初中物理力和机械综合题

为了探究滑动摩擦力大小与什么因素有关，小夏设计了如图所示实验（实验所用棉布比木板表面粗糙）。

（1）实验过程中，弹簧测力计应沿水平方向拉着物块做 　      　运动，根据 　      　知识，可知滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数。

（2）在这四次实验中，滑动摩擦力最小的是 　      　（选填"甲"、"乙"、"丙"或"丁"）。

（3）比较甲、乙两次实验，是为了探究滑动摩擦力大小与 　      　是否有关；比较乙、丙两次实验，是为了探究滑动摩擦力大小与 　      　是否有关。

（4）比较甲、丁两次实验，发现甲实验中弹簧测力计的示数大于丁实验中弹簧测力计的示数，小夏由此得出结论：滑动摩擦力大小与接触面积的大小有关。你认为他的结论是 　      　的（选填"正确"或"错误"），理由是 　      　。

（5）小夏对实验装置进行改进后，如图戊所示，当他再进行实验时，发现效果更好。请你说出改进后的优点是 　      　（写出一条即可）。

我国第一高楼"上海中心大厦"的建筑高度是632米，为了避免台风来临时大厦上部剧烈晃动，大厦上部第125层安装了总质量上千吨的阻尼器系统，如图甲所示。阻尼器系统的钢索悬挂在大厦顶端，阻尼器类似一个质量巨大的金属摆，其简化模型如图乙所示。台风来临迫使大厦晃动，触发阻尼器产生与大厦晃动方向相反的摆动（如图丙所示）。阻尼器不停的往复摆动，使大厦上部晃动逐渐减弱，这样就不断吸收大厦晃动的能量。请回答下列问题：

（1）若阻尼器所在楼层距大厦底层高580m，乘坐高速电梯从底层到125层用时58s，则这一过程电梯的平均速度是多少？

（2）若阻尼器系统的质量是10 ⁶kg，则它受到的重力是多少？（取g＝10N/kg）

（3）图丙中，大厦刚开始向左晃动时，内部的阻尼器为什么会相对向右摆动？

（4）阻尼器吸收的能量不断增加，从安全角度考虑，设计时应使其摆动到最低点时速度不能过大，若在阻尼器下方加装铜质闭合线圈，结合电磁感应知识，你认为还缺少的器件是什么？请从能量转化的角度写出这一新增装置能减小摆动速度的原因。

研究物理问题时，常需要突出研究对象的主要因素，忽略次要因素，将其简化为物理模型。

（1）如图甲，一质量分布均匀的杠杆，忽略厚度和宽度，长度不可忽略，用细线将它从中点悬起，能在水平位置平衡。将它绕悬点在竖直面内缓慢转过一定角度后（如图乙）释放，为研究其能否平衡，可将它看成等长的两部分，请在图乙中画出这两部分各自所受重力的示意图和力臂，并用杠杆平衡条件证明杠杆在该位置仍能平衡；

（2）如图丙，一质量分布均匀的长方形木板，忽略厚度，长度和宽度不可忽略，用细线将它从AB边的中点悬起，能在水平位置平衡。将它绕悬点在竖直面内缓慢转过一定角度后（如图丁）释放，木板在该位置能否平衡？写出你的判断依据。

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？

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）

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探索月球背面

2018年12月8日，我国嫦娥四号和巡视器（月球车）组合体发射升空，经历20多天的漫长旅程，终于在2019年1月3日着陆月球背面并成功分离。月球车首次近距离拍摄了月球背面照片，并通过卫星传回地面，月球车也因此被命名为“玉兔二号”。图1是“玉兔二号”在月球背面留下的第一道印迹。嫦娥四号探测器在月球背面成功着陆还是人类首次，踏出了全人类在月球背面的第一步。

人类从地球上直接观看月球，只能观测到一面，看不到月球背面。为什么总看不到月球背面呢？月球围绕地球公转的同时也在自转。万有引力定律告诉我们：地球和月球之间存在相互作用的引力，月球上离地球越远的位置，受到地球的引力越小。如果月球自转的周期与公转的周期不相等，月球上同一部分受到地球的引力就会发生变化，这导致月球不同岩石之间产生摩擦，逐渐减慢自转的速度，最终使得月球自转与绕地球公转的周期相同，因此总是同一面朝向地球。

（1）嫦娥四号需要的能量主要由太阳能电池板提供，太阳能电池板工作时是将　     　能转化为电能；

（2）物体在月球上所受“重力”是在地球上所受重力的六分之一，“玉兔二号”在地球上对地面的压强是其对月球表面压强的　     　倍（假设接触面积不变）。但是因月球表面较软，所以印迹较为明显（如图1）；

（3）如图2所示，如果 $A$和 $B$是月球上两块质量相同的岩石，它们受到地球的引力分别为 $F_A$和 $F_B$，那么 $F_A$　     　 $F_B$（填“大于”“小于”或“等于”）。

