初中物理机械能计算题

如图是工人将重 $160N$的物体匀速放下的过程，已知物体下降的距离为 $3m$，用时 $3s$，工人的拉力为 $50N$，工人质量为 $50\mathit{kg}$。（物体未浸入水中，且不计绳重及摩擦）

（1）求工人放绳的速度。

（2）求滑轮组的效率 ${\eta }_1$

（3）如果物体完全浸没水中后滑轮的机械效率为 ${\eta }_2$，已知 ${\eta }_1:{\eta }_2=4:3$（物体在水中仍匀速下降，动滑轮不会浸入水中且不计绳重及摩擦， $g=10N/\mathit{kg})$。求当物体完全浸没水中后，工人对地面的压力。

如图甲所示的滑轮组装置，不计绳重和摩擦，绳对滑轮的拉力方向均为竖直方向。用该滑轮组提升放置在水平地面上重为 $G=80N$的重物到高处。用竖直向下的拉力拉绳的自由端，拉力 $F$随时间 $t$变化的图象如图乙所示，重物上升的速度 $v$随时间 $t$变化的图象如图丙所示。已知在 $2s~4s$内重物上升的竖直高度为 $2m$，求：

（1）在 $4s~6s$内，重物克服重力做功的功率；

（2）在 $2s~4s$内，绳自由端下降的平均速度；

（3）在 $0~2s$内，重物对地面的压力大小。

关于深海的探究，对一个国家的国防和经济建设都有很重要的意义，我国在这一领域的研究也处于世界领先水平。如图甲是我们自行研制的水下智能潜航器，其外形与潜艇相似，相关参数为：体积 $2m^3$、质量 $1500\mathit{kg}$，最大下潜深度 $5000m$，最大下潜速度 $10\mathit{km}/h$（不考虑海水密度变化，密度 $\rho$取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$。求：

（1）某次执行任务，当潜航器下潜到最大深度时所受的海水压强。

（2）潜航器以最大下潜速度匀速竖直下潜至最大深度所用的时间。

（3）潜航器任务完成后，变为自重时静止漂浮在海面上，此时露出海面体积。

（4）当潜航器漂浮在海面时，由起重装置将其匀速竖直吊离海面。起重装置拉力的功率随时间变化的图象如图乙所示，图中 $P_3=3P_1$．求 $t_1$时刻起重装置对潜航器的拉力。（不考虑水的阻力）

如图所示为一吊运设备的简化模型图，图中虚线框里是滑轮组（未画出）。滑轮组绳子自由端由电动机拉动，现用该设备先后搬运水平地面上的物体 $A$和 $B$，已知两物体重力 $G_A=1.75G_B$。

当对 $A$施以竖直向上的拉力 $T_A=1500N$时，物体 $A$静止，受到地面支持力是 $N_A$；

当对 $B$施以竖直向上的拉力 $T_B=1000N$时，物体 $B$也静止，受到地面支持力是 $N_B$；且 $N_A=2N_B$

求：（1）物体 $A$的重力 $G_A$和地面支持力 $N_A$大小；

（2）当电动机对滑轮组绳子的自由端施以 $F=625N$的拉力时，物体 $B$恰好以速度 $v$被匀速提升，已知此时拉力 $F$功率为 $500W$，滑轮组机械效率力 $80\%$，不计各种摩擦和绳子质量，物体 $B$的速度 $v$为多少？

如图是利用滑轮组打捞水中物体的简化模型示意图，工人用一滑轮组从水中打捞物体。已知：物体的质量为 $90\mathit{kg}$且以恒定速度匀速上升，当物体完全露出水面，工人对滑轮组绳子自由端的拉力 $F_1$为 $400N$，此时滑轮组的机械效率 ${\eta }_1$为 $75\%$（绳的质量、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均忽略不计， $g=10N/\mathit{kg})$。

（1）请你根据题目中的条件，判断出工人所使用的滑轮组是下列中的　 $A$　图。

（2）工人的质量为 $60\mathit{kg}$，双脚与地面接触面积为 $2.5\times {10}^{-3}{m}^2$，物体浸没在水中和完全被打捞出水面时工人对地面的压强变化了 $4\times {10}^4\mathit{Pa}$，求物体浸没在水中时受到的浮力。

