中考物理力学综合题21个

中考物理力学综合题21个中考物理力学综合题一、浮力及相关力学综合1.某单位设计的一种供牲畜饮水的装置如图所示。圆柱形水箱内装有600kg的水，水位高度维持h＝60cm不变，水箱底面积为1m2，水箱底部出水口的横截面积为20cm2。底盖A、细杆B和浮球C的总质量为1kg，浮球C的体积为2dm3。底盖A平时顶住水箱底部出水口，一旦饮水槽的水位下降，底盖A就会下落，水立即通过出水口流入饮水槽，实现自动补水。(1)水箱中的水对底盖A产生的压强是多少？(2)浮球C受到的最大浮力是多少？(g取10N/kg)(3)试通过计算说明，给出的数据能否达到设计要求？如果不能，请通过计算提供改进的方法和符合设计要求的数据。解：(1)水对底盖A的压强p＝ρ水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.6m＝6×103Pa(2)浮球浸没在水中时，根据F浮＝ρ水gV排得：-浮球C所受浮力最大，最大浮力为F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10-3m3＝20N(3)以底盖、竖杆、浮球为整体，它的受力情况是：竖直向上的浮力、竖直向下的重力和压力，而底盖A、细杆B和浮球C的总重G＝mg＝1kg×10N/kg＝10N水对底盖A的压力-F1＝pS＝6×103Pa×20×10-4m2＝12N则F1＞F浮-G，所以装置不能达到设计要求。若要符合设计要求，则水对底盖A的压力为F1′＝F浮-G＝20N-10N＝10N因为F1′＝p′S＝ρgh′S，所以水箱中的水位高度为h′＝F1′/10N＝ρ水gS/1.0×103kg/m3×10N/kg×20×10-4m2＝0.5m＝50cm水箱内水位的高度应维持50cm不变。2.将一重为1.5N、底面积为20cm2的溢水杯放在水平桌面上，向杯内装入重2.5N的水，水面恰好到达溢水口，将一物块轻轻放入杯内，静止时如图所示，在此过程中溢出40cm3的水。求：(1)物块未放入之前溢水杯对桌面的压强是多大？(2)物块受到的浮力及物块的重力各是多少？(3)当用一细铁丝将物块完全压入水中时，又排出10cm3的水，物块的体积是多大？物块的密度是多少？解：(1)物块未放入之前溢水杯对桌面的压强为p＝F/A＝(1.5N+2.5N)/20cm2＝0.2N/cm2(2)物块受到的浮力F浮＝ρ水gV物块＝1.0×103kg/m3×10N/kg×40×10-6m3＝0.4N，物块的重力G＝mg＝0.15N(3)当用一细铁丝将物块完全压入水中时，由于物块密度大于水密度，会排出一定体积的水，设物块的体积为V物块，密度为ρ物块，则排出的水的体积为V排＝V物块×ρ物块/ρ水，排出后水面下降10cm3，所以V排＝10×10-6m3，代入得V物块＝4×10-6m3，ρ物块＝G/V物块＝0.15N/4×10-6m3＝3750kg/m3【改写后的文章】(1)在将物块放入溢水杯前，杯子对桌面的压力可以根据公式F=G杯+G水计算得到，其中G杯和G水分别代表杯子和水的重力，为1.5N和2.5N。因此，杯子对桌面的压强可以用公式p=F/S计算得到，其中S为受力面积，为20cm²，转换为2×10⁻³m²。最终计算出溢水杯对桌面的压强为2×10³Pa。(2)物块受到的浮力可以根据公式F浮=m水g计算得到，其中m水为排水体积，g为重力加速度，ρ水为水的密度，V排为排水体积。根据题意，物块处于漂浮状态，因此物块的重力等于浮力，即G=F浮=0.4N。(3)物块的体积可以根据公式V物=V排+ΔV排计算得到，其中V排为排水体积，ΔV排为溢出的水的体积。根据题意，V排为40cm³，ΔV排为10cm³，因此V物为50cm³，即5×10⁻⁵m³。根据物体密度的定义，可以计算出物块的质量m物为0.04kg，物块的密度ρ物为0.8×10³kg/m³。(4)根据图甲所示的导弹护卫舰的信息，可以计算出其满载排水量为4,053t，吃水深度为5m，最大航速为50km/h。根据图乙所示的v-t图像，可以得知在0.2h内，护卫舰处于加速运动状态，因此动力大于阻力。(5)护卫舰满载时底部受到的压强可以根据公式p=ρgh计算得到，其中ρ海水为海水的密度，g为重力加速度，h为水深。