全國初中應(yīng)用物理知識競賽輔導(dǎo)專題--功和機(jī)械能(帶解析)

全國初中應(yīng)用物理知識競賽輔導(dǎo) 專題 功和機(jī)械能（ 解析） 一、選擇題 1 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 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(xiàng) A 錯(cuò)誤B 正確。由于題中沒有給出時(shí)間，不能毆打哪個(gè)做功的功率大，選項(xiàng) C 錯(cuò)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(xiàng) D 錯(cuò)誤。 2 如圖 9 所示，滑板運(yùn)動(dòng)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(dòng)中受到的阻力。則運(yùn)動(dòng)員 ( ) A 起跳上升過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 B 勻速滑行時(shí)，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(dòng)員始終是靜止的 D 由于慣性，人越 過桿后仍將落在滑板上 答案 : D 解析：運(yùn)動(dòng)員起跳上升過程中，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能，選項(xiàng) A 錯(cuò)誤。勻速滑行時(shí)，人的重力與滑板對人的支持力為一對平衡力，選項(xiàng) B 錯(cuò)誤。以滑板為參照物，運(yùn)動(dòng)員做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng) C 錯(cuò)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(xiàng) D 正確。 3 如圖 所示，小強(qiáng)在水平地面上用力推木箱，推力隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示，木箱速度隨時(shí)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 0木箱沒有動(dòng)是因?yàn)槿藢δ?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(dòng) 答案 : B 解析： 0木箱沒有動(dòng)是因?yàn)槿藢δ鞠涞耐屏Φ扔诘孛娼o木箱的摩擦力，選項(xiàng) A 錯(cuò)誤。由圖丙可知，2s3s 內(nèi)木箱勻速運(yùn)動(dòng)，木箱受到的滑動(dòng)摩擦力大小為 4N。 1s2s 內(nèi)木箱加速運(yùn)動(dòng)，木箱受到的滑動(dòng)摩擦力大小為 4N，選項(xiàng) 2s3N，木箱移動(dòng)距離為 2m，做功為 W=N 2m=8J，選項(xiàng) C 錯(cuò)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(dòng)，選項(xiàng) D 錯(cuò)誤。 4 如圖所示，在河中間固定一個(gè)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(jì)，大氣壓強(qiáng)為 105 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 0 1 10 4 103 10 5J=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=5=105 1 10 4 5J=50J，外力對活塞做功 W= 00J，選項(xiàng) B 正確。 5 飛機(jī)、輪船運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的阻力并不固定，當(dāng)速度很大時(shí)，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(dòng)機(jī)的輸出功率要增大到原來的 ( ) A 2 倍 B 4 倍 C 6 倍 D 8 倍 答案 : D 解析：由 f=P=F=f 可得 P=當(dāng)速度增大到 2 倍，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率 P 要增大到原來的 23=8 倍，選項(xiàng) D 正確。 6 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(shí)阻力是總重的 ，則此電瓶車水平勻速行駛 100m 所用的時(shí)間約為 ( ) A 83s B 833s C 104s D 以上都不對 答案 : C 解析：由 勻速行駛的速度 v=f=24V 10A 80%/(2000N)=s，水平勻速行駛 100m 所用的時(shí)間約為 t=s/v=104s，選項(xiàng) 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(dòng)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(dòng)，沒有做功，選項(xiàng) D 沒有對物體做功。 8 一個(gè)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(dòng)相同的距離 S(如圖所示 )，該力在這三個(gè)過程中所做的功分別為 于它們之間的大小關(guān)系說法正確的是 ( ) A B 3 C 2=D 2 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=力在這三個(gè)過程中在力的方向上通過的距離相等，所以做功相等，選項(xiàng) C 正確。 二、簡答題 9 警用弓弩因其發(fā)射時(shí)無光、聲音小等特點(diǎn)，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 ? 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(dòng)，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(dòng)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。滑輪組，放箭時(shí)省力。滑輪組，放箭時(shí)省距離。 