物理综合应用题
高中物理动能定理的综合应用题20套(带答案)及解析
（1）滑块到达底端 B 时的速度大小 vB；
（2）滑块与传送带间的动摩擦因数 μ；
（3）此过程中，由于克服摩擦力做功而产生的热量 Q.
【答案】（1）
2gh （2） v02 2gh （3） m v0
2
2gh
2gl
2
【解析】
试题分析：（1）滑块在由
A
到
B
的过程中，由动能定理得：
mgh＝ 1 2
(1)求运动员在 AB 段下滑时受到阻力 Ff 的大小； (2)若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的 6 倍，则 C 点所在圆弧的半径 R 至少应为 多大？ 【答案】(1)144 N (2)12.5 m 【解析】
试题分析：（1）运动员在 AB 上做初速度为零的匀加速运动，设 AB 的长度为 x，斜面的倾 角为 α，则有 vB2=2ax
mvB2
0
，
解得：
＝
B
2gh ；
（2）滑块在由 B 到 C 的过程中，由动能定理得：μmgL＝ 1 mv02− 1 mvB2，
2
2
解得， ＝v02 2gh ； 2gL
（3）产生的热量：Q=μmgL
L 相对， 相对
0 B 2
2 g
＝ ( 0
2gh)2 2 g
（或
(0 v02
2 gh )2 2gh
(3)传送带的速度大于或等于 v1，则滑块回到水平轨道时的速度大小仍为 v1
mgs
0
1 2
mv12
得 s=0.9m，即滑块在水平轨道上滑行的路程为 0.9m，则最后停在离 B 点 0.2m 处。
若传送带的速度 7 m/s <v<3m/s，则滑块将回到 B 点，滑上圆弧轨道后又滑到水平轨道，
八年级上学期物理综合应用题—吕
八年级上学期物理综合应用题—吕1、阅读短文，回答问题：体育比赛中，有时候运动员突然受伤，医护人员在实施急救时，常常会对着受伤部位喷一种雾状的药剂，如图21所示。
运动员如果伤得不太重，经过这种紧急救治，往往能重返赛场，坚持比赛。
这究竟是一种什么神奇的药剂？为什么能对伤痛产生这么大的效果？原来，这是一种叫作氯乙烷（C2H5Cl）的有机物。
它的沸点只有12.5℃，所以在常温常压下是气体。
通常它以液态形式被储存在压强较大的金属罐中。
在喷出来的一刹那，压强减小且由于接触到温暖的皮肤，氯乙烷立刻变成气体，由液体变成气体的氯乙烷从运动员受伤部位的皮肤上吸收了大量热量，使受伤的部位温度迅速降低，神经被麻痹，于是疼痛就迅速缓解了，到比赛结束以后，运动员还要接受正式的治疗。
（1）氯乙烷在常温常压下的存在形式是态。
储存在金属罐中的氯乙烷是态。
（2）氯乙烷喷到运动员受伤的部位后发生的物态变化名称是，在这个过程中氯乙烷从皮肤上大量热量。
2、小明在厨房中发现：（1）壶里的水烧开以后，壶嘴上方冒出一团团“白气”，这“白气”实质上是一些__________小明仔细观察又发现：“白气”从喷出到消失要经历三个物理过程。
(2)靠近壶嘴的地方，我们什么也看不见。
这是因为壶内水沸腾时产生了大量的水蒸气，在壶嘴附近由于温度比较________，仍然保持________状态.(3)水蒸气离开壶嘴一段距离以后，水蒸气________ _，（填物态变化名称）形成“白气”。
(4)“白气”进一步上升，分散到干燥的空气中，发生____现象，我们又什么也看不见了。
3、干冰是固态的二氧化碳，温度低于–78.5℃。
当干冰遇热直接变成气体时，会把周围空气中的水蒸气变成小水珠，这就是白雾。
如果把热水淋在干冰上，这些白雾就十分浓厚，显得云雾缭绕，仿佛仙境一般。
但人手若不慎与干冰接触，皮肤中的水就立即变成冰而被干冰粘住，这是很危险的，应立即用水浇淋，直到皮肤与干冰分离为止。
高考物理动能定理的综合应用题20套(带答案)含解析
高考物理动能定理的综合应用题20套(带答案)含解析一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1．一辆汽车发动机的额定功率P =200kW ，若其总质量为m =103kg ，在水平路面上行驶时，汽车以加速度a 1=5m/s 2从静止开始匀加速运动能够持续的最大时间为t 1=4s ，然后保持恒定的功率继续加速t 2=14s 达到最大速度。
设汽车行驶过程中受到的阻力恒定，取g =10m/s 2.求：(1)汽车所能达到的最大速度；(2)汽车从启动至到达最大速度的过程中运动的位移。
