初中物理机械能综合题

天然水流蕴藏着巨大的能量，是人类可以利用的重要能源之一。兴建水电站可以把天然水流蕴藏着的巨大能量转换成电能，是水能利用的主要形式。有一处水利工程，在河流上修建了 $115m$高的拦河大坝，如图所示。年平均水流总量为 $3\times {10}^{10}{m}^3$．该水利工程的主要任务包括防洪、发电和航运，在发电方面，年平均发电总量为 $6\times {10}^9\mathit{kW}·h$．现安装水轮发电机20台，每台水轮发电机装机容量（即发电功率）为 $9.26\times {10}^4\mathit{kW}$．（水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）年平均水流总量所受的重力；

（2）若上、下游水位差为 $100m$，年平均水流总量做的总功及转化为电能的效率；

（3）若每台发电机平均年发电时间为180天，则平均每天约有多少台发电机在工作。

工人师傅用如图所示的滑轮组将重为 $600N$的货物匀速提升了 $2m$，做了 $1500J$的功。求：

（1）滑轮组的机械效率；

（2）当他用 $400N$的拉力匀速提升其它货物时，额外功占总功的 $15\%$，求提升货物的重。

随着精准扶贫政策的落实，小红家正在新建楼房。他看到工人师傅用如图所示的装置，把 $220\mathit{kg}$建筑材料匀速提升到3楼地板上用时 $20s$。楼层高 $3m$，电动机的铭牌如下表，

某型号电动机	$\mathit{ZGZ}007$
额定电压	$220V$
额定功率	$1100W$
频率	$50\mathit{Hz}$

求：

（1）装置中电动机正常工作时的电流。

（2）拉力 $F$所做的功。

（3）该装置的效率。

如图甲所示，用电动机和滑轮组把密度为 $3\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，体积为 $1m^3$的矿石，从水底匀速整个打捞起来， $g$取 $10N/\mathit{kg}$，水的密度为 $1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．求：

（1）矿石的重力；

（2）矿石浸没在水中受到的浮力；

（3）矿石露出水面前，电动机对绳子拉力的功率为 $2.5\mathit{kW}$，矿石上升过程中的 $s-t$图象如图乙所示，求滑轮组的机械效率；

（4）如果不计绳重及绳子与滑轮间的摩擦，矿石露出水面后与露出水面前相比，滑轮组机械效率会如何改变？为什么？

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。

一人用桶从井里取水，已知桶的容积是 $6L$，空桶的质量是 $1.5\mathit{kg}$，忽略绳子的重力。 $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$、 $g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）装满水后水的质量；

（2）用绳子把桶放到井里，进入一些水后，桶仍然漂浮在水中，此时它排开水的体积是 $3\times {10}^{-3}{m}^3$，桶受到的浮力；

（3）将一满桶水从桶底刚好离开水面开始匀速提高 $5m$，绳子的拉力做的功；

（4）提水的效率。

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。

党的十九大报告提出，要建设生态宜居、生活富裕的新农村。某兴趣小组在社会实践中来到某乡村建筑工地，建筑工地工人们用如图甲所示的滑轮组来提升重物，不计绳重和摩擦。

（1）一个工人质量为 $60\mathit{kg}$ ，竖直向上匀速拉动 $700N$ 的重物时，绳上拉力为 $400N$ ，将重物提升 $2m$ 用时 $20s$ ，滑轮组的机械效率为多少？

（2）在这 $20s$ 的时间内拉力的功率为多少 $W$ ？

（3）该工人能够提升的最重的物体约为多少 $\mathit{kg}$ ？

（4）请你设计另一种最省力的绕线方式，并画于图乙中。

（5）利用最省力的方式，提升 $800N$ 的重物，求绳上拉力的大小？

（6）利用最省力的方式，竖直向上以 $0.15m/s$ 的速度匀速拉动绳子，求 $20s$ 物体上升的距离？

阅读短文，回答问题：

阳光动力2号

如图所示，是进行过环球飞行的全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”。它的翼展达到了 $72m$，比一种大型波音飞机的翼展还要宽 $3.5m$；机长 $22.4m$，接近一个篮球场的长度。但由于它的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料制造，因此，它的质量只有 $2300\mathit{kg}$，与一辆中型轿车相差无几。

“阳光动力2号”上面共贴敷了17248片太阳能电池。这些电池可以产生最大 $70\mathit{kW}$的功率，这些电力输送给四台电动机带动螺旋桨给飞机提供动力。

白天，它会爬升到 $9000m$的高空以避开气流并最大化利用太阳能，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）这种“极轻的碳纤维材料”的密度约为 $1.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，这个密度值表示的物理意义是：　                                                　。

（2）机身上的太阳能电池以最大功率工作，在 $30\mathit{min}$的时间内产生　       　 $\mathit{kW}·h$的电能。

（3）“阳光动力2号”从白天航行转为夜里航行过程中，它的重力势能　      　（填“逐渐增大”、“不变”或“逐渐减小”）。

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

如图1所示，某打捞船打捞水中重物， $A$ 是重为 $600N$ 的动滑轮， $B$ 是定滑轮， $C$ 是卷扬机，卷杨机拉动钢丝绳通过滑轮组 $\mathit{AB}$ 竖直提升水中的重物，如图2所示，体积为 $0.3m^3$ 的重物浸没在水中，此时钢丝绳的拉力 $F$ 的大小为 $1.0\times {10}^{3}N$ ，摩擦、钢丝绳重、重物表面沾水的质量及水对重物的阻力均忽略不计， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $g=10N/\mathit{kg}$ 。问：

