初中物理运动和力计算题

（·绵阳）2012年10月15日，奥地利著名极限运动员鲍姆加特纳乘坐热气球从距地面高度约39km的高空跳下，并成功着陆．如图所示．该热气球由太空舱，绳索和气囊三部分组成．气囊与太空舱之间利用绳索连接．在加热过程中气囊中气体受热膨胀．密度变小，一部分气体逸出，当热气球总重力小于浮力时便开始上升．
假定鲍姆加特纳是在竖直方向上运动的，并经历了以下几个运动阶段：他首先乘坐热气球从地面开始加速上升到离地高h₁=1km处，此阶段绳索对太空舱向上的总拉力恒为F₁=3002.5N；接着再匀速上升到离地面高h₂=38km处，此阶段绳索对太空舱向上的总拉力恒为F₂=3000N；然后再减速上升到离地高h₃=39km处，此阶段绳索对太空舱向上的总拉力恒为F₃=2997.5N；他在上升过程中共用时t₁=1×10⁴s，在离地高39km处立即跳下．自由下落t₂=4min后速度已超过音速，最后打开降落伞，又用时t₃=16min又安全到达地面．忽略髙度对g的影响，取g=10N/kg．求：

①从离开地面到安全返回地面的整个过程中，运动员的平均速度是多少？（结果取整数）
②在热气球上升过程中．绳索对太空舱向上的总拉力做功的平均功率是多少？
③当热气球上升到离地高20km处．若热气球总质量（含气囊里面气体）m=7.18×10⁴kg，整个热气球的体积V=8×10⁵m³，整个热气球受到的空气阻力f=2×10³N，不考虑气流（或风） 对热气球的影响．则此高度处的空气密度是多少？

高速铁路的广泛应用使人们的出行更加便捷。放假期间，铭铭与家人乘坐高铁从葫芦岛到沈阳游玩。如图是他们乘坐的“和谐号”高铁列车，下表是它的部分参数。（g＝10N/kg）

满载时总质量	1000t
车轮与铁轨接触总面积	0.8m^2
最高时速	360km/h

（1）满载的列车停在水平轨道上时，对轨道的压强是多少？

（2）葫芦岛至沈阳的路程为270km。若列车以最高时速行驶，从葫芦岛到沈阳需要多长时间？列车从胡芦岛到沈阳实际运行1.5h。设列车在水平轨道上做匀速直线运动，所受阻力是其满载时重力的0.01倍，此过程中牵引力的功率是多少？

（3）“和谐号”运行1km耗电1.075×10⁸J，若这些电能全部由燃烧柴油来获得，列车行驶1km需要消耗多少千克柴油？（q_柴油＝4.3×10⁷J/kg）

（·锦州）某公园为推进旅游开发建设，购进一批旅游观光艇，其部分技术参数如下表：（g取10N/kg）求：

（1）某旅游团队乘坐观光艇以最大航速行驶2小时的路程是多少？
（2）假设每位乘客的平均质量为60kg，观光艇满载乘客时，所受浮力是多少？
（3）该艇以最大航速匀速行驶且发动机达到最大输出功率，受到水的阻力是多少？

汽车沿平直公路匀速驶向一座石山，汽车的速度为10m/s，声速为340m/s，途中司机按一次喇叭，2秒后司机听到回声，司机按喇叭时汽车距石山脚的距离是多少？

（·揭阳）一辆小汽车，总重为1.2×10⁴N，四个轮胎与地面接触的总面积为0.12m²，小汽车以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20kW。若小汽车行驶的距离为100km，求：
（1）该车静止在水平路面上时，对路面的压强是多少。
（2）小汽车在这段路程中发动机所做的功。

探究小球在斜面上的运动规律如图甲所示，小球以初速度 $2.0m/s$从 $A$点沿着足够长的光滑斜面滑下，它在斜面上的速度 $\nu$随时间 $t$均匀变化。实验数据如下表

$t/s$	0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
$v/(m$． $s^{-1})$	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0	4.5	5.0

（1）根据表中数据，在图乙中描点并画出小球的 $v-t$图象。

（2）小球的运动速度 $v$与时间 $t$的关系式为 $v=$　 $5m/s^{2}t+2.0m/s$　；

（3）如图丙所示，以速度 $v_1$做匀速直线运动的物体在时间 $t$内通过的路程是 $s_1=v_1{t}_1$，它可以用图线与时间轴所围矩形（阴影部分）的面积表示。同样，图乙中图线与时间轴所围图形的面积，也能表示这个小球在相应时间 $t$内通过的路程 $s$。上述小球从 $A$点沿光滑斜面滑下，在时间 $t$内通过的路程的表达式为 $s=$　　。

李明同学骑自行车从家路过书店到学校上学，家到书店的路程为1800m，书店到学校的路程为3600m．当他从家出发到书店用时5min，在书店等同学用了1min，然后二人一起又经过了12min到达学校．求：
（1）骑车从家到达书店这段路程中的平均速度是多少？
（2）李明同学从家里出发到学校的全过程中的平均速度是多大？