【答案】(1)40m/s ；(2)480m 【解析】 【分析】 【详解】(1)汽车匀加速结束时的速度11120m /s v a t ==由P=Fv 可知，匀加速结束时汽车的牵引力11F Pv ==1×104N 由牛顿第二定律得11F f ma -=解得f =5000N汽车速度最大时做匀速直线运动，处于平衡状态，由平衡条件可知， 此时汽车的牵引力F=f =5000N由P Fv =可知，汽车的最大速度：v=P PF f==40m/s (2)汽车匀加速运动的位移x 1=1140m 2v t = 对汽车，由动能定理得2112102F x Pt fs mv =--+解得s =480m2．如图所示,倾角为37°的粗糙斜面AB 底端与半径R=0.4 m 的光滑半圆轨道BC 平滑相连,O 点为轨道圆心,BC 为圆轨道直径且处于竖直方向,A 、C 两点等高．质量m=1 kg 的滑块从A点由静止开始下滑,恰能滑到与O 点等高的D 点,g 取10 m/s 2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8．求:(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数μ;(2)要使滑块能到达C 点,求滑块从A 点沿斜面滑下时初速度v 0的最小值;(3)若滑块离开C 点的速度为4 m/s ,求滑块从C 点飞出至落到斜面上所经历的时间． 【答案】（1）0.375（2）3/m s （3）0.2s 【解析】试题分析：⑴滑块在整个运动过程中，受重力mg 、接触面的弹力N 和斜面的摩擦力f 作用，弹力始终不做功，因此在滑块由A 运动至D 的过程中，根据动能定理有：mgR －μmgcos37°2sin 37R︒＝0－0 解得：μ＝0.375⑵滑块要能通过最高点C ，则在C 点所受圆轨道的弹力N 需满足：N≥0 ①在C 点时，根据牛顿第二定律有：mg ＋N ＝2Cv m R② 在滑块由A 运动至C 的过程中，根据动能定理有：－μmgcos37°2sin 37R ︒＝212C mv －2012mv ③ 由①②③式联立解得滑块从A 点沿斜面滑下时的初速度v 0需满足：v 03gR ＝23 即v 0的最小值为：v 0min ＝3⑶滑块从C 点离开后将做平抛运动，根据平抛运动规律可知，在水平方向上的位移为：x ＝vt ④在竖直方向的位移为：y ＝212gt ⑤ 根据图中几何关系有：tan37°＝2R yx-⑥ 由④⑤⑥式联立解得：t ＝0.2s考点：本题主要考查了牛顿第二定律、平抛运动规律、动能定理的应用问题，属于中档题．3．如图所示，光滑曲面与光滑水平导轨MN 相切，导轨右端N 处于水平传送带理想连接，传送带长度L =4m ，皮带轮沿顺时针方向转动，带动皮带以恒定速率v =4.0m/s 运动．滑块B 、C 之间用细绳相连，其间有一压缩的轻弹簧，B 、C 与细绳、弹簧一起静止在导轨MN 上.一可视为质点的滑块A 从h =0.2m 高处由静止滑下，已知滑块A 、B 、C 质量均为m =2.0kg ，滑块A 与B 碰撞后粘合在一起，碰撞时间极短．因碰撞使连接B 、C 的细绳受扰动而突然断开，弹簧伸展，从而使C 与A 、B 分离.滑块C 脱离弹簧后以速度v C =2.0m/s 滑上传送带，并从右端滑出落至地面上的P 点．已知滑块C 与传送带之间的动摩擦因数μ=0.2，重力加速度g 取10m/s 2.(1)求滑块C 从传送带右端滑出时的速度大小； (2)求滑块B 、C 与细绳相连时弹簧的弹性势能E P ；(3)若每次实验开始时弹簧的压缩情况相同，要使滑块C 总能落至P 点，则滑块A 与滑块B 碰撞前速度的最大值v m 是多少？ 【答案】(1) 4.0m/s (2) 2.0J (3) 8.1m/s 【解析】 【分析】 【详解】（1）滑块C 滑上传送带到速度达到传送带的速度v =4m/s 所用的时间为t ，加速度大小为a ，在时间t 内滑块C 的位移为x ，有mg ma μ=C v v at =+212C x v t at =+代入数据可得3m x = 3m x L =<滑块C 在传送带上先加速，达到传送带的速度v 后随传送带匀速运动，并从右端滑出，则滑块C 从传送带右端滑出时的速度为v=4.0m/s（2）设A 、B 碰撞前A 的速度为v 0，A 、B 碰撞后的速度为v 1，A 、B 与C 分离时的速度为v 2，有2012A A m gh m v =01()A A B m v m m v =+ 12()()A B A B C C m m v m m v m v +=++A 、B 碰撞后，弹簧伸开的过程系统能量守恒222A 1A 2111()()222P B B C C E m m v m m v m v ++=++代入数据可解得2.0J P E =（3）在题设条件下，若滑块A 在碰撞前速度有最大值，则碰撞后滑块C 的速度有最大值，它减速运动到传送带右端时，速度应当恰好等于传送带的速度v .