根据题意，ρ海水为1.02g/cm³，转换为1.02×10³kg/m³，h为5m，因此底部受到的压强为5.1×10⁴Pa。护卫舰满载时受到的浮力可以根据公式F浮=G排计算得到，其中G排为排水量，为4,053×10³kg。因此，护卫舰满载时受到的浮力为4.053×10⁷N。根据浮力和重力相等的原理，可以得知护卫舰满载时船底受到的压力也为4.053×10⁷N。(6)当护卫舰匀速向前航行时，水对护卫舰的阻力可以根据公式F=ρv²S/2计算得到，其中ρ为水的密度，v为舰速，S为船体的横截面积。根据题意，水的密度为1.02×10³kg/m³，舰速为50km/h，转换为13.89m/s，船体的横截面积可以根据图甲得到。最终计算出水对护卫舰的阻力为1.84×10⁶N。(1)随着水位上升，水对水箱底部的压强会增大。(2)当浮子A堵住进水口时，受到的浮力为30N，加上重力10N，总浮力为40N。(3)根据阿基米德原理，浮力等于排开水的体积乘以水的密度和重力加速度。排开的水的体积为4×10^-3m^3，因此浮子A的密度为0.2×10^3kg/m^3。(1)“雪龙号”满载时船底受到的海水压强为9.27×10^4Pa。(2)满载时，“雪龙号”的浮力为2.1×10^8N。(3)在1m厚冰层海域破冰前行10min，克服阻力所做的功为1.5×10^8J。2017年4月11日上午，中国第33次南极考察保障工作圆满完成，极地考察船“雪龙号”已经回到上海的国内基地码头。这艘船总长为167.0m，满载吃水深度为9.0m，满载排水量为21,000t。（删除了重复的信息）(2)水的压强：p＝ρ水gh＝1×103kg/m3×10N/kg×0.05m＝500Pa(3)根据图像可知，当模型完全浸入水中时，浮力为零，即浮力等于重力，所以模型的质量为：m＝ρ水V＝ρ水S底h＝1×103kg/m3×0.04×0.03×0.15m＝1.8kg整体密度为：ρ＝m/V＝1.8kg/(0.04×0.03×0.15m)＝4×103kg/m3一、潜水艇的浮力计算当潜水艇从漂浮到完全浸入水中时，排开水的体积在不断增大，根据阿基米德原理，潜水艇受到的浮力逐渐变大。在水面下5厘米深处，水的压强为500帕斯卡。当潜水艇未注水时，它的浮力等于重力，即0.3牛。根据图像可知，此时潜水艇的质量为0.03千克。当它悬浮在水中时，受到的浮力为0.6牛。根据公式F浮=ρgV排，可知潜水艇的体积为6×10^5立方米。此时潜水艇的质量为0.06千克，密度为1×10^3千克/立方米。二、电动车的运动学问题电动车以其环保、快捷、轻便的优势，成为家庭常用的交通工具。如图所示，这辆电动车自身重力为600牛，在水平公路上匀速直线行驶了4.8千米用了10分钟，行驶时受到的阻力是40牛。求：(1)电动车轮子的轮胎上刻有许多花纹是为了增大摩擦；(2)该车在这段时间内行驶的速度是8米/秒，牵引力做的功是1.92×10^5焦耳；(3)若该车每个车轮与地面的接触面积为0.01平方米，车胎能承受的最大压强为2×10^5帕斯卡，该车的最大载重量为3,400牛。9.如图所示，小明骑着质量为10kg的自行车，体重为600N，沿水平路面匀速行驶到学校取货后返回家。路程与时间的关系如图所示。已知自行车受到的阻力为小明和自行车总重力的0.02倍，g取10N/kg，求：(1)自行车的链条上涂的润滑油是用来减小摩擦力的；(2)小明从家到学校前20s内通过的路程和从家到学校期间所做的功；(3)小明以60W的功率返回，求返回时自行车对地面的压强（每个轮胎与地面的接触面积为40cm2）。【答案】(1)涂润滑油可以分离接触面，减小摩擦力。(2)由图像可知，小明从家到学校用时t1=6min=360s，通过的路程为s1=1,800m。小明的速度为v1=5m/s。前20s内通过的路程为s=100m。自行车的重力为G车=10kg×10N/kg=100N，人和自行车的总重力为G=G车+G人=100N+600N=700N。自行车受到的阻力为f1=0.02G=0.02×700N=14N。小明从家到学校做的功为W=Fs1=f1s1=14N×1,800m=2.52×104J。