解放前，我国经济很落后，一些地区过着极其原始的生活。如图所示，就是为了解决饮水问题，需要到很远地方挑水的示意图。为了防止道路不好水溅出桶外，在水面上覆盖木板（如图），若一个木板质量为 $500g$，密度为 $0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，每个桶内水深 $30\mathit{cm}\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$，求：

（1）桶底受到的水产生的压强；

（2）一个木板受到的浮力及静止时露出水面的体积；

（3）扁担与绳质量忽略不计，扁担长度 $1.5m$，每桶水总重 $180N$，扁担与肩膀接触点距离扁担右端 $55\mathit{cm}$，支撑手距离扁担左端也是 $55\mathit{cm}$，则支撑手受到的扁担产生的压力。

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胡克定律

弹力的大小和形变的大小有关系，形变越大，弹力也越大，形变消失，弹力就随着消失。对于拉伸（或压缩）形变来说，伸长（或缩短）的长度越大，产生的弹力就越大。把一个物体挂在弹簧上，物体越重，把弹簧拉得越长，弹簧的拉力也越大。物体发生弯曲时产生的形变叫做弯曲形变。对于弯曲形变来说，弯曲得越厉害，产生的弹力就越大。例如，把弓拉得越满，箭就射得越远；把物体放在支持物上，物体越重，支持物弯曲得越厉害，支持力就越大。

在金属丝的下面挂一个横杆，用力扭这个横杆，金属丝就发生形变，这种形变叫扭转形变。放开手，发生扭转形变的金属丝产生的弹力会把横杆扭回来。金属丝扭转角度越大，弹力就越大。

定量的研究各种形变中弹力和形变的关系比较复杂，我们经常遇到的是弹簧的拉伸（或压缩）形变。实验表明：弹簧弹力的大小 $F$和弹簧伸长（或缩短）的长度 $x$成正比。写成公式就是 $F=\mathit{kx}$，其中 $k$是比例常数，叫做弹簧的劲度系数，在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力。劲度系数跟弹簧的长度、材料、粗细等都有关系。弹簧丝粗的硬弹簧比弹簧丝细的软弹簧劲度系数大。对于直杆和线的拉伸（或压缩）形变，也有上述比例关系。这个规律是英国科学家胡克发现的，叫做胡克定律。

胡克定律有它的适用范围。物体形变过大，超出一定的限度，上述比例关系不再用，这时即使撤去外力，物体也不能完全恢复原状。这个限度叫做弹性限度。胡克定律在弹性限度内适用。弹性限度内的形变叫做弹性形变。

（1）弹簧测力计的工作原理遵从　      　定律。当用弹簧测力计测物体重力时弹簧的形变主要　      　是（选填“拉伸形变”、“弯曲形变”或“扭转形变”）。

（2）使用弹簧测力计时注意不能超过它的量程，是为了避免超过弹簧的　     　。

（3）弹簧的　      　在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力，它与受力大小　       　（选填“有关”或“无关”），它的单位是　      　（选填“ $N/m$”、“ $N/m^2$“或“ $N·m$”）。

今年5月，运用“蓝鲸一号”钻探平台，我国南海神孤海域首次实现可燃冰试采成功。

材料一：可燃冰，学名天然气水化合物，其化学式为 $C{H}_4·8H_{2}O$．它是天然气的固体状态（因海底高压）。埋于海底地层深处的大量有机质在细菌的分解作用下，最后形成石油和天然气（石油气），其中许多天然气被包进水分子中，在海底的低温 $(2~5^{°}\text{C})$与压力下结晶，形成“可燃冰”。

材料二：“蓝鲸一号”钻探平台设计和建造过程创新了多项世界记录。它长117米，宽92.7米，高118米，质量为42000吨。

请根据上述材料回答：

（1）形成可燃冰需要一定的生态环境。

①海底底层深处，这些分解有机质的细菌能很好的生存，体现了生物对环境的　　，这些细菌分解有机质　　（选填“需要”或“不需要” $)$氧气。这些细菌与真菌在细胞结构上的主要区别是　　。

②在开采过程中，极少量的垃圾废弃物没有对海洋环境造成破坏，这主要是因为海洋生态系统有　　的 能力。

（2）形成可燃冰的其中一个条件是有甲烷气源。

①可燃冰 $(C{H}_4·8H_{2}O)$中 $C:H:O$的元素质量比是　　。甲烷属于　　（选填“有机物”或“无机物” $)$

②与石油、煤等化石燃料相比较，开采可燃冰的积极意义有（写一条）　　。（可燃冰在空气中燃烧的化学方程式为 $C{H}_4\cdot 8H_{2}O+2O_2\frac{\underset{¯}{\mathit{点燃}}}{}C{O}_2+10H_{2}O)$

（3）如果南海海水的密度是 $1.03\times {10}^3$千克 $/$米 ${}^3$，“蓝鲸一号”钻探平台漂浮海面受到海水浮力是　　牛，浸入海水的体积至少需要　　米 ${}^3$，开采处的可燃冰可以直接在管口点燃，说明已经成为气体，从固体变成气体的原因可能是　　。