（3）若物体完全浸没在水中时，工人拉力的功率为 $180W$，求物体上升的速度。

如图所示， $A$物体受到的重力是 $100N$，在拉力 $F$的作用下，能以 $0.2m/s$的速度在水平地面上向左匀速直线运动。已知拉力 $F=5N$，滑轮组的机械效率为 $80\%$，试问：

（1） $5s$内拉力 $F$所做功的大小是多少？

（2）物体 $A$受到水平地面的摩擦力大小是多少？

小明家住二楼，喜欢网购的他为了收货方便，在二楼阳台顶部安装了如图甲所示的滑轮组。某次在接收一个重为 $G=100N$的快递包裹时，小明施加的拉力 $F$随时间变化关系如图乙所示，包裹上升的速度 $v$随时间变化的关系如图丙所示。已知吊篮质量为 $m=2\mathit{kg}$，不计动滑轮重量和绳重，忽略绳与轮之间的摩擦，取 $g=10N/\mathit{kg}$。求：

（1）第 $1s$内地面对物体的支持力 $N$；

（2）第 $3s$内拉力 $F$的功率 $P$和滑轮组的机械效率 $\eta$。

高速公路已广泛应用 $\mathit{ETC}$收费系统，这种系统是对过往车辆无需停车即能实现收费的电子系统。如图是某高速公路入口处的 $\mathit{ETC}$通道示意图。现有一辆总质量 $M=1500\mathit{kg}$的汽车，在进入 $\mathit{ETC}$收费岛区域前 $s_1=50m$处开始减速，经 $t_1=4s$后运动至 $\mathit{ETC}$收费岛（图中阴影区域）边界，然后再经 $t_2=6s$匀速通过 $\mathit{ETC}$收费岛，其长 $s_2=36m$。不计车长，取 $g=10N/\mathit{kg}$。

（1）求汽车的重力大小；

（2）求汽车从减速开始到离开 $\mathit{ETC}$收费岛全过程的平均速度大小；

（3）若汽车在 $\mathit{ETC}$收费岛匀速行驶所受阻力为车重力的0.2倍，求汽车通过 $\mathit{ETC}$收费岛牵引力所做的功和功率。

随着人们生活水平的提高，小汽车已普遍进入我们的家庭。小明家的小汽车空载总重 $2\times {10}^{4}N$，车轮与地面接触总面积 $0.2m^2$．“五一”节小明和爸爸驾车出去旅游，汽车在一段平直且限速 $120\mathit{km}/h$的高速公路上匀速行驶 $15\mathit{km}$，消耗汽油 $2L$，发动机实际输出功率为 $50.4\mathit{kW}$，汽油机效率为 $35\%$（假如汽油完全燃烧 ${\rho }_{\mathit{汽油}}=0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$； $q_{\mathit{汽油}}=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$； $1L={10}^{-3}{m}^3)$。请你帮小明解决下列问题：

（1）汽车空载静止时对水平地面的压强有多大？

（2） $2L$汽油完全燃烧能放出多少热量？

（3）汽车在这段路面行驶过程中，受到的阻力是多大？小明的爸爸是否在超速驾驶？

如图所示，放在水平桌面上的正方体物块 $A$的密度为 $2.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，边长为 $0.2m$；物体 $B$所受的重力为 $18N$，用水平向左的拉力 $F$匀速拉动物块 $A$，使物体 $B$在 $2s$内竖直向上移动了 $0.4m$。物块 $A$受到的摩擦力为它的重力的0.1倍，动滑轮所受重力为 $4N$，不计绳重及滑轮的摩擦， $g=10N/\mathit{kg}$。求：