设A 与B 碰撞后的速度为1v '，分离后A 与B 的速度为2v '，滑块C 的速度为'C v ，C 在传送带上做匀减速运动的末速度为v =4m/s ，加速度大小为2m/s 2，有22()Cv v a L '-=- 解得42m/s Cv '= 以向右为正方向，A 、B 碰撞过程1()A m A B m v m m v '=+弹簧伸开过程12()()A B C C A B m m v m v m m v '''+=++22212111+()()+222p A B A B C C E m m v m m v m v '''+=+代入数据解得74228.14m v =+≈m/s ．4．一个平板小车置于光滑水平面上，其右端恰好和一个光滑圆弧轨道AB 的底端等高对接，如图所示．已知小车质量M=3．0kg ，长L=2．06m ，圆弧轨道半径R=0．8m ．现将一质量m=1．0kg 的小滑块，由轨道顶端A 点无初速释放，滑块滑到B 端后冲上小车．滑块与小车上表面间的动摩擦因数．（取g=10m/s 2）试求：（1）滑块到达B 端时，轨道对它支持力的大小； （2）小车运动1．5s 时，车右端距轨道B 端的距离；（3）滑块与车面间由于摩擦而产生的内能．【答案】（1）30 N （2）1 m （3）6 J 【解析】（1）滑块从A 端下滑到B 端，由动能定理得（1分）在B 点由牛顿第二定律得（2分） 解得轨道对滑块的支持力N （1分）（2）滑块滑上小车后，由牛顿第二定律对滑块：，得m/s2 （1分）对小车：，得m/s2 （1分）设经时间t后两者达到共同速度，则有（1分）解得s （1分）由于s<1．5s，故1s后小车和滑块一起匀速运动，速度v="1" m/s （1分）因此，1．5s时小车右端距轨道B端的距离为m （1分）（3）滑块相对小车滑动的距离为m （2分）所以产生的内能J （1分）5．某电视娱乐节目装置可简化为如图所示模型．倾角θ＝37°的斜面底端与水平传送带平滑接触，传送带BC长L＝6m，始终以v0＝6m/s的速度顺时针运动．将一个质量m＝1kg 的物块由距斜面底端高度h1＝5.4m的A点静止滑下，物块通过B点时速度的大小不变．物块与斜面、物块与传送带间动摩擦因数分别为μ1＝0.5、μ2＝0.2，传送带上表面距地面的高度H＝5m，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8．⑴求物块由A点运动到C点的时间；⑵若把物块从距斜面底端高度h2＝2.4m处静止释放，求物块落地点到C点的水平距离；⑶求物块距斜面底端高度满足什么条件时，将物块静止释放均落到地面上的同一点D．【答案】⑴4s；⑵6m；⑶1.8m≤h≤9.0m【解析】试题分析：（1）A到B过程：根据牛顿第二定律mgsinθ﹣μ1mgcosθ=ma1，代入数据解得，t 1=3s．所以滑到B点的速度：v B=a1t1=2×3m/s=6m/s，物块在传送带上匀速运动到C，所以物块由A到C的时间：t=t1+t2=3s+1s=4s（2）斜面上由根据动能定理．解得v=4m/s＜6m/s，设物块在传送带先做匀加速运动达v0，运动位移为x，则：，，x=5m＜6m所以物体先做匀加速直线运动后和皮带一起匀速运动，离开C点做平抛运动s=v 0t0，H=解得 s=6m．（3）因物块每次均抛到同一点D，由平抛知识知：物块到达C点时速度必须有v C=v0①当离传送带高度为h3时物块进入传送带后一直匀加速运动，则：，解得h3=1.8m②当离传送带高度为h4时物块进入传送带后一直匀减速运动，h4=9.0m所以当离传送带高度在1.8m～9.0m的范围内均能满足要求即1.8m≤h≤9.0m6．一质量为0.5kg的小物块放在水平地面上的A点，距离A点5m的位置B处是一面墙，如图所示，物块以v0=9m/s的初速度从A点沿AB方向运动，在与墙壁碰撞前瞬间的速度为7m/s，碰后以6m/s的速度反向运动直至静止．g取10m/s2．(1)求物块与地面间的动摩擦因数μ；(2)若碰撞时间为0.05s，求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F．