雾炮车（又称多功能抑尘车）是利用高压原理向空气中喷洒颗粒格外细小的水雾，除去空气中过多的尘埃。某型号雾炮车的质量为 $10t$，它配备了一个体积为 $10m^3$的水箱。为了方便清洗，水箱底部有一个排水孔，排水孔盖子面积约为 $100c{m}^2$．

（1）空载时，若雾炮车轮与地面的总接触面积为 $0.8m^2$，则静止时车对水平地面的压强为多大？

（2）当水箱中水的深度为 $1m$时，排水孔盖子受到水的压力约为多大？

（3）如图所示，当雾炮车在水平路面上匀速行驶并不断向外喷水时，雾炮车发动机的输出功率如何变化？为什么？

如图甲所示， $A$、 $B$为不同材料制成的体积相同的实心正方体，浸没在圆柱形容器的水中，容器内部底面积是正方体下表面积的4倍。沿固定方向缓慢匀速拉动绳子，开始时刻， $A$的上表面刚好与水面相平，滑轮组绳子自由端的拉力 $F$大小为 $F_0$， $F$随绳端移动距离 $s_{绳}$变化的图象如图乙所示。已知动滑轮的重力 $G_{动}=5N$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。除了连接 $A$、 $B$间的绳子承受拉力有一定限度外，其它绳子都不会被拉断。滑轮与轴的摩擦、绳的质量等次要因素都忽略不计。

（1）正方体 $A$、 $B$之间的绳子长度 $L_{绳}$是多少？

（2）正方体 $A$和 $B$的密度 ${\rho }_A$、 ${\rho }_B$分别是多少？

（3）整个过程中，水对容器底部压强的最大变化量△ $p$是多少？

如图所示装置中，轻质杠杆支点为 $O$，物块 $A$、 $B$通过轻质细线悬于 $Q$点，当柱形薄壁容器中没有液体时，物体 $C$悬挂于 $E$点。杠杆在水平位置平衡；当往容器中加入质量为 $m_1$的水时，为使杠杆在水平位置平衡，物块 $C$应悬于 $F$点。 $A$． $B$为均匀实心正方体， $A$． $B$的边长均为 $a$。连接 $A$， $B$的细线长为 $b$， $B$的下表面到容器底的距离也为 $b$，柱形容器底面积为 $S$．已知： $a=b=2\mathit{cm}$， $S=16c{m}^2$， $O$、 $Q$ 两点间的距离为 $L_{\mathit{OQ}}=4\mathit{cm}$；三个物块的重为 $G_A=0.016N$． $G_B=0.128N$， $G_C=0.04N$， $m_1=44g$； ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg}$。杠杆重力对平衡的影响忽略不计，细线重力忽略不计，物块不吸水。

（1） $O$、 $E$两点间的距离 $L_{\mathit{OE}}=$？

（2） $E$、 $F$两点间的距离 $L_{\mathit{EF}}=$？

（3）如果剪断物块 $A$上方的细线，往容器中加水，直到容器中水的质量为 $m_2=120g$，则物块处于平衡位置后，水对物块 $B$上表面的压力 $F_b=$？

边长为 $20\mathit{cm}$的薄壁正方形容器（质量不计）放在水平桌面

上，将质地均匀的实心圆柱体竖直放在容器底部，其横截面积为 $200c{m}^2$，高度为 $10\mathit{cm}$。如图1所示。然后向容器内缓慢注入某种液体，圆柱体始终直立，圆柱体对容器底部的压力与注入液体质量的关系如图2所示。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）判断圆柱体的密度与液体密度的大小关系，并写出判断依据；

（2）当圆柱体刚被浸没时，求它受到的浮力；

（3）当液体对容器底部的压强与容器对桌面的压强之比为 $1:3$时，求容器内液体的质量。

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？

体育课上，小明在同位置用相同的力多次将足球踢出，发现足球斜向上飞出的角度越大，球运动得越高，但并不能运动得越远，这是什么原因呢？

小明向老师请教，老师说：这是常见的种抛体运动，将足球以一定的速度向斜上方踢出，足球所做的运动叫做斜抛运动，其运动轨迹如图甲所示。足球起始运动方向与水平方向的夹角叫做抛射角，抛出点到落地点的水平距离叫做射程，射程与抛出速度和抛射角的大小有关。

若不计空气阻力，请回答下列问题：

（1）足球的质量是0.4kg，它受到的重力是多少？（取g＝10N/kg）

（2）若足球从地面踢出时具有的动能是120J，踢出后能达到的最大高度是5m，足球在最高点时具有的动能是多少？

（3）若足球的射程X与抛出速度v、抛射角θ之间满足公式X $=\frac{2v^2\mathit{sin\theta cos\theta }}{g}$，当足球以20m/s的速度且与水平方向成45°角踢出，足球的射程是多少？（取g＝10N/kg）

（4）足球以30°抛射角踢出，其动能E_k随水平位置s变化关系的图象如图乙所示。若该球在同位置以60°抛射角且与前次大小相同的速度踢出，请你在答题卡的同一坐标中画出此次足球的动能随水平位置变化关系的大致图象。