初中物理运动和力试题

如图所示，一轻质杠杆 $\mathit{AB}$．长 $1m$，支点在它中点 $O$．将重分别为 $10N$和 $2N$的正方体 $M$、 $N$用细绳系于杠杆的 $B$点和 $C$点，已知 $\mathit{OC}:\mathit{OB}=1:2$， $M$的边长 $l=0.1m$。

（1）在图中画出 $N$受力的示意图。

（2）求此时 $M$对地面的压强。

（3）若沿竖直方向将 $M$左右两边各切去厚度为 $\frac{1}{2}h$的部分，然后将 $C$点处系着 $N$的细绳向右移动 $h$时， $M$对地面的压强减小了 $60\mathit{Pa}$，求 $h$为多少。

小安和小锋检修自行车时观察到：摇动自行车脚踏板时，大齿轮转动并通过链条带动小齿轮一起转动。小锋认为两齿轮转动一样快，小安则认为小齿轮比大齿轮快，两人带着不同的观点请教老师。

老师解释道：你们说的都有些道理，此轮转动时，其周边的齿轮绕轴心作轨迹为圆的运动﹣﹣圆周运动，可以通过轮齿的运动来研究齿轮的转动，比较物体做圆周运动的快慢有两种方法：①比较单位时间内物体通过的圆弧长，物理学中称为线速度，计算公式 $v=\frac{s}{t}$（v：线速度 s：圆弧长 t：时间）；②比较单位时间内物体与圆心连线（半径）扫过的角度（如图甲所示），物理学中称为角速度，用字母Ω表示，国际单位是弧度/秒（rad/s）二者之间的关系满足公式：v＝Ωr，r表示圆的半径，要比较齿轮转动的快慢，就需要判断大，小齿轮上的轮齿在运动过程中各物理量的大小。

根据老师的解释，请你解答下列问题：

（1）如图乙所示，匀速摇动脚踏板时，大齿轮上某个轮齿（标记为a）在1s内从A点运动到A′点，弧长 $\stackrel{̂}{A{A}^{\text{'}}}$＝0.16m，则轮齿a的线速度v是多大？

（2）若轮齿a到轴心的距离r₀＝0.1m，其角速度ϖ是多大？

（3）A点与轴心的连线上有一点C，请你根据角速度的定义判断齿轮转动过程中A，C两点角速度的大小关系，并说明理由。

（4）小齿轮上的某个轮齿（标记为b），在轮齿a由A点运动到A′点的同时从B点运动到B′点，弧长为 $\stackrel{̂}{B{B}^{\text{'}}}$，测量发现 $\stackrel{̂}{B{B}^{\text{'}}}$＝ $\stackrel{̂}{A{A}^{\text{'}}}$．请你结合上述材料分别解释两位同学的观点。（链条长度固定且运动过程中与齿轮不打滑）

随着智能化的普及，机器人在人类的生活中扮演着重要的角色。在图书管理领域机器人可以辅助或替代管理员整理图书，表中所列数据是某新型图书智能管理机器人工作的部分技术参数。

参数	工作电压/V	工作功率/W	最大负重/N	提升重物最大高度/m
数据	48	40	200	0.6

现在智能机器人以最大负重将图书匀速竖直提升至最大高度，用时5s。则此次提升过程中：

（1）机器人提升图书速度是多少？

（2）机器人对书做功是多少？

（3）机器人的电动机工作电流是多少（结果保留两位小数）？电动机做功是多少？

自动上水电热水壶因其方便取水越来越受到人们的喜欢。取水时，只要闭合取水开关，水泵在电动机的带动下，就能将水抽到壶内，如图甲。

（1）电热水壶的水泵原理与图乙相似。图乙中，当泵壳里的水被高速旋转的叶轮甩出时，转轴附近就形成了一个低压区，水在　　的作用下，通过进水管进入泵壳。当水离开出水口后，由于　　，会继续向上运动

