初中物理机械能解答题

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？

有一台电动起重机，电动机的电功率是 $2.5\times {10}^{3}W$，它在30秒内将质量为 $1.5t$的大石头沿竖直方向匀速提升 $2m$。

（1）大石头的重力是多少 $N$？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（2）起重机提升大石头消耗的电能是多少？

（3）起重机提升大石头的效率是多少？

（4）写出一条提高起重机效率的合理建议：　              　。

近年来，衢州城市面貌焕然一新，这离不开环卫工人们的辛苦付出。如图，洒水车某次在平直的道路上以15千米 $/$时的速度匀速行驶，进行洒水作业。洒水车的部分参数如下表。

项目	数值
空载质量（吨 $)$	2.4
满载装水量（吨 $)$	20
满载时车轮与水平地面接触总面积（米 ${}^2)$	0.4
正常洒水流量（吨 $/$时）	50

（1）若洒水车满载并按正常洒水流量洒水，它在本次洒水过程中最多可连续喷洒多少路程？

（2）求洒水车满载时，停在水平地面上对地面的压强。

（3）在本次洒水过程中，洒水车的机械能大小变化情况是　　。

如图所示，甲是探究“动能的大小与什么因素有关”的实验装置，实验中让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，碰到同一木块上。乙是探究“阻力对物体运动的影响”的实验装置，实验中让同一小车从斜面上相同的高度由静止滑下，在粗糙程度不同的水平面上运动。请回答下列问题：

（1）甲实验的目的是探究钢球动能的大小与速度的关系；实验时，它是通过观察　      　，从而判断钢球动能的大小。

（2）进行乙实验时，每一次都让同一小车从斜面上相同的高度由静止滑下，其目的是使小车在水平面运动的起始　　相同；通过观察小车在粗糙程度不同的水平面上运动距离的大小来判断小车在不同的水平面受到　　的大小。从而可以推理：如果运动的物体不受力，它将　　。

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　　。

如图是工人利用滑轮组提升重为 $960N$物体的示意图，某段过程中物体匀速上升的速度为 $0.1m/s$，工人拉力 $F$的功率为 $120W$，物体上升 $10s$拉力 $F$克服滑轮组的摩擦做的功是 $140J$，不计绳重。求：

（1）工人拉绳子的速度；

（2）滑轮组的机械效率；

（3）滑轮组中的动滑轮的重力。

随着科技的发展，智能机器人不断出现在宾馆、医院、车站等公共场所。被誉为抗疫"智"先锋的医用消毒机器人，可在无人环境下自主导航，利用闪蒸技术 $360°$ 无死角消毒，在此次抗击"新冠肺炎"中发挥着重要作用。某品牌消毒机器人部分参数如下表：

$\times \times$ 牌消毒机器人
项目	参数
机身自重（千克）	80
运行速度（米     $/$ 秒）	1

请分析计算下列问题；

（1）该机器人以运行速度匀速行驶5分钟，行驶的路程有多少米？

（2）若该机器人装载8千克消毒液并静止在水平地面上，与地面接触的总面积为0.008米 ${}^2$ ，此时该机器人对地面的压强有多大？

（3）该机器人在粗糙程度相同的水平地面上，以运行速度做匀速直线运动，若电池的输出功率为140瓦，克服摩擦力做功的功率占电池输出功率的 $35\%$ ，则该机器人受到的摩擦力多大？

如图所示是正在建造中的我国自主设计的首艘科考破冰船“雪龙2号”，它将助力我国极地科考工作。该船设计空载排水量为 $8000t$，满载排水量为 $14000t$，能在厚冰层上连续破冰。（排水量为轮船在水中排开水的质量， $g$取 $10N/\mathit{kg})$。

（1）空载时该船受到的重力为多少 $N$？

（2）假设破冰船在 $1.5m$厚的冰层海域以 $7.2\mathit{km}/h$的速度匀速直线破冰时所受的阻力为 $2\times {10}^{7}N$，则此时破冰船推进功率为多大？

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？

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“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

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？

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　　。

在拓展课上，小泉同学模拟某建筑工地上拉动工件的情景，设置了如图所示的滑轮组。他用该滑轮组在4秒内将一个重为100牛的物体，沿着水平地面匀速拉动了2米。人的拉力为18牛，物体移动时受到地面的摩擦力为物重的0.35倍，不计绳重及机械的摩擦。求：

（1）人的拉力所做的功。

（2）人的拉力做功的功率。

（3）动滑轮受到的重力。