初中物理机械能计算题

2016年5月，中国首批“电电气”新能源公交汽车在常州使用。它既可以用充电桩充电，也可以用车辆顶部的太阳能电池板为车辆辅助充电，还可以使用天然气，当蓄电池电力储存不够时，就用燃气发动机为汽车提供动力，太阳能电池板每天能向着蓄电池充入 $10\mathit{kW}·h~20\mathit{kW}·h$的电能。已知蓄电池消耗的电能有 $90\%$转化为汽车前进所做的功，天然气完全燃烧时产生的内能有 $30\%$转化为汽车前进所做的功，天然气热值为 $4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，该车行驶时受到的阻力为 $3.6\times {10}^{3}N$。

（1）当车辆以 $72\mathit{km}/h$匀速行驶时，牵引力的功率为多少？

（2）太阳能电池板提供的电能每天最少能让汽车匀速行驶多少距离？

（3）若汽车使用太阳能电池板提供的电能，则每天最多可以节约天然气的质量为多少？

某品牌太阳能汽车如图甲，通过安装在车顶和前端的电池板收集太阳能；玻璃采用防太阳辐射的层压玻璃制作而成，车身轻便灵活。

（1）若该车身的材料要求强度高且轻便，则表中最理想的材料是　　；

材料	锰钢	铝合金	钛合金	碳纤维
性能（强度）	强	较弱	较强	强
密度 $/\mathit{kg}\cdot m^{-3}$	$7.9\times {10}^3$	$3.0\times {10}^3$	$4.5\times {10}^3$	$1.6\times {10}^3$

（2）若该车质量是400千克，车上载有人和物品质量共为100千克，车轮与地面的总接触面积为 $2.0\times {10}^{-2}$米 ${}^2$，该汽车对水平地面的压强为多少？

（3）若该汽车以最大输出功率 $P$为800瓦在水平路面上做匀速直线运动，一段时间后再将功率减小到 $P_1$，并保持此功率做匀速直线运动。上述运动过程的速度 $-$时间图像如图乙，设运动过程中汽车所受阻力不变，则汽车受到的阻力是　　牛， $P_1$为多少？

“骑泥马”是一种海涂趣味运动（如图），小金双手握住“泥马”上的横档，一只脚跪在“泥马”上，另一只脚用力蹬海涂，“泥马”就在海涂上“疾行如飞”，已知小金质量为 $62\mathit{kg}$，“泥马”的质量为 $10\mathit{kg}$。（不考虑运动泥对“泥马”和人质量的影响）

（1）小金以他所骑行的“泥马”为参照物，他的运动状态是　　。

（2）小金在运动过程中的某一时刻，一只脚跪在水平“泥马”上，另一只脚悬在空中，“泥马”对海涂压力的受力面积是 $0.4m^2$，求此时“泥马”对海涂的压强。

（3）运动结束后，小金从地面将“泥马”抬到距地面高为 $1.2m$的架子上，用时 $2s$，求此过程中，他克服“泥马”重力做功的功率。

学校新进了一批实验器材准备实验操作考试，同学们帮忙搬运，小明背着 $10\mathit{kg}$的实验器材从一楼走到三楼的实验室。已知小明自身质量为 $50\mathit{kg}$，每只脚与地面的接触面积为 $150c{m}^2$，每层楼高为 $3m$。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）小明背着实验器材站立时对水平地面的压强。

（2）小明搬运实验器材做功的效率（精确到 $1\%)$。

港珠澳大桥海底隧道是世界上最长的公路沉管隧道，全长 $5.6\mathit{km}$，由33节沉管和“最终接头”组成。33节沉管已经全部成功安装，只剩 $E29$和 $E30$之间留有十多米的空隙，这就是“最终接头”的位置。“最终接头”质量约为 $6.0\times {10}^6\mathit{kg}$，虽然和之前的沉管相比小了很多倍，但入水后受洋流、浮动等因素影响，姿态会发生变化，安全平稳地把接头吊装到约 $30m$深的海底是十分艰难的过程，记者在现场看到，“最终接头”由“振华30号”吊装船吊装（如图），通过系列平衡调整，从9时整，“最终接头”从距离水面 $20m$高处匀速下放，9时12分，开始入水，完全入水后，吊钩对“最终接头”拉力为 $2.0\times {10}^{7}N$左右，12时，“最终接头”下沉到位，吊装起重机的机械效率约为 $80\%$． $(g$取 $10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{\mathit{海水}}$取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$求：

（1）“最终接头”下沉到位后下表面所受水的压强；

（2）“最终接头”的平均密度；

（3）吊装起重机最大输出功率。

如图所示，斜面长 $s=1.5m$，高 $h=0.3m$。建筑工人将重 $G=500N$的货物箱，用绳子从地面匀速拉到顶端时，沿斜面向上的拉力 $F=150N$．忽略绳子重力。求：

（1）该过程拉力 $F$做的功；

（2）该装置的机械效率；

（3）货物箱在斜面上受的摩擦力大小。

随着人们生活水平的提高，小汽车已经逐步进入家庭。某品牌小汽车质量是 $1600\mathit{kg}$，车上载有人和物品质量共为 $200\mathit{kg}$，车轮与地面的总接触面积为 $2.0\times {10}^{-2}{m}^2$．若小汽车以输出功率 $60\mathit{kW}$在市区外水平路面上做匀速直线运动，运动速度 $v_1=72\mathit{km}/h$；当汽车将要进入市区时，司机减小了油门，使汽车的输出功率立即减小为 $24\mathit{kW}$并保持该功率继续直线行驶，汽车的速度与时间的关系如图所示，设运动过程中汽车所受阻力不变， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）该汽车静止时对水平路面的压强。

