初中物理机械能计算题

如图是建筑工人用滑轮组提升建筑材料的场景，在 $10s$的时间内，工人师傅用竖直向上的拉力将建筑材料匀速提升了 $1m$，已知拉力 $F$为 $400N$，建筑材料的重力 $G$为 $900N$，求这个过程中：

（1）绳子自由端移动的距离；

（2）此滑轮组的机械效率；

（3）拉力 $F$的功率。

如图所示，用甲、乙两种滑轮组，分别匀速竖直向上提升同一重物，从相同位置开始提升至同一高度处，求：

（1）若不计绳重，滑轮重及摩擦，两次拉力 $F_1$和 $F_2$之比；

（2）若不计绳重及摩擦，重物质量为 $400g$，动滑轮质量为 $100g$，匀速拉动过程中甲、乙两装置的机械效率。

我国自主研制的第三代常规动力潜艇具备先进的通讯设备、武器、导航等系统和隐蔽性强，噪声低、安全可靠等优异性能，主要技术参数如下表（海水的密度近似为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$。求：

排水量	水上 $2250t$，水下 $3000t$	最大潜水深度	$300m$
最大航速	水上 $30\mathit{km}/h$，水下 $36\mathit{km}/h$	最大输出功率（水下）	$3000\mathit{kW}$

（1）潜艇在水上航行时受到的浮力是多少？在水下行驶时排开水的体积是多少？

（2）潜艇由水下某位置下潜到最大潜水深度处，潜艇上一个面积是 $400c{m}^2$的观察口受到海水的压力增大了 $4\times {10}^{4}N$，则潜艇原来位置的深度是多少？

（3）潜艇在水下以最大输出功率匀速行驶 $1h$，发动机输出的能量是多少？若发动机以最大输出功率工作时螺旋桨推进器效率为 $80\%$，潜艇以最大航速匀速行驶时受到水的平均阻力 $f$是多少？

跳伞是一项极具挑战的运动，现在越来越受到人们的喜爱。在某次跳伞训练过程中，一体重为 $500N$的运动员从空中悬停的直升机上由静止开始竖直跳下，其速度与时间的关系如图所示，经 $15s$下落 $210m$后，开始做匀速直线运动直至落地，整个过程用时 $30s$，求在这个过程中：

（1）运动员下落的平均速度；

（2）重力做的功；

（3）匀速下降时重力做功的功率。

一辆水陆两栖坦克总重 $3\times {10}^{5}N$，它的发动机是一台新型内燃机，两条履带与地面接触的总面积为 $5m^2$． $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^{3}g=10N/\mathit{kg}\right)$

（1）该坦克要从水平冰面上经过，冰层能承受的最大压强为 $7\times {10}^4\mathit{Pa}$，请用计算说明坦克能否安全通过？

（2）该坦克涉水过河漂浮在水面上时，求它排开水的体积是多大？

（3）一次执行任务时，该坦克在平直公路上匀速行驶 $1200m$，用时 $2\mathit{min}$，发动机牵引力的功率保持 $600\mathit{kW}$恒定不变，发动机消耗了 $4.5\mathit{kg}$的燃料（燃料的热值为 $4.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$，求发动机提供的牵引力是多大？发动机的效率是多大？

如图所示，工人用滑轮组提升质量为 $96\mathit{kg}$的物体，使物体以 $0.2m/s$的速度匀速上升了 $1m$，此过程中工人做了 $1200J$的功。不计绳重及摩擦，动滑轮有重量。 $g=10N/\mathit{kg}$，求：

（1）物体的重力为　　 $N$。

（2）物体上升 $1m$所用的时间为　　 $s$。

（3）该滑轮组的机械效率为多大？

利用如图所示的滑轮组，用 $F=1000N$的力拉绳子自由端，货物 $A$以0.1 $m/s$的速度匀速直线运动 $10s$，整个过程中，滑轮组的机械效率为 $75\%$．求：

（1）货物 $A$在10 $s$内移动的距离：

（2）这个过程中拉力 $F$的功率：

（3）水平地面对货物 $A$的摩擦力大小。

2012年某日，太平洋某海域，“蛟龙号”完成了下潜前的准备，腹部挂好压载铁块；舱内科考队员均就位；舱门封闭如图甲所示，此时“蛟龙号”的工作参数如表格所示 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

状态	满载
整体体积	$22.3m^3$
整体质量	$24.95t$
海水密度	$1.1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$

问：（1）在海水中 $1.2\mathit{km}$深处完成科考任务后，发现液压系统故障，无法抛掉压载铁块，只得启动“蛟龙号”两侧的螺旋桨，两侧螺旋桨共同作用使“蛟龙号”获得竖直向上的推力 $F_{推}$，帮助“蛟龙号”匀速上升，不计海水对“蛟龙号”的阻力，匀速上升过程中， $F_{推}$有多大？

（2）上升过程耗时 $2h$， $F_{推}$做功的功率多大？

（3）为保障电动机驱动螺旋桨用电，舱内其他用电器都被关闭，仪表显示上升过程中耗电 $2\mathit{kW}·h$，此过程中，电能转化为 $F_{推}$做功的效率有多大

（4）接近水面时，关闭两侧螺旋桨，轮船用滑轮组将“蛟龙号”从水中匀速吊离水面至高处，如图乙、丙所示，已知动滑轮总质量为 $50\mathit{kg}$，不计绳重及轮、轴之间摩擦，此过程中，滑轮组绳端拉力的最大值多大？与之对应的滑轮组机械效率的最大值为多大？

