初中物理机械能综合题

“嫦娥奔月”的梦想
2013年12月2日11时30分，“嫦娥三号”探测器从西昌卫星发射中心发射升空（如甲所示），奔向38万千米外的月球；12月15日4时35分“嫦娥三号”着陆器和巡视器成功分离，巡视器顺利驶抵月球表面，实现了中国人“嫦娥奔月”的梦想．

（1）探测器在向月面降落的过程中，不能采用打开降落伞的方法來减小下落的速度，原因是月球上  ，不能通过克服摩擦力做功来使其速度减小．
（2）无线电波传播速度是3×10⁵km/s．探测器将获得的月球信息以无线电波的形式传回地球约需要  s（结果保留两位小数）．
（3）图丙为“嫦娥三号”绕月飞行的轨道示意图，其中“嫦娥三号”的月球重力势能最大的位置是  ．（选填“近月点“或“远月点“）

歼 $-31$是我国自主研制的战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性等优异性能，该飞机最大起飞质量为 $28t$，最大飞行高度达 $20000m$，最大航行速度达2100 $\mathit{km}/h$，最大载油量为 $10t$，飞行时所受阻力的大小与速度的关系见下表：

速度 $v(m/s)$	100	200	300	400	500
阻力 $f/N$	$0.3\times {10}^4$	$1.2\times {10}^4$	$2.7\times {10}^4$	$4.8\times {10}^4$	$7.5\times {10}^4$

已知飞机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是 $40\%$，飞机使用的航空燃油的热值为 $5\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g$取10 $N/\mathit{kg}$，求：

（1）飞机的最大起飞重力为多少牛顿？

（2）当飞机以400 $m/s$的速度匀速巡航时，飞机发动机的输出功率是多少瓦？

（3）飞机发动机完全燃烧7.5 $t$燃油放出的热量为多少焦耳？

（4）若飞机以500 $m/s$的速度巡航时，发动机完全燃烧7.5 $t$燃油，飞机飞行距离为多少？

阅读短文，回答问题：  
干簧管
干簧管是一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，也叫磁控开关。常用的干簧管有单触点和双触点两种。
如图为单触点干簧管的结构示意图。其外壳是一根密封的玻璃管，管中装有两个磁性材料制成的弹性簧片电板，还灌有一种惰性气体。平时，玻璃管中的两个磁簧片触点部位是分开的（如图甲）。当有磁性物质靠近玻璃管时，在合适的磁场的作用下，管内的两个簧片的触点部位被磁化成为异名磁极就会互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路连通（如图乙）。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路就断开。

干簧管中的磁性材料是指铁、钴、镍等能被磁铁吸引的材料，它分为软磁性材料和硬磁性材料两种。软磁性材料是指既容易被磁化而获得磁性又很容易失去磁性的物质。硬磁性材料是指不容易被磁化而获得磁性，但一旦获得磁性又很不容易失去的物质。磁体周围的磁性材料被磁化后的极性与放置在该处的小磁针的极性相似，如我们拿一根铁棒的一端靠近或接触磁铁的N极时，这一端就会被磁化成S极，它的另一端则会被磁化成N极。
双触点干簧管类似于单刀双掷开关，它的工作原理是:没有磁场时，簧片1与簧片2接通（如图丙），当有外界磁力时，簧片1与簧片2的连接断开，簧片1与簧片3触点部位接通（如图丁），其中簧片1是公共端，簧片2是常闭接点，簧片3是常开接点。簧片中有一片是用只导电不导磁的材料做成。

干簧管外绕上能产生磁场的线圈就成了干簧继电器，当线圈通电后，管中磁性材料制
成的簧片的自由端分别被磁化成N极和S极而相互吸引，因而接通被控电路。线圈断电后，干簧片在本身的弹力作用下分开，将线路切断。
（1）单触点干簧管中的磁簧片是用_______（选填“软”或“硬”）磁性材料制成的。
（2）单触点干簧管在___________（选填“断开”或“闭合”）时，磁簧片具有弹性势能。
（3）双触点干簧管的1、2、3三个簧片的对应制作材料可能是________
A．铁、铁、铜    B．铁、铜、铁   C．铜、铁、铜    D．铁、钴、铁
（4）当条形磁铁按左图所示的方式从A移动到B，下列能反映电路中的电流随时间变化的图象是______。