（2）汽车运动过程中受到的阻力；

（3） $t_2$时间后汽车运动的速度 $v_2$的大小。

如图是工人利用滑轮组提升重为 $810N$物体的示意图，某段过程中物体匀速上升的速度为 $0.1m/s$，工人拉力 $F$的功率为 $90W$，物体上升 $10s$拉力 $F$克服滑轮组的摩擦做的功是 $60J$，不计绳重。求：

（1）工人拉绳子的速度；

（2）滑轮组的机械效率；

（3）滑轮组中的动滑轮的重力。

我市正在争创全国文明城市，各单位都加大了“创城”工作的力度。为了净化市区空气，环卫工人每天清晨都驾驶洒水车对市区道路洒水（如图）。下表是某洒水车的相关数据。已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，汽油的燃烧值为 $4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。请根据题意回答下列问题：

空车质量	水罐容积	装满水时车轮与地面的总接触面积	额定功率
$5t$	$4m^3$	$0.6m^2$	$120\mathit{kW}$

（1）若该洒水车的发动机是汽油发动机，发动机工作时哪个冲程将内能转化为机械能？燃烧 $0.5\mathit{kg}$汽油能产生多少热量？

（2）该洒水车装满水时对地面的压强为多少？

（3）若水罐内有一漂浮的物体浸没在水中的体积为 $1.0\times {10}^{-3}{m}^3$，则该物体受到的浮力为多大？

（4）该洒水车在水平路面上以额定功率匀速行驶 $5000m$用时 $10\mathit{min}$，试计算此过程汽车所受到的阻力大小。

2017年1月23日，临沂城区 $\mathit{BRT}$快速公交一号线正式投入运营，该线路共设14对站点（其中北京路站到天津路站面水平，间距为 $0.8\mathit{km})$，配备的专用公交车部分参数如下表。某次运营中，满载的 $\mathit{BRT}$专用公交车以额定功率匀速行驶，从北京路站到天津路站用时 $1\mathit{min}20s$，此过程中车轮受到的滚动阻力为车辆所受总阻力的 $20\%(g$取 $10N/\mathit{kg})$

满载总质量	$28000\mathit{kg}$	发动机额定功率	$280\mathit{kW}$
轮胎总数	10个	单轮触地面积	$500c{m}^2$

（1）公交车从北京路站到天津路站的平均速度；

（2）满载的公交车对水平路面的压强；

（3）车轮的滚动阻力系数 $f$（滚动阻力与车重的比值）

我国自主研发的“蛟龙4500”深海潜水器的质量是 $2\times {10}^4\mathit{kg}$，长度有8米，高为3.5米，宽度是3米。潜水器被轮船上的机械牵引出水面时的情景如图所示。 $(g=10N/\mathit{kg})$问：潜水器离开水面沿竖直方向匀速上升12米。

（1）牵引机械对潜水器的拉力有多大？

（2）牵引机械对潜水器所做的功是多少？

（3）假如牵引机械提升时间为2分钟，牵引机械的功率应为多少？

我国05两栖主战坦克是世界上水上速度最快、最先进的两栖突击车，该坦克质量达 $3\times {10}^4\mathit{kg}$，发动机的最大功率是 $7.2\times {10}^{5}W$．（柴油的热值取 $4.0\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）若该坦克静止在水平地面上时对地面的压强是 $6\times {10}^4\mathit{Pa}$，则履带与地面的接触面积是多少？

（2）某次执行任务时，该坦克在平直公路上以最大功率匀速行驶 $3000m$用时 $300s$，则行驶过程中发动机的牵引力是多少？

（3）在上述行驶过程中共消耗 $15\mathit{kg}$柴油，则发动机的效率是多少？

如图所示是百度在全球的首款无人驾驶巴士“阿波龙”，其空车质量为 $3000\mathit{kg}$，静止时轮胎与地面接触的总面积为 $0.2m^2$．车满载时以 $36\mathit{km}/h$的速度匀速直线行驶时，所受到的阻力是 $1380N$，求： $(q_{\mathit{汽油}}=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）“阿波龙”空车静止在水平路面上时，对路面的压强是多少？

（2）该车满载时以 $36\mathit{km}/h$的速度做匀速直线运动，牵引力的功率是多少？

（3）若该车用效率为 $30\%$的汽油机提供动力工作，且以 $36\mathit{km}/h$的速度满载匀速直线行驶了 $1\mathit{km}$，则需消耗多少千克汽油？

如图所示，电动起重机是通过电动机拉动绳子 $b$带动滑轮组工作的装置（滑轮组的连接方式未画出）。质量为 $360\mathit{kg}$的货箱放在水平地面上，与地面的接触面积是 $0.25m^2$．求：

（1）当绳子 $a$对货箱的拉力 $F_a$为 $600N$时，货箱未离开地面，此时货箱对地面的压强是多大？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（2）在匀速拉起货箱的过程中，电动机把绳子 $b$匀速收起了 $12m$，绳子 $b$的拉力 $F_b$做了 $2.4\times {10}^{4}J$的功，拉力 $F_b$是多大？

（3）在上述匀速拉起货箱的过程中，使用滑轮组所做的额外功是 $9.6\times {10}^{3}J$，滑轮组的机械效率是多大？

一辆汽车为某高速公路做通车测试。汽车以 $120\mathit{km}/h$的速度匀速通过 $60\mathit{km}$的水平路段，消耗汽油 $3\mathit{kg}$，发动机的效率是 $30\%$．求： $(g$取 $10N/\mathit{kg}$，汽油的热值 $q=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

（1）汽车行驶时间。

（2）汽油完全燃烧释放的热量

（3）汽车牵引力做功的功率。