初中物理机械能解答题

“南孔圣地，衢州有礼”，衢州市民积极践行“文明出行”的各项规定，比如骑电瓶车的规定为：出行要戴头盔（头盔外部材料坚硬，内部材料松软），不带12岁以上的人，不超速行驶。请运用科学知识，从安全角度解释该规定的科学道理。

目前全国少数城市已投入使用超级电容公交车。超级电容器是一种新型电能存储设备，像蓄电池一样也有正、负两极，可通过安装在各公交站点的充电桩快速充满电，让车能够继续正常行驶。在制动过程中，电车又能通过发电机回收部分能量为超级电容充电，安全高效环保。

假设某型号的超级电容公交车载满乘客时总质量为15吨，某次运行时从充电桩充满电后电车储存的能量约为 $2\times {10}^7$焦，能以10米 $/$秒的速度保持匀速直线行驶6千米，能量利用的效率为 $90\%$。

（1）电车发电机的工作原理是　　。

（2）若公交车载满乘客时车胎与地面的总接触面积为0.4米 ${}^2$，求公交车对地面的压强。

（3）若公交车在该次运行中受到的阻力恒定，则牵引力大小是多少？

（4）若公交车在该次运行中电容器输出电压为300伏，不计电容器输出电能时的能量损耗，则工作电路的电流有多大？

打网球已成为我国青少年喜欢的体育运动项目，如图甲为快速飞行的网球遇到迎面而来的球拍时的三个瞬间，图乙为用频闪相机拍摄的网球离开球拍后在空中飞行过程的照片。

（1）网球遇到球拍时，球和球拍都变形了，这说明　               　（写两点）。

（2）球遇到球拍后的某一瞬间，网球的速度刚好变为零，则该瞬间网球所受的力是否平衡？　　

（3）网球表面比较粗糙，在空中飞行时所受空气阻力不可忽略。图乙中，网球从 $A$点经过最高点 $B$飞行到 $C$点的过程中，下列说法正确的是　　（选填序号）。

①在 $A$、 $B$、 $C$三点，网球在 $A$点机械能最大

②位于最高点 $B$时，网球的动能为零

③在该飞行过程中，网球的势能先增大后减小

装有水的容器在大小为 $10N$ 的拉力 $F$ 作用下运动，图1为容器三段运动的示意图， $F$ 的方向始终沿着容器运动方向， $\mathit{OP}$ 段、 $\mathit{MN}$ 段为水平地面。在 $\mathit{MN}$ 段容器中的水少于 $\mathit{OP}$ 段，容器在 $\mathit{OP}$ 段、 $\mathit{MN}$ 段的速度一时间图象和 $\mathit{QR}$ 段的路程一时间图象如图2所示。

（1）求 $F$ 在 $\mathit{OP}$ 段做的功；

（2）求 $F$ 在 $\mathit{QR}$ 段的功率；

（3）容器在 $\mathit{OP}$ 段和 $\mathit{MN}$ 段受到摩擦力分别为 $f_1$ ， $f_2$ ，则 $f_1$ 　 $=$ 　 $f_2$ （选填" $>$ "" $=$ "" $<$ " $)$ 。

我国从今年4月15日起，正式实施电动自行车新国标。李强购置了一辆符合新国标的电动车，其整车质量为 $50\mathit{kg}$，最高速度为 $25\mathit{km}/h$。 $g$取 $10N/\mathit{kg}$。试问：

（1）对蓄电池充电时，电能转化为　 　能；行驶时，电动机提供动力，其工作原理是　　。

（2）当蓄电池的电全部耗完后，若充电功率为 $100W$，充满电需要 $5h$，不计能量损失，则充满电后蓄电池储存的电能为多少？

（3）蓄电池充满电后，其储存电能的 $75\%$用于车克服阻力做功，当质量为 $70\mathit{kg}$的李强在水平路面上骑着车，以最高速度匀速电动行驶时，所受阻力为总重的 $\frac{1}{40}$，则车最多能行驶多少小时？

（4）新国标对电动车的整车质量、最高速度都进行了限制，这样做主要是为了防止车的　　较大，以减小行车危险。

如图所示，工人用斜面向上、大小为 $500N$的推力，将重 $800N$的货物从 $A$点匀速推至 $B$点；再用 $100N$的水平推力使其沿水平台面匀速运动 $5s$，到达 $C$点。已知 $\mathit{AB}$长 $3m$， $\mathit{BC}$长 $1.2m$，距地面高 $1.5m$。试问：

（1）利用斜面搬运货物主要是为了　   　；

（2）货物在水平面上运动的速度为多少？

（3）水平推力做功的功率为多少？

（4）斜面的机械效率为多少？

如图是一款备受青年人喜爱的双轮电动平衡车，已知该车重 $200N$，设计的最大行驶速度为 $5m/s$。试问：

（1）该电动平衡车水平行驶时，电动机将　电　能转为　　能。

（2）体重为 $600N$的小强站在车上，轮胎与水平地面的总接触面积为 $40c{m}^2$，则车对地面的压强为多少？

（3）在水平路面上，当车以最大速度匀速行驶 $24\mathit{km}$时，所受阻力恒为 $25N$，则车行驶的时间和功率分别为多少？

在“大力士”比赛中，需要把一质量 $m=400\mathit{kg}$，边长 $l=1m$，质量分布均匀的立方体，利用翻滚的方法沿直线移动一段距离，如图所示。 $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）立方体静止时对水平地面的压强；

