初中物理力和机械解答题

如图所示，一张很长的红地毯平铺在地面上。要把地毯沿着其长度方向移动一段距离，最直接的方法就是从一端拉，但拉动整张地毯很困难，需要非常大的力。

（1）解释从一端拉动地毯需要非常大的力的原因：　　。

（2）设计一种既简单又省力的方案，能将地毯沿长度方向移动一段距离（方案可选用的工具只有圆木棒，也可不选用工具；对方案也可结合示意图描述） $:$　　。

（3）对你所设计的方案作出可行性评价：　　。

从地面上搬起重物我们的常见做法是弯腰（如图甲）或人下蹲弯曲膝盖（如图乙）把它搬起来，哪种方法好呢？下面就建立模型说明这个问题。把脊柱简化为杠杆如图丙所示，脊柱可绕骶骨（轴 $)O$转动，腰背部复杂肌肉的等效拉力 $F_1$作用在 $A$点，其实际作用方向与脊柱夹角为 $12°$且保持不变，搬箱子拉力 $F_2$作用在肩关节 $B$点，在 $B$点挂一重物代替箱子。用测力计沿 $F_1$方向拉，使模型静止，可测出腰背部复杂肌肉拉力的大小。接着，改变脊柱与水平面的夹角即可改变杠杆与水平面的夹角 $\alpha$，多次实验得出结论。

（1）在丙图中画出 $F_2$力臂 $L_2$。

（2）当 $\alpha$角增大时， $L_2$　　（变大 $/$不变 $/$变小）， $F_1$　　（变大 $/$不变 $/$变小）。

（3）如果考虑到人上半身的重力，那么腰背部肌肉的实际拉力将比丙图中 $F_1$要　　（大 $/$小）。

（4）对比甲乙两种姿势所对应丙图中的两种状态，由以下分析可得，　　（甲 $/$乙）图中的姿势比较正确。

小刚做“探究浮力与排开液体体积关系”的实验。他先在空气中测量圆柱体的重力，弹簧测力计的示数如图甲所示；再将圆柱体逐渐浸入注有 $35.0\mathit{mL}$水的量筒中，弹簧测力计示数 $F$和圆柱体排开水的体积 $V$如表：

次数	1	2	3	4	5	6
$F/N$	1.0	0.9	0.8	0.7	0.6	0.5
$V/\mathit{mL}$	10.0	20.0	$/$	40.0	50.0	60.0

（1）图甲中弹簧测力计的读数为　　 $N$。

（2）第3次测量时量筒液面位置如图乙所示，读数为　　 $\mathit{mL}$。

（3）第3次实验时圆柱体受到的浮力 $F_{浮}$为　　 $N$。

（4）利用表中数据，在图丙中画出 $F_{浮}-V$图线。

（5）如改用酒精做实验，在图丙中在画出对应的 $F_{浮}-V$图线，并在图线上标注“酒精”。

近年来，独轮电动平衡车深受年轻人的喜爱，如图所示，它采用站立式的驾驶方式，人通过身体的前倾、后仰实现驾驶，如表为某型号独轮电动车平衡车的部分数据，则：

质量	$10\mathit{kg}$
轮胎与地面接触面积	$30c{m}^2$
最大速度	$16\mathit{km}/h$
充满电行程	$24\mathit{km}$

（1）该车充满电后，若以最大速度行驶，能行驶的最长时间是多少？

（2）质量为 $50\mathit{kg}$的人驾驶该车，在水平地面上匀速行驶。若所受阻力为总重力的0.2倍，此时该车受到的牵引力是多大？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（3）质量为 $50\mathit{kg}$的人驾驶该车时，车对水平地面的压强是多大？

根据要求作图

（1）如图甲，画出被踢出的足球在空中飞行时所受重力的示意图。

（2）如图乙，一束光从水中斜射入空气，画出进入空气中折射光线的大致方向。

（3）如图丙，根据通电螺线管外部的磁感线方向，标出图中电源的正极和小磁针静止时的 $N$极

按题目要求作图。

   （1）如图甲，观光缆车沿轨道斜向上做匀速直线运动，画出车中重物 $A$所受力的示意图。

   （2）如图乙，画出入射光线对应的反射光线和大致的折射光线。

   （3）如图丙，举着哑铃的前臂骨骼可看成杠杆，画出动力 $F_1$的示意图及阻力 $F_2$的力臂 $l_2$。

小红和小芳准备测量一块橡皮的密度。

（1）小红将天平放在水平桌面上，当游码归零后发现指针静止时的指向如图甲，她应将平衡螺母向　　调节。测量中，天平平衡时所加砝码和游码位置如图乙，则橡皮质量为　　 $g$．她继续测出橡皮的体积为 $10c{m}^3$，橡皮密度为　　 $\mathit{kg}/m^3$。

（2）小芳设计了另一方案：

①把橡皮挂在图丙所示的测力计下；

②测出橡皮重力 $G$；

③将橡皮浸没水中，读出测力计示数 $F$。

则橡皮的密度 ${\rho }_{像}$的表达式可表示为 ${\rho }_{像}=$　　。小红认为该方案不能准确测得橡皮密度，理由是　　。

用如图所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。

（1）实验开始时，杠杆的位置如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆的平衡螺母向　　移动（选填“左”或“右” $)$。

