初中物理运动和力综合题

我国第一高楼"上海中心大厦"的建筑高度是632米，为了避免台风来临时大厦上部剧烈晃动，大厦上部第125层安装了总质量上千吨的阻尼器系统，如图甲所示。阻尼器系统的钢索悬挂在大厦顶端，阻尼器类似一个质量巨大的金属摆，其简化模型如图乙所示。台风来临迫使大厦晃动，触发阻尼器产生与大厦晃动方向相反的摆动（如图丙所示）。阻尼器不停的往复摆动，使大厦上部晃动逐渐减弱，这样就不断吸收大厦晃动的能量。请回答下列问题：

（1）若阻尼器所在楼层距大厦底层高580m，乘坐高速电梯从底层到125层用时58s，则这一过程电梯的平均速度是多少？

（2）若阻尼器系统的质量是10 ⁶kg，则它受到的重力是多少？（取g＝10N/kg）

（3）图丙中，大厦刚开始向左晃动时，内部的阻尼器为什么会相对向右摆动？

（4）阻尼器吸收的能量不断增加，从安全角度考虑，设计时应使其摆动到最低点时速度不能过大，若在阻尼器下方加装铜质闭合线圈，结合电磁感应知识，你认为还缺少的器件是什么？请从能量转化的角度写出这一新增装置能减小摆动速度的原因。

空气对运动物体有阻碍作用，这就是我们常说的空气阻力（f）。空气阻力的大小与哪些因素有关呢？根据生活经验发现：无风的环境中，人散步时几乎感受不到空气阻力，快跑时就明显感受到空气阻力。由此猜想：空气阻力的大小可能与物体运动的速度有关。

为了验证这一猜想，准备了如下器材：充气的气球、无弹性细线、钩码、弹簧测力计、刻度尺、铁架台、带连拍照相功能的手机（该手机每隔相同时间对物体拍摄一次）。

如图甲所示以气球为研究对象，在气球下方用细线悬挂钩码，保持钩码底部与刻度尺的某一刻度线相平，释放气球并用手机记录钩码竖直下落过程的位置。（气球和钩码的运动情况相同，可将两者视为一个整体）

请回答下列问题：

（1）将刻度尺固定在水平放置的铁架台上时，如何检验刻度尺是否竖直？写出你的办法： 　                 　；

（2）用不同质量的钩码进行实验，选取相同时间间隔的多张照片组合对比：第一次记录钩码位置如图乙所示，可判断钩码从位置 　                 　（填序号）开始匀速下落；增加钩码质量继续实验，再次记录钩码位置如图丙所示。对比乙、丙两图可知：在图 　                 　中，气球匀速下落的速度较大；

（3）若不考虑气球所受的浮力，气球和钩码匀速下落时，其重力和空气阻力是一对平衡力，于是用弹簧测力计测量气球和钩码静止时的总重，便可推导阻力大小。由上述实验可得：气球运动的速度越大，受到的空气阻力 　                 　；

（4）以上实验过程均没有考虑气球所受浮力，那么气球受到的浮力对空气阻力大小的推导结果是否产生影响？ 　                 　请在答题卡虚线框中分别画出测量它们重力和匀速下落时的受力情况，并结合受力情况写出理由。 （不考虑空气对钩码的作用力）

阅读下列短文，回答问题。

超声波测速

超声波是振动频率高于20000Hz的声波，它具有指向性好、反射能力强、能量集中等特点，可用于测距、测速等。

测距是测速的基础，如图甲所示，超声波测速仪向静止的汽车发射超声波信号（简称信号），同时开始计时，信号传播过程中遇到汽车会被反射，测速仪接收到返回的信号停止计时，根据记录的时间及其与路程、速度的关系，可计算出汽车与测速仪之间的距离。图乙是信号传播过程的s﹣t图象，s表示信号与测速仪之间的距离，t表示信号传播的时间。

测速仪测量汽车速度的原理是：测速仪向运动的汽车先后发射两次信号，根据汽车在两次遇到信号之间所通过的路程及所用的时间，由速度公式可得出汽车的平均速度。

测速仪在公路上对某跑车进行测速时，向匀速驶来的跑车发射两次信号，两次发射信号的时间间隔是1.0s，第一次发射信号到接收用时0.6s，第二次发射信号到接收用时0.3s。经测速仪测定，该跑车超速，驾驶员将受到交警部门处罚。（超声波速度取340m/s）