(3)小明返回时通过的路程为s2=3,600m-1,800m=1,800m，用时t2=16min-6min=10min=600s。小明返回时的速度为v2=3m/s。小明需要产生的牵引力为F′=P/v2=60W/3m/s=20N。因为在水平路面上匀速直线行驶，所以返回时的阻力为f2=F′=20N，人、自行车和货物的总重G′=1,000N。自行车对地面的压力为F压=G′=1,000N，自行车对地面的压强为p=F压/S2=1,000N/(40cm2×10-4m2)=1.25×105Pa。10.某电动观光旅游车的技术参数如下表所示：|参数|数值||----|----||空车质量|1,100kg||满载人员|10人||最大车速|36km/h||车身长度|4.0m||满载时轮胎与地接触面积|0.1m2||平均连续行驶里程|≤75km|根据以上参数，回答以下问题：W=F's=7.25×104N×7.5×104m≈5.4×109J。客机发动机在这段时间内的平均功率为P=5.4×109J/300s≈1.8×107W。2017年3月2日，全地形消防机器人在西安亮相并参与灭火。它适用于消防人员无法靠近的危险场所，有效地避免了人员伤亡。已知消防机器人的质量为300kg，车轮与水平地面的总接触面积为0.24m2。(g取10N/kg)。(1)消防机器人静止时，它对地面的压力和地面对它的支持力是一对相互作用力。(2)消防机器人静止时对水平地面的压强为3×103N/0.24m2=1.25×104Pa。(3)当消防机器人以5m/s的速度向着火点匀速前进时，所受阻力为总重的0.03倍，则机器人前进时的功率为450W。人们可乘坐索道吊车从滇池而上观赏山水美景。某景区的索道，全长约2000m，上、下高度差约300m，单程运行时间约为25min，单个客箱载满人后的总质量是600kg。以单个客箱载满人为例，求：(1)游客乘坐索道吊车匀速上山的过程中，吊车的动能增大，重力势能不变。(2)客箱运行的平均速度为80m/min。(3)若吊车从索道最高处运行到最低处，重力做功的功率为(600kg×10N/kg×300m)/(25min×60s/min)=1200W。甲图中未标明，已知A的质量为500kg，电动机输出功率为3kW，滑轮组的效率为80%，滑轮组的滑轮半径分别为r1=0.2m和r2=0.3m，电动机的电压为220V，电流为15A，重力加速度g取10N/kg.(1)求钢缆绳对A的拉力F(2)若A从水库底起吊到水面需要2min，求电动机输出的能量和电费（电价为1元/kWh）.(3)若将滑轮组的滑轮半径r1改为0.3m，r2改为0.4m，电动机输出功率不变，求此时钢缆绳对A的拉力F是否发生变化？如有，变化的比例是多少？【答案】解：(1)设钢缆绳对A的拉力为F，则有F-mg=F1r2r1(不考虑滑轮组的摩擦损失)代入数据可得：F-500×10=F10.30.2F=4000N(2)A从水库底起吊到水面的高度为h=5m，所以A的重力势能变化为ΔE=mgh=500×10×5=25000J，电动机输出的功率为3kW，效率为80%，所以电动机实际输出功率为P=3kW×0.8=2.4kW，起吊A的时间为2min=120s，所以电动机输出的能量为W=Pt=2.4kW×120s=288000J=0.288kWh，电费为0.288元.(3)设此时钢缆绳对A的拉力为F'，则有F'-mg=F'1r2r1代入数据可得：F'=5333.3N所以F'比F增加了33.33%，即变化比例为33.33%.题目15：给定图像，不考虑钢缆绳重量、钢缆绳与滑轮间的摩擦力和水的阻力，重力加速度g取10N/kg。求：(1)长方体A未露出水面时所受的浮力。(2)长方体A的体积。(3)长方体A完全离开水面后，电动机对绳的拉力F为8×103N，滑轮组的机械效率为75%，则动滑轮的重力为多少？解答：(1)根据图像，长方体A所受重力GA为2.4×104N，未露出水面时F1为1.4×104N。因此，长方体A所受浮力F浮为GA-F1，即2.4×104N-1.4×104N=1.0×104N。(2)根据阿基米德原理，长方体A的体积为VA=F浮/(ρ水g)，其中ρ水为水的密度。代入数据得VA=1m3。