（5）如图为一运用干簧继电器的电路，当开关S闭合后，它的工作特点是________

A．红灯、绿灯交替发光
B．红灯长亮，绿灯亮、灭交替
C．绿灯长亮，红灯亮、灭交替
D．红灯长亮，绿灯不亮

暑假期间，小明和家人自驾去秦始皇兵马俑博物馆参观。

（1）全家人上车后，汽车对水平地面的压强比空载时 　　。

（2）若该车在某段水平路面上匀速行驶 $10\mathit{min}$，牵引力做功 $4.8\times {10}^{7}J$，此过程中牵引力的功率是多大？

（3）到达目的地，他们将车停放在露天停车场后进入博物馆参观。参观完毕准备返回时，打开车门发现车内温度特别高，无法立刻进入。回家后小明想探究太阳暴晒对车内空气温度的影响，他回想起曾经看过的一档科普电视节目做过的实验，实验测得太阳暴晒下， $3~5\mathit{min}$车内温度就能达到 $40~{50}^{°}\text{C}$。通过回看该节目，他获取了一组有关太阳辐射和小汽车的数据：夏天正午时，某城市地表上每秒每平方米获得的太阳辐射能量约 $500J$，其中能使物体吸热升温的主要是红外辐射，其能量约占太阳辐射能量的一半，小汽车的有效吸热面积约为 $8m^2$，车内空气体积约为 $2m^3$，车内空气吸热效率约为 $50\%$。

①小明根据节目所给数据，计算出了理论上一定时间内车内空气升高的温度，并通过查阅资料了解到车内空气升温受车辆散热、空气流通等诸多因素影响，综合分析得出节目实测结果是可信的。请你写出理论上 $1\mathit{min}$车内空气升高温度的计算过程 $[{\rho }_{\mathit{空气}}=1.3\mathit{kg}/m^3$， $c_{\mathit{空气}}=1.0\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}}\right)$，结果保留一位小数 $]$。

②若汽车不可避免地在太阳暴晒下停放较长时间，请你写出一条缓解车内气温快速上升的措施：　　。

如图是某科技小组设计的一个提升重物的装置，CD是一个以O点为转轴的水平杠杆，CO：OD=3：2。滑轮组固定在杠杆C点，通过固定在水平地面的电动机匀速提升重物，每个滑轮的质量均为m₀。放置在水平地面上的配重E通过细绳竖直拉着杠杆D点，使杠杆CD始终保持水平平衡，配重E的质量m_E为100kg。当电动机用拉力F₁匀速提升重物A时，滑轮组的机械效率为η₁，物体A匀速上升的速度为v₁；当电动机用拉力F₂匀速提升重物B时，滑轮组的机械效率为η₂，物体B匀速上升的速度为v₂。在匀速提升重物A、B的过程中，电动机的功率保持不变。已知F₂-F₁=50N，v₁:v₂=5:4，η₂=90%。细绳和杠杆的质量、滑轮与轴的摩擦均忽略不计，g取10N/kg。求：

（1）拉力F₁的大小；
（2）滑轮组的机械效率η₁；
（3）当电动机用拉力F₂匀速提升重物B时，配重E对地面的压力N₂。

图甲是某小区高层住宅电梯结构的示意图，它主要是由轿厢、滑轮、配重、缆绳及电动机等部件组成，小明家住该小区某栋楼的16楼，他乘电梯从1楼匀速升到16楼用时 $50s$，已知每层楼的高度为 $3m$。小明重 $600N$．轿厢重 $5400N$，动滑轮和细绳的重力以及摩擦力均忽略不计，针对此时程，解答下列问题。