【答案】（1）0.32μ=（2）F=130N【解析】试题分析：（1）对A到墙壁过程，运用动能定理得：，代入数据解得：μ=0.32．（2）规定向左为正方向，对碰墙的过程运用动量定理得：F△t=mv′﹣mv，代入数据解得：F=130N．7．如图所示，BC 225竖直放置的光滑细圆管，O为细圆管的圆心，在圆管的末端C连接倾斜角为45°、动摩擦因数μ＝0.6的足够长粗糙斜面，一质量为m＝0.5kg的小球从O点正上方某处A点以v0水平抛出，恰好能垂直OB从B点进入细圆管，小球从进入圆管开始受到始终竖直向上的力F＝5N的作用，当小球运动到圆管的末端C时作用力F立即消失，小球能平滑地冲上粗糙斜面．(g＝10m/s2)求：（1）小球从O点的正上方某处A点水平抛出的初速度v0为多少？（2）小球在圆管中运动时对圆管的压力是多少？（3）小球在CD斜面上运动的最大位移是多少？【答案】（1）2m/s ；（2）7.1N ；（3）0.35m. 【解析】 【详解】（1）小球从A 运动到B 为平抛运动， 水平方向：r sin45°=v 0t ，在B 点：tan45°=y v gt v v =， 解得：v 0=2m/s ；（2）小球到达在B 点的速度：22m/s cos 45v v ︒==，由题意可知：mg =0.5×10=5N=F ，重力与F 的合力为零，小球所受合力为圆管的外壁对它的弹力，该力不做功， 小球在管中做匀速圆周运动，管壁的弹力提供向心力，22(22)0.5N 7.1N225v F m r ==⨯= 由牛顿第三定律可知，小球对圆管的压力大小：7.1N F '=； （3）小球在CD 上滑行到最高点过程，由动能定理得：21sin 45?cos 45?02mg s mg s mv μ︒︒--=-解得：s ≈0.35m ；8．如图，与水平面夹角θ=37°的斜面和半径R =1.0m 的光滑圆轨道相切于B 点，且固定于竖直平面内。
中考物理题型四 综合应用题
题型四综合应用题一纯力学类(6年5考)类型1压强的相关计算(6年4考)1. (2021福建)一辆5G无人配送车，质量为400 kg，轮胎与路面的总接触面积为0.025 m2，在水平路面上匀速行驶时受到的阻力是车重的0.05倍．如图是配送车某次运动的路程与时间图像．求：第1题图(1)10 min内配送车的平均速度．(2)配送车匀速行驶时的牵引力．(3)配送车对水平地面的压强．2. (2021十堰)如图是我国自主研制的“准三代”96A式主战坦克，它采用1 000马力V型水冷涡轮增压柴油机，安装了先进的火控系统和多种光电技术应用，使火炮威力更大、火力反应时间更短、打击精度更高．该坦克具有潜渡功能，坦克重42 t，高2.3 m．每条履带与地面的接触面积为2 m2.请利用给出的数据，求：(g取10 N/kg)第2题图(1)该坦克在水平路面行驶时，对地面的压强；(2)坦克在深为5 m的河水潜渡时，在坦克顶部面积为0.8 m2的舱门受的河水的压力；(3)坦克在该河段水中潜渡时，坦克对水平河床的压力为105 N，该坦克的体积是多大？类型2功、功率的相关计算(6年4考)3. (2021朝阳)有一满载货车总质量为4 t，车轮与地面的总接触面积为0.2 m2.求：(1)此货车静止时，对水平地面的压强是多少？(2)此货车在某平直路段以72 km/h的速度匀速行驶了10 km，所用时间为多少秒？(3)若此货车所受阻力为车和货物总重的0.1倍，则此货车通过上述路段牵引力做了多少功？(4)此货车在该路段行驶时，牵引力的功率是多少？4.木制积木集趣味性和娱乐性于一体，深受孩子们的喜爱．如图甲所示是小明用同种材料制成不同形状的积木搭成的城堡．A积木为长方体，高为0.02 m；B积木为圆柱体，底面积为75 cm2，质量为0.9 kg；C积木为正方体，边长为10 cm，质量为0.6 kg；D积木为锥体，重为7 N．求：(g取10 N/kg)第4题图(1)小明将5块相同的A积木水平叠放在地面上(如图乙)，则抽出积木________(选填“a”或“b”)更容易．(2)B积木竖放在水平地面上时，对地面的压强是多少？(3)小明在8 s内把平放在地面上的C积木和D积木依次叠放在水平放置在地面上的A积木上，在整个叠放过程中，克服重力做功的功率是多少？(4)小明搭积木时发现积木搭得越高越容易倒塌．请用物理知识解释产生此现象的原因．5. 2021年2月9日，被誉为“万里黄河第一隧”的济南黄河隧道工程东、西线隧道全部贯通．该隧道管片外径15.2 m，是目前黄河流域最大直径的隧道，也是目前国内在建最大直径的公轨合建盾构隧道，长3 890 m，设计双向6车道，计划2021年10月份建成通车．