多少。（4）西寧艦滿載時以54km/h的速度勻速航行時，發(fā)動機的牽引力為多少。9．（2023?內(nèi)江）如圖是當今世界上最新研發(fā)的“偵探獵犬”超音速汽車，最大車速能達到1.6×103km/h，它創(chuàng)造了短期內(nèi)無法超越的世界紀錄。在某次測試中，該超音速汽車以1.26×103km/h的速度在水平軌道上勻速直線行駛時，汽車受到水平方向的阻力為1.8×105N，求在這次測試中：（1）汽車受到水平方向的牽引力。（2）汽車牽引力的功率。10．（2023?蘇州）如圖甲所示，重500N、底面積為0.2m2的箱子放在水平地面上?，F(xiàn)用一塊直木板將該箱子勻速拉上平臺（圖乙）。已知拉力為350N，箱子沿板移動了2m，升高1m，用時20s。求：（1）箱子對水平地面的壓強；（2）上移過程中拉力做功的功率；（3）箱子克服木板摩擦力所做的功。11．（2023?濰坊）圖示為某公司研發(fā)的一款太陽能輔助電動車，車身上部鋪滿了太陽能電池薄膜，可實現(xiàn)太陽能和充電樁兩種充電模式。使用前對該車進行測試，在其勻速直線行駛階段，有關(guān)測試數(shù)據(jù)如下表所示。已知該車行駛過程所受阻力包括摩擦力和空氣阻力，摩擦力為整車重力的0.03倍，空氣阻力與行進速度的關(guān)系為f＝kv2，k＝0.02N?s2/m2。若定義該車的推進效率為該車的牽引力所做的功與其消耗電能之比，用字母η表示，g取10N/kg，求該車本次測試過程中：整車質(zhì)量：940kg行駛路程：54km行駛時間：0.5h消耗電能：5kW?h（1）行駛的速度；（2）牽引力做功的功率；（3）推進效率η。12．（2023?湖北）如圖甲是中國海軍十堰艦停泊在港灣時的情景，相關(guān)參數(shù)如下表。執(zhí)行任務過程中，該艦以恒定最大推進功率航行。（g取10N/kg）求：排水量1220t吃水深度4m最大航速12.5m/s最大推動功率12500kW（1）十堰艦滿載停泊在港灣時所受浮力大小；（2）若十堰艦從靜止出發(fā)，加速航行0.96km時達到最大航速，圖乙是本次航行的v﹣t圖像，求加速階段的平均速度；（3）十堰艦以最大航速水平勻速直線航行時，十堰艦所受阻力大小。13．（2023?金昌）隨著人們生活水平的提高，房車旅游受到了大眾的青睞，某公司推出了如圖所示的小型房車，小林和父母參觀車展時試駕了該車，該車在平直公路上以54km/h的速度勻速行駛了3600m。已知車輪與水平地面總接觸面積為0.4m2，試駕時車和人總質(zhì)量為4×103kg，阻力是車重的0.1倍。（假定汽車靜止時對地面的壓力大小等于汽車總重力，汽車勻速行駛時牽引力等于阻力，g取10N/kg。）求：（1）該房車勻速行駛了多長時間？（2）該房車靜止在水平地面上時，對地面的壓強是多少？（3）該房車勻速行駛時牽引力做功的功率是多大？14．（2023?武漢）智能機器正在進入我們的生活，為人們提供高效、精準的服務。某臺全自動掃拖一體機器人主要由鋰電池組、掃地模組、吸塵模組、拖地模組、升降模組和車輪模組等組件構(gòu)成，它既可以掃地，也可以拖地。小強同學在面積為S1＝27m2的空房間（矩形ABCD）內(nèi)，用這臺機器人打掃家庭衛(wèi)生。（1）機器人掃地過程中，若在1×103s內(nèi)總共做了2.4×104J的功，則機器人做功的功率是多少W？（2）機器人底部構(gòu)造如圖甲所示，兩塊面積均為S2＝1.8×10﹣2m2的抹布固定在轉(zhuǎn)盤O1、O2上，在升降模組控制下，下降并壓迫地面，利用兩塊抹布旋轉(zhuǎn)擦洗和加壓拖地。機器人在瓷磚地面上拖地時，兩塊抹布對瓷磚地面的壓力為12N，兩塊抹布對瓷磚地面的壓強是多少Pa？（3）機器人拖地過程可用如圖乙所示的簡化模型進行研究，關(guān)門后，機器人（用⊙O表示）從圖示位置開始，貼近墻壁AB沿著弓形路線拖洗地面，在地面上拖出水帶（水的痕跡）的寬度均為d＝0.3m，其中平行于墻邊AB的任意相鄰的兩條水帶都不重疊，當機器人拖出第15條水帶到達墻角C處時，剛好將整個房間的地面拖洗了1次。機器人受到的牽引力為F＝20N，牽引力的功率為3W。忽略墻邊和墻角處機器人沿著弓形路線無法拖洗的地面面積，設機器人沿著弓形路線運動時速度大小不變，求機器人需要多長時間，才能沿著弓形路線將整個房間的地面拖洗1次？