三、計(jì)算題 10 小胖同學(xué)在暑假期間參加了農(nóng)村電網(wǎng)改造的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，其中電工所挖的埋水泥電線桿的坑引起了小胖的興趣。坑的形狀如圖 5 所示，從地面上看，坑基本上是一個(gè)長方形，其寬度僅比電線桿的粗端直徑稍大一點(diǎn)，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(diǎn)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(jì)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 面處坑口長 底長 泥電線桿的質(zhì)量為 600 端直徑 重心距粗端 (取 g =10N/ (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 ? 答案 : 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(dòng)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(shí)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(huì)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 在圖答 1 中，電線桿粗端伸入坑口的距離為 2.3 m 0.3 m =而： 0.0 m 2.0 m = .0 m 2.0 m =線桿重： G=00 10 N =6000N 根據(jù)杠桿平衡條件，有： 得： = 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 在圖答 2 中： 據(jù)杠桿平衡條件，有： 得： N 。 (3)在圖答 1 中，電線桿重心升高： .0 m 2.0 m =們對電線桿做功： 000 =12000J 在圖答 2 中，電線桿重心升高： 們對電線桿做功： 000 =24000J 。 11 曉欣同學(xué)看到一些小汽車的尾部都標(biāo)有“ “ “ “ 字樣，他上網(wǎng)查詢得知這是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)“排氣量”的數(shù)值。所謂排氣量就是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的工作容積，是指所有氣缸內(nèi)活塞從下止點(diǎn)到達(dá)上止點(diǎn)所掃過的容積之和。一般情況下發(fā)動(dòng)機(jī)的“排氣量”越大，功率越大。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)每一個(gè)工作循環(huán)要 經(jīng)歷四個(gè)沖程，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng) 2 周。現(xiàn)有一輛小轎車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量為 大功率為74該發(fā)動(dòng)機(jī)以最大功率工作時(shí)，曲軸的轉(zhuǎn)速為 5200r/油機(jī)工作時(shí)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(dòng)機(jī)在最大功率時(shí)汽油和空氣的混合密度為 油的熱值為 107J/度為 103kg/計(jì)算： (1) (2)車的最高時(shí)速為 175km/h，計(jì)算在此 情況下汽車每百公里油耗為多少升。 答案 : 【解析】 (1)這臺發(fā)動(dòng)機(jī)在最大功率時(shí) 1發(fā)動(dòng)機(jī)做的有用功 W 有 =74 103W 60s=106J.。 在 1轉(zhuǎn)動(dòng) 5200r，吸入汽油和空氣的混合氣 2600 次。 1發(fā)動(dòng)機(jī)消耗汽油的質(zhì)量為： m= V =10 3 2600 = 1汽油完全燃燒放出的熱量 W 總 =107J/ 107J。 這臺發(fā)動(dòng)機(jī)在最大功率時(shí)的熱機(jī)效率 =W 有 /W 總 100%=21% (2)汽車以最高時(shí)速 175km/h 前進(jìn) 100用時(shí)間： t=s/v=10075km/h = 汽車每行使 100耗油質(zhì)量為： m = kg/ 汽車每行使 100耗油體積為 V = m / = 【點(diǎn)評】此題以汽車發(fā)動(dòng)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(jì)算和綜合運(yùn)用知識的能力。 12 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 =1026w，太陽到地球的距離 r=1011m，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(shí)，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 750望達(dá)到的最高時(shí)速為 72 h，車輛行駛過程中的平均阻力約為車重的 ，車身最多能敷設(shè)的太陽能電池板的面積約為 8動(dòng)電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?90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=4 (1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，通過計(jì)算對小明的設(shè)想進(jìn)行分析與評價(jià)。 (2)你對他的設(shè)想有什么改進(jìn)建議 ? 答案 : 【解析】 (1) P 機(jī) =Fv=750 10 20W=3 103W。 需要的電功率： P 電 = = W=103W。 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/76W/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% 676 8W=811W103W。 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(shí)的數(shù)據(jù)。