求(g 取10 N/kg，取河水的密度为1×103 kg/m3)：(1)在隧道建设时，利用我国自主建造的两台超大直径泥水平衡盾构机先后始发掘进，盾构机工作时，在巨大的力的作用下，将作业面的大块岩石打碎为小砾石，说明力可以改变物体的________，岩石被打碎后，其密度________(选填“变大”“变小”或“不变”)．(2)黄河自流入河南开始形成地上悬河，到达济南泺口段，河床高出南岸城区地面5 m，最大洪水位高出河床11.62 m，河床受到河水的压强最大是多少？(3)隧道建成后，开车通过隧道最快只需4 min，则隧道内限速为多少km/h?(4)该盾构机总功率8 688 kW，最大推力199 504 kN.请你计算盾构机以最大推力匀速掘进时每秒掘进多少m？(忽略能量损失)类型3简单机械类(6年3考)6. (2021苏州)如图是工人师傅用滑轮组提升建筑材料的示意图，在400 N的拉力作用下，使质量为70 kg的建筑材料在10 s的时间里，匀速竖直上升了2 m．不计绳子重力和摩擦，g取10 N/kg.求：第6题图(1)拉力的功率P；(2)滑轮组的机械效率η；(3)动滑轮的重力G动．7.工人师傅要将质量为100 kg的木箱搬到1.5 m高的车厢里，他将一块5 m长的长板搭在地面与车厢之间构成斜面，然后站在车上用400 N的拉力在10 s内将木箱从斜面底端匀速拉到车厢里，如图所示，g取10 N/kg.第7题图(1)工人师傅利用斜面将木箱从底端匀速拉到车厢里，该过程中木箱的机械能________(选填“增大”“减小”或“不变”)；若想增大此斜面的机械效率，可采取的方法是______________(写出一种即可)．(2)拉木箱过程中，木箱的速度以及拉力的功率是多少？(3)拉木箱过程中，斜面的机械效率是多少？(4)木箱被拉到车厢里后，放在水平车厢底板上，木箱与车厢底板的接触面积为0.5 m2，木箱对车厢底板的压强是多少？8.桔槔是我国古代科技著作《天工开物》记载的汲水用具，它前端用绳系一木桶，后端系一质量适当的配重物，取水时将前端按下，木桶盛满水后，借助配重，便可将水桶提上来，其示意图如图乙所示. 轻质杠杆的支点O到左端端点的距离l1＝0.5 m，到右端端点的距离l2＝0.2 m．在杠杆左端悬挂质量为2 kg的物体A，右端挂边长为0.1 m的正方体B，杠杆在水平位置平衡时，正方体B对地面的压力为20 N．(g取10 N/kg)求：第8题图(1)桔槔在进行取水时，此模型是一个________(选填“省力”或“费力”)杠杆．(2)正方体B的密度为多少？(3)若杠杆左端悬挂物体A的重力为15 N，当杠杆在水平位置平衡时，正方体B对地面的压强为多大？(4)若使用桔槔模型从水井中进行打水时，在汲水量一定的前提下为了更加省力，请你提出一项合理的建议．二可变电阻实际应用类1. 如图甲所示是某物理兴趣小组设计的儿童身高、质量测量仪的原理图．电源U A的电压恒为3 V，脚踏板下方有一压敏电阻R1，其阻值随压力F大小的变化规律如图乙所示．滑动变阻器R2是竖直固定放置的电阻棒，长80 cm，最大阻值为80 Ω，滑片P可以随身高的变化竖直上下移动，其接入电路的阻值与接入电路的长度成正比．已知R3的阻值为10 Ω，电压表量程为0～15 V，电流表量程为0～0.6 A，电源U B电压恒定．闭合开关S1、S2，身高h1＝160 cm的小明站在踏板上时，滑片恰好在R2中点，电流表的示数为0.36 A，电流表的示数为0.15 A；当小红站在踏板上时，电压表的示数为12 V．试问：第1题图(1)测量仪在测量身高时，身高越高，电压表的示数________．(2)小明的质量是多少？(3)小红的身高是多少？(4)在电路安全的前提下，身高测量仪的测量范围是________cm.2. (2021安阳二模)图甲是小华为学校设计的楼道照明系统自动控制装置，已知控制电路电压U恒为6 V，电磁继电器线圈电阻R1为20 Ω，R2为光敏电阻，其阻值随光照强度的增大而减小．工作电路中，路灯L上标有“220 V22 W”字样．图中AC可绕O点转动，OA长为0.5 cm，OB长1 cm，AC部分的重力、触点间的压力以及各处的摩擦力均忽略不计．第2题图(1)闭合控制电路中开关S，电磁铁上端为______极．(2)为了实现光照减弱时，受控电路接通，路灯L发光，图中导线M应接____________(选填“触点1”或“触点2”)．(3)路灯L正常工作时，通过它的电流是多少？