（1）拉力 $F$的功率为多大？

（2）动滑轮 $A$提升小明的机械效率为多少？

（3）图乙是该电梯超载自动报警系统工作原理的示意图，在工作电路中，当电梯没有超载时，触点 $K$与触点 $A$接触，闭合开关 $S$，电动机正常工作，当电梯超载时，触点 $K$与触点 $B$接触，电铃发出报警铃声，即使闭合开关 $S$，电动机也不工作，在控制电路中，已知电源电压为 $6V$，保护电阻 $R_2=100\Omega$，电阻式压力传感器 $R_1$的阻值随乘客压力 $\left(F_{压}\right)$大小变化如图丙所示，电磁铁线圈的阻值忽略不计，当电磁铁线圈电流超过 $0.02A$时，电铃就会发出警报声，若乘客人均重为 $700N$，该电梯最多可以乘载多少人？

为了配合今年“世界环境日”的主题活动，小明所在的课外活动兴趣小组对街上行驶的电动自行车和摩托车做了一个调查，下表中所列的是某品牌电动自行车和摩托车的部分技术参数：

 
（1）假设给电动自行车的蓄电池充电时，消耗的电能全部转化为蓄电池的化学能。那么，电动自行车每行驶1Km电动机平均做的有用功大约是多少？当自行车以最高车速匀速行驶时，电动机的功率大约是多大？
（2）摩托车每行驶1Km大约要消耗多少能量？
（3）与摩托车相比，电动自行车有哪些优势？（说出一个方面）
（汽油的密度：0.71×10³kg/m³；汽油的热值：4.6×10⁷J/ kg ）

体育课上，小明在同位置用相同的力多次将足球踢出，发现足球斜向上飞出的角度越大，球运动得越高，但并不能运动得越远，这是什么原因呢？

小明向老师请教，老师说：这是常见的种抛体运动，将足球以一定的速度向斜上方踢出，足球所做的运动叫做斜抛运动，其运动轨迹如图甲所示。足球起始运动方向与水平方向的夹角叫做抛射角，抛出点到落地点的水平距离叫做射程，射程与抛出速度和抛射角的大小有关。

若不计空气阻力，请回答下列问题：

（1）足球的质量是0.4kg，它受到的重力是多少？（取g＝10N/kg）

（2）若足球从地面踢出时具有的动能是120J，踢出后能达到的最大高度是5m，足球在最高点时具有的动能是多少？

（3）若足球的射程X与抛出速度v、抛射角θ之间满足公式X $=\frac{2v^2\mathit{sin\theta cos\theta }}{g}$，当足球以20m/s的速度且与水平方向成45°角踢出，足球的射程是多少？（取g＝10N/kg）

（4）足球以30°抛射角踢出，其动能E_k随水平位置s变化关系的图象如图乙所示。若该球在同位置以60°抛射角且与前次大小相同的速度踢出，请你在答题卡的同一坐标中画出此次足球的动能随水平位置变化关系的大致图象。

、如图，重为3.2×10⁴N的卡车，经过一段水平路面，再以9.6×10⁴W的功率沿与水平地面成30°角的斜坡匀速向上爬行．已知车轮与地面接触的总面积为0.5m²，斜坡的机械效率为80%．求卡车：
(1)对水平路面的压强；
（2）爬坡时的牵引力；
（3）爬坡时的速度．

阅读下列短文，回答问题，

"天舟一号"与"天宫二号"成功对接

我国自主研制的"天宫二号"空间实验室已于2016年9月15日发射成功"天宫二号"在距地面高度380km圆形轨道上绕地球匀速运行，绕地球一圈的运行时间是90分钟，"天舟一号"货运飞船于2017年4月20日由长征七号火箭成功发射升空，并于2017年4月22日与"天宫二号"首次自动交会对接成功，如图1所示，为我国建立自己的空间站迈出了坚实的一步。

