初中物理机械能计算题

如图甲为塔式起重机简易示意图，塔式起重机主要用于房屋建筑中材料的输送及建筑构件的安装。（动滑轮重、绳重及摩擦均不计， $g$取10牛 $/$千克）

（1）为保持平衡，起重臂的长度越长的塔式起重机，配备的平衡重的质量应越　　。

（2）图乙为起重机钢丝绳穿绳简化示意图，滑轮 $a$的作用是　　。若钢丝绳能承受的最大拉力为 $3\times {10}^4$牛，则能吊起货物的质量不能超过多少千克？

（3）若将重为 $1.2\times {10}^4$牛的货物由地面沿竖直方向匀速提升30米，再沿水平方向移动20米，则此过程中克服货物重力做功多少焦？

（4）若该起升电动机的效率为 $90\%$，将重为 $1.2\times {10}^4$牛的货物提升到30米的高度，用时50秒，则该起升电动机的实际功率是多少瓦？

桥式起重机在工业生产上有广泛应用。如图是某桥式起重机的示意图，水平横梁 $\mathit{MN}$架在轨道 $A$和 $B$上，电动机 $D$可沿横梁左右移动。横梁、电动机、挂钩、滑轮、钢索、导线的质量以及滑轮上的摩擦均不计。

（1）电动机通过滑轮组，将质量为600千克的零件，以0.4米 $/$秒的速度匀速吊高4米。求：电动机对零件做的功为多少焦？电动机的功率至少为多少瓦？ $(g$取10牛 $/$千克）

（2）已知横梁长度为 $L$，零件质量为 $m$，电动机吊着零件从 $M$点出发并开始计时，以水平速度 $v$匀速运动到 $N$点，横梁对轨道 $A$的压力 $F$与时间 $t$的关系式为： $F=$　　。

绍兴市获得2015年度全省“五水共治”工作优秀市并被授予大禹鼎，“五水共治”是指治污水、防洪水、排涝水、保洪水、抓节水，还社会一个蓝天碧水，为百姓创造美好的生活环境。

修建山区水库既可以防洪水，还能发电和灌溉，其发电过程简化如图。

①水库大坝修建时，下部 $B$比上部 $A$宽的原因是　　。

②汛期时，开闸排水，水的流量是60米 ${}^3/$秒，每小时排水　　吨。

③汛期时，开闸排出的水冲击水轮机，使发电机组发电，若此时每秒钟释放的机械能为 $1.2\times {10}^6$焦，能量利用的效率为 $25\%$，该水库发电机的发电功率多大？

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。

用如图所示的滑轮组，将一重为 $450N$的物体以 $0.1m/s$的速度匀速向上提起 $2m$，拉力 $F$为 $200N$．求：

（1）滑轮组的机械效率；

（2）拉力 $F$的功率。

如图所示，是根据王爷爷驾驶汽车在某段平直高速公路上行驶时记录的数据，描绘出的 $s-t$图象。请你根据图象，求：

（1） $20\mathit{min}~40\mathit{min}$时间段内汽车的速度；

（2） $0~50\mathit{min}$时间段内汽车的平均速度；

（3）若汽车以速度 $v$匀速行驶时间 $t$，已知汽车总重为 $G$，匀速行驶时受到的阻力为汽车总重的 $\frac{1}{n}$，求汽车在这段时间内的功率。（温馨提示：本问计算结果请用字母表示）

用如图甲所示的滑轮组提升浸没在水中的实心圆柱形物体，已知物体的高度为 $1m$，底面积为 $0.12m^2$，质量为 $200\mathit{kg}$，物体始终以 $0.5m/s$的速度匀速上升，物体浸没在水中匀速上升时，作用在绳端的拉力 $F$所做的功随时间的变化关系如图乙所示。（不计绳重、摩擦及水的阻力。 $\rho =1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）当物体的上表面刚好与水面相平时，其底部受到水的压强；