(4)电磁铁对衔铁的吸引力F等效集中作用在B点，吸引力F与控制电路中电流I的关系如图乙所示，当衔铁刚好被吸下时，弹簧对A点的拉力为2.4 N，则此时光敏电阻R2的阻值为多少？三力热综合类1. (2021抚顺)如图所示的小型汽油耕地机的质量为80 kg，静止时与水平地面的接触面积为20 cm2.在水平土地上匀速直线行驶时速度为2 m/s，此时汽油机的输出功率为4 kW，效率为25%.求：第1题图(1)耕地机静止时对水平地面的压强．(g＝10 N/kg)(2)耕地机以2 m/s匀速直线行驶时受到的阻力．(3)耕地机以2 m/s匀速直线行驶了2.3 km，消耗汽油的质量．(q汽油＝4.6×107 J/kg)2.(2021许昌模拟改编)歼－20是我国第五代隐身重型歼击机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性等优异性能，歼－20的发动机是一种热机，通过航空煤油在气室中燃烧，从喷口向后高速喷出气体使发动机获得向前的推力．若歼－20在高空中飞行时在恒定的水平推力F作用下，以720 km/h的速度沿水平方向匀速航行1 h，需要燃烧航空煤油6 000 kg.已知飞机发动机提供的机械功率是3.2×107 W，航空煤油的热值为4×107 J/kg，试求在这1 h 内：(1)航空煤油完全燃烧放出的热量；(2)发动机获得水平推力F；(3)该飞机发动机的热机效率．3.(2021郑州二模)如图甲所示是我省在建的洛宁抽水蓄能电站．深夜用过剩的电能通过抽水机把下蓄水池的水抽到高处的上蓄水池内，白天则通过闸门放水发电．如图乙所示，若上蓄水池长为150 m，宽为30 m，从深夜11时至清晨4时抽水，使上蓄水池水面增高20 m，而抽水过程中水上升的高度始终保持为80 m．请完成下列问题：(g取10 N/kg)第3题图(1)抽水机抽水是利用________原理工作的，发电机是根据________原理工作的．(2)不计抽水过程中其他能量损耗，在抽水过程中抽水机所做的功和功率．(3)开闸放水时，这些水的能量如果由热电站来提供，则需要燃烧多少kg的无烟煤？已知热电站的效率为30%，无烟煤的热值为3.4×107 J/kg.四力电综合类1.(2021平顶山三模)中国移动将5G智能机器人(如图所示)运用到校园环境监测中，进行红外智能测温以及校园消毒．为了实现其消毒功能，机器人上还安装了超声波雾化器自动喷枪，工作时，将消毒液雾化成大量1 μm～5 μm的超微粒子，再吹散到空气中消杀病毒．当机器人剩余电量减小为电池容量的20%时，会主动寻找充电器充电．下表为某智能机器人的部分参数：(1)机器人在水平路面上一边向前匀速直线运动，一边执行喷洒消毒任务，此过程中机器人的机械能________(选填“增大”“减小”或“不变”)．喷洒消毒液后整个校园都能闻到刺鼻的气味，这是________现象．(2)该机器人在正常工作状态下仅以0.4 m/s的速度匀速前进，此时受到路面的阻力为多少？(3)该机器人以正常工作状态行进并执行喷洒消毒任务，充满电后最多可连续工作多少小时？(4)若返回充电过程中受到的阻力为360 N，剩余电池容量支持正常工作所能做的电功的30%用于克服阻力做功，机器人为确保能顺利返回充电，需要充电时离充电座最远多少米？第1题图2. (2021台州改编)图甲是某简易吊装机，其简化结构如图乙所示．第2题图(1)吊装机工作时，顶端定滑轮的作用是________．(2)吊装机总重为1 500牛，其重力作用线通过A点．结合乙图数据计算，当吊装机匀速吊起重物时，为防止翻倒，最多能吊起多少牛的重物？(3)电动机的额定功率是1 200瓦，正常工作时消耗的电能有75%转化为重物的机械能．当吊装机配重足够时，可在10秒内使重物匀速上升3米，求所吊重物受到的重力大小．(4)吊装机在使用时，通常在一定位置压上配重防止翻倒．将同一配重分别放在图中D、E、F处时，能达到最佳防翻效果的是________．五电热综合类1.(2021商丘二模)河南风力资源丰富，为了合理利用风能，某地已建成风力发电站．若年平均风速为6 m/s，风能年等效利用时间为2 000 h，该区域发电厂安装24台风叶直径为15 m 的风力机组，如图所示．下表为不同风速下该地区风力发电机组输出的电功率．(1)风能属于________(选填“可再生”或“不可再生”)能源．利用风能发电的好处是________．(2)该风力发电厂每年大约发电多少千瓦时？如果采用200 kV高压输送，求高压输电线上的电流为多少？