初中物理机械能解答题

正在玩秋千的小明，突发奇想，在树下用绳子吊一铁球，让铁球左右摆动，假如铁球摆动到最高位置的一瞬间，绳子突然断了，铁球将如何运动？为什么？

小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：

猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关

猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关

为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。

按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。

实验 序号	铁块质量 $m/g$	铁块距桌面高度 $H/\mathit{cm}$	桌腿进入沙子 的深度 $h/\mathit{cm}$
①	20	20	1.9
②	20	30	2.9
③	20	40	3.8
④	30	20	2.9
⑤	40	20	4.1

（1）实验中通过比较　　来判断物体重力势能的大小；

（2）为了验证猜想一，需选择表中　　（填实验序号）三组数据进行分析；

（3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：　　。

光滑斜面甲与水平面 $\mathit{AB}$平滑连接，从斜面甲高 $H$处静止释放小球，小球运动到 $B$点静止，如图甲，在 $\mathit{AB}$上的 $C$点平滑拼接另一光滑斜面乙。已知 $\mathit{AB}=3\mathit{AC}$，如图乙，回答下列问题：

（1）如果小球从斜面甲高 $H$处静止释放，说明小球在乙斜面到达的最大高度 $h$与 $H$的数量关系及理由。

（2）要使小球在乙斜面上到达的最大高度变为 $2h$，小球应在甲斜面上多高处静止释放，并说明理由。

如图是一台两栖履带起重机，它可以在陆地和水深不超过2.5米的滩涂路面行驶工作。

（1）起重机安装宽大履带的目的是减小起重机对地面的　　；

（2）当起重机吊起 $4.8\times {10}^{5}N$的货物时，货物匀速升高 $15m$用时 $40s$，若滑轮组的机械效率为 $75\%$，滑轮组上绳子自由端的拉力及拉力的功率各是多少？

2019年4月15日起，新的《电动自行车安全技术规范》正式实施。要求：最大速度 $⩽25\mathit{km}/h$，电动机输出功率 $⩽400W$，质检员小华对某款电动自行车进行测试，沿水平直路从 $A$出发骑行至 $D$结束，如图所示。测试情况如表格所示。

	$\mathit{AB}$	$\mathit{BC}$	$\mathit{CD}$
路程 $/\mathit{km}$	0.6	4.8	0.6
用时 $/h$	0.05	0.2	0.05
速度特点	逐步加速	以最大速度匀速行驶	逐步减速
阻力特点	越来越大	恒为 $60N$	越来越小

（1）测试过程中，小华看到路旁的树木向西，她是以　　（选填“自己”或“地面” $)$为参照物，此时她是向　　（选填“东”或“西” $)$骑行。

（2） $\mathit{BC}$段，电动自行车的速度为　　 $\mathit{km}/h$，　　（选填“符合”或“不符合” $)$新《规范）关于最大速度的要求。

（3） $\mathit{BC}$段，电动自行车的动力做功　　 $J$．电动机的输出功率为　　 $W$，　　（选填“符合”或“不符合” $)$新《规范》关于电动机输出功率的要求。

（4）从 $A$到 $D$全程，电动自行车的平均速度为　　 $\mathit{km}/h$。

空气污染已成为人们生活中一个无法回避的问题，治理污染，人人有责，节能减排，从我做起。米玛家新购置了一辆新能源轿车，空车质量为 $900\mathit{kg}$，车轮与地面接触总面积为 $0.15m^2$， $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）轿车（空载）时所受重力的大小是多少？

（2）轿车（空载）停放在水平地面对地面的压强是多少？

（3）轿车在平直的高速公路上匀速行驶 $90\mathit{km}$时间为 $1h$，已知轿车匀速行驶时牵引力为 $2000N$，那么，轿车在 $1h$内牵引力所做的功是多少焦？功率是多少？

如图1所示，装有 $0.01m^3$水的圆桶置于水平地面上，桶与地面间的接触面积为 $0.2m^2$。

桶的质量忽略不计， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）求桶中水的质量。

（2）求这桶水对地面的压强。

（3）某同学用图2所示的滑轮组将这桶水匀速提升 $2m$的过程中，所用拉力为 $40N$．求该滑轮组的机械效率。

排球充气后，让排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度。

（1）解释整个过程中能量是否守恒。

（2）排球从接触地面到形变最大的过程中，速度 $v$与形变大小△ $V$之间的关系大致如图，请说明该过程中，排球受力情况与机械能变化的关系。

在更换家用轿车的轮胎时，剪式千斤顶是一种常用工具。图甲是某型号剪式千斤顶的结构示意图。使用时，将底部支撑台置于水平地面，保持千斤顶竖直，将顶升置于汽车车身下，用手摇动扳手使扳手绕 $O$点不断旋转，带动丝杆转动，通过丝杆水平拉动左端铰链，使支架向内收缩，顶升升高，从而将汽车车身顶起。丝杆上刻有梯形扣，图乙是梯形的实物图。

