2018初中物理力学综合题

2018初中物理力学综合题1.某单位设计了一种用于供牲畜饮水的装置，如图所示。水箱内装有600kg的水，水位高度维持在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)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×2×10³m³=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′/ρ水gS=10N/(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：(g取10N/kg)(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=mg/S=1.5N/20cm²=7.5×10³Pa。(2)物块受到的浮力F浮=ρ水gV=1.0×10³kg/m³×10N/kg×40×10⁻⁶m³=0.4N，物块的重力G=mg=2.5N，其中m为水的质量，根据V=Sm可以得到m=40×10⁻⁶m²×60cm=2.4×10⁻³kg，所以G=2.4×10⁻³kg×10N/kg=0.024N。(3)当物块完全压入水中时，排出的水体积为10cm³，即物块的体积为V=40cm³-10cm³=30cm³。物块的密度ρ=m/V=2.4×10⁻³kg/30×10⁻⁶m³=80kg/m³。【答案】解：本题没有明显的格式错误和需要删除的段落，只需要对每段话进行小幅度的改写。(1)在物块未放入溢水杯前，溢水杯对桌面的压强可以通过以下公式计算：p=F/S，其中F为溢水杯的重力，S为溢水杯与桌面接触的面积。根据重力的计算公式，可以得到F=G杯+G水=1.5N+2.5N=4N。将F和S代入公式中，可以计算得到溢水杯对桌面的压强p=4N/(20cm^2)=2×10^3Pa。(2)物块受到的浮力可以通过以下公式计算：F浮=G排=m水g=ρ水V排g，其中m水为排开水的质量，V排为排开水的体积，g为重力加速度，ρ水为水的密度。根据题目中给出的数据，可以得到F浮=1.0×10^3kg/m^3×4×10^5m^3×10N/kg=0.4N。由于物块静止时处于漂浮状态，所以物块的重力等于浮力，即G=F浮=0.4N。(3)物块的体积可以通过以下公式计算：V物=V排+ΔV排，其中ΔV排为物块放入溢水杯后排开的水的体积。根据题目中给出的数据，可以得到V物=40cm^3+10cm^3=50cm^3=5×10^-5m^3。由物块的重力和质量的计算公式，可以得到物块的质量m物=G/g=0.4N/10N/kg=0.04kg。根据物块的质量和体积，可以计算得到物块的密度ρ物=m物/V物=0.04kg/5×10^-5m^3=0.8×10^3kg/m^3。(4)在这道题中，需要回答三个问题。第一个问题是在0.2小时内，护卫舰的动力阻力是大于、等于还是小于？根据图像乙可以看出，在0.2小时内，护卫舰的速度不断增加，说明它处于加速状态，所以它的动力阻力大于。(5)第二个问题是护卫舰满载时船底受到的压强和压力各是多少？根据题目中给出的数据，可以计算得到护卫舰满载时底部受到的压强为p=ρ海水gh=1.02×10^3kg/m^3×10N/kg×5m=5.1×10^4Pa。同时，护卫舰满载时受到的浮力为F浮=G排=m排g=4053×10^3kg×10N/kg=4.053×10^7N，所以船底受到的压力也等于浮力，即F压=F浮=4.053×10^7N。(6)第三个问题是护卫舰匀速向前航行时，水对护卫舰的阻力是多少？根据公式P=Fv，可以得到F=P/v。根据题目中给出的数据，可以得到护卫舰的输出功率为P=25600kW，航速为v=50km/h。将数据代入公式中，可以计算得到水对护卫舰的阻力为F=P/v=25600×10^3W/(50×10^3m/h×3.6)=1.84×10^6N，保留两位小数即为1.84×10^6N。(1)注水过程中，随着水位上升，水对水箱底部的压强会增大。(2)此时浮子A受到的浮力为40N。(3)浮子A的密度为0.2×10³kg/m³。解析：在浮子A堵住进水口时，根据公式p=F/S，进水管口水对浮子A的压力为1.2×10⁵Pa。进水管口的横截面积为2.5cm²，换算为m²为2.5×10⁻⁴m²。因此，水对浮子A的压力为1.2×10⁵Pa×2.5×10⁻⁴m²=30N。由于浮子A处于静止状态，所以浮子A受到的浮力F浮为30N+10N=40N。根据阿基米德原理可知，F浮=ρ水gV排，因此浮子A排开水的体积V排为40N/(ρ水g)。已知贮水箱底面积为0.8m²，因此浮子A的体积为V=V排+(0.8m²×水面高度)，即4×10⁻³m³+(0.8m²×水面高度)。又因为浮子A有体积露出水面，所以浮子A的体积为5×10⁻³m³。由此可得，0.8m²×水面高度=1×10⁻³m³，即水面高度为1.25×10⁻³m。最后，浮子A的密度ρ为质量m除以体积V，即0.2×10³kg/m³。(1)“雪龙号”满载时船底受到海水的压强为9.27×10⁴Pa。(2)满载的“雪龙号”受到的浮力为2.1×10⁸N。(3)“雪龙号”在1m厚冰层海域破冰前行10min，克服阻力所做的功为9×10⁷J。解析：已知“雪龙号”的满载排水量为21000t，即2.1×10⁷kg。由于浮力等于排水量乘以重力加速度，因此满载时“雪龙号”所受到的浮力为2.1×10⁸N。根据海水密度为1.03×10³kg/m³和满载吃水深度为9.0m，可求得船底受到的海水压强为9.27×10⁴Pa。