初中物理功的计算计算题

十八世纪，瓦特发明的冷凝器蒸汽机，推动了人类第一次工业革命。如图为利用瓦特蒸汽机提升物体的工作示意图，蒸汽机的工作原理为：打开阀门 $A$、关闭阀门 $B$，高压蒸汽进入汽缸，推动活塞上行。当活塞到达汽缸顶部时，关闭阀门 $A$、打开阀门 $B$，蒸汽进入冷凝器，汽缸内压强减小，活塞下降。如此循环往复。

（1）蒸汽推动活塞上行过程中，能量转化是　　。

（2）蒸汽机活塞上行过程与汽油机的　　冲程相似。

（3）蒸汽机工作时，汽缸内部压强为 $1.1\times {10}^6$帕，若活塞面积为0.1米 ${}^2$，则活塞受到蒸气的压力是多少？

（4）蒸汽机活塞往复运动，通过杠杆和定滑轮对重物做功。若物体质量为200千克，活塞每次上升高度为0.6米，则活塞上升一次蒸汽机对物体做了多少有用功？假设活塞每分钟向上运动100次，该蒸汽机对物体做有用功的功率为多少？

如图所示，长 $1m$，重 $5N$的匀质杠杆 $\mathit{OB}$连接在竖直墙壁的0点，在杠杆的中点 $A$处悬挂 $45N$的重物。固定在 $A$点的绳子跨过定滑轮，在拉力 $F$作用下使杠杆在水平位置平衡，此时 $\angle \mathit{OAC}=45°$．不计绳子重力和转动部分的摩擦，求

（1）缓慢地将杠杆从水平位置转动到竖直位置的过程中，拉力做的功；

（2）杠杆从水平位置逆时针缓慢转动多大角度后，绳子拉力开始小于 $50N$。

如图所示，长 $1m$，重 $5N$的匀质杠杆 $\mathit{OB}$连接在竖直墙壁的0点，在杠杆的中点 $A$处悬挂 $45N$的重物。固定在 $A$点的绳子跨过定滑轮，在拉力 $F$作用下使杠杆在水平位置平衡，此时 $\angle \mathit{OAC}=45°$．不计绳子重力和转动部分的摩擦，求

（1）缓慢地将杠杆从水平位置转动到竖直位置的过程中，拉力做的功；

（2）杠杆从水平位置逆时针缓慢转动多大角度后，绳子拉力开始小于 $50N$。

新冠肺炎肆虐，武汉封城，全国各地纷纷伸出援助之手。2020年1月29日，我市兰陵县捐赠的首批 $200t$优质大蒜由10辆货车运往武汉（如图），其中一辆货车装满大蒜后总重为 $3.0\times {10}^{5}N$，车轮与地面的总接触面积为 $0.5m^2$，该货车在某段平直高速公路上以 $108\mathit{km}/h$的速度匀速行驶时，受到的阻力为 $5.0\times {10}^{3}N$， $30\mathit{min}$内消耗柴油 $24L$，已知柴油的密度 $\rho =0.85\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．热值 $q=4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，求：

（1）该货车静止时对水平路面的压强；

（2） $24L$柴油完全燃烧放出的热量；

（3） $30\mathit{min}$内该货车牵引力所做的功。

“绿水青山就是金山银山”，为了保护环境，我国大力发展电动汽车车替代传统燃油汽车。表中是某种电动汽车的部分参数，假设车上只有司机一人，质量为 $60\mathit{kg}$，汽车匀速行驶时所受阻力为总重力的0.04倍，电动汽车充满电后以节电模式匀速行驶 $20\mathit{km}$，电池剩余容量为 $38\mathit{kW}·h$． $(g=10N/\mathit{kg})$

空车质量	$1380\mathit{kg}$
轮胎与地面总接触面积	$320c{m}^2$
电池容量	$42\mathit{kW}·h$
最高时速	$120\mathit{km}/h$
最大功率	$100\mathit{kW}$
最大续航里程	$260\mathit{km}$

求：（1）电动汽车对水平地面的压强

（2）电动汽车匀速行驶 $20\mathit{km}$，牵引力所做的功

（3）电动汽车电能转化为机械能的转化效率

如图是某科技小组设计的在岸边打捞水中金属块的装置示意图，每个滑轮重为 $100N$，均匀实心金属块的密度为 $8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，金属块的质量为 $80\mathit{kg}$。绳重和摩擦、滑轮与轴的摩擦、水对金属块的阻力均忽略不计，金属块一直匀速上升。（水的密度 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）在金属块还未露出水面时，求此时金属块所受到的浮力；

（2）在金属块未露出水面时，求人的拉力 $F$；

（3）金属块在水中匀速上升 $2m$，且金属块未露出水面时，求人的拉力所做的功。

如图所示，水平桌面上放置一圆柱形容器，其内底面积为 $200c{m}^2$，容器侧面称近底部的位置有一个由阀门 $K$控制的出水口，均匀物体 $A$是边长为 $10\mathit{cm}$的正方体，用不可伸长的轻质细线悬挂放入水中静止，此时物体 $A$有 $\frac{1}{5}$的体积露出水面，细线受到的拉力为 $12N$，容器中水深为 $18\mathit{cm}$。已知细线能承受的最大拉力为 $15N$，打开阀门 $K$，使水缓慢流出，当细线断裂时立即关闭阀门 $K$，关闭阀门 $K$时水流损失不计，细线断裂后物体 $A$下落过程中不翻转，物体 $A$不吸水。