15．（2023?河北）一輛四輪家庭轎車的部分數(shù)據(jù)如下表所示。一次旅行時，司機駕駛該汽車沿一平直公路持續(xù)行駛至A市的過程中，先后通過如圖所示的甲、乙、丙三個標志牌，牌上的地址和數(shù)字表示從該標志牌處沿這一公路到達牌上地址的路程。途經(jīng)甲時開始計時，到達乙時恰好用時25min，從乙運動到丙的過程中，儀表盤顯示汽車一直以108km/h的速度勻速行駛。g取10N/kg。旅行中汽車部分數(shù)據(jù)表：汽車（包括人員及物品）總質(zhì)量/kg2000停放時每個輪胎與地面的接觸面積/cm2250汽油的熱值/J?L﹣13.6×107汽油機效率25%（1）求這輛車（包括人員及物品）停放在水平地面上時對地面的壓強；（2）求汽車從標志牌甲運動到丙這一過程中的平均速度；（3）通過儀表盤顯示的數(shù)據(jù)可知，從標志牌乙到丙的過程中，汽車消耗0.7L汽油，求這一過程中牽引力做功的功率。16．（2023?煙臺）在宜居宜業(yè)和美鄉(xiāng)村建設中，某施工隊正在進行農(nóng)村基礎設施改建，建筑工人利用小型的升降機來搬運水泥。如圖甲所示，某次搬運過程中，工人在30s的時間內(nèi)，將8袋水泥勻速提起6m，電動機牽引繩子的拉力F為2400N，每袋水泥質(zhì)量為50kg。g取10N/kg，求：（1）拉力F做功的功率；（2）整個裝置的機械效率（小數(shù)點后保留1位小數(shù)）；（3）為了一次能提升更多的水泥，物理實踐小組利用學過的知識對升降機的滑輪組進行重新設計，如圖乙所示。假設升降機足夠穩(wěn)定，電動機輸出功率足夠大，電動機牽引繩子的拉力仍為2400N，吊籃及動滑輪的總重力為200N，不計繩重和摩擦，則這種設計的裝置一次能提起多少袋水泥？17．（2023?重慶）圖甲是《天工開物》里記載的一種搗谷的舂，“橫木穿插碓頭，硬嘴為鐵，足踏其末面舂之”。若碓頭質(zhì)量為20kg，不計橫木的重力和轉(zhuǎn)動摩擦，搗谷人雙手與扶手之間的作用力為0。（1）求碓頭的重力；（2）碓頭豎直下落0.5m，用時0.4s，求重力做功的功率；（3）質(zhì)量為72kg的搗谷人，左腳與地面的接觸面積為200cm2，當他右腳在B點用最小力踩橫木使其剛好轉(zhuǎn)動時，示意圖如圖乙，已知OA：OB＝3：2，求人左腳對地面的壓強。18．（2023?恩施州）一桶沙總重200N，工人在高處用繩在30s內(nèi)將其勻速提升了6m。求：（1）工人做功的功率為多大？（2）若徒手提著這桶沙，沿著樓梯爬高6m，比較工人兩次做功的機械效率大小，并簡述理由?！绢}型4機械效率的計算】 19．（2023?涼山州）邛海濕地公園湖邊的一個圓臺形花崗石墩（形狀如圖甲）不慎落入1.9m深的湖底，該石墩的上表面積為0.9m2，下表面積為0.4m2，高為0.9m，質(zhì)量為1.482t。工人師傅用起重機將其勻速吊出水面，起重機的功率為440W。石墩從剛好脫離湖底上升到上表面與水面相平共耗時50s（如圖乙）?；◢徥芏圈咽?.6×103kg/m3，不考慮石墩在水中運動受到的阻力。求：（1）石墩的體積；（2）石墩上升過程中，起重機的效率；（3）若起吊前石墩與平整的湖底緊密接觸（如圖丙），湖底對石墩的支持力?！绢}型5滑輪（組）的機械效率】 20．（2023?廣元）如圖所示，某工人利用滑輪組將一個工件沿水平地面勻速拉動到加工點。拉動過程中，工人對繩的拉力始終沿豎直方向，工人雙腳始終與水平地面接觸且接觸面積為300cm2，工人對地面的壓強為2.0×104Pa；此工人的質(zhì)量為70kg，兩個動滑輪的質(zhì)量共為10kg，繩重、繩與滑輪之間的摩擦均忽略不計，g取10N/kg。求：（1）工人的手對繩的拉力大??；（2）工件移動過程中，地面對工件摩擦力的大??；（3）滑輪組在此次工作中的機械效率。21．（2023?徐州）工人用一個定滑輪勻速提升質(zhì)量為18kg的物體，所用的拉力為200N，物體升高2m，g取10N/kg。求：（1）物體受到的重力；（2）定滑輪的機械效率。22．（2023?南充）某人始終雙腳站在地上，用滑輪組從水池底勻速提起實心圓柱體A，如示