最近十年初中應(yīng)用物理知識競賽題分類解析專題十一、功和機(jī)械能.doc

登陸21世紀(jì)教育 助您教考全無憂本人聲明：本資源屬本人原創(chuàng)作品，授予21世紀(jì)教育網(wǎng)獨家發(fā)行。初中應(yīng)用物理知識競賽題分類解析專題十一功和機(jī)械能一、選擇題1. （2013全國初中應(yīng)用物理知識競賽預(yù)賽題）如圖8甲所示，王大叔正吃力地把一重物送往高臺，放學(xué)回家的小鵬看見后急忙前去幫忙。他找來一塊木板，搭成圖乙所示的斜面，結(jié)果非常輕松地把重物推到了高臺上。關(guān)于這兩種方法，下列說法中正確的是 ( )A.王大叔克服重力做功較多B.兩人做同樣多的有用功 C.小鵬做功的功率要大些D.甲、乙兩種情況下的機(jī)械效率一樣 1. 答案：B解析：這兩種方法，都把重物推到了高臺上，兩人做同樣多的有用功，克服重力做功相同，選項A錯誤B正確。由于題中沒有給出時間，不能毆打哪個做功的功率大，選項C錯誤。由于乙中情況需要克服摩擦做功，乙種情況下的機(jī)械效率小，選項D錯誤。2. （2013全國初中應(yīng)用物理知識競賽預(yù)賽題）如圖9所示，滑板運(yùn)動員沿水平地面向前勻速滑行，在橫桿前相對滑板豎直向上起跳，人與滑板分離后分別從桿的上、下方通過，忽略人和滑板在運(yùn)動中受到的阻力。則運(yùn)動員 ( ) A.起跳上升過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 B.勻速滑行時，人的重力與地面對滑板的支持力為一對平衡力C.以滑板為參照物，運(yùn)動員始終是靜止的 D.由于慣性，人越過桿后仍將落在滑板上 2. 答案：D解析：運(yùn)動員起跳上升過程中，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，選項A錯誤。勻速滑行時，人的重力與滑板對人的支持力為一對平衡力，選項B錯誤。以滑板為參照物，運(yùn)動員做豎直上拋運(yùn)動，選項C錯誤。由于慣性，人和滑板水平方向速度相等，人越過桿后仍將落在滑板上，選項D正確。3. （2013全國初中應(yīng)用物理知識競賽預(yù)賽題）如圖l3甲所示，小強(qiáng)在水平地面上用力推木箱，推力隨時間變化的圖像如圖乙所示，木箱速度隨時問變化的圖像如圖丙所示，以下對于這一過程的分析中正確的是( ) A.0ls內(nèi)木箱沒有動是因為人對木箱的推力小于地面給木箱的摩擦力 B.1s2s內(nèi)木箱受到的摩擦力大小為4N C.2s3s內(nèi)人對木箱的推力做功為6J D.如果3s后人停止用力，木箱將做勻速直線運(yùn)動3.答案：B解析：0ls內(nèi)木箱沒有動是因為人對木箱的推力等于地面給木箱的摩擦力，選項A錯誤。由圖丙可知，2s3s內(nèi)木箱勻速運(yùn)動，木箱受到的滑動摩擦力大小為4N。1s2s內(nèi)木箱加速運(yùn)動，木箱受到的滑動摩擦力大小為4N，選項B正確。2s3s內(nèi)人對木箱的推力為4N，木箱移動距離為2m，做功為W=Fx=4N2m=8J，選項C錯誤。如果3s后人停止用力，木箱將在摩擦力作用下做減速直線運(yùn)動，選項D錯誤。4.(2007上海初中物理知識競賽題)如圖所示，在河中間固定一個細(xì)長圓管，管內(nèi)有一輕質(zhì)活塞，活塞下端位于水面，面積為1厘米2，質(zhì)量不計，大氣壓強(qiáng)為10105帕。現(xiàn)將活塞緩慢提高15米，則在該過程中外力對活塞做功為(A)50焦 (B)100焦 (C)150焦 (D)200焦.答案：B解析：在提高前10米過程中克服大氣壓做功等于提起的10米水柱的重力勢能W1=10110-4103105J=50J，提高后5米的過程中需克服大氣壓做功，外力對活塞做功W2=p0s5=1.0105110-45J=50J，外力對活塞做功W= W1+ W2=100J，選項B正確。5（2007青島競賽題）飛機(jī)、輪船運(yùn)動時，受到的阻力并不固定，當(dāng)速度很大時，阻力和速度的平方成正比，如果要把飛機(jī)、輪船的速度增大到2倍，發(fā)動機(jī)的輸出功率要增大到原來的（ ）A2倍 B4倍C6倍 D8倍.答案：D解析：由f=kv2，P=Fv，F(xiàn)=f可得P=kv3.。