實(shí)際上汽車上的電池板很難做到始終與太陽光垂直，其實(shí)際提供的電功率會(huì)小于 P 電池 ，不能滿足驅(qū)動(dòng)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(shí)的阻力、減小機(jī)械損耗、降低車輛設(shè)計(jì)最高時(shí)速、提高電機(jī)效率、兼容其他能源動(dòng)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(shí)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(diǎn)評】此題考查 功率、效率等知識點(diǎn)。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(diǎn)即可。 13 圖 7 是常見的一種電動(dòng)自行車，使用前要先對車上的蓄電池充電。騎行時(shí)，蓄電池對車上的電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為車提供動(dòng)力。下表是這種品牌電動(dòng)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 50電池 36V 10酸蓄電池 充電時(shí)間 8h 一次充電耗電量 h 電動(dòng)機(jī)效率 80 整車質(zhì)量 40大騎行噪聲 62回答 ： (1)技術(shù)參數(shù)表中“ 36V 10示的物理意義是什么？ (2)若質(zhì)量是 70人騎電動(dòng)自行車在水平路面上以 6m/s 的速度勻速行駛時(shí)，受到的阻力是人與車總重的 ，取 g 10N ：行駛 20動(dòng)機(jī)對自行車做的功和通過電動(dòng)機(jī)線圈的電流。 (3)若摩托車每行駛 100油 價(jià)約 /L，照明用電的電費(fèi)約 /kWh，請通過計(jì)算說明使用電動(dòng)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(dòng)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(xiàng)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(gè)人騎電動(dòng)自行車“消耗106J)的能量可行駛 30輛載有 4 人的普通轎車，消耗 320能量可行駛 電動(dòng)自行車與這輛轎車的客運(yùn)效率之比是多少？ 答案 : 解析： (1)當(dāng)供電電壓是 36V，通過的電流是 10A 時(shí)，可供電 l h 。 (2)因電動(dòng)自行車勻速行駛，故發(fā)動(dòng)機(jī)提供的牽引力與阻力相等： F f (m2)g (040 22N.。 20自行車通過的路程為 S 6m s 20 60s 7200m。 電動(dòng)機(jī)對自行車做的功 W 有 22N 7200m 105J。 電流所做的總功為 W 總 J 105J。 通過線圈的電流 I 。 (3)電動(dòng)自行車每行駛 100電的費(fèi)用 2 h h 。 摩托車每行駛 100油的費(fèi)用 /L 。 比較可知，每行駛 100路程，電動(dòng)自行車比摩托車的費(fèi)用低很多。所以使用電動(dòng)自行車更經(jīng)濟(jì)。 (4)摩托車工作時(shí)要排出廢氣并產(chǎn)生噪聲，對環(huán)境污染較大。電動(dòng)自行車工作時(shí)雖然不排尾氣且無噪聲，但目前市場上銷售的電動(dòng)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(huì)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(dòng)自行車和汽車的客運(yùn)效率分別用 1、 2表示，則 24 : l 。 【點(diǎn)評】電動(dòng)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(diǎn)。 14 會(huì)飛汽車不是夢！ 美國一家公司研制出了“會(huì)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(gè)可折疊的翅膀。在陸地行駛時(shí)，翅膀折疊，在空中飛行時(shí)，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 600動(dòng)機(jī)功率 75中最大飛行 速度 200 km/h 最大飛行距離 800 面最大行駛速度 150 km/h 輪胎與地面接觸面積 41)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?yàn)槠嚲哂?的緣故。 (2)該汽車停在水平地面上時(shí)，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(dòng)機(jī)做功多少？ 答案 : 解析： (1)慣性 (2)解： F=G=00 千克 10 牛 /千克 =6 103牛 。 p=F/S=6 103牛 (4 2 )=5 104帕 。 (3)t=s/v=800 千米 200 千米 /小時(shí) =4 小時(shí)， W=5 103瓦 4 3600 秒 =109 焦耳。 15 步行不僅是一種簡易的健身運(yùn)動(dòng)，而且還能方便地 對一些長度進(jìn)行估測。 (1)人正常步行時(shí)，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 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(gè)過程用時(shí) 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(shí)重心的變化進(jìn)行了分析，當(dāng)兩腳一前一后著地時(shí)重心降低，而單腳著地邁步時(shí)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 50根據(jù)圖 6 中小華測量的有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算他每走一步克服重力所做的功。 (g 取 10N/ (4)資料表明，人步行時(shí)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(shí)還在哪些方面消耗能量？ (寫出一條 ) 答案 : 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： x 84 42n 由 x=得他的步行速度為： v s。 (3)單腳著地邁步時(shí)重心升高 h=65 每走一步克服重力做功 W=Gh=010N/25J。 (4)四肢的運(yùn)動(dòng)要消耗能量；身體肌