（1）人耳 　   　（选填“能”或“不能”）听到超声波，超声波测速是利用了超声波的指向性好、能量集中、　   　等特点。

（2）如图乙所示，若t₀＝0.4s，则静止的汽车与测速仪之间的距离为 　   　m。

（3）通过计算，在图丙中，大致画出测速仪对该跑车发射的两次信号传播过程的s﹣t图象（t从第一次发射信号开始计时），跑车在两次遇到信号之间通过的路程为 　   　m，跑车的速度大小为 　   　m/s。

呼和浩特市共享单车的投放，为呼和浩特市市民的出行提供了极大的便利。小董同学通过手机扫码，解锁了一辆电动自行单车。如果她骑行电动自行单车在平直的乡间小路上做直线运动，且以恒定的功率

行驶。通过收集数据，得到如图所示的 $v-t$图象。在第 $16s$时速度达到 $10m/s$，然后以 $10m/s$做匀速直线运动。已知小董质量为 $50\mathit{kg}$，电动自行单车质量为 $10\mathit{kg}$，骑行时所受阻力恒为人和车总重的 $\frac{1}{15}$．求：

（1）在 $0~16s$时间内，单车通过的路程　      　 $80m$（选填“大于”或“等于”或“小于”），这段时间内，电动机对单车产生的牵引力　       　单车所受的阻力（选填

“大于”或“等于”或“小于”）；

（2）电动自行单车做匀速直线运动时，加在电动机上的电压为 $50V$，通过的电流 $10A$，电动机提供的电功率多大，该电动机的效率为多少，（不计机械摩擦损失），电动机线圈电阻是多少；

（3）在 $0~16s$时间内，单车通过的路程。（提示：能量守恒。动能计算公式为 $0.5m{v}^2$， $m$表示质量， $v$表示速度）

雾炮车（又称多功能抑尘车）是利用高压原理向空气中喷洒颗粒格外细小的水雾，除去空气中过多的尘埃。某型号雾炮车的质量为 $10t$，它配备了一个体积为 $10m^3$的水箱。为了方便清洗，水箱底部有一个排水孔，排水孔盖子面积约为 $100c{m}^2$．

（1）空载时，若雾炮车轮与地面的总接触面积为 $0.8m^2$，则静止时车对水平地面的压强为多大？

（2）当水箱中水的深度为 $1m$时，排水孔盖子受到水的压力约为多大？

（3）如图所示，当雾炮车在水平路面上匀速行驶并不断向外喷水时，雾炮车发动机的输出功率如何变化？为什么？

如图所示，某品牌新能源轿车，满载时整车质量为 $1.6t$，每个车轮与地面的接触面积为 $40c{m}^2$，在平直公路上匀速行驶 $4.5\mathit{km}$用了 $5\mathit{min}$，牵引力为 $800N$，求

（1）轿车在平直公路上匀速行驶的速度

（2）轿车静止在水平路面上对路面的压强

（3）牵引力的功率

为减少碳排放，国家鼓励发展电动车。综合续航里程是电动车性能的重要指标，我国目前测试综合续航里程的标准是：电动车充满电后，重复以下一套循环，将电能耗尽后实际行驶的里程就是综合续航里程。一套循环：由4个市区工况与1个市郊工况组成。市区工况是模拟在市区速度较低的情况，每1个市区工况平均时速 $18\mathit{km}/h$，行驶时间 $200s$；市郊工况是模拟交通畅通的情况，每1个市郊工况平均时速 $64.8\mathit{km}/h$，行驶时间 $400s$。

国产某型号的电动汽车有四个相同的轮胎，空载整车质量 $2400\mathit{kg}$，在水平地面上时每个轮胎与地面的接触面积是 $0.06m^2$，使用的液冷恒温电池包充满电后蓄电池电能是 $70\mathit{kW}·h$。

某次测试，在市区工况行驶过程中，电动汽车平均牵引力大小是 $480N$，在市郊工况行驶过程中，电动汽车平均牵引力大小是 $600N$，测得的综合续航里程是 $336\mathit{km}$。 $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）空载时轮胎对地面的压强。

（2）本次测试中，完成1个市区工况，电动汽车牵引力做的功。

（3）本次测试中，完成一套循环，电动汽车平均消耗多少 $\mathit{kW}·h$的电能。

如果需要对物体的长度进行更精确的测量，可以选用游标卡尺。某规格游标卡尺的构造如图甲：①是主尺（最小刻度是毫米）；②是游标尺 $(10$个等分刻度）。它是套在主尺上可移动的部件；③是测量爪。移动游标尺，把被测物体夹在两测量爪之间，两爪之间的距离等于被测物体的长度。

（1）图甲中，当测量爪对齐时，游标尺上的0刻线与主尺上的0刻线对齐，游标尺的第10刻线与主尺上 $9\mathit{mm}$刻线对齐，其它刻线都与主尺上的刻线不对齐，则游标尺上每小格比主尺上每小格的长度少　        　毫米。