随着电动自行车的大量普及，涉及电动自行车的交通事故也逐年上升，为此国家制定了《电动自行车安全技术规范》（以下简称《规范》 $)$，宜昌市公安局宣布，从2019年5月1日起，凡违反《规范》规定的车辆不允许生产和销售。《规范》对电动自行车的最大质量、最高速度、电池电压及电机功率作出了限制。小明家电动自行车的电机额定输出功率为 $380W$，质量为 $50\mathit{kg}$。

（1）《规范》中对整车质量及最高车速作出限制，是因为这两个因素直接影响电动自行车的　　能。

（2）小明自身质量也为 $50\mathit{kg}$，当他骑着家里的电动自行车在水平路面上行驶时，轮胎接地总面积为 $50c{m}^2$，则车轮对地面的压强是多大？ $(g=10N/\mathit{kg})$

（3）小明日常骑行要经过一段上坡路面，在一次骑行经过该路段时，小明发现当电机满负荷运转时（额定输出功率为 $380W)$，速度表显示的数据是 $9\mathit{km}/h$，从坡底到达坡顶用时刚好1分钟，则该上坡路面的长度是多少？此时电机产生的向前的牵引力是多少？

一辆厢式小货车某次运货，满载后总质量是 $5.0\times {10}^3\mathit{kg}$，在平直的公路上匀速行驶 $100\mathit{km}$，耗油 $10\mathit{kg}$，货车受到的阻力是总重力的0.05倍，发动机的牵引功率是 $50\mathit{kW}$（油的热值是 $5.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g=10N/\mathit{kg})$，求：

（1）货车受到的牵引力；

（2）货车匀速行驶的速度；

（3）货车发动机的效率。

我国常规动力核潜艇具备先进的通讯设备、武器、导航等系统和隐蔽性强、噪声低、安全可靠等优异性能，如图是某型号常规动力核潜艇，主要技术参数如下表（海水密度近似为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$。

排水量	水上运动 $2250t$，水下运动 $3000t$	最大潜水深度	$300m$
最大航速	水上 $30\mathit{km}/h$，水下 $36\mathit{km}/h$	水下最大输出功率	$3000\mathit{kW}$

（1）核潜艇在深海中匀速潜行时，如果遭遇海水密度突变造成的“断崖”险情，潜艇会急速掉向数千米深的海底，潜艇突遇“断崖”险情是因为遇到海水的密度突然　　（选填“变大”、“变小”或“不变” $)$造成的，此时应立即将潜艇水舱中的水全部排出，使潜艇受到的重力　　（选填“大于”或“小于” $)$它的浮力。

（2）该潜艇由水下某位置下潜到最大潜水深度处，潜艇上面积为 $2m^2$的舱盖受到海水的压力增大了 $6\times {10}^{5}N$，则潜艇原来位置的深度 $h$是多少？

（3）该潜艇在水下以最大输出功率巡航，当达到最大速度匀速运动时，受到海水的平均阻力 $f$是多少？

近年来，十堰市委、政府十分重视精神文明建设，倡导“绿色出行，低碳生活”的生活理念。全市主要公园、游乐场都配备了旅游观光自行车（如图）。小华一行四人在农业观光园游玩时，租借了一辆四人骑联排自行车骑行观光，在某一段平直路面上，他们用时 $50s$匀速骑行了 $150m$。已知他们每个人的质量均为 $50\mathit{kg}$，该自行车自重为 $400N$，绕观光园一圈的路程是 $5.4\mathit{km}$，假定在匀速骑行过程中人和车受到的阻力始终为总重的0.05倍，求：

$(g=10N/\mathit{kg})$

（1）若他们绕观光园骑行的平均速度与平直路面上的速度相同，则绕观光园骑行一圈需要多长时间？

（2）假若骑行时前后轮胎和地面的总接触面积为 $120c{m}^2$，他们骑行时车对水平地面压强。

（3）平直路面上骑行时的功率。

为了发展文化旅游事业，荆州市正在兴建华强方特文化主题园，建成后将通过最新的 $\mathit{VR}$技术展示包括楚文化和三国文化在内的五千年华夏文明。园区建设中需把重 $1200N$的木箱 $A$搬到高 $ℎ=2m$，长 $L=10m$的斜面顶端。如图所示，工人站在斜面顶端，沿斜面向上用时 $50s$将木箱 $A$匀速直线从斜面底端拉到斜面顶端，已知拉力 $F$的功率为 $80W$．求：

（1）拉力 $F$的大小；

（2）该斜面的机械效率是多少；

（3）木箱 $A$在斜面上匀速直线运动时受到的摩擦力是多大。

具有中国自主知识产权的、亚洲超大重型自航绞吸船“天鲲号”（图甲），可用于挖掘水下泥土、砂石等。其长 $140m$、宽 $27.8m$，满载排水量为 $17000t$。作业时，输送系统将水下挖掘的泥石等，通过输送管输送到指定地方。已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）水面下 $4m$处的船体上受到水的压强是多少？

（2）若“天鲲号”漂浮在水面时排开水的体积为 $1.2\times {10}^4{m}^3$，则它受到的总重力是多少？

（3）某次作业时，水下重为 $G$的泥沙沿着输送管匀速运动，泥沙运动的高度与时间的关系如图乙所示。设输送系统的总功率为 $P$，效率为 $\eta$，泥沙在水平运动时受到输送管的阻力为 $f$。请推导在水平运动过程中，泥沙速度的表达式。

为了丰富学生的课余生活，某学校开设了“实验拓展课”。如图（甲 $)$是某一学习小组设计的“测量滑轮组机械效率”的实验装置图，图（乙 $)$是物体上升高度 $h$随时间 $t$变化的关系图象，已知物体的重力 $G=36N$，不计绳重及摩擦，手对绳自由端施加的拉力 $F=20N$，求：

（1） $0~2s$内，滑轮组所做的有用功；

（2）该滑轮组的机械效率；

（3） $0~2s$内，拉力 $F$的功率。