发射"天舟一号"货运飞船的长征七号火箭的燃料由液态煤油和液氢混合构成，火箭点火起飞时，火箭内的燃料燃烧从火箭体尾部喷射出火焰几乎直击发射平台。使得发射平台核心区的温度接近3000℃，足以融化绝大多数金属和非金属材料，长征七号火箭发射时与其它火箭不同的是发射平台旁的"喷水降温降噪系统"，其采取的是国际上先进的喷水降温方法，如图2所示，在发射中火箭飞到5m高以后，"喷水降温降噪系统"向箭体尾部火焰中心喷水20余秒，喷水量约为400t，一部分的水会汽化到大气中，大部分的水则通过导流槽流走，于是大流量喷水能够带走大量的热起到降温作用，防止了火箭发射台内部的仪器设备可能因高温受到影响。[圆周率π＝3，c _水＝4.2×10 ³J/（kg•℃）]

（1）设"喷水降温降噪系统"喷出400t水的初温为20℃，在喷水20秒内全部变成100℃的水，则水带走的热量为 　 　J。

（2）如图3所示，设地球半径为6370km，"天宫二号"空间实验室在圆形轨道上正常运行，圆形轨道的半径为 　 　km，圆形轨道的周长为 　 　km．"天舟一号"货运飞船成功发射及正常入轨后，与"天宫二号"空间实验室对接。对接时"天舟一号"的运行速度为 　 　km/s。

（3）长征七号火箭所搭载的"天舟一号"货运飞船在上升过程中的机械能不断 　 　（选填"变大"、"变小"或"不变"），长征七号火箭燃料的 　 　能燃烧时转化为内能。

某安全设备厂研发了一种新型抗压材料，要求对该材料能承受的撞击力进行测试。如图甲所示，材料样品（不计质量）平放在压力传感器上，闭合开关 $S$ ，将重物从样品正上方 $h=5m$ 处静止释放，撞击后重物和样品材料仍完好无损。从重物开始下落到撞击样品，并最终静止在样品上的过程中，电流表的示数 $I$ 随时间 $t$ 变化的图像如图乙所示，压力传感器的电阻 $R$ 随压力 $F$ 变化的图像如图丙所示。已知电源电压 $U=12V$ ，定值电阻 $R_0=10\Omega$ ，重物下落时空气阻力忽略不计。求：

（1）重物下落时，重物作 　　速直线运动，其重力势能转化为 　　能；

（2） $0~t_1$ 时间内，重物在空中下落，电流表示数是 　　 $A$ ，压力传感器的电阻是 　　 $\Omega$ ；

（3） $t_1~t_3$ 时间内，重物与样品撞击，通过电流表的最大电流是 　　 $A$ ，样品受到的最大撞击力是 　　 $N$ ；撞击后重物静止在样品上，定值电阻 $R_0$ 的功率是 　　 $W$ ；

（4）重物在空中下落的过程中，重力做功是多少？

呼和浩特市共享单车的投放，为呼和浩特市市民的出行提供了极大的便利。小董同学通过手机扫码，解锁了一辆电动自行单车。如果她骑行电动自行单车在平直的乡间小路上做直线运动，且以恒定的功率

行驶。通过收集数据，得到如图所示的 $v-t$图象。在第 $16s$时速度达到 $10m/s$，然后以 $10m/s$做匀速直线运动。已知小董质量为 $50\mathit{kg}$，电动自行单车质量为 $10\mathit{kg}$，骑行时所受阻力恒为人和车总重的 $\frac{1}{15}$．求：

（1）在 $0~16s$时间内，单车通过的路程　      　 $80m$（选填“大于”或“等于”或“小于”），这段时间内，电动机对单车产生的牵引力　       　单车所受的阻力（选填

“大于”或“等于”或“小于”）；

（2）电动自行单车做匀速直线运动时，加在电动机上的电压为 $50V$，通过的电流 $10A$，电动机提供的电功率多大，该电动机的效率为多少，（不计机械摩擦损失），电动机线圈电阻是多少；

