初中物理运动和力解答题

阅读短文，回答文后的问题。

浮子流量计

气体的流量一般指单位时间内流过通气管道的气体体积，流量等于气体的流速和通道横截面积的乘积。生活生产中经常要对气体的流量进行控制，例如医院给病人输氧时，用阀门控制氧气瓶输出氧气的流量，在管道中接入流量计，可以反映流量的大小。

浮子流量计是一种常用的流量计。其结构如图所示，一个上粗下细的锥形管，管内倒放着一个铝制的圆锥体浮子。工作时，气体从锥形管下端流入，向上冲击浮子，然后流过圆锥体浮子底面与锥形管之间的环形空隙，从上端流出。如果浮子受到气流的冲力大，就会向上移动，环形空隙加大，气体流速变小，对浮子的冲力就会变小，这样浮子最终稳定在某一位置，这个位置的高低就反映了气体流量的大小。

（1）浮子流量计使用时，锥形管应处于 　　；

$A$ ．水平方向 $B$ ．竖直方向 $C$ ．斜向上 $D$ ．斜向下

（2）浮子所受气体浮力很小，可以忽略。当浮子稳定在某一位置时，气流对浮子的冲力和浮子重力的关系是 　　。

（3）对于某个制成的浮子流量计，浮子和锥形管之间的环形空隙的面积和浮子高度成正比，比例系数为 $k_1$ ；气流对浮子的冲力和流速成正比，比例系数为 $k_2$ ；浮子的质量为 $m$ 。当浮子稳定在高度 $h$ 时，气体流量 $Q$ 的表达式为 $Q=$ 　　。

（4）浮子流量计能反映的最大流量是有限的，如果要让这个浮子流量计能反映更大的流量，请你提出一条可行的改进措施： 　　。

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。

2018年2月，一辆无人驾驶迷你巴士在南京试运行，如图所示它是一辆"微型公交"，体现了"绿色环保、低碳出行"的科学发展理念。

（1）巴士行驶过程中，以巴士为参照物，路边的树是 　　的

（2）为了安全，巴士设计的最大速度是20km/h。若它匀速行驶6km，耗时20min，则巴士行驶的速度多大？

（3）满载的巴士静止在水平地面上，总质量为3000kg，若轮胎与地面的总接触面积为600cm ²，则它对地面的压强是多少帕？（g取10N/kg）

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

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？

小亮在"长度的测量"实验中：

（1）图1中圆的直径是 　 　 $\mathit{cm}$ 。

（2）一条纸带厚薄均匀，他把纸带紧密地环绕在圆柱形铅笔上，直至恰好能套进一个圆环中，如图2所示，纸带环绕了 $n$ 圈，则纸带厚度是 　　（选填" $A$ "或" $B$ " $)$ 。

$A.\frac{D_2-D_1}{n}$ ; $B.\frac{D_2-D_1}{2n}$ 。

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 $10N/\mathit{kg})$

理论上分析：浸在液体中的物体受到的浮力就是液体对物体表面压力的合力。如图所示，一个底面积为 $S$ ，高为 $h$ 的长方形浸没在密度为 $\rho$ 的液体中。

（1）分析该物体侧面所受液体压力的合力 $F_{合1}$ ；

（2）求出该物体底面所受液体压力的合力 $F_{合2}$ ；

（3）结合以上结果，说明该理论分析与阿基米德原理的表述是一致的。

某家用轿车，重为 $1.5\times {10}^{4}N$ ，当车以 $72\mathit{km}/h$ 的速度匀速直线行驶了 $0.5h$ ，消耗汽油 $3\mathit{kg}$ ，期间受到的阻力为车重的0.08倍。已知汽油的热值为 $4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$ 。在此过程中，求：

（1）车通过的路程；

（2）牵引力做功的功率；

（3）汽车发动机的效率。

阅读《洛阳桥》回答问题。

洛阳桥被誉为"福建桥梁状元"的洛阳桥坐落于福建泉州洛阳江上。又名"万安桥"，如图１所示。

洛阳桥始建于北宋１０５３年，工程历时七年。桥原长１２００多米，宽约５米，有桥墩４６座，扶栏５００个，石狮２８个，石亭７座，石塔９座，规模宏大，是中国古代著名的梁式石桥。桥由当时的郡守蔡襄主持兴建。洛阳桥的桥址位于江海汇合处，水深流急，建造桥基十分困难，桥基随时可能陷落坍塌、甚至被冲入海。洛阳桥的建桥工程，规模巨大，结构工艺技术高超，影响深远。像近代桥梁的"筏形基础"，在国外尚不足百年；"浮运架梁法"今日还很通行；"种蛎固基法"将生物学应用于桥梁工程，堪称绝妙。关键性的工程分为如下几个阶段：首先在江中沿桥址中线，向江中抛填石料，形成一条横跨过江的矮石堤。石堤宽约２５米，而长度达５００余米。然后，匠师们利用洛阳江里盛产牡蛎这一自然条件，在矮石堤上散置蛎房。由于牡蛎繁殖力强，石堤里外间隙，成片成丛、密集繁生，两三年时间，就将原本松散的石堤胶结成一牢固整体。同时，石堤经受浪潮往复冲击，逐渐密实，底层石料嵌入流沙，使整条石堤变得格外稳固。这样筑成的桥墩底盘，用作桥基，即现代桥梁工程中的所谓"筏形基础"，既增大了基础的面积，又增强了基础的整体性，能有效防止不均匀沉降。在"筏形基础"上，再用巨型条石，齿牙交错，互相叠压，逐层垒砌，筑成桥墩，墩的上下游两头，俱作尖形，以分水势。墩基间亦置大量牡蛎胶粘，潮汐来去，不能冲动。两墩间净孔，约在一丈五六尺。沿岸开采的石梁，预先放在浮排上，等到两邻近桥墩完成后，即趁涨潮之时，驶入两桥墩间，待潮退，浮排下降，石梁即可落在石墩上，全桥石梁３００余条，每条约二三十吨重，皆"激浪涨舟，浮运架梁"而成。

洛阳桥的建成，为我国石桥建筑提供了宝贵的经验。历经地震、飓风、水患和战争，洛阳桥经受了几百年的考验，依然屹立，堪称我国古代桥梁史上的伟大创举。请根据上述材料，回答下列问题：

（１）经勘测发现某地块承载能力比较薄弱，如果要在该地块建筑一座高塔，容易发生局部沉降或坍塌。为了避免发生局部沉降和坍塌问题，请你借鉴洛阳桥成功建桥的经验，提出一个解决方案，并写出你的理由。

（２）如图２所示为洛阳桥船型桥墩的示意图，水流在桥墩前一分为二，沿柱面两侧向后流动。

①请写出洛阳桥桥墩被设计成船型的优点；

②请你展开想象，就洛阳桥船型桥墩的设计理念，举例说明还可应用在哪些方面。