在1m厚冰层海域破冰前行10min，船前行的路程为600m。已知船在前行时所受的阻力为1.5×10⁷N，因此船克服阻力所做的功为1.5×10⁷N×600m=9×10⁷J。(2)水的压强：p＝ρ水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.05m＝500Pa(3)模型受到的浮力随着水深增加而逐渐变大，当完全浸入水中时，浮力等于模型的重力W.整个模型的质量为m，体积为V，密度为ρ，根据浮力原理可得：W＝F浮＝ρ水Vg当模型悬浮在水中时，整体的密度等于水的密度，即ρ＝1.0×103kg/m3.在水中漂浮的物体，当它慢慢地被压入水中时，排开的水的体积会不断增大。根据阿基米德原理，物体所受的浮力也会逐渐变大。在水面下5厘米深处，水的压强为500帕斯卡。如果一个物体未注水时它的浮力等于重力，那么它的质量就可以通过浮力计算得出。在图像中，未注水时物体的浮力为0.3牛顿，因此质量为0.03千克。当物体悬浮在水中时，浮力为0.6牛顿。根据公式F浮=ρgV排，可以计算出物体的体积为6×10^5立方米。此时物体的质量为0.06千克，密度为1×10^3千克/立方米。电动车因其环保、快捷、轻便等优点，成为家庭常用的交通工具。在水平公路上匀速行驶时，电动车所受的阻力和牵引力是平衡的。这辆电动车自身重力为600牛顿，行驶了4.8千米用了10分钟，阻力为40牛顿。轮胎上的花纹可以增大摩擦力。根据行驶的路程和时间，可以计算出电动车的速度为8米/秒。由于牵引力和阻力是平衡的，因此牵引力做的功可以通过牵引力和路程计算得出，为1.92×10^5焦耳。如果电动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，那么该车的最大载重量可以通过计算得出，为3400牛顿。9.根据图像，小明骑自行车从家到学校用时6分钟，通过的路程为1800米，速度为5米/秒。前20秒通过的路程为100米。自行车受到的阻力为总重力的0.02倍，小明从家到学校所做的功为2.52×10^4焦耳。小明返回时通过的路程为1800米，用时10分钟，速度为3米/秒。小明返回时的牵引力为20牛顿，阻力也为20牛顿，自行车对地面的压强为1.25×10^5帕斯卡。10.根据表格，该电动观光旅游车的空车质量为1100千克，最多可搭载10人，最大车速为36千米/小时，车身长度为4.0米，满载时轮胎与地接触面积为0.1平方米，平均连续行驶里程不超过75千米。题目15：根据图乙，不考虑钢缆绳重量、钢缆绳和滑轮之间的摩擦以及水的阻力，g取10N/kg，求：(1)长方体A未浮出水面时的浮力。(2)长方体A的体积。(3)长方体A完全浮出水面后，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)由题图乙可知：长方体A所受重力GA=2.4×104N，未浮出水面时F1=1.4×104N。未浮出水面时长方体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，长方体A的体积为VA=F浮/(ρ水g)=1.0×104N/(1.0×103kg/m3×10N/kg)=1m3。(3)长方体A浮出水面后，设承担动滑轮的绳子段数为n，则滑轮组的机械效率η=nF/(GA×100%)。已知F=8×103N，η=75%，代入可得n=4。动滑轮重力为G动=4F−GA=4×8×103N−2.4×104N=8×103N。题目16：如图所示为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。不计拉杆和绳的重力，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。(2)配重块重力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。配重块静止时对平台的压强p=G/S=200N/(0.01m2)=2×104Pa。由于滑轮为定滑轮，所以拉杆移动的距离等于配重块上升的距离，拉力做的功为总功：W总=Fs=250N×0.4m=100J。拉力做功的功率为P=W总/t=100J/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：W额=W总−W有=100J−80J=20J。额外功与总功之比为W额/W总=20J/100J=1/5。18.某建筑工地使用升降机提升大理石，如图11所示。升降机货箱重量为400N，取g=10N/kg。不考虑滑轮和钢丝绳的重量，也不考虑摩擦力。问题如下：(1)已知大理石的密度为2.8×103kg/m3，每块大理石的体积为1.0×102m3，求每块大理石的重量。(2)如果每根钢丝绳最大承受拉力为2000N，则该升降机最多能匀速提升多少块大理石？(3)在一次提升中，升降机在1分钟内将货物匀速提升了15m，钢丝绳的拉力为2000N，则钢丝绳的功率是多少？【答案】(1)根据密度公式ρ=m/V，每块大理石的质量为m=ρV=2.8×103kg/m3×1.0×102m3=28kg。每块大理石的重量为G=mg=28kg×10N/kg=280N。(2)升降机一次最多能提升的总重量为G总=3×F最大=3×2000N=6000N。升降机一次最多能提升的大理石块数为G石=G总-G箱=6000N-400N=5600N。因此，最多能匀速提升5600N/280N=20块大理石。(3)钢丝绳的功率可以通过公式P=Fv计算得到，其中F为钢丝绳的拉力，v为升降机提升货物的速度。在本题