（1）该型号的剪式千斤顶是由一些简单机械组合而成的。在顶起车身的过程中，丝杆上的梯形扣属于下列哪一种简单机械？　　。

$A$．滑轮 $B$．滑轮组   $C$．杠杆   $D$．斜面

（2）现使用该剪式千斤顶更换轮胎，顶起汽车车身后，若顶升受到车身竖直向下的压力大小始终为 $10000N$，且等于顶升对车身的支持力，千斤顶自身重量忽略不计。

①若底部支撑台与地面接触面积为 $0.04m^2$，顶起汽车车身后手不再用力，则千斤顶对地面产生的压强是多大？

②顶起汽车车身后，为了方便更换轮胎，需要继续摇动扳手，使顶升继续升高一段距离。若人摇动扳手使顶升在 $1\mathit{min}$内升高 $12\mathit{cm}$，用千斤顶顶起车身时的机械效率为 $80\%$，则人做功的功率是多大？

某同学在探究“物体的动能跟哪些因素有关”时，提出了如下猜想：

猜想一：物体动能大小与物体的质量有关

猜想二：物体动能大小与物体的运动速度有关

为了验证上述猜想，老师提供了如下器材：斜槽、刻度尺、三个钢球（质量分别为 $0.2\mathit{kg}$、 $0.2\mathit{kg}$、和 $0.3\mathit{kg})$、木块和长木板。

实验装置如图所示，让钢球从高为 $h$的斜槽上由静止滚下，碰到水平面上的木块后，将木块撞出一段距离，在同样的平面上，木块被撞得越远，说明钢球的动能越大。

该同学利用上述器材和装置进行了实验，并在下表中记录了实验获得的数据。

次数	钢球质量 $m/\mathit{kg}$	钢球下落高度 $h/\mathit{cm}$	木块移动距离 $s/\mathit{cm}$
1	0.1	10	8
2	0.1	25	19
3	0.3	20	26
4	0.2	10	15
5	0.3	10	22
6	0.3	15	30

请你完成下列任务：

（1）为了便于验证猜想一，请重新设计一个实验表格，并将上表中的相关数据全部筛选整理后填入你所设计的表中。

（2）分析重新设计的表中数据可以得到的实验结论是　　。

如图所示，在探究物体动能的大小与哪些因素有关时，让同一小车分别从同一斜面的不同高度由静止释放，撞击水平面上同一木块。

（1）本实验探究的是　　（木块 $/$小车 $/$斜面）的动能与　　的关系，实验中是通过观察　　来比较动能大小的；

（2）第一次实验的情景如图甲所示，在进行第二次实验前，应先将撞出的木块　　；

（3）若操作正确，第二次实验木块最终的位置如图乙所示，则此实验的结论是：　　。

如图所示，为高速公路上的限速标志牌，请用物理知识解释：为什么在同一道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？

某汽车在平直路面上以 $75\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $1h$的过程中，消耗了 $5\mathit{kg}$汽油，汽油燃烧释放能量的 $40\%$随废气通过热电转换装置，如图所示，汽油热值近似取 $q=5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，设汽油在气缸内完全燃烧。

（1）图示时刻，四冲程汽油机处于　　冲程；若该汽油机每分钟完成7200个冲程，则它每秒钟完成　　个工作循环

（2）若上述过程中汽油燃烧释放能量的 $30\%$用来驱动汽车行驶，求汽车所受的阻力 $f$；

（3）研究表明新材料的出现可将热电转换装置的效率大幅提高到 $15\%$，据此计算，上述过程中随废气排放的能量通过转换装置后可获得多少电能？这些电能可供车内总功率为 $1000W$的用电器持续工作多长时间？

图示为某种型号的剪叉式高空作业平台。这台机器利用起升电机升降作业平台，方便工人高空作业。该机器的部分数据如表所示。

整机质量（空载）	3200
安全工作载荷	200
起升电机额定电压	24
起升电机额定功率	4.0
轮胎接地总面积	0.08

（1）这台机器空载且静止时，对水平地面的压强是多大？取

（2）起升电机以额定功率工作时，将总重为的人和作业工具以的速度举高。该机器做的有用功是多少？机械效率是多少？

（3）此类机器机械效率一般较低的主要原因是：　　。

图1是小丽探究动能大小与速度关系时的实验场景：斜面上有两平行轨道，将两小球①、②从轨道上由静止释放，与放置在水平木板上的两个相同木块①、②发生碰撞，两个木块初始位置到斜面底端的距离相等。

（1）为完成实验，应使两个质量　　的小球从轨道上　　高度由静止释放（均选填“相同”或“不同” $)$

（2）由图1场景可知，碰撞木块前瞬间，小球　　的动能较大，两木块通过 $A$、 $B$两点处所受的滑动摩擦力大小分别为 $f_A$、 $f_B$，则 $f_A$　　 $f_B$，滑行中，木块的动能转化成　　能；

（3）图2是某次实验的场景：将两小球从图中 $E$、 $F$处静止释放，最终木块①从水平木板的右端滑出，小丽用质量更大的木块③替换木块①后继续此次实验，将两小球仍从图中 $E$、 $F$处由静止释放，木块③未滑出木板，小丽的实验改进有一处遗漏，它是　　。