初中物理机械能解答题

一名体重为 $560N$ 、双脚与地面接触面积为 $0.04m^2$ 的学生站在水平地面上，用如图所示的滑轮组，在 $20s$ 内将 $600N$ 的重物匀速提升 $1m$ （绳重及绳与滑轮之间的摩擦不计）。

（1）请画出滑轮组的绕线。当这名学生未提重物时，他站在地面上对地面的压强多大？

（2）若匀速提升重物的过程中，滑轮组的机械效率是 $75\%$ ，拉力的功率多大？

（3）若用该滑轮组将 $800N$ 的重物匀速提起 $1m$ ，机械效率又是多大？

航天迷小伟利用自制降落伞模拟返回舱的降落过程。将带有降落伞的重物从高处释放，速度增大至 $10m/s$ 时打开降落伞，重物开始减速下落。重物从释放到落地共用时 $4s$ ，其 $v-t$ 图象如图所示，落地前最后 $2s$ 重物的运动可视为匀速运动。打开降落伞后，降落伞和重物受到的空气阻力 $f$ 与速度 $V$ 满足关系 $f=k{v}^2$ ， $k$ 为定值。降落伞和重物的总质量为 $7.5\mathit{kg}$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ ：求：

（1）落地前最后 $2s$ 降落伞和重物的总重力的功率；

（2）刚开始减速时降落伞和重物受到的合外力大小。

学校机器人兴趣小组进行"精准吊装"实验。7块长短不一的长方体木块均平放在水平地面上，机器人将木块按长度从大到小依次吊装并对称叠放。已知木块的密度相同，高度均为 $h=0.2m$ ，宽度均为 $b=0.2m$ ，不同序号木块的质量如下表，其中 $m=12\mathit{kg}$ ， $g$ 取 $10N/\mathit{kg}$ 。

（1）已知1号木块的长度 $a=1.2m$ ，求未叠放时1号木块对地面的压强；

（2）如图，把2号木块吊装到1号木块的上面，求此过程克服木块重力所做的功；

（3）机器人完成全部吊装叠放用时 $6\mathit{min}$ 求整个过程克服木块重力做功的功率。

序号	1	2	3	4	5	6	7
质量	$2m$	$m$	$\frac{m}{2}$	$\frac{m}{3}$	$\frac{m}{4}$	$\frac{m}{5}$	$\frac{m}{6}$

小江同学利用一个弹珠、三根材料和厚度相同、长宽不同的橡皮条，探究"橡皮条的弹性势能与长度、宽度的关系。"他依次将橡皮条固定在弹弓上，如图所示，在弹性范围内，拉伸相同的伸长量，将弹珠在同一位置沿水平方向弹射出去，测得弹射的水平距离，数据如下表：

次数	橡皮条	橡皮条宽     $/\mathit{cm}$	橡皮条长     $/\mathit{cm}$	弹射的水平距离     $/m$
1	$a$	0.50	20.00	10.10
2	$b$	0.50	30.00	8.20
3	$c$	1.00	20.00	14.00

请回答以下问题：

（1）实验中，是通过比较 　 　来间接反映橡皮条的弹性势能大小；

（2）比较第1次和第2次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能与橡皮条的 　　有关；

（3）比较第1次和第3次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能还与橡皮条的 　　有关；

（4）用同种材料同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最大的橡皮条是 　　

$A$ 、窄而长的 $B$ 、宽而长的 $C$ 、窄而短的 $D$ 、宽而短的。

近年来，智能机器人进入百家姓，如图所示是，质量为 $4\mathit{kg}$ 的清洁机器人某次工作时，在 $4s$ 内沿水平直线运动了 $2m$ ，此过程机器人所提供的牵引力为 $50N$ ，求：

（1）机器人所受的重力；

（2）牵引力所做的功；

（3）牵引力的功率。

小明在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，利用如图所示的滑轮组进行了4次测量，测得数据如下表所示：

次数	钩码所受的重力 $G/N$	钩码提升的高度 $h/m$	拉力 $F/N$	绳端移动的距离 $s/m$	机械效率 $\eta$
1	1.0	0.1	0.8	0.4	$31.25\%$
2	1.0	0.2	0.8	0.8	$31.25\%$
3	2.0	0.1	1.2	0.4	$41.67\%$
4	3.0	0.1	1.5