（1）从细线断裂到物体 $A$下落到容器底部的过程中，求重力对物体 $A$所做的功。

（2）物体 $A$下落到容器底部稳定后，求水对容器底部的压强。

（3）阅读后解答：

当细线断裂后，物体 $A$所受重力与浮力将不平衡，物体 $A$所受重力与浮力之差称为物体 $A$所受的合外力 $F$（不计水对物体 $A$的阻力），由牛顿第二定律可知：所受的合外力会使物体产生运动的加速度 $a$，并且合外力与加速度之间关系式为： $F=\mathit{ma}$（式中的 $F$单位为 $N$， $a$的单位为 $m/s^2$， $m$为物体的质量，其单位为 $\mathit{kg})$

通过阅读以上材料，求物体 $A$从全部浸没于水面之下时至恰好沉到圆柱形容器底部的过程中加速度 $a$的大小。

国产某品牌 $\mathit{SUV}$汽车，质量为 $1.8t$，四个轮胎的着地面积是 $0.06m^2$，在水平公路上，以 $72\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $100\mathit{km}$，发动机的功率恒定为 $30\mathit{kW}$。求： $(g$取 $10N/\mathit{kg}$， $q=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（1）该车静止在水平地面上时对地面的压强；

（2）该车匀速行驶时的牵引力和行驶 $100\mathit{km}$牵引力做的功；

（3）若汽油完全燃烧释放的内能全部转化为车的机械能，该车行驶 $100\mathit{km}$需要汽油多少千克。（结果保留一位小数）

步行是一种简易方便的健身运动，人正常步行时，步距（指步行一步的距离）变化不大，步距还可作为身体上的一把“尺子”。小东测出自己的步距为 $0.5m$，他正常步行 $1\mathit{min}$走了180步。小东根据自己的腿长和步距画出了如图所示的步行示意图，对步行时重心的变化进行了分析，当两脚一前一后着地时重心降低，而单脚着地迈步时重心升高，因此每走一步都要克服重力做功。

（已知小东的腿长是 $65\mathit{cm}$，质量是 $50\mathit{kg}\left)\right(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）小东正常步行的速度是多少？

（2）小东每走一步克服重力所做的功是多少？

（3）小东正常步行克服重力做功的功率是多少？

如图所示是一款新型四轮沙滩卡丁车，其满载时的质量为 $600\mathit{kg}$，每个车轮与沙滩接触的面积为 $500c{m}^2$，卡丁车满载时在水平沙滩上匀速直线运动， $10\mathit{min}$行驶 $6\mathit{km}$，它的发动机功率恒为 $11.5\mathit{kW}$。

（1）当卡丁车满载并静止在水平沙滩上时，它对沙滩的压强为多少帕？

（2）此次行驶中卡丁车所受的阻力为多少牛？

（3）该卡丁车以汽油为燃料，若在这次行驶中消耗汽油 $0.6\mathit{kg}$，求该卡丁车汽油机的效率。 $\left(q_{\mathit{汽油}}=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}\right)$

塔吊是一种常见的起重设备，图是塔吊的示意图。电动起重机在 $2\mathit{min}$内将质量为 $3t$的物体匀速提升 $30m$高，又用 $1\mathit{min}$使物体在水平方向平移 $15m$。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）吊物体的钢丝绳 $3\mathit{min}$内对物体所做的功；

（2）吊物体的钢丝绳 $3\mathit{min}$内对物体所做功的功率；

（3）若电动机提升物体时的效率为 $90\%$，平移物体时的功率为 $2\mathit{kW}$，求电动机 $3\mathit{min}$内消耗的电能。

骨胳、肌肉和关节构成了人体的运动系统，最基本的运动都是肌肉牵引骨胳绕关节转动产生的，其模型就是杠杆。如图所示是踮脚时的示意图，人体的重力为阻力，小腿肌肉施加的拉力为动力。重 $600N$的小明在 $1\mathit{min}$内完成50个双脚同时踮起动作，每次踮脚过程中脚跟离开地面的高度是 $9\mathit{cm}$。求：

（1）小腿肌肉对每只脚的拉力；

（2）小明踮脚过程中克服重力做功的功率。

2021年5月15日，"祝融号"火星车在火星上留下了属于中国的第一道印记，如图甲所示。发射前，火星车在水平地面上进行测试时，受到的摩擦力为 ，其速度 与时间 的关系图象如图乙所示。火星车的质量为 ，车轮与地面接触的总面积约为 。（空气阻力忽略不计， 取 求：

（1）火星车静止时，对水平地面的压强。

（2）火星车做匀速直线运动时，牵引力做的功。

空难事故发生后，为了找到事故原因，救援人员到现场后，总会寻找被誉为“空难见证人”的黑匣子。某架飞机的黑匣子质量 $30\mathit{kg}$，是一个长 $0.5m$，宽 $0.1m$，高 $0.2m$的长方体，现沉在距海面 $30m$的海底（黑匣子未与海底紧密接触），搜救人员将其匀速托出海面后依然完好，为破解事故真相提供了最有力的证据。根据以上信息请计算 $({\rho }_{\mathit{海水}}$近似取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）黑匣子在海底时下表面受海水的压强是多少？

（2）黑匣子在海水中浸没时受到的浮力是多大？

（3）搜救人员在海水中托起黑匣子上升到上表面与海平面相平做了多少功？

如图所示，工人用滑轮组提升重为 $400N$的货物所用拉力恒为 $240N$，货物被匀速提升 $10m$。求

（1）工人做的功

（2）滑轮组的机械效率