(3)若用火力发电，煤燃烧放出的能量有36%转化为电能，则该风力发电厂每年可节约多少吨标准煤？(q煤＝3×107 J/kg)第1题图2.如图甲为一款电饭锅的简化电路，其中R1和R2均为电热丝，煮饭时闭合开关S1、S2，饭熟后温控开关S2自动断开，电饭锅处于保温状态．图乙为电饭锅某次煮饭全过程功率随时间变化的图像．已知电饭锅保温挡的功率P1为110 W，电阻R2的阻值为88 Ω，家庭电路的电压U为220 V．当电饭锅正常工作时，求：第2题图(1)保温时的电流I1；(2)加热时电饭锅的功率P；(3)这次煮饭全过程电饭锅消耗的电能W.六力电热综合类1.(2021河师大三模)如图甲所示是某品牌电饭煲．图乙是该电饭煲的原理图．它有加热和保温两挡，通过开关S进行调节，R0与R为阻值不同的电热丝．现在将该电饭煲接在220 V 的电源上，用加热挡工作时，电路的总功率为1 000 W．用保温挡工作时，电路的总功率为440 W．已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)．求：第1题图(1)电饭煲在保温挡时，开关S应________(选填“闭合”或“断开”)．(2)电热丝R0的阻值是多少？(3)当电饭煲在额定功率下工作时，要使质量为2 kg的水温度升高30 ℃，需要多长时间(不计热量损失)?(4)若电饭煲的质量为2.5 kg，底面积为500 cm2，每次煲饭可加入1.5 kg的大米和1 kg的水，那么煲饭时，电饭煲对水平桌面的压强是多少(g取10 N/kg)?2.太阳能汽车利用太阳能来驱动，实现了零排放，减少了对环境的污染．太阳能汽车的工作原理是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动汽车．某辆太阳能汽车接收太阳光能的面板面积S＝8 m2，正对太阳时产生U＝200 V的电压，并对整车提供最大为75 A的电流，汽车最大可获得12 kW的机械功率．太阳光照射到地面上1 m2面积上的辐射功率P0＝6 250 W.(1)太阳能转化为其他形式的能的方式有很多，除了光电转换外，还有________(写出一种能量转化形式)，列举相应的一个应用实例：________________．(2)求太阳能电池将太阳能转化为电能的效率；(3)当太阳能汽车以最大机械功率行驶，其运动时速度为20 m/s时，蓄电池充足一次电可以行驶160 km，求牵引力对汽车做的功；(4)如果汽车行驶160 km的能量由燃烧汽油获得，汽油机的效率为30%，求需要消耗汽油的质量．(假设汽油完全燃烧，汽油的热值q＝4.6×107 J/kg)题型四 综合应用题一 纯力学类1. 解：(1)10 min 内配送车的平均速度v ＝t s ＝10×60 s 1.2×103 m ＝2 m/s(2)G ＝mg ＝400 kg ×10 N/kg ＝4 000 N配送车匀速行驶时的牵引力F ＝f ＝0.05G ＝0.05×4 000 N ＝200 N(3)配送车对水平地面的压力F 压＝G ＝4 000 N配送车对水平地面的压强p ＝S F 压＝0.025 m24 000 N ＝1.6×105 Pa2. 解：(1)坦克对地面的压力F ＝G ＝mg ＝42×103 kg ×10 N/kg ＝4.2×105 N受力面积S ＝2S 1＝2×2 m 2＝4 m 2坦克对地面的压强p ＝S F ＝ 4 m24.2×105 N ＝1.05×105 Pa(2)坦克顶部所处的深度h ＝h 1－h 2＝5 m －2.3 m ＝2.7 m坦克顶部受到水的压强p 水＝ρ水gh ＝1.0×103 kg/m 3×10 N/kg ×2.7 m ＝2.7×104 Pa舱门受到水的压力F ′＝p 水S ′＝2.7×104 Pa ×0.8 m 2＝2.16×104 N(3)坦克受到的浮力F 浮＝G －F 支＝G －F 压＝4.2×105 N －105 N ＝3.2×105 N此时坦克完全浸没在水中，由F 浮＝ρ水gV 排可得，该坦克的体积V ＝V 排＝ρ水g F 浮＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg 3.2×105 N ＝32 m 33. 