當(dāng)速度增大到2倍，發(fā)動機(jī)的輸出功率P要增大到原來的23=8倍，選項D正確。6（2007青島競賽題）一輛娛樂電瓶車，工作電壓為24V，工作電流為10A，效率為80%。電瓶車及人總重為2000N，行駛時阻力是總重的0.1倍，則此電瓶車水平勻速行駛100m所用的時間約為（ ）A83s B833s C104s D以上都不對.答案：C解析：由UI=fv得勻速行駛的速度v=UI/f=24V10A80%/(0.12000N)=0.96m/s，水平勻速行駛100m所用的時間約為t=s/v=104s，選項C正確。7下列幾種現(xiàn)象中，沒有對物體做功的是.答案：D解析：物體在繩子拉力作用下升高，拉力做功；靜止的小車在拉力作用下運(yùn)動起來，拉力做功；汽車在剎車阻力作用下速度降低，阻力做功；人用力搬石頭，石頭不動，沒有做功，選項D沒有對物體做功。8一個人先后用同樣大小的力F將不同質(zhì)量的物體分別在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上沿力的方向移動相同的距離S（如圖所示），該力在這三個過程中所做的功分別為W1、W2、W3，關(guān)于它們之間的大小關(guān)系說法正確的是（）AW1W2W3 BW1W2=W3 CW1=W2=W3 DW1=W2W3答案：C解析：由功的定義，功的大小等于力與在力的方向上通過的距離的乘積，即W=Fs該力在這三個過程中在力的方向上通過的距離相等，所以做功相等，選項C正確。二綜合應(yīng)用題1. (2011全國初中應(yīng)用物理知識競賽題)警用弓弩因其發(fā)射時無光、聲音小等特點，被廣泛應(yīng)用于反恐，如圖7甲所示。圖7乙和丙為兩種配有不同瞄準(zhǔn)裝置的弩，它們可用來發(fā)射箭和鋼珠，并配有手柄、肩托等輔助設(shè)備弩弦的拴繞使用了滑輪可有效地減小體積。請觀察它的結(jié)構(gòu)，并分析它的使用過程，其中用到了哪些物理知識?1.答案：手柄上有花紋，表面粗糙增大摩擦。箭身細(xì)長，減小空氣阻力。弓箭或鋼珠離開弩弦后能繼續(xù)運(yùn)動，物體具有慣性。箭頭尖銳，減小受力面積，增大壓強(qiáng)。利用弩的彈力發(fā)射弓箭，將彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能。肩托，增大受力面積，減小壓強(qiáng)。瞄具，光的直線傳播。光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡，光的折射?；喗M，放箭時省力。滑輪組，放箭時省距離。2.(2009全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽題)小胖同學(xué)在暑假期間參加了農(nóng)村電網(wǎng)改造的社會實踐活動，其中電工所挖的埋水泥電線桿的坑引起了小胖的興趣?？拥男螤钊鐖D5所示，從地面上看，坑基本上是一個長方形，其寬度僅比電線桿的粗端直徑稍大一點，坑中沿長方形的長邊方向有一從地面直達(dá)坑底的斜坡。請你回答：（1）為什么要挖成圖5所示的深坑，而不挖成圖6甲所示的僅比電線桿略粗一點的圓筒狀深坑，或者如圖6乙、丙所示的那種大口徑的方形或圓形的深坑?這樣做有什么好處?（2）通過計算對比分析：如果將這種水泥電線桿分別埋入圖5、圖6甲所示的坑中。則把水泥電線桿放到坑口適當(dāng)位置后，在豎起水泥電線桿的過程中，抬起水泥電線桿的細(xì)端至少分別需要多大的力?已知這種坑深2.0m，寬0.3m，地面處坑口長2.3m，坑底長03m。水泥電線桿的質(zhì)量為600kg，長10.0m，粗端直徑0.25m，其重心距粗端4.0m。(取g =10N/kg) （3）在上述兩種情況下，豎起水泥電線桿的過程中，人們對水泥電線桿至少分別要做多少功?2解析：（1）挖成圖5所示的深坑好處如下：少挖土方：挖成圖5所示的深坑要比挖成圖6乙、丙所示的深坑少挖土方，這樣可以少做功，避免人力浪費(fèi)，提高勞動效率。便于施工：施工人員更易于從圖5所示的坑里向外取土。省力省功：用圖5所示的深坑埋水泥電線桿，與用圖6甲所示的深坑埋水泥電線桿相比，不必將電線桿沿豎直方向直立在地面上，重心上升高度小，施工時即省力又省功。