（1）物块 $A$的质量；

（2）物体 $A$对桌面的压强；

（3）利用动滑轮提升物体 $B$的机械效率；

（4）拉力 $F$的功率。

汽车的发动机工作时，吸入汽缸的汽油和空气的比例，决定了汽车的动力性能和经济性能。某汽车四冲程汽油发动机的汽缸总排量为 $2L$（发动机每个工作循环吸入或排出的流体体积称为汽缸排量），发动机工作时，吸入汽缸的是由汽油和空气所形成的混合物，混合物的密度 $\rho =1.44\mathit{kg}/m^3$，汽油和空气的质量比为 $1:15$，汽油的热值 $q=4.5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。如果发动机曲轴在 $1\mathit{min}$转动 $3\times {10}^3$转，发动机的效率为 $40\%$，那么，在这种情况下：

（1）汽车在 $1\mathit{min}$做的有用功是多少？

（2）汽车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为 $f=3\times {10}^{3}N$，汽车行驶的速度是多少？

鲲龙 $\mathit{AG}600$水陆两栖飞机是我国自主研制的“三个大飞机”（运 $-20$、 $\mathit{AG}600$和 $C919)$之一，被誉为国之重器。 $\mathit{AG}600$主要用于大型灭火和水上救援，可以从地面起飞和降落，也可以从水面起飞和降落，2017年2月13日，实现全部四台发动机试车成功，之后又进行了系列测试。 $\mathit{AG}600$空载时质量为 $41.5t$，最多可储水 $12t$。（取 $g=10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$

①某次试飞前， $\mathit{AG}600$蓄满水后静止在某湖面上，求其排开湖水的体积。

②在水面滑行测试中， $\mathit{AG}600$蓄一定质量的水，发动机牵引力的实际总功率为 $2500\mathit{kW}$，飞机在水面上以 $36\mathit{km}/h$的速度匀速滑行了 $1\mathit{min}$，滑行过程中所受阻力为总重的0.5倍。求所蓄水的质量。

③在一次灭火演习测试中， $\mathit{AG}600$蓄水后以最大巡航速度飞往假象火场并盘悬在火场上方 $155m$处，分次将所蓄水投下，每次投水 $100\mathit{kg}$，投下的水下落过程中由于重力和空气阻力的作用，先加速运动后匀速运动，匀速运动的速度是 $10m/s$，运动时间是 $14s$，加速过程的平均速度是匀速运动速度的0.25倍。求一次所投的水在下落过程中重力做功的平均功率。

2017年4月1日，中国四川省川南临港自由贸易试验区揭牌仪式在成都举行，标志着四川航运第一大港 $--$泸州港称为重要区域性综合交通枢纽。如图所示是泸州港口的轨道式龙门吊设备的简化机械示意图。图中在货船水平甲板上被吊起的集装箱体积是 $24m^3$，底面积 $4m^2$，平均密度 $1.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，图中每个滑轮的重力均为 $1.0\times {10}^{4}N$，在绳子自由端拉力 $F$的作用下，集装箱以 $0.2m/s$的速度在空中匀速竖直上升（绳重和摩擦不计，取 $g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）该集装箱的重力；

（2）绳子自由端拉力 $F$的功率；

（3）在开始起吊集装箱的过程中，当绳子自由端的拉力为 $F\text{'}=1.45\times {10}^{5}N$时，集装箱对水平甲板的压强。

同种材料制成的两个实心正方体 $A$、 $B$，密度均为 $\rho$，他们的重力分别为 $G_A$、 $G_B$，如图1放在水平桌面上静止时，两个物体对桌面的压强分别是 $p_A$、 $p_B$；如图2所示，匀速提升浸没在水中的 $A$物体，匀速提升过程中 $A$物体一直没有露出水面，此时滑轮组的机械效率为 $75\%$，已知动滑轮重为 $G$动，且 $G_{动}:G_A:G_B=1:4:32$，滑轮组工作中不计绳子摩擦及绳重。求：

（1）水平桌面压强之比 $p_A:p_B$是多少？

（2）正方体材料的密度是多少？

如图所示，某人通过滑轮组将深井中的物体拉至井口。已知物体在 $10s$内被提升了 $2m$，物体所受重力 $G=720N$，人对绳子水平向右的拉力 $F=300N$．求：

（1）物体上升的速度；

（2）人匀速拉动绳子的功率；

（3）人拉起货物时的机械效率。