（2）如图乙所示，在刻度线“2”处挂2个钩码。在刻度线“4“处用调好的弹簧测力计竖直向下拉杠杆，杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数为 $F_1$，将弹簧测力计斜向左拉，杠杆在水平位置平衡时，其示数 $F_2$　　 $F_1$（选项“ $>$”、“ $=$”或“ $<$” $)$；再将弹簧测力计斜向右拉，杠杆在水平位置平衡时，其示数 $F_3$　　 $F_1$。

（3）得到实验结论后，利用图乙所示的装置，只借助杠杆上的刻度线，右侧只使用弹簧测力计，左侧只悬挂重物，若弹簧测力计的量程是 $0~2.5N$，当杠杆在水平位置平衡时，通过计算可知，悬挂的重物最重可达　　 $N$。

按照题目要求作图：

（1）画出图甲中入射光线对应的反射光线；

（2）画出图乙中小球 $A$所受重力的示意图；

（3）在图丙中画出拉力 $F$的力臂 $l(O$为支点）；

（4）用笔画线代替导线，将图丁中的开关和灯泡正确连入家庭电路中。

有经验的司机驾驶车辆经过跨江大桥时，会提前打开车窗，以防车辆不慎落水时错失自救良机。在门窗紧闭的情况下，车辆坠入水中较深时，车内人员无法打开车门和降下车窗玻璃逃生，可选用安全锤等尖锐物体砸碎窗玻璃，让水快速进入车内，待水较多时就容易推开车门或爬出车窗逃生。请解释门窗紧闭的车辆坠入较深水中，车内人员逃生时所遇上述现象的原因和采取相应措施的理由。

如图所示，一个内底面积为 $100c{m}^2$ 的柱形容器中盛有深度为 $60\mathit{cm}$ 的水，水底有一块底面积为 $50c{m}^2$ ，高 $6\mathit{cm}$ 的长方体铝块。现用一电动机以恒定不变的输出功率把铝块提出水面并继续提升一段距离。已知铝块浸没在水中时上升速度恒为 $0.27m/s$ 。铝的密度为 $2.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ ，铝块提升过程中受到的阻力、绳子自重和摩擦等都不计。

求：（1）铝块的重力。

（2）把铝块提升到上表面与水面相平所需的时间。

（3）电动机输出功率的大小。

（4）铝块完全露出水面后匀速上升的速度。

（5）铝块从浸没于水中到完全露出水面，水对容器底部压强的减小值。

1852年，法拉第经过深入的思考和大量的尝试，建立了“力线”的概念。他认为在磁极周围充满了力线，依靠力线将磁极间的作用联系起来。他还利用细铁屑把这种所谓的“力线”形象地呈现出来。小科进行了如下实验：

①在玻璃板上均匀地撒上一层薄薄的细铁屑。

②把玻璃板放在条形磁铁上，观察细铁屑的分布情况。

③轻敲玻璃板，再观察细铁屑的分布情况。

请回答：

（1）如图所示为实验步骤③得到的细铁屑分布情况。请你画出经过 $A$点的磁感线。

（2）实验步骤②中未敲玻璃板“力线”未能通过细铁屑呈现出来，而步骤③中轻敲玻璃板“力线”能通过细铁屑呈现出来。上述原因分别是什么？

自动驾驶汽车是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车，正不断走进我们的生活。

（1）驾驶员进入汽车后，电脑系统会对驾驶员的脸部特征进行识别。从生物学角度看，人的脸部特征是由　　决定的。

（2）2019年8月，红旗 $\mathit{EV}$自动驾驶汽车在湖南长沙开展测试。汽车从长沙出发，历时3小时20分钟到达武汉，行驶距离286千米。测试过程中红旗 $\mathit{EV}$汽车的平均速度是多少千米 $/$时？

（3）质量为1.8吨的红旗 $\mathit{EV}$自动驾驶汽车，在水平公路上匀速直线行驶时，受到的阻力为车重的0.2倍，此时汽车受到的牵引力为多少牛？

小明在卸货点用水平方向的推力把箱子推到 $D$处，如图甲。经过 $A$处4秒后在 $B$处遇到方方，方方迅速取下小箱子，1秒后在 $C$处小明调整了推力，继续将大箱子推到 $D$处才撤去推力。 $\mathit{AD}$段推力与时间的关系如图乙，箱子速度与时间的关系如图丙。已知大箱子底面积为0.5平方米，质量为20千克，小箱子质量为5千克。

（1） $\mathit{BC}$段大箱子受到的摩擦力大小为　　。

（2） $\mathit{AB}$段大箱子对地面的压强为　　。

（3） $\mathit{CD}$段小明推力所做的功为　　。

运用知识解决问题：

（1）活塞式抽水机工作原理如图1所示，提起活塞时，阀门　 $A$　关闭，管外的水在　　的作用下进入圆筒。

（2）请画出木块在斜面上匀速下滑时的受力示意图。

（3）如图3，轻质杠杆的 $\mathit{OA}:\mathit{OB}=3:2$，物体 $M$的重力为 $300N$，小雨的重力为 $600N$，双脚与地面的接触面积为 $0.04m^2$．小雨在 $A$端施加竖直向上的力使杠杆水平平衡，求小雨对地面的压强是多少？请写出解题过程，并画出与解题过程相应的受力分析示意图。