（2）自动取水时，将1升水抽高0.5米灌入电热水壶中需要5秒，则电动机抽水时的功率至少为多少瓦？

（3）某电热水壶的额定电压为220伏，加热功率为1100瓦，保温功率为55瓦，工作电路如图丙。制作电热水壶时，所选用电热丝 $R_1$、 $R_2$的阻值分别为多少欧姆？

如图所示，相同的甲、乙两木块用一无弹性的细线相连后静置于粗糙水平地面，橡皮筋的两端分别与墙面和甲木块相连，图中橡皮筋松弛而细线处于绷直状态。现用水平力F拉动乙木块沿直线向右运动时开始计时，0～t ₁时间内橡皮筋逐渐被拉直至原长；t ₂时刻细线恰好被拉断；t ₂～t ₃乙木块继续向右运动，整个过程乙木块的速度始终保持不变。请在答题卡坐标中画出0﹣t ₃时间内，力F的大小随时间t变化关系的大致图像。

科技改变生活，当今社会已步入汽车和微信时代。

（1）一辆质量为1500千克的某品牌汽车，静止在水平路面时，轮胎与地面接触的总面积为0.02米 ${}^2$，此时该汽车对路面的压强为　　帕。

（2）若小柯在平直公路上以72千米 $/$小时的速度边看微信边匀速行车，当发现前方路面50米处有障碍物时，小柯在　　系统的调节下立即采取相应的刹车措施。据相关部门测定，司机正常反应时间约0.6秒，而边看微信边开车，反应时间会变为正常反应时间的3倍。该车以不同速度行驶时制动距离见下表。请结合表中数据及图甲，计算车子若按原运动方向行驶能否在撞上障碍物前停下。

速度（千米 $/$时）	制动距离（米 $)$
40	8
60	20
72	28

注：反应时间：司机从发现情况到操纵制动器所需要的时间；

反应距离：汽车在司机的反应时间里以原来速度行驶所通过的距离；

制动距离：当司机制动刹车后，汽车还会继续滑行的距离。

（3）人的反应时间的长短可通过图乙所示的方法进行比较：当竖直下落的直尺被捏住位置的刻度值越小（越靠近尺的下端），则说明反应时间　　。为了利用直尺定量测出人的反应时间，可在该直尺的另一面标记出表示反应时间的刻度线及对应刻度值，且每格代表的时间相等，则每格的长度是　　的（选填“相等”或“不相等” $)$。（不计空气阻力）

为研究纸锥下落的运动情况，小华查阅资料了解到，物体下落过程中会受到空气阻力的作用，阻力 $f$的大小与物体的迎风面积 $S$和速度 $v$的二次方成正比，公式为 $f=\mathit{kS}{v}^2(k$为比例常数）。

现用一张半径为 $R$、面密度 $\rho$（厚度和质量分布均匀的物体，其质量与面积之比称为面密度）的圆纸片，按图甲所示将圆纸片裁剪成圆心角为 $n°$的扇形，然后做成如图乙所示的纸锥，纸锥的底面积为 $S_0$（即为纸锥的迎风面积），让纸锥从足够高处静止下落。

（1）纸锥在整个竖直下落过程中的运动状态是　　。

$A$．一直加速

$B$．一直匀速

$C$．先加速后匀速

$D$．先加速后减速

（2）下落过程中纸锥能达到的最大速度为　　。

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。

牛顿曾说过，如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩膀上。这体现了牛顿谦逊的品质。但前任的研究确实对牛顿产生了启迪，其中的一位巨人就是伽利略，他400多年前的研究思想一致闪耀着理性的光辉。

伽利略之前观测到，钟摆来回摆动的高度是相同的，如图甲。因此他设想了这样一个实验：在左边一个固定的斜坡上滚下一个球，球又滚上右边不同坡度的斜坡，如果球没有受到摩擦的作用，他认为这个球在右边任何坡度的斜坡上滚到的高度都与起始高度一样，好像这个球“记住”了起始高度。经过进一步思考，伽利略推断，如果右边的斜坡变成平坦，球将会一直匀速滚动下去，如图乙。