(3)长方体A离开水面后，根据机械效率公式η=nF/(GA)，其中n为承担动滑轮的绳子段数，F为电动机对绳的拉力。代入数据得n=4。因此，动滑轮重力G动=4F-GA=4×8×103N-2.4×104N=8×103N。题目16：给定某健身场所拉力器的示意图，配重块边长为1dm，重20kg，用250N的拉力向下拉动拉杆，使配重块在2s内匀速升高40cm。不考虑拉杆和绳的重力，重力加速度g取10N/kg。求：(1)配重上升的过程中将能转化为能。(2)所拉配重块静止时对平台的压强是多少？拉力做功的功率是多少？(3)此过程中拉力器所做的额外功与总功之比是多少？解答：(1)配重上升的过程中，重力势能转化为动能和重力势能的减少。(2)配重块重力为G=mg=20kg×10N/kg=200N，配重块与平台的接触面积为S=a2=(0.1m)2=0.01m2。因此，配重块静止时对平台的压强为p=G/S=200N/(0.01m2)=2×104Pa。拉力做功的功率为P=W总/t=250N×0.4m/2s=50W。(3)有用功为配重块上升所做的功W有=Gs=200N×0.4m=80J，拉力器所做的额外功为W额=W总-W有=100J-80J=20J。因此，额外功与总功之比为W额/W总=20J/100J=1/5。17.一台起重机要将一箱设备从地面上吊到施工台上，设备重为4,000N，施工台距离地面高度为3m，重力加速度取10N/kg。此时：(1)起重机的臂是一个杠杆。(2)起重机的质量为8t，在工作时，用支架将汽车的轮胎支离开地面。如果地面能承受的最大压强是7×10^4Pa，则支架与地面接触的总面积是多少？答案：(1)起重机需要费力。(2)起重机的重力G1=m1g=8×10^3kg×10N/kg=8×10^4N，设备重G2=4,000N，起重机对地面的压力为F=G1+G2=8×10^4N+4,000N=8.4×10^4N。根据压强公式p=F/S，可以得到支架与地面的接触面积S=F/p=8.4×10^4N/7×10^4Pa=1.2m^2。(3)绳子自由端移动的距离为s=2h=2×3m=6m。有用功为W有=Gh=4,000N×3m=1.2×10^4J，总功为W总=Fs=2,500N×6m=1.5×10^4J。额外功为W额=W总-W有=1.5×10^4J-1.2×10^4J=3,000J。起重机的机械效率为η=W有/W总×100%=1.2×10^4J/1.5×10^4J×100%=80%。18.在某建筑工地上，使用升降机提升大理石。升降机货箱的重力为400N，重力加速度取10N/kg。不考虑滑轮和钢丝绳的重力，也不考虑摩擦。问题如下：(1)已知大理石的密度为2.8×10^3kg/m^3，每块大理石的体积为1.0×10^2m^3，则每块大理石的重力是多少？(2)如果每根钢丝绳上能承受的最大拉力是2,000N，则该升降机一次最多能匀速提升多少块大理石？(3)某次提升中，升降机在1min内将货物匀速提升了15m，钢丝绳的拉力是2,000N。则钢丝绳拉力的功率是多少？答案：(1)根据ρ=m/V，可以求得每块大理石的质量为m=ρV=2.8×10^3kg/m^3×1.0×10^2m^3=28kg。每块大理石的重力为G=mg=28kg×10N/kg=280N。(2)升降机一次能够提起的总重为G总=3×F最大=3×2,000N=6,000N。升降机一次能提起的大理石的总重为G石=G总-G箱。(3)钢丝绳拉力的功率为P=Fv，其中F为钢丝绳的拉力，v为升降机提升货物的速度。由于升降机匀速提升货物，因此v=s/t=15m/60s=0.25m/s。所以，钢丝绳拉力的功率为P=2,000N×0.25m/s=500W。升降机每次能提起的大理石块数为G石=5,600N/400N=20。其中，钢丝绳端移动的距离为s=3h=3×15m=45m，将货物提升15m时钢丝绳所做的功为W=Fs=2,000N×45m=90,000J，因此钢丝绳拉力的功率为P=1,500W，时间为t=60s。在图中，A物体重100N，B物体重10N，不计滑轮重、绳重及摩擦。若将A物体换成重为80N的C物体，则C将做加速运动。A物体受到的摩擦力为f=F1=2×10N=20N。若在A物体上加一个水平向左的拉力，使B物体以0.5m/s的速度匀速上升4s，则拉力