初中物理机械能解答题

如图所示，建筑工人用滑轮组在 $20s$的时间内将重为 $480N$的物体匀速提升 $5m$，所用的拉力为 $300N$．求这个过程中：

（1）工人做的有用功；

（2）拉力的功率；

（3）滑轮组的机械效率。

电动自行车给人们出行带来了方便，但同时也造成了大量交通事故。某市为了减小交通事故率，要求电动自行车"净重不大于 $40\mathit{kg}$ ，设计速度不大于 $20\mathit{km}/h$ ，电动机额定连续输出功率应不大于 $240W$ ，脚踏骑行功能能正常使用"。请你根据初中所学的物理知识解释：为什么要限定电动自行车的质量和速度？

图1中叶片转动时，电动机发电使 $\mathit{LED}$ 小灯发光电梯运行有时也会发电，产生的电能一般通过电阻发热而消耗掉。图2中电梯安装的电能回收装置，能将产生的电能回收利用。已知电梯空载时轿厢的质量比配重的小且钢缆的质量可忽略不计。

（1）图1发电的原理是 　　；当图2轿厢处于空载 　　（选填"上行"或"下行" $)$ 时，电梯将会发电；

（2）图2中电梯在空载匀速下行的某段时间内，电机消耗的电能 $E_{电}=2\times {10}^{5}J$ ，其转化为电梯机械能的效率 $\eta =80\%$ ，配重的重力势能增加了△ $E_1=2.4\times {10}^{5}J$ ．则此段时间内，配重的动能 　　（选填"增加""减小"或"不变" $)$ ，并求出轿厢重力势能的变化量△ $E_2$ ；

（3）若镇江拥有电梯数 $n=2500$ 台，每台电梯平均每天消耗的电能 $E=100\mathit{kW}·h$ ，在全部安装了电能回收装置后，可节约 $30\%$ 的电能。则这些电梯每天节约的电能相当于完全燃烧多少千克煤所放出的热量？煤的热值取 $q=3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$ 。

小红和爸爸散步时，看见小区内的一种健身器械坐拉器，如图甲所示，为了对它进行研究，小红简化了它的结构，画出了它的模型图，如图乙所示。她发现坐在坐拉器座椅上的人，用力向下拉动手柄A时，操作杆AB会绕着转轴O转动，连杆BD拉动杆OC绕转轴0转动，将座椅向上抬起，（g取10N/kg）

（1）小红让爸爸静止坐在坐拉器的座椅上，小红竖直向下拉动手柄，将爸爸抬起经过测量，手柄竖直向下移动30cm，座椅竖直升高9cm，用时5s

①小红利用坐拉器抬起爸爸时，以下说法正确的是 　　

A．可以省功

B．一定定费力

C．爸爸越重，坐拉器的机械效率越高

D．爸爸被抬得越高，坐拉器的机械效率越高

②若爸爸的质量为60kg，利用坐拉器抬起爸爸的机械效率为90%，则小红抬起爸爸所做功的功率为多少？

（2）小红想通过图乙的模型，估算自己坐在坐拉器上抬起自己的拉力。图乙中OA：OB＝6：1，O′C：O'D＝2：1，此时AB杆处于水平位置，BD杆垂直于杆AB和O′C，BD杆对AB和OC杆的拉力均沿着BD，且大小相等。若手臂对手柄A的拉力方向和人的重力方向视作同一直线，物体间相互作用力的大小相等、方向相反，忽略坐拉器的自重、转动时的摩擦和座椅的尺度，若小红的质量为40kg，则此时小红让自己保持图乙的状态，需要对手柄A施加竖直向下的拉力为多大？

某小组进行"探究动能大小与质量是否有关"的活动。

（1）小明用两辆相同的小车，在其中一辆小车上放一个砝码，然后让它们从同一斜面的同一位置由静止释放，撞击置于水平面上的木块，如图（a）。

①将小车从同一位置处释放，目的是为了控制小车到达水平面的 　 　相同。

②通过比较 　　来比较小车动能大小。根据实验得出结论：动能大小与质量大小有关。

（2）小红改变实验方案：让同一小车，从同一斜面的不同高度由静止释放，撞击水平面上的木块，如图（b）。发现：木块滑行的距离不一样远。根据这一现象，能做出以下哪个判断？ 　　。

$A$ ．动能大小与质量无关，一定还与其他因素有关

$B$ ．动能大小除了与质量有关外，一定还与其他因素有关

$C$ ．不能判断物体动能大小是否与质量有关，动能大小一定与质量外的其他因素有关

如图是一台火灾现场侦察、灭火的消防机器人，其质量为 $600\mathit{kg}$ ，履带与地面接触的总面积为 $0.5m^2$ ，以 $3m/s$ 的速度在水平地面沿直线匀速前进了 $1\mathit{min}$ ，行驶时所受阻力为自重的0.02倍 $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$ 。求：