（1）根据表中的数据计算得出第4次实验时绳端移动的距离 $s=$　0.4　 $m$，机械效率 $\eta =$　　。

（2）通过比较1、3和4三次实验数据得出：同一滑轮组，物重越大，滑轮组的机械效率　　。

（3）在忽略摩擦力和绳重的前提下，通过第1次数据可算出动滑轮的重力为　　 $N$。

（4）以下选项中不影响滑轮组机械效率的因素是　　

$A$．动滑轮的重力

$B$．绳子与滑轮之间的摩擦

$C$．物体上升的高度

我们在超市购物时，常常使用购物车，己知购物车的质量为 $10\mathit{kg}$，小明用 $10N$的水平推力推着购物车沿水平地面运动了 $4m$，用时 $4s$，求：

（1）购物车的重力

（2）推力所做的功：

（3）推力的功率

小明在旅行途中，发现大货车的轮子很宽大，看到某段道路旁有如图所示的限速标志，请用物理知识解释大货车轮子宽大的原因，并从能量的角度解释限速行驶的原因

如图所示，小宸用沿斜面向上的力 $F=100N$，在 $10s$内把木箱推到 $2m$高处。斜面长 $4m$。求：

（1）小宸所做的功；

（2）小宸做功的功率。

小段用如图所示装置，使用一根杠杆 $\mathit{AB}$和滑轮的组合将一合金块从水中提起，滑环 $C$可在光滑的滑杆上自由滑动。已知合金密度 $\rho =1.1\times {10}^4\mathit{kg}/m^3$：所用拉力 $F$为 $500N$，且始终竖直向下： $O$为支点，且 $\mathit{AO}=4\mathit{OB}$：动滑轮的机械效率为 $75\%$．若杠杆质量、杠杆与攴点间摩擦不计，整个过程中合金块始终未露出水面。求：

（1）当拉力 $F$向下移动距离为 $1.2m$时，拉力 $F$对杠杆所做的功？此时绳子对杠杆 $B$点的拉力？

（2）合金块的体积？

如图是探究“动能的大小跟哪些因素有关”的实验装置图。

（1）若让同一钢球分别从斜面不同的高度由静止开始滚下，高度 $h$越高，钢球运动到水平面时速度越　 　，木块 $B$被撞得越　　。

（2）若让不同质量的钢球分别从斜面相同的高度 $h$由静止开始滚下，比较木块 $B$被撞击后运动距离 $s$的远近。这是为了探究动能的大小与　　的关系。

某服务区水泵房每天需要将重为 $3\times {10}^{6}N$的水送到 $36m$高的蓄水池里。若用电动机带动一台效率为 $60\%$的水泵工作 $5h$来完成蓄水工作。问：

（1）水泵对这些水做了多少功？

（2）带动水泵的电动机的功率至少为多大？

如图所示是打捞物体的模拟装置。现电动机带动钢丝绳自由端以 $0.5m/s$的速度匀速拉动滑轮组，经过 $5\mathit{min}$将体积为 $0.1m^3$的物体由海底提升到海面，物体离开海面后钢丝绳自由端的速度变为 $0.49m/s$，此时电动机的输出功率比物体在海水中时增大了 $12\%$（不计物体的高度、绳重和摩擦， ${\rho }_{物}=7.6\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{\mathit{海水}}$取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$。求：

（1）物体浸没在海水中受到的浮力；

（2）物体在海底时的深度；

（3）物体在海底时受到海水的压强；

（4）物体在海面下匀速上升过程中，该滑轮组的机械效率（不计动滑轮体积）

如图所示，实心物体 $A$漂浮在水面上，现利用电动机通过滑轮组拉动 $A$，使 $A$向下运动。已知 $A$的体积为 $1m^3$，密度为 $0.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．动滑轮重为 $1\times {10}^{3}N$，电动机工作时拉绳子的功率为 $1.2\times {10}^{3}W$且保持不变，不计绳重、摩擦和水的阻力，求：

（1） $A$的重力；

（2） $A$浸没在水中受到的浮力；

（3） $A$向下运动的最小速度；

（4） $A$向下运动过程中，滑轮组机械效率的最大值。

小熊在课外实践活动中，用如图甲所示的滑轮组匀速拉动放在树下一水平面上的不同物体，物体受到的摩擦力从 $100N$开始逐渐增加，每次物体被拉动的距离均为 $1m$。根据测量结果画出了该滑轮组机械效率与物体受到摩擦力大小变化的关系图象，如图乙所示。若不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，求：

（1）由图乙可知，当物体受到的摩擦力为 $100N$时，滑轮组机械效率是多大？

（2）当滑轮组的机械效率为 $75\%$，物体以 $0.1m/s$的速度匀速运动时，该滑轮组的有用功率是多大？

（3）当物体与地面的摩擦力为 $1500N$时，体重为 $500N$的小熊竖直向下拉绳，还能用此滑轮组拉动物体吗？用计算结果说明。