初中物理功的计算公式的应用试题

2018年5月8日，全球首条智能轨道快运系统在湖南株洲试开通。该智能轨道快运列车使用新能源的快充钛酸锂电池，电池容量为 $170\mathit{kW}·h$，满载时电耗为 $4\mathit{kW}·h/\mathit{km}$，最高运行速度为 $70\mathit{km}/h$。该电池充满电储存的能量与质量是　　 $\mathit{kg}$的汽油完全燃烧放出的热量相同；若列车满载匀速行驶电动机驱动列车的效率为 $75\%$，则列车匀速行驶过程中受到的平均阻力大小是　　 $N$．（汽油的热值是 $4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

如图所示，沿斜面把质量为 $12\mathit{kg}$的一个物体匀速拉到最高处，沿斜面向上的拉力是 $F=100N$，斜面长 $2m$、高 $1m$，则其机械效率是　　 $\%$，物体所受摩擦力是　　 $N$．（取 $g=10N/\mathit{kg})$

随着人们生活水平的提高，小汽车已普遍进入我们的家庭。小明家的小汽车空载总重 $2\times {10}^{4}N$，车轮与地面接触总面积 $0.2m^2$．“五一”节小明和爸爸驾车出去旅游，汽车在一段平直且限速 $120\mathit{km}/h$的高速公路上匀速行驶 $15\mathit{km}$，消耗汽油 $2L$，发动机实际输出功率为 $50.4\mathit{kW}$，汽油机效率为 $35\%$（假如汽油完全燃烧 ${\rho }_{\mathit{汽油}}=0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$； $q_{\mathit{汽油}}=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$； $1L={10}^{-3}{m}^3)$。请你帮小明解决下列问题：

（1）汽车空载静止时对水平地面的压强有多大？

（2） $2L$汽油完全燃烧能放出多少热量？

（3）汽车在这段路面行驶过程中，受到的阻力是多大？小明的爸爸是否在超速驾驶？

武都引水工程被誉为“第二个都江堰”，具有防洪、灌溉、生态环保、国土资源保护、工业生活供水、旅游以及发电等综合利用功能的大型骨干水利工程。作为武引一期工程的骨干屯水库 $--$沉抗水库位于绵阳市的游仙区沉抗镇境内，距离绵阳市区15公里，现已成为绵阳的著名旅游景点“仙海风景区”。作为二期工程内容的武都水库位于我市江油武都镇的涪江干流上。总库容5.72亿立方米，碾压混凝土大坝高120米，设计控灌面积228万亩。武都电站是依托武都水库兴建的坝后式电站，装有三台机组，总装机容量15万千瓦 $\left(g=10N/\mathit{kg},{\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$。

①若电站实际年平均发电量为6.1亿 $\mathit{kW}\cdot h$，电力系统吸收的有效电量为5.745亿 $\mathit{kW}\cdot h$，其中电厂用电 $0.5\%$，出厂后专用输变电损失 $1\%$，按平均上网电价0.28元 $/\mathit{kW}\cdot h$计算，电站年收益多少亿元？（保留三位数）

②若电站水面落差（水面与发电机之间的高度差）为 $80m$，按装机容量满负荷发电，发电机机械能转化为电能的效率为 $75\%$，水的流量 $Q$为多少？（流量 $Q:$单位时间内流过截面积的体积）

③仙海中学兴趣小组在仙海湖面上做实验，用一机动船拖拉一无动力的木船以 $1.5m/s$匀速前进，机动船的质量为 $2\times {10}^3\mathit{kg}$，内燃机功率为 $170\mathit{kW}$，木船下部都可以视为长方体，底面面积为 $12m^2$，吃水深度 $0.4m$，两船受到的阻力都是船重的0.5倍，机动船的内燃机效率是多少？

据统计，全国发生的车祸中有超过半数以上是超速、超载引起的。我市加大了道路交通安全监控管理力度，将“区间测速”座位判断是否超速的依据之一。所谓的“区间测速”，就是测算出汽车在某一区间行驶的平均速度，如果超过了该路段的最高限速即被判为超速。若监测点 $A$、 $B$相距 $18\mathit{km}$，全程限速 $40\mathit{km}/h$，由“电子眼”抓拍到装有沙子的某型号货车通过监测点 $A$、 $B$的速度分别为 $30\mathit{km}/h$和 $456\mathit{km}/h$，通过 $A$、 $B$两个监测点的时间为 $20\mathit{min}$。问：

（1）按“区间测速”标准判断该货车在 $\mathit{AB}$段行驶是否超速？

（2）按照规定，载货车车轮对地面的压强超过 $7\times {10}^5\mathit{Pa}$即被判为超载。该型号货车部分参数如表所示。其中表中参数计算，该货车在不超载的情况下，在水平路面上运动时最多能装沙子的体积为多少？ $({\rho }_{沙}=2.0\times {10}^3\mathit{km}/m^3$，取 $g=10N/\mathit{kg})$