（2）物体浸没在水中时受到的浮力；

（3）物体浸没在水中匀速上升时绳端受到的拉力；

（4）物体浸没在水中匀速上升时，滑轮组的机械效率；

（5）物体出水后绳端拉力的功率。

2015年3月9日，全球最大太阳能飞机“阳光动力2号”（如图所示）从阿联酋首都阿布扎比起程，开始环球飞行。将用时四到五个月穿越海洋陆地，完成人类史上首次太阳能环球飞行计划。“阳光动力2号”的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料。它的翼展达到 $72m$，比波音 $747-8$型的翼展还要宽 $3.5m$；机长 $22.4m$，接近一个篮球场的长度；而质量仅有 $2300\mathit{kg}$，跟一辆中型轿车相差无几。它的起飞速度为 $35\mathit{km}/h$，最大速度约 $140\mathit{km}/h$。“阳光动力2号”的机翼、机身和水平尾翼上共贴敷了17248片 $135\mathit{\mu m}$厚的单晶硅薄膜太阳能电池。这些电池可以产生最大 $70\mathit{kW}$的功率，这些电力可以输出给四台单台功率 $13.5\mathit{kW}$的电动机带动四扇 $4m$直径的双叶螺旋桨给飞机提供动力。“阳光动力2号”白天会爬升到 $9000m$的高度以避开气流并最大化利用太阳能，此时的温度急剧升高，而夜晚则半滑翔飞行，逐渐降低到 $1500m$高度，其速度并不大，因此夜里对能源的需求也大大减少。

（1）“阳光动力2号”的机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料。“极轻”的物理含义是　        　。

（2）“阳光动力2号”吸收　     　能转化为电能，电能转化为飞机需要的其他形式能。

（3）在狭小的机舱内，两名瑞士飞行员将轮流驾驶，每次连续飞行5个昼夜，速度按 $80\mathit{km}/h$计算，每次连续飞行的距离是　      　 $\mathit{km}$。

（4）阳光动力2号从夜晚航行转为白天航行过程中，飞机的重力势能逐渐　     　。

一个边长为 $1m$，重为 $2000N$的正方体箱子静止在水平，地面上。如图所示，某人利用滑轮组以 $0.2m/s$的速度，匀速把箱子提高了 $4m$。则：

（1）箱子放在水平地面上静止时，它对地面的压强为多大？

（2）提起箱子的过程中，绳子自由端向下拉动的速度大小为多少？

（3）滑轮组的机械效率为 $80\%$，作用在绳子自由端的拉力 $F$的功率为多少？

科学家乘科学考察船前往北冰洋进行科学研究，在船的甲板上安装了一台起重机用来吊装科学探测器材。某次起重机用钢丝绳吊着质量为 $50\mathit{kg}$的探测仪，将它浸没在水中对北冰洋的水体进行研究。 $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$

（1）探测仪受到的重力是多少？

（2）先将探测仪放入水面下 $30m$处，探测仪受到水的压强是多大？然后用钢丝绳施加 $300N$的拉力在 $60s$内将探测仪沿竖直方向向上匀速拉到水面下 $10m$处，拉力的功率是多少？

（3）探测仪在使用过程中体积不变，此探测仪的体积是多少？

（4）实验完毕后，起重机将探测仪回收，起重机的起重臂可以简化成粗细均匀、自身重力不计的杠杆，如图所示是探测仪出水后（探测仪出水前后的质量不变）在空中处于静止状态的情景，在液压顶作用下，起重臂 $\mathit{OA}$与水平方向成 $60°$夹角， $O$为支点， $\mathit{OA}$长 $5.4m$，液压顶施加的力 $F$作用于 $B$点并与起重臂垂直， $\mathit{OB}$长 $1.5m$，此时液压顶对起重臂的作用力 $F$是多大？

小明提着质量为 $3\mathit{kg}$的书包，从1楼走到3楼用了 $15s$的时间，书包带与手的接触面积为 $10c{m}^2$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）求书包的重力。

（2）求书包带对手的压强。

（3）估算小明上楼过程中对书包做功的功率。

工人用杠杆将重为 $180N$的物体匀速提升 $0.5m$，做了 $100J$的功。求：

（1）提升物体做的有用功；

（2）杠杆的机械效率。

如图，使用杠杆提升重物，拉力 $F$竖直向下，重物匀速缓慢上升，相关数据如表：

物重 $G/N$	拉力 $F/N$	时间 $t/s$	$A$端上升的竖 直距离 $h/m$	$B$端下降的竖 直距离 $s/m$
200	500	0.5	0.4	0.2

求：

（1）拉力所做的功。

（2）拉力做功的功率。

（3）此过程中，该杠杆的机械效率。

如图所示，工人利用滑轮组提升重物，在 $30s$内将静止在水平地面上质量为 $90\mathit{kg}$，底面积为 $200c{m}^2$的长方体物块匀速提升 $5m$，此时工人的拉力为 $400N(g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）提升前物块对水平地面的压强；

（2）工人拉力做功的功率；

（3）滑轮组提升该物块的机械效率。

如图所示，利用动滑轮提升货物在竖直向上大小为 $250N$的拉力 $F$作用下，重为 $400N$的货物在 $20s$的时间内匀速上升 $5m$求：

（1）有用功 $W_{有}$；

（2）拉力 $F$的功率 $P$；

（3）此过程中动滑轮的机械效率 $\eta$。