“五一”期间，小明一家驱车外出旅游，如图所示，当车经过高速路段 $A$点路标时，时间是8点15分；当车经过高速路段 $B$点路标时，时间是8点45分。假设汽车在上述行驶过程中做匀速直线运动，受到的阻力为 $1150N$，消耗的汽油为 $3\mathit{kg}$。（汽油的热值为 $4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$求：

（1）汽车在 $\mathit{AB}$之间的速度；

（2）汽车在行驶过程中牵引力做的功；

（3）汽车发动机的效率。

2021年5月22日10时40分，火星探测器"天问一号"的着陆器搭载"祝融号"火星车成功降落在火星北半球的乌托邦平原，中国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。火星车质量达240kg，有六个形状大小相同的车轮，每个车轮与地面的接触面积约为190cm ²，在火星表面行驶时，它会展开太阳能蝶形面板--四块"特别订制"的太阳能电池阵，相比传统电路，提高了太阳能电池20%的利用效率。

（1）太阳能电池正常工作时，能量转化情况是： 　     　转化为 　     　；

（2）火星对它表面附近的物体也有引力，这个力大约是地球对地面附近同一物体引力的38%，当火星车静止在火星水平表面时，对火星表面的压强是多少？（g＝10N/kg）

（3）火星车在火星表面进行长距离自主移动进行科学探测时，走一下歇一下，若它在三天行驶了9km的直线距离，它行驶的平均速度是多少km/h？

为了增强中学生体质，进一步加强防溺水教育，学校组织学生进行游泳训练。（ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³，g取10N/kg）求：

（1）小东在一次游泳训练中，游20m所用的时间为40s，则他游泳的平均速度是多少m/s？

（2）如图所示，小东手上佩戴的防溺水安全手环是水上救生设备，携带非常方便，手环里的安全气囊充气后的体积是1.7×10 ^{﹣ 2}m ³，当它完全浸没在水中时受到的浮力为多少N？

（3）小东的质量为50kg，他站立在泳池岸上，双脚与水平地面的总接触面积是500cm ²，他对水平地面的压强是多少Pa？

（4）小东在泳池岸上看到池水的深度比实际深度要浅，正如古诗所说"潭清疑水浅"，请用光学知识分析其中原因。

重庆至德国杜伊斯堡的中欧班列全程约10800 $\mathit{km}$，运行时间 $300h$。中欧班列在平直路面匀速行驶时，和谐型大功率机车提供的牵引力约 $9.6\times {10}^{7}N$，求：

（1）中欧班列运行时的平均速度约为多少千米每小时？

（2）中欧班列在平直路面以 $v=20m/s$匀速行驶时，机车功率约为多少瓦？

小明家离学校 $2\mathit{km}$，他以 $5\mathit{km}/h$的速度步行上学，出发5分钟后小明父亲发现小明的教科书忘记带上，立即以 $10\mathit{km}/h$的速度沿小明上学的方向骑车去追小明；求：

（1）小明父亲经多少分钟能追上小明？

（2）如果小明父亲发现小明忘记带教科书的同时，小明也发现自己的教科书忘记带上并立即掉头返回，问小明与父亲在途中相遇时离学校多少千米（小数点后保留2位有效数字）？

最近，一项“中国原创”重大发明成为世界关注的焦点！它被称为“空中奔跑的巴士”（又称巴铁），预计今年7月进行测试，其模型如图所示，巴铁依靠电力驱动在钢轨上行驶，相当于40辆柴油公交车的运量，若1辆柴油公交车日常行驶时发动机的平均输出功率为 $60\mathit{kW}$，发动机的效率为 $30\%$，每消耗 $1\mathit{kg}$柴油排放二氧化碳约为 $3\mathit{kg}$，柴油的热值近似取 $q=4.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。

（1）若巴铁在 $100s$内沿直线行驶了 $1500m$，求这段时间内巴铁的平均速度；

（2）按柴油公交车每日行驶 $10h$计算，镇江若引进1辆巴铁取代40辆柴油公交车，则每日可减少二氧化碳排放量多少千克？

（3）巴铁车内电器每天需消耗 $60\mathit{kW}·h$的电能，若这些电能全部由车顶上的太阳能电池板来提供，已知该太阳能电池板 $1m^2$面积上接收到的太阳平均辐射功率为 $1\mathit{kW}$，光电转化效率为 $20\%$，每天日照时间按 $6h$计算，求需太阳能电池板的最小面积。

在某工地上，起重机在20s内把质量为3t的石头匀速提升2m。试求：

（1）货物上升的速度是多少？

（2）货物所受到的重力是多少？

（3）起重机提升货物时对货物所做的功是多少？

（4）起重机提升货物的功率是多少？

“五一”假期，小明一家驱车外出旅游。当汽车以108km/h的速度在高速公路上匀速直线行驶时，汽车受到的阻力是整车重的0.08倍，效率为4O％。已知汽车整车质量为1375kg，汽油箱容积为50L。（汽油热值q=3.3×10⁷J/L，g=10N/kg)
（1）这时汽车牵引力做功的功率是多少？
（2）该车加一满箱汽油，按照以上速度最多可以匀速直线行驶多远的路程？