施工安全：用圖5所示的深坑埋水泥電線桿，施工人員只需從有斜坡的方向扶住水泥電線桿就行了，水泥電線桿不會向其它方向傾倒，施工比較安全。說明：每答對一種理由給1分，本小問最多得2分。答案合理即給分。（2）若將這種電線桿埋入圖5所示的坑中，電線桿就位后的情況如圖答1所示。設(shè)豎起電線桿的過程中，在細(xì)端所用拉力為F1。 在圖答1中，電線桿粗端伸入坑口的距離為2.3 m -0.3 m =2.0m 進(jìn)而：O1A1=10.0 m -2.0 m =8.0m O1B1=4.0 m -2.0 m =2.0m 電線桿重：G=mg=60010 N =6000N 根據(jù)杠桿平衡條件，有：F1O1A1=GO1B1 解得：F1=A2F2B2O2G圖答2A1F1B1O1G圖答1=N=1500N 若將這種電線桿埋入圖6甲所示的坑中。電線桿就位后的情況如圖答2所示。設(shè)豎起電線桿的過程中，在細(xì)端所用拉力為F2。 在圖答2中：O2A2=10.0m O2B2=4.0m 根據(jù)杠桿平衡條件，有：F2O2A2=GO2B2 解得：N 。（3）在圖答1中，電線桿重心升高：h1=4.0 m -2.0 m =2.0m 人們對電線桿做功：W1=Gh1=60002.0 J =12000J 在圖答2中，電線桿重心升高：h2=4.0m 人們對電線桿做功：W2=Gh2=60004.0 J =24000J 。3. (2008年全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽題）曉欣同學(xué)看到一些小汽車的尾部都標(biāo)有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字樣，他上網(wǎng)查詢得知這是汽車發(fā)動機(jī)“排氣量”的數(shù)值。所謂排氣量就是發(fā)動機(jī)氣缸的工作容積，是指所有氣缸內(nèi)活塞從下止點到達(dá)上止點所掃過的容積之和。一般情況下發(fā)動機(jī)的“排氣量”越大，功率越大。汽車發(fā)動機(jī)每一個工作循環(huán)要經(jīng)歷四個沖程，帶動曲軸轉(zhuǎn)動2周?，F(xiàn)有一輛小轎車發(fā)動機(jī)排氣量為1.8L，最大功率為74kW，當(dāng)該發(fā)動機(jī)以最大功率工作時，曲軸的轉(zhuǎn)速為5200r/min。汽油機(jī)工作時的最佳空燃比（即空氣和燃油的質(zhì)量比）為14:1，壓縮比是10（即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值），若發(fā)動機(jī)在最大功率時汽油和空氣的混合密度為1.35kg/m3,汽油的熱值為4.6107J/kg、密度為0.71103kg/m3。請計算：（1）.這臺發(fā)動機(jī)在最大功率時的熱機(jī)效率。（2）.發(fā)動機(jī)在最大功率時，汽車的最高時速為175km/h，計算在此情況下汽車每百公里油耗為多少升。【解析】（1）這臺發(fā)動機(jī)在最大功率時1min內(nèi)發(fā)動機(jī)做的有用功 W有=74103W60s=4.44106J.。在1min內(nèi)轉(zhuǎn)動5200r，吸入汽油和空氣的混合氣2600次。 1min內(nèi)發(fā)動機(jī)消耗汽油的質(zhì)量為：m= V =1.35kg/m31.810-3 m32600 =0.47 kg。 1min內(nèi)汽油完全燃燒放出的熱量W總=0.47kg4.6107J/ kg=2.16107J。這臺發(fā)動機(jī)在最大功率時的熱機(jī)效率=W有/W總100%=21%（2）汽車以最高時速175km/h前進(jìn)100km所用時間：t=s/v=100km/175km/h =34.3min。 汽車每行使100km的耗油質(zhì)量為：m= 0.47 kg/min34.3min=16.1kg 。 汽車每行使100km的耗油體積為 V= m/=16.1kg/0.71kg/L=22.7L ?！军c評】此題以汽車發(fā)動機(jī)“排氣量”切入，意在考查功和功率、熱機(jī)、機(jī)械效率及其相關(guān)計算和綜合運(yùn)用知識的能力。4.