（2）如果将1张厚度为 $0.1\mathit{mm}$的 $A4$纸夹在测量爪间，游标尺的第1刻线与主尺刻线对齐，读数为 $0.1\mathit{mm}$；如果将2张这样的 $A4$纸夹在测量爪间，游标尺的第2刻线与主尺刻线对齐，读数为 $0.2\mathit{mm}$；依此类推，如果将10张这样的 $A4$纸夹在测量爪间，游标尺与主尺刻线对齐的情况如图乙，读数为 $1.0\mathit{mm}$。如图丙，如果将一个小钢球夹在测量爪间，则这个小钢球的直径为　       　毫米。

（3）用毫米刻度尺测量长度时，只能准确地读到毫米，而用本题中的游标卡尺测量时，就能准确地读到　       　毫米，这个数值叫做游标卡尺的精确度。如果用 $L$表示待测物体的长度，用 $L_0$表示主尺的整毫米数， $k$表示与主尺刻线对齐的游标尺上的刻线序数， $a$表示游标卡尺的精确度，则待测物体的长度表达式可归纳为： $L=$　         　。

阅读短文，回答问题：

火星探测器“天问一号”

火星是太阳系中与地球最相似的行星，有大气，温度适宜，自转周期和地球相近，物体在火星表面受到的重力约为在地球表面重力的二分之一，人类对火星的探测具有重大的科学意义。

2020年4月24日，国家航天局宣布将我国火星探测任务命名“天问”，并将首个探测器命名“天问一号”。天问一号将一次性完成“绕、落、巡”三大任务，这在世界航天史上还没有先例。

“绕”，探测器经过7个月的长途飞行，预计明年2月抵达火星附近，之后沿椭圆轨道绕火星运动，实现火星的环绕探测。离火星最近的点叫近火点，离火星最远的点叫远火点。

“落”，使探测器着陆火星表面将是一个更艰巨的挑战，需在7分钟内，使探测器的时速降至0．我国利用探月的技术积累，通过四个阶段来减速。第一阶段气动减速，给探测器来个急刹车；第二阶段降落伞减速，速度减至 $342\mathit{km}/h$；第三阶段动力减速，探测器反推发动机点火工作，速度减至 $3.6m/s$；第四阶段着陆缓冲，将探测器悬停在空中，对火星表面观察，寻找合适的位置着陆。

“巡”，当探测器到达火星后，放出巡视车，完成对火星表面的拍摄及土壤分析等工作，为下一步探测打好基础。

人类对于未知世界的好奇与探索从没有停息过，仰望璀璨星空，我们追梦不止！

（1）探测器沿椭圆轨道绕火星运动时，不受空气阻力，只发生动能和势能的相互转化。由近火点向远火点运动时，探测器的动能　     　，机械能　　     （选填“变大”、“变小”或“不变”）；

（2）探测器着陆前的降落伞减速阶段，速度减至　      　 $m/s$；

（3）巡视器降落到火星表面后，巡视器对火星表面的压力和火星对巡视器的支持力　     （选填“是”或“不是”）一对平衡力；

（4）在火星上重力与质量的比值为 $g_{火}$，探测器在火星上空悬停时其质量为 $m$，反推发动机喷出的气体对探测器的作用力大小为　     　。

微波通信

电磁波可以用来传递信息，通常用于广播、电视等通信。微波是电磁波家族中的一员，它的性质比中波和短波更接近光波。信息理论表明，作为载体的电磁波，与中波和短波相比，微波在相同的时间内可以传输更多的信息。

用微波传递信息时，必须每隔 $50\mathit{km}$左右就要建设一个微波中继站，如图甲所示。信号传递的距离越远，需要的中继站越多。在雪山上、大洋中，根本无法建设中继站，所以人类用地球同步通信卫星做微波通信的中继站来进行通信。如图乙所示，在地球的周围均匀地配置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三颗同步通信卫星作为太空微波中继站，可使地球上任意两点间保持通信，接收地面站传来的电信号，经过处理后，再发送到另一个或几个地面站。现在通过卫星电视，某地举行体育赛事，其他地方的人几乎可以立刻看到现场的画面。

请根据上述材料，回答下列问题：

（1）用微波传递信息时，必须每隔 $50\mathit{km}$左右就要建设一个微波中继站，这是因为　    　（选填序号）。

①多修建中继站，有利于微波产生更多的信息

②微波的传播距离比中波近，只能传播 $50\mathit{km}$

③微波沿直线传播，不能沿地球表面绕射

（2）如图丙所示， $a$、 $b$分别是Ⅰ、Ⅱ两颗卫星正下方的地面站，把通信卫星假想成一个平面镜，要使地球上 $b$处地面站接收到 $a$处发送的信号，请仿照光路图，在图中画出平面镜及微波传播的路径和方向。