（3）在 $0~16s$时间内，单车通过的路程。（提示：能量守恒。动能计算公式为 $0.5m{v}^2$， $m$表示质量， $v$表示速度）

如图甲是一种测定油箱内油量的装置，其中 $R$是滑动变阻器的电阻片，滑动变阻器的滑片跟滑杆连接，滑杆可以绕固定轴 $O$转动，另一端固定着一个浮子。油箱中的油量减少时，油面下降，浮子随液面落下，带动滑杆使滑动变阻器滑片向上移动，从而改变了电路中电流表的示数。因此，电流表上一定的示数便对应着油面的一定高度，把电流表刻度盘改为相应的油量体积数，就可以直接读出油箱中的油量，其中浮子应用了　   　条件。如果把量程足够大的电压表改装成油量表，要求油量增加时，电压表的读数也增加，电压表应接在甲图中　　两端（按图中所标示字母填写）。

小军在以上设计的启发下，设计了一种测量体重的装置（如乙图所示），当没有测体重时，滑片 $P$在图中绝缘体处，绝缘体使电路　　（选填“切断”或“接通” $)$，电路中 $R_1$的作用是　　，在称量过程中，弹簧（在弹性限度内）的弹性势能随称量物体的重力增大而　　（填“增大”、“减小”或“不变” $)$。

阅读短文，回答问题：

神奇的"大力士"﹣﹣形状记忆合金起重机

形状记忆合金起重机具有动力大、噪声小等优点，广泛应用于能源。交通和日常生活等领域。

形状记忆合金起重机的动力主要来自于形状记忆合金，如图甲所示，常温下发生形变的记忆合金。在受热超过某一温度时，完全恢复到原来的形状，此过程中产生很大的力，将重物提起。

依据不同记忆合金材料特性，可制成记忆压缩弹簧和记忆拉伸弹簧。如图乙所示为记忆压缩弹簧，在常温时较小的外力即可使其处于压缩状态，在高温时会自动恢复到原来的伸长状态记忆拉伸弹簧则与其不同，在常温时较小的外力可使其处于伸长状态，在高温时会自动恢复到原来的压缩状态记忆弹簧恢复原状时所产生的弹力远比普通弹簧大。

给记忆合金材料通上交替变化的脉冲电流，套使其温度升高。为控制加热快慢，通常采用改变一个周期内通有电流的时间占总时间的比值的方法来实现。

（1）形状记忆合金起重机在提升重物时，重物的重力势能 　　。

（2）由形状记忆合金材料制成的眼镜框被踩扁后，应 　　（升温/降温），使其恢复原状。

（3）对记忆拉伸弹簧来说，高温状态长度比低温状态 　　。

（4）下列图丙四种电流能使相同的记忆合金弹簧升温最快的是 　　。

（5）图丁是小明设计的形状记忆合金起重机的动力结构示意图，记忆弹簧通电后恢复原状，提起重物，为让记忆弹簧能回到初始位置，装置中需要搭配普通弹簧，下列四种组合中，提升力最大的是 　　。

A．普通弹簧，记忆拉伸弹簧、普通弹簧

B．普通弹簧，记忆压缩弹簧、普通弹簧

C．记忆压缩弹簧、普通弹簧、记忆压缩弹簧

D．记忆拉伸弹簧、普通弹簧、记忆拉伸弹簧

用如图所示的滑轮组提升重物时，动滑轮下面挂着的钩码所受的重力是G，动滑轮的重力为G`，竖直向上拉弹簧测力计，使钩码匀速上升h的高度，在此过程中测力计的示数为F，F作用端移动的距离是s，在用滑轮组提升钩码的过程中，有用功就是直接克服重力把物体提升一定高度所做的功，总功是使用机械时总共所做的功。若不计摩擦，请根据公式：W<sub>总功</sub>=W<sub>有用功</sub>+W<sub>额外功</sub>，推导出：F=（G+G`）/3