（2011全國初中物理應(yīng)用物理知識競賽試題，第六題，15分)隨著新能源、低碳等理念的普及，小明設(shè)想出了一種完全以太陽能電池為能源的汽車，以下是他查到的一些數(shù)據(jù)：太陽輻射的總功率P總=3.91026w，太陽到地球的距離r=1.51011m，陽光穿過太空和地球周圍的大氣層到達(dá)地面的過程中的能量損耗約為51；太陽光垂直照射時，太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率最高約為15；假設(shè)一輛太陽能電池車的質(zhì)量約為750kg，期望達(dá)到的最高時速為72 kmh，車輛行駛過程中的平均阻力約為車重的0.02倍，車身最多能敷設(shè)的太陽能電池板的面積約為8m2，驅(qū)動電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?0轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率。(已知半徑為r的球的表面積為S=4r2) （1）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，通過計算對小明的設(shè)想進(jìn)行分析與評價。（2）你對他的設(shè)想有什么改進(jìn)建議?【解析】（1）.驅(qū)動電機(jī)需要達(dá)到的最大機(jī)械輸出功率：P機(jī)=Fv=kmgv=0.027501020W=3103W。需要的電功率：P電=W=3.33103W。垂直于太陽光的太陽能電池板得到的太陽輻射最大功率：P日=W/m2=676W/m2.車上的太陽能電池板所能提供的最大電功率：P電池=3P日S=15%6768W=811W3.33103W。 以上所算數(shù)據(jù)為晴朗無云、太陽能電池板始終垂直于陽光時的數(shù)據(jù)。實際上汽車上的電池板很難做到始終與太陽光垂直，其實際提供的電功率會小于P電池，不能滿足驅(qū)動電機(jī)的需求。 （2）. 改進(jìn)建議：減輕車體自身重、降低車輛行駛時的阻力、減小機(jī)械損耗、降低車輛設(shè)計最高時速、提高電機(jī)效率、兼容其他能源動力、使用蓄電池供電、在車頂安裝折疊式太陽能電池板、停車時將太陽能電池轉(zhuǎn)化的電能存入蓄電池、研發(fā)高效率太陽能電池板。【點評】此題考查功率、效率等知識點。此題第1小題，具有多種解法，只要正確即可；第2小題，具有開放性，答出任意兩點即可。5. (2007年全國初中應(yīng)用物理知識競賽題）圖7是常見的一種電動自行車，使用前要先對車上的蓄電池充電。騎行時，蓄電池對車上的電動機(jī)供電，電動機(jī)為車提供動力。下表是這種品牌電動自行車的一些主要技術(shù)參數(shù)。最高車速30kn/h一次充電連續(xù)行駛里程50km蓄電池36V10Ah鉛酸蓄電池充電時間8h一次充電耗電量0.6kWh電動機(jī)效率80整車質(zhì)量40kg最大騎行噪聲62dB 圖7請回答： (1)技術(shù)參數(shù)表中“36V10Ah”表示的物理意義是什么？ (2)若質(zhì)量是70kg的人騎電動自行車在水平路面上以6m/s的速度勻速行駛時，受到的阻力是人與車總重的0.02倍，取g10Nkg。求：行駛20min，電動機(jī)對自行車做的功和通過電動機(jī)線圈的電流。 (3)若摩托車每行駛100km耗油2.5L，油價約5.1元/L，照明用電的電費(fèi)約0.5元/kWh，請通過計算說明使用電動自行車與摩托車哪種更經(jīng)濟(jì)。(4)請從環(huán)保角度，比較電動自行車與摩托車對環(huán)境的污染情況。(5)在交通運(yùn)輸中，常用“客運(yùn)效率”來反映交通工具的某項效能，“客運(yùn)效率”表示每消耗單位能量對應(yīng)的載客數(shù)和運(yùn)送路程的乘積，即客運(yùn)效率人數(shù)路程消耗能量。一個人騎電動自行車“消耗1MJ（106J）的能量可行駛30km，一輛載有4人的普通轎車，消耗320MJ的能量可行駛l00 km，則電動自行車與這輛轎車的客運(yùn)效率之比是多少？解析：(1)當(dāng)供電電壓是36V，通過的電流是10A時，可供電l h 。