（1）消防机器人在 $1\mathit{min}$ 内通过的路程。

（2）消防机器人静止在水平地面时，对地面产生的压强。

（3）在水平地面匀速直线前进的过程中，消防机器人牵引力做功的功率。

水平地面上放着重为200N、边长为0.2m的正方体物块现用斜面将其由底端匀速

拉到顶端，如图所示已知平行于斜面的拉力为120N，物体移动的距离为2m，升高1m。求：

（1）物块放在水平地面上时对地面的压强；

（2）斜面的机械效率；

（3）物块沿斜面向上滑动时所受的摩擦力大小。

如图所示，水平地面上有一个扫地机器人，它通过安装在身体底部的三个轮子与地面接触，清扫中利用软毛刷和吸气孔收集灰尘，遇到障碍物能够自动改变方向继续行进，某次机器人开始扫地1min后遇到障碍原地旋转20s，然后继续扫地2min，总行驶路程为36m。已知

机器人质量为3.8kg，圆形身体半径为0.2m，三个轮子与地面接触的总有效面积为2×10^﹣4m²，行进中受地面的摩擦阻力大小恒为10N，忽略灰尘质量、毛刷支撑以及气流的影响，取g＝10N/kg。求：

（1）机器人清扫工作中对地面的压强；

（2）机器人在本次清扫工作中的平均速度

（3）若机器人某段时间以0.5m/s的速度做匀速直线运动，计算机器人该段时间内牵引力的功率

南极冰面上，科考队用拖拉机借助绳索水平牵引装有货物的轻质木箱，运输货物。

（1）木箱底面积为5m ²，质量不计，水平冰面能承受的最大压强为1×10 ⁴Pa，g取10N/kg，求木箱内可装货物的最大质量？

某次运输过程中，拖拉机用绳索牵引装有货物的木箱在水平冰面上以36km/h的速度匀速直线行驶10km。消耗柴油1kg，牵引木箱做功的功率为9kW，q _柴油＝4.5×10 ⁷J/kg。

（2）求该运输过程中，冰面对木箱的摩擦力大小？

（3）求该运输过程，柴油完全燃烧释放的内能转化为绳索牵引木箱做功的效率？

下列几个事例中描述正确的是 　 　

A．	$A$ ．氢气球在升空过程中，体积会逐渐变小
B．	$B$ ．在液体内部某一深度处，液体向下的压强大于向上的压强
C．	$C$ ．体重不同的两个人同时间内从一楼登上三楼，体重大的人做功的功率较大
D．	$D$ ．在沙滩玩耍，会发现沙子烫脚，而海水却比较凉，这是因为沙子的比热容较大

选择理由： 　 　。

起重机在 $10s$ 内将重为 $2000N$ 的石头沿竖直方向匀速提升 $0.5m$ 。

求：（1）起重机对石头做的功。

（2）起重机提升石头的功率。

如图所示是某餐厅出现的一款服务机器人，它是一种新型的能电器。请回答以下问题：

（1）机器人不工作时在水平地面上静止，其受到 　 　力和 　　力的作用，二者的关系为一对 　　；

（2）机器人送餐时，总质量为 ，它与水平地面接触的总面积为 ，则它对地面的压强是多少？ 取

（3）送餐过程中，机器人在 内沿直线匀速移动了 ，若它在运动过程中所受阻力为 ，则驱动力对它所做的功及功率分别是多大？

小伟猜想动能的大小可能与物体质量和运动速度有关，于是设计了如图所示的实验，让小球沿同一光滑斜面向下运动，与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止。

（1）图甲是控制两球的 　质量　相等，探究的是动能与 　　的关系，得出的结论是： 　　；

（2）图乙中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是两球到达水平面时，具有相同的 　　。选用图乙探究的是动能与 　　的关系，得出的结论是： 　　。

为提高车辆通行质量，福州交警在市区一些道路某些时段推出"绿波通行"，即车辆在绿波路段以如图所示的 $50\mathit{km}/h~55\mathit{km}/h$ 范围内行驶，一路绿灯。在绿波时段，质量是 $1.2\times {10}^3\mathit{kg}$ 的汽车，经过绿波路段上相距 $2.7\times {10}^{3}m$ 的两个路口，用时 $180s$ ，问：

（1）汽车行驶的平均速度是多少？是否"绿波通行"？

（2）若汽车在这段距离内行驶的牵引力保持 $3000N$ 不变，则汽车的输出功率是多少？

（3）若轮胎与地面接触的总面积是 $0.6m^2$ ，汽车静止时对水平地面的压强是多少？ $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$

如图是用滑轮组提升建筑材料 $A$ 的示意图，在竖直向下的拉力 $F$ 作用下，使重 $900N$ 的建筑材料 $A$ 在 $5s$ 的时间里，匀速竖直上升了 $1m$ ，绳自由端匀速竖直向下移动了 $2m$ 。在这个过程中，拉力 $F$ 为 $500N$ ，滑轮组的机械效率为 $\eta$ ，拉力 $F$ 做功的功率为 $P$ ．求：

（1）滑轮组的机械效率 $\eta$ ；

（2）拉力 $F$ 的功率 $P$ 。