（1）像科学家那样“进一步思考”：图丙是伽利略想象的每隔相同时间在右边不同坡度的斜坡上球的位置，他认为当斜坡倾角变小时，　　。于是他大胆推测：当斜坡变成平坦时，球的速度不再变小，球将做匀速滚动。

（2）伽利略认为，球匀速滚动是球的“自然运动”状态。“自然运动”是球所具有的属性。在我们今天看来，球的这种属性称为　　。

（3）我们学习了“能量”的知识后知道，事实球“记住”的是能量。因为有摩擦的存在，球将不会到达起始高度，因此过程中球的机械能减少，但减少的机械能转化为　　能，而能的总量保持不变。

如图所示是一种起重机的示意图。起重机重 $2.4\times {10}^{4}N$（包括悬臂），重心为 $P_1$，为使起重机起吊重物时不致倾倒。在其右侧配有重 $M$（重心为 $P_2)$。现测得 $\mathit{AB}$为 $10m$， $\mathit{BO}$为 $1m$， $\mathit{BC}$为 $4m$， $\mathit{CD}$为 $1.5m$。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）若该起重机将重物吊升 $6m$。用时 $50s$，则重物上升的平均速度是多少？

（2）现在水平地面上有重为 $2.44\times {10}^{4}N$的货箱，它与地面的接触面积是 $3m^2$。

①若起重机不加配重，在起吊货箱时，最大可使货箱对地面的压强减少多少？

②若要吊起此货箱，起重机至少需加多少牛的配重？

（3）有人认为起重机的配重越重越好，这样就能吊起更重的重物，这起重机能配 $8t$的配重吗？请说明理由。

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）

2015年3月9日，全球最大太阳能飞机“阳光动力2号”（如图所示）从阿联酋首都阿布扎比起程，开始环球飞行。将用时四到五个月穿越海洋陆地，完成人类史上首次太阳能环球飞行计划。“阳光动力2号”的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料。它的翼展达到 $72m$，比波音 $747-8$型的翼展还要宽 $3.5m$；机长 $22.4m$，接近一个篮球场的长度；而质量仅有 $2300\mathit{kg}$，跟一辆中型轿车相差无几。它的起飞速度为 $35\mathit{km}/h$，最大速度约 $140\mathit{km}/h$。“阳光动力2号”的机翼、机身和水平尾翼上共贴敷了17248片 $135\mathit{\mu m}$厚的单晶硅薄膜太阳能电池。这些电池可以产生最大 $70\mathit{kW}$的功率，这些电力可以输出给四台单台功率 $13.5\mathit{kW}$的电动机带动四扇 $4m$直径的双叶螺旋桨给飞机提供动力。“阳光动力2号”白天会爬升到 $9000m$的高度以避开气流并最大化利用太阳能，此时的温度急剧升高，而夜晚则半滑翔飞行，逐渐降低到 $1500m$高度，其速度并不大，因此夜里对能源的需求也大大减少。

（1）“阳光动力2号”的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料。“极轻”的物理含义是　        　。

（2）“阳光动力2号”吸收　     　能转化为电能，电能转化为飞机需要的其他形式能。

（3）在狭小的机舱内，两名瑞士飞行员将轮流驾驶，每次连续飞行5个昼夜，速度按 $80\mathit{km}/h$计算，每次连续飞行的距离是　      　 $\mathit{km}$。

（4）阳光动力2号从夜晚航行转为白天航行过程中，飞机的重力势能逐渐　     　。

阅读短文，回答问题。

地铁

南通即将进入地铁时代。乘坐地铁需文明出行、确保安全。地铁站的站台上标有黄色警戒线；乘客应留意车厢内红、绿色的线路指示灯。手持式安检仪用于检测乘客是否携带违禁金属物品，工作人员能根据安检仪发出低沉或尖锐的警报声，判断金属物品的大小；手持式安检仪的电池容量为 $2\times {10}^3\mathit{mAh}$，额定电压为 $9V$，额定功率为 $0.36W$，电池容量指放电电流与放电总时间的乘积；当剩余电量减为电池容量的 $10\%$时，安检仪不能正常工作。