(2)因電動自行車勻速行駛，故發(fā)動機(jī)提供的牽引力與阻力相等：Ff0.02(m1m2)g0.02(0kg40kg)l0 Nkg22N.。20min內(nèi)自行車通過的路程為 Svt6ms2060s7200m。 電動機(jī)對自行車做的功W有Fs22N7200ml.584105J。 電流所做的總功為W總Jl.98105J。 通過線圈的電流I4.58 A。(3)電動自行車每行駛 100km耗電的費(fèi)用 20.6kWh0.5元kWh0.6元。 摩托車每行駛100km耗油的費(fèi)用 2.5L5.1元/L12.75元 。 比較可知，每行駛100km的路程，電動自行車比摩托車的費(fèi)用低很多。所以使用電動自行車更經(jīng)濟(jì)。(4)摩托車工作時要排出廢氣并產(chǎn)生噪聲，對環(huán)境污染較大。電動自行車工作時雖然不排尾氣且無噪聲，但目前市場上銷售的電動自行車使用的大多是鉛酸蓄電池，使用一年左右就需更換。這種電池腐蝕后溢出的含鉛和酸性物質(zhì)對土壤和人體健康危害很大。鉛是一種具有神經(jīng)毒性的重金屬，會對人的大腦造成損傷，導(dǎo)致中樞神經(jīng)功能低下，神經(jīng)及行為功能異常。(5)電動自行車和汽車的客運(yùn)效率分別用1、2表示，則24 : l 。【點評】電動自行車是一種綠色環(huán)保的代步工具，具有能效高、污染小的優(yōu)點。6.會飛汽車不是夢！圖5 美國一家公司研制出了“會飛的汽車”（如圖5），這款車的車身和一般汽車相似，但車門多了兩個可折疊的翅膀。在陸地行駛時，翅膀折疊，在空中飛行時，翅膀張開。從汽車到“飛機(jī)”的變形在30秒內(nèi)完成，駕駛員在車內(nèi)即可完成操作。該車已獲準(zhǔn)可在美國的空中飛行和公路行駛，是允許上路的第一輛飛行和地面行駛混合車。以下是該車的一些信息：汽車質(zhì)量600kg發(fā)動機(jī)功率75kw空中最大飛行速度200 km/h最大飛行距離800 km地面最大行駛速度150 km/h輪胎與地面接觸面積40.03m2來源:Zxxk.Com（1）該汽車可以在具備長約760米跑道的任何普通機(jī)場起飛或降落，汽車降落后，需要在跑道上滑行一段距離才能停下，這是因為汽車具有 的緣故。（2）該汽車停在水平地面上時，對地面的壓強(qiáng)是多少？（3）該汽車以最大飛行速度飛行了800千米，則汽車發(fā)動機(jī)做功多少？解析：（1）慣性 （2）解：F=G=mg=600千克10牛/千克=6103牛 。 p=F/S=6103牛（40.03米2 ）=5104帕 。 （3）t=s/v=800千米200千米/小時=4小時， W=Pt=75103瓦43600秒=1.08109焦耳。 圖67步行不僅是一種簡易的健身運(yùn)動，而且還能方便地對一些長度進(jìn)行估測。（1）人正常步行時，步距變化不大，因此，步距可作為身體上的一把“尺子”。為了使這把“尺子”更可靠，請你說出一種測量步距的方法。（2）小華測出自己的步距為0.5m，他從教學(xué)樓的一端走到另一端，共走了84 步，則教學(xué)樓的長度是多少米？如果這個過程用時35s，則他的步行速度是多少？（3）小華根據(jù)自己的腿長和步距畫出了圖6所示的步行示意圖，對步行時重心的變化進(jìn)行了分析，當(dāng)兩腳一前一后著地時重心降低，而單腳著地邁步時重心升高，因此每走一步都要克服重力做功。如果小華的質(zhì)量為50kg，請根據(jù)圖6中小華測量的有關(guān)數(shù)據(jù)，計算他每走一步克服重力所做的功。（g取10N/kg ) （4）資料表明，人步行時消耗的能量大于克服重力所做的功。請你分析一下，人步行時還在哪些方面消耗能量？（寫出一條）解析：（1）用刻度尺測出沿直線步行10步的距離，除以10即得步距。（2）教學(xué)樓的長度為：x0.5m8442n由x=vt可得他的步行速度為：v1.2m/s。（3）單腳著地邁步時重心升高h(yuǎn)=65cmcm=5cm0.05m 每走一步克服重力做功W=Gh=mgh=50kg10N/kg0.05m.=25J。（4）四肢的運(yùn)動要消耗能量；身體肌肉的收縮和拉伸要消耗能量；心臟推動血液循環(huán)要消耗能量；人體向外散熱要消耗能量。【名師點評】此題以步行健身切入，意在考查機(jī)械運(yùn)動