（3）已知三颗通信卫星距地面的高度都是 $3.58\times {10}^4\mathit{km}$，任意两颗卫星之间的距离都是 $7.30\times {10}^4\mathit{km}$．则 $a$处发送的微波信号传送到 $b$处所用的时间是　       　 $s$。

足够长的光滑水平面上，有10个相同的小球沿着直线等间隔均匀分布，总长度为 $l$，并以相同的速度 $v_0$向右运动。如图甲所示，在小球的正前方有一“加速带” $\mathit{AB}$，当小球从左端 $A$进入加速带后在水平恒力作用下被加速，直至从右端 $B$离开，小球经过加速带前后速度的变化情况如图乙所示，已知1号球刚从 $B$端离开时，4号球刚好从 $A$端进入，不考虑球的大小，请解答下列问题。（结果用已知物理量的字母表示）

（1）小球在加速带上运动的时间 $T=$　　。

（2）最终10个小球分布的总长度 $L=$　　。

（3）已知小球在加速带上运动的平均速度为 $2v_0$，所受水平恒力为 $F$，试求加速带对10个小球做功的总功率 $P$。

图甲是我国首艘国产航母 $-001A$型航空母舰，它属于中型常规动力航母。该航母满载时的总质量为 $7\times {10}^{4}t$，航母上配置了滑跃式起飞的歼 $-15$舰载机，每架舰载机的质量为 $30t$，舰载机与航母甲板的总接触面积为 $6000c{m}^2$．2018年5月13日该航母再次下水进行试航，航母在 $10\mathit{min}$内航行了 $6\mathit{km}$。如图乙所示是该航母试航过程中牵引力 $F$与航行速度 $\nu$的关系图象。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

试计算：

（1）航母试航时的平均速度是多少？

（2）航母满载时排开水的体积是多少？

（3）每架舰载机对航母甲板的压强是多少？

（4）试航过程中，航母的牵引力所做的功是多少？

如图所示，叉车把质量为 $2t$的重物从地面匀速竖直提升 $1.5m$，用时 $7.5s$。叉车消耗柴油 $5g$，若柴油完全燃烧（柴油热值为 $4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$。求：

（1）提升过程中重物上升的速度；

（2）叉车提升重物过程中做的有用功；

（3）叉车提升重物过程中的效率。

2017年5月30日，“蛟龙号”载人潜水器在世界最深的马里亚纳海沟进行了本年度的第4潜，当地时间7时03分开始下潜，10时21分抵达预定 $6700m$深处，近距离在该深度处拍摄到了狮子鱼游弋的影像，获取到了基岩蚀变岩石、沉积物、生物和近底海水样品，已知“蛟龙号”的总体积为 $84m^3$． $({\rho }_{\mathit{海水}}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$

据此计算：

（1）“蛟龙号”潜水器下潜的速度为多大？（结果保留两位小数）

（2）“蛟龙号”潜水器未向水舱充水时的总质量为 $22t$，并且漂浮于海面上，求此时它排开海水的体积是多少？欲使“蛟龙号”完全浸没，至少应向水舱中充多少吨海水？

（3）狮子鱼头部上表面 $1\times {10}^{-4}{m}^2$的面积上受到的海水压力是多大？

（4）若将获取到的岩石样品取一小块，用天平和量筒测出它的质量和体积如图所示，则该岩石的密度为多少千克每立方米？

近年来，人们致力于研发以电池为动力的纯电动汽车，期望更加节能环保、安全而高效，并取得了长足的进步，对于某成熟品牌的电动汽车，已知其质量恒为 $m$，在水平路面上行进过程中所受阻力恒定（不计空气阻力）。

（1）该汽车匀速爬上倾角为 $30°$的斜坡时，汽车的动能　    　，重力势能　    　，机械能　    　（选填“增大”、“减小”或“不变”）；

（2）若斜坡长为 $L$，爬坡速度为 $v_1$，求汽车爬坡所用时间；

（3）如果该汽车以 $v_2$的速度在水平路面上行驶，且牵引力的功率为 $P$，行驶 $t_2$时间内，消耗的电能为 $E$，求：在这个过程中，摩擦阻力大小及汽车的效率；

（4）若汽车在相同的水平路面上以 $\frac{1}{2}{v}_2$的速度匀速行驶时间为 $t_3$，试求牵引力在 $t_3$时间内做的功。