（2）翻滚立方体时，使立方体一边刚刚离开地面，所用最小力 $F$的大小；

（3）“大力士”用翻滚的方法使立方体沿直线移动了 $10m$，用时 $20s$，“大力士”克服立方体重力做功的功率。

实验小组的同学用如图所示的装置探究“物体动能的大小与质量和速度的关系”。将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离。

（1）本实验使钢球获得动能的操作方法是　      　，钢球动能的大小是通过观察　　来判断的。

实验 次数	钢球 质量 $/g$	钢球下摆 高度 $/\mathit{cm}$	木块滑行 距离 $/\mathit{cm}$
1	20	20	20
2	40	20	58
3	60	20

（2）从表中数据可以看出，他们让质量不同的钢球从相同高度摆下，使钢球到达竖直位置的　　相同，从而探究动能与　　的关系。

（3）在第3次实验中，木块被撞后滑出木板，需要重做第3次实验，甲同学建议换用同样较长的木板，乙同学建议换一个较大的木块，丙同学建议降低钢球下摆的高度。你认为应当采用　　同学的建议。

（4）由上述实验数据和现象可得出结论：　　。

电动车是生活中应用非常广泛的一种代步工具。请回答以下问题：

（1）电动车部分材料的技术指标如下表所示，假如让你设计制造电动车车架，你会选择表中的哪种材料？请说明理由。

材料种类	密度 $/\mathit{kg}·m^{-3}$	强度
碳纤维	$1.6\times {10}^3$	强
铝合金	$3.0\times {10}^3$	较弱
铁合金	$4.5\times {10}^3$	较强
锰钢	$7.9\times {10}^3$	强

（2）电动车的刹车车把是一个由刹车线、刹车闸和支点构成的杠杆。刹车时，若在刹车闸 $A$处施加一个如图所示的力 $F$，此时构成一个　 　（选填“省力”“费力”或“等臂” $)$杠杆。

（3）若电动车和小明的总质量为 $120\mathit{kg}$，轮胎与地面的总接触面积约是 $120c{m}^2$，则小明骑车时，车对地面

的压强为多少？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（4）电动车在水平路面上以 $10m/s$的速度做匀速直线运动，若电动车的输出功率恒为 $500W$，此时电动车受到的阻力为多大？

如图是某一学习小组探究“斜面的机械效率”的实验装置，实验数据记录如表。

斜面的倾 斜程度	物块重 $/N$	斜面 高 $/m$	沿斜面的 拉力 $/N$	斜面 长 $/m$	机械效率
较缓	10	0.1	5.0	1	$20\%$
较陡	10	0.3	6.7	1	$45\%$
最陡	10	0.5	8.4	1	$60\%$

（1）沿斜面拉动木块时，为使弹簧测力计的示数稳定，应尽量使木块做　   　运动。

（2）比较表中“物块重”和“　　”两栏对应的数据，可知斜面是一种　　（选填“省力”或“费力” $)$的简单机械。

（3）本实验探究的问题是：　　。

一台起重机在 $10s$内将重为 $3600N$的货物匀速提高了 $4m$，起重机做的有用功是　 $1.44\times {10}^{4}J$　。若起重机做的额外功是 $9600J$，则机械效率是　　，起重机的总功率是　　 $W$。

如图所示，一小球从斜面顶端由静止开始滚下，小球的重力势能减小，动能　　，小球运动到斜面底端，由于　　，小球会在水平面上继续运动，运动的小球如果不受阻力，它将做　　运动。

如图所示，某建筑工地用电动机、定滑轮和斜面组成的装置，将重为 $1600N$的建材由斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面倾角为 $30°$，斜面高为 $4.5m$，建材移动的速度为 $0.4m/s$，电动机的输出功率为 $400W$，斜面的效率与整个装置的效率之比 ${\eta }_1:{\eta }_2=10:9$．（忽略定滑轮处摩擦及绳重）求：

（1）对建材做的有用功。

（2）斜面的效率。

（3）电动机消耗的电能。

滑旱冰是青少年最喜欢的一项运动。如图所示，小兵质量约为 $34\mathit{kg}$，所穿的四轮直排旱冰鞋每只质量为 $3\mathit{kg}$，鞋底每个轮子与地面接触面积为 $4c{m}^2$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

求：

（1）小兵自身受到的重力

（2）若比赛时小兵滑行 $1200m$用时 $2.5\mathit{min}$，小兵滑动的平均速度是多少 $m/s$。

（3）小兵单脚滑行时对地面的压强

（4）小兵在练习时，想冲上一个斜坡，请从能量角度分析他该怎样做，为什么？（不计斜坡阻力）