（1）当重物底部位于水面下 $5m$ 深处时，水对重物底部的压强是 　　 $\mathit{Pa}$ ；

（2）重物浸没在水中时受到三个力，其中浮力大小为 　　 $N$ ，重力大小为 　　 $N$ ；

（3）当重物逐渐露出水面的过程中，重物浸入水中的体积不断减小，打捞船浸入水中的体积不断变 　　；重物全部露出水面和浸没时相比，打捞船浸入水中的体积变化了 　　 $m^3$ ；

（4）重物全部露出水面后匀速上升了 $1m$ ，钢丝绳末端移动了 　　 $m$ 。此过程中滑轮组的机械效率是多少？

阅读短文，回答问题；

伽利略对摆动的研究

据说，某个星期天，伽利略在比萨大教堂参加活动，教堂穹顶上的吊灯因风吹而不停地摆动。伽利略被摆动的节奏性吸引住了。他发现，尽管吊灯的摆动幅度越来越小，但每一次摆动的时间似乎相等。

伽利略知道脉搏的跳动是有规律的，于是便按着脉搏注视着灯的摆动，发现每一次往返摆动的时间都相同。这使他又冒出一个疑问：假如吊灯受到强风吹动，摆得高了一些，每一次摆动的时间还相等吗？回到宿舍，他用铁块制成一个摆，把铁块拉到不同高度，用脉搏细心地测定摆动的时间。结果表明每次摆动的时间仍然相同。尽管用脉搏测量时间并不精确，但已经可以证明他最初的想法是正确的，即“不论摆动的幅度大些还是小些，完成一次摆动的时间是一样的”，这在物理学中叫做“摆的等时性”。

后来，伽利略又把不同质量的铁块系在绳端做摆锤进行实验；他发现，只要用同一条摆绳，摆动一次的时间并不受摆锤质量的影响。随后伽利略又想，如果将绳缩短，会不会摆动得快些？于是他用相同的摆锤，用不同的绳长做实验，结果证明他的推测是对的。他当时得出了结论：“摆绳越长，往复摆动一次的时间（称为周期）就越长。

（1）他用铁块制成摆，把铁块拉到不同高度，高度越高，铁块的　      　能越大，铁块运动到最底端时速度越　      　。

（2）不论摆动的幅度大些还是小些，完成一次摆动的时间是一样的，这在物理学中叫做　        　。

（3）他用相同的摆锤，用不同的绳长做实验，结果证明他的推测是对的。这种研究问题的方法叫　      　法。

汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，某研究小组对汽车开展调查研究。

（1）图甲是汽车的刹车结构示意图，根据图片分析，这是 　　杠杆（选填"省力"、"费力"或"等臂" $)$ ；某段道路的标志牌如图乙所示，为什么同样的道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度 　　。

（2）（多选）汽车在行驶过程中遇到危急情况要紧急刹车。从发现情况到汽车停止的距离叫做停车距离，停车距离等于反应距离加上制动距离。下列行为会使停车距离变长的是 　　。

$A.$ 疲劳驾驶

$B.$ 酒后驾驶

$C.$ 接听电话

$D.$ 开车前系好安全带

（3）内燃机有四个工作冲程，图丙是内燃机的 　　冲程。

（4）假设某款纯电动汽车在平直公路上匀速行驶时，每百公里耗电30千瓦时，若电能转化为机械能效率为 $85\%$ ，则汽车匀速行驶时受到阻力为 　　 $N$ 。若质量和外形完全相同的燃油汽车，它的能量转化率为 $30\%$ ，以相同速度在同一路面上匀速行驶，每行驶百公里需要消耗的燃油为 　　 $\mathit{kg}$ 。（汽油的热值为 $q=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$ ，结果保留1位小数）

（5）若电价为0.6元 $/$ 千瓦时，汽油价格为7.0元 $/$ 升，每行驶百公里，电动汽车比燃油汽车节省 　　元。（汽油的密度 $\rho =0.71\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ，结果保留1位小数）

一辆大鼻子校车在水平路面上行驶，车和人总质量为 $8000\mathit{kg}$，轮胎与地面的总接触面积为 $0.32m^2$。

（1）求校车对路面的压强。

（2）校车以 $36\mathit{km}/h$的速度匀速行驶时，柴油发动机的输出功率为 $50\mathit{kW}$．求此过程中校车受到的阻力。

（3）如果校车行驶过程中，司机控制油门，使发动机的输出功率为 $25\mathit{kW}$，并保持此功率不变继续行驶 $10\mathit{min}$。这段时间内柴油燃烧释放能量的 $30\%$转化为有用机械能，在数值上等于发动机牵引力做的功。求这段时间内发动机柴油燃烧释放的能量。

把一棱长为 $10\mathit{cm}$，质量为 $8\mathit{kg}$的正方体实心金属块，放入水平放置装水的平底圆柱形容器中。如图甲所示，金属块下沉后静止在容器底部（金属块与容器底部并未紧密接触），水的密度是 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）金属块的密度；

（2）金属块受到的浮力；

（3）金属块对容器底部的压强；

（4）若用图乙所示的滑轮组，把金属块在水中匀速提升 $30\mathit{cm}$（金属块未露出水面，忽略水对物体的阻力），此过程滑轮组的机械效率为 $70\%$，那么绳子自由端的拉力 $F$大小是多少？