图甲为另一种安检仪的原理模型，固定的矩形虚线区域内存在方向竖直向上的磁场，宽度为 $0.6m$。边长 $0.2m$的正方形金属线圈 $\mathit{abcd}$放在水平传送带上，可随传送带一起以速度 $v$匀速运动。线圈进、出磁场过程中会产生电流，从而线圈会受到大小随线圈速度增大而增大、方向水平的磁场力作用，因此线圈与传送带间也存在摩擦力；运动过程中线圈整体处于磁场中时，线圈中无电流产生。在线圈与传送带间无相对滑动时，传送带克服线圈摩擦力做功的功率 $P$与对应的速度 $v$的数据如表。

$v/m·s^{-1}$	0.2	0.3	0.5	0.6	0.8
$P/W$	0.016	0.036		0.144	0.256

（1）候车时乘客越过黄色警戒线会有危险，那是因为流体的流速越大，压强越　　；有乘客手捧鲜花进入车厢，所有乘客都闻到了花香，这是因为分子在　　。

（2）下列说法中，正确的是　　。

$A$．手持式安检仪也能检测出酒精等易燃违禁物品

$B$．通过手持式安检仪报警声的音调可判断金属物大小

$C$．站立的乘客拉住扶手是为了避免受惯性作用造成伤害

$D$．佩戴紫色眼镜的乘客也能准确辨别出线路指示灯的颜色

（3）手持式安检仪正常工作时的电流为　　 $\mathit{mA}$；电池充满电后，安检仪能正常工作的最长时间为　　 $h$。

（4）分析表中数据，当传送带速度为 $0.5m/s$时，传送带克服线圈摩擦力做功的功率 $P=$　　 $W$；线圈进入磁场时受到的摩擦力 $f$与传送带匀速运动的速度 $v$的变化关系如图乙所示，则当 $v>$　　 $m/s$时线圈将在传送带上滑动。

（5）设传送带的速度保持 $0.2m/s$不变。已知线圈的 $\mathit{bc}$边进入磁场时， $\mathit{bc}$边受到的磁场力方向水平向左，当 $\mathit{bc}$边出磁场时，由于 $\mathit{ad}$边受到磁场力作用，线圈会受到方向水平向　　（选填“左”或“右” $)$的摩擦力的作用；将多个与图甲中相同的线圈每隔相同时间△ $t$从传送带的左端逐一释放，释放后线圈即与传送带保持 $0.2m/s$的速度一起运动。则△ $t=$　　 $s$时，一段时间后，传送带就会不间断的受到一个线圈的摩擦力作用。

物体在空气中运动时受到的阻力与物体的外形、体积和运动速度有关。现用一根不可伸长的轻绳将体积相同、重力不同的 $A$、 $B$两球连在一起， $A$球重 $4N$、 $B$球重 $5N$。在两球匀速竖直下落的过程中，机械能 　　（选填“增大”、“减小”或“不变” $)$，轻绳的拉力是 　　 $N$。

现有一质地均匀密度为 ${\rho }_0$的实心圆柱体，底面积为 $S_0$、高为 $h_0$，将其中间挖去底面积为 $\frac{S_0}{2}$的小圆柱体，使其成为空心管，如图1所示。先用硬塑料片将空心管底端管口密封（硬塑料片的体积和质量均不计），再将其底端向下竖直放在底面积为 $S$的柱形平底容器底部，如图2所示。然后沿容器内壁缓慢注入密度为 $\rho$的液体，在注入液体的过程中空心管始终保持竖直状态。

（1）当注入一定量的液体时，空心管对容器底的压力刚好为零，且空心管尚有部分露在液面外，求此时容器中液体的深度。

（2）去掉塑料片后，空心管仍竖直立在容器底部，管外液体可以进入管内，继续向容器中注入该液体。若使空心管对容器底的压力最小，注入液体的总质量最小是多少？