（3）该货车在某路段平直公路上运动 $60s$的速度 $-$时间图像如图所示，这段时间内发动机完全燃烧柴油 $0.2\mathit{kg}$，已知发动机的效率 $\eta =40\%$，柴油的热值 $q=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，则货车在这段时间内运动受到的阻力为多大？

货车自重	$5\times {10}^{4}N$
轮胎触地总面积	$0.3m^2$
车厢容积	$10m^3$

一台功率为 $2\mathit{kW}$的电动机， $1\mathit{min}$做的功为　　 $J$；这些功可以将重力为 $2\times {10}^{4}N$的物体匀速竖直提升　　 $m$。

如图所示，物体和动滑轮的总重力为 $200N$，当物体匀速上升的高度为 $2m$时，绳子移动的距离为　　 $m$，若滑轮组的机械效率为 $80\%$，则动滑轮重　　 $N$．（绳子的重力、绳子与滑轮各处的摩擦均忽略不计）

用一个动滑轮在 $5s$内将一重为 $300N$的物体匀速向上提升 $3m$，动滑轮的机械效率是 $75\%$，则拉力大小为　     　 $N$，若忽略绳重与摩擦，动滑轮的重力为　　 $N$。

一辆质量为 $1.5\times {10}^3\mathit{kg}$的汽车陷入一泥泞路段，司机师傅利用滑轮组和周围条件，组装成了如图所示的拖车装置。已知汽车通过泥泞路段需移动 $8m$距离，汽车在泥泞路段受到的阻力为车重的0.1倍，滑轮组的机械效率为 $80\%$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

在将车匀速拖离泥泞路段过程中，求：

（1）做的有用功；

（2）作用在绳子自由端的拉力。

如图是一款健身拉力器原理图，斜面的倾角为 $30°$，重 $500N$的物块与固定在斜面底端的弹簧相连，小明通过定滑轮拉着物块沿斜面向上匀速运动 $2m$的过程中（此过程弹簧始终处于被拉伸状态），小明对绳的拉力所做的功为 $1000J$，克服弹簧拉力做功 $300J$，则克服物块重力做的功为　                　 $J$，物块与斜面之间摩擦力的大小为　             　 $N$．（忽略绳重、滑轮与轴的摩擦）

如图所示，把重力为 $600N$的物体匀速推到斜面顶端，斜面长为 $3m$，高为 $0.9m$，实际推力为 $300N$，那么物体与斜面之间的摩擦力是　　 $N$，斜面的机械效率是　　。

工人师傅利用如图甲所示的滑轮组搬运石材，质量为 $1.8\times {10}^3\mathit{kg}$的石材放在水平地面上，在拉力 $F$的作用下沿水平方向做匀速直线运动，其路程随时间变化的图象如图乙所示。石材在水平方向上受到的阻力为石材重的0.1倍，滑轮组的机械效率为 $75\%$，滑轮组和绳子的自重不计。 $(g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）石材受到的阻力；

（2）在石材移动 $40s$过程中，工人做的有用功；

（3）在石材移动 $40s$过程中，工人作用在绳子自由端的拉力 $F$。

如图，小明用滑轮组把质量为 $54\mathit{kg}$的重物匀速提升了 $1m$。此过程中，绳子自由端的拉力做功为 $675J$，绳子自由端的拉力为　　 $N$，该滑轮组的机械效率为　　。

图中是一辆满载防疫物资的货车，货车满载时，车轮与水平地面接触的总面积为 $1m^2$，对地面的压强为 $5\times {10}^5\mathit{Pa}$．货车到送货地点要经过一座路面平直的桥梁，这座桥限重 $55t$。 $(g$取 $10N/\mathit{kg}$，柴油的热值 $q=4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（1）请通过计算货车满载时车和货物的总质量，判断货车是否允许通过这座桥。

（2）货车以 $20m/s$的速度在平直公路行驶，发动机的输出功率为 $200\mathit{kW}$，求货车受到的阻力。

（3）若货车发动机的效率为 $40\%$，以 $20m/s$的速度在该平直公路上行驶 $17.2\mathit{km}$，消耗柴油的质量是多少？

我市为了净化市区空气，环卫工人每天定时驾驶洒水车对市区道路洒水（如图）。下表是该洒水车的相关数据。已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$，请根据题意回答下列问题：

空车质量	水罐容积	装满水时车轮与地面的总接触面积	额定功率
$6t$	$3m^3$	$0.6m^2$	$100\mathit{kW}$

（1）该洒水车装满水时对地面的压强为多少？

（2）若水罐内有一漂浮的物体，浸入水中的体积为 $1.5\times {10}^{-2}{m}^3$，则该物体受到的浮力和重力各为多大？

（3）该洒水车在水平路面上以额定功率匀速行驶 $2000m$用时 $4\mathit{min}$，试计算此过程汽车所受到的牵引力大小。