解：(1)货车对水平地面的压力F ＝G 总＝m 总g ＝4×103 kg ×10 N/kg ＝4×104 N货车对水平地面的压强p ＝S F ＝0.2 m24×104 N ＝2×105 Pa(2)货车行驶的速度v ＝72 km/h ＝20 m/s货车行驶的路程s ＝10 km ＝1×104 m由v ＝t s 可得，所用时间t ＝v s ＝20 m/s 1×104 m ＝500 s[或由v ＝t s 得t ＝v s ＝72 km/h 10 km ＝365 h ＝500 s](3)货车所受阻力f ＝0.1G 总＝0.1×4×104 N ＝4×103 N因为货车在平直公路上匀速行驶，货车的牵引力F 牵＝f ＝4×103 N[或因为货车在平直公路上匀速行驶，牵引力F 牵＝f ＝0.1G 总＝0.1×4×104 N ＝4×103 N] 牵引力所做的功W ＝F 牵s ＝4×103 N ×1×104 m ＝4×107 J(4)牵引力的功率P ＝t W ＝500 s 4×107 J ＝8×104 W[或由P ＝t W ＝t Fs ＝F v 可得P ＝F 牵v ＝4×103 N ×20 m/s ＝8×104 W]4. (1)b解：(2)B 积木的重力G B ＝m B g ＝0.9 kg ×10 N/kg ＝9 NB 积木对地面的压强p ＝S F ＝S GB ＝75×10－4 m29 N ＝1 200 Pa(3)C 积木的重力为G C ＝m C g ＝0.6 kg ×10 N/kg ＝6 NC 积木叠放在A 积木上克服重力做功为W 1＝G C h 1＝6 N ×0.02 m ＝0.12 JD 积木叠放在C 积木上克服重力做功为W 2＝G D h 2＝7 N ×(0.1 m ＋0.02 m)＝0.84 J总功为W ＝W 1＋W 2＝0.12 J ＋0.84 J ＝0.96 J则叠放过程中克服重力做功的功率为P ＝t W ＝8 s 0.96 J ＝0.12 W(4)积木的重心越高，越不稳，越容易倒塌．5. (1)形状 不变解：(2)河床受到河水的压强最大为p ＝ρ水gh ＝1×103 kg/m 3×10 N/kg ×11.62 m ＝1.162×105 Pa(3)已知s ＝3 890 m ＝3.89 km ，最小行驶时间t ＝4 min ＝151 h ，则隧道内限速为v ＝t s ＝ h 1＝58.35 km/h(4)已知P ＝8 688 kW ＝8.688×106 W ，F ＝199 504 kN ＝1.995 04×108 N ，则根据P ＝t W ＝t Fs ＝F v ，盾构机以最大推力匀速掘进时的速度为v ′＝F P ＝1.995 04×108 N 8.688×106 W ≈4.35×10－2 m/s盾构机每秒掘进s ′＝v ′t ′＝4.35×10－2 m/s ×1 s ＝0.043 5 m6. 解：(1)由图可知s ＝2h ＝2×2 m ＝4 mW 总＝Fs ＝400 N ×4 m ＝1 600 JP ＝t W 总＝10 s 1 600 J ＝160 W[或者v ＝t s ＝10 s 4 m ＝0.4 m/sP ＝F v ＝400 N ×0.4 m/s ＝160 W](2)G ＝mg ＝70 kg ×10 N/kg ＝700 NW 有＝Gh ＝700 N ×2 m ＝1 400 J η＝W 总W 有×100%＝1 600 J 1 400 J×100%＝87.5%(3)2F ＝G ＋G 动G 动＝2F －G ＝2×400 N －700 N ＝100 N[或者W 额＝W 总－W 有＝1 600 J －1 400 J ＝200 JW 额＝G 动hG 动＝h W 额＝2 m 200 J ＝100 N]7. (1)增大 使斜面的表面变光滑(或增大斜面的倾斜角度)解：(2)已知斜面长s ＝5 m ，木箱的速度v ＝t s ＝10 s 5 m ＝0.5 m/s拉力做的总功W 总＝Fs ＝400 N ×5 m ＝2 000 J拉力做功的功率P ＝t W 总＝10 s 2 000 J ＝200 W(3)木箱的重力G ＝mg ＝100 kg ×10 N/kg ＝1 000 N工人做的有用功W 有用＝Gh ＝1 000 N ×1.5 m ＝1 500 J斜面的机械效率η＝W 总W 有用×100%＝2 000 J 1 500 J ×100%＝75%(4)木箱对车厢底板的压力F 压＝G ＝1 000 N木箱对车厢底板的压强p ＝S F 压＝0.5 m21 000 N ＝2 000 Pa8. (1)省力解：(2)杠杆左端所受拉力F 左＝G A ＝m A g ＝2 kg ×10 N/kg ＝20 N由杠杆平衡条件可得，杠杆右端所受拉力即绳子对B 的拉力F B ＝F 右＝l2l1F 左＝0.2 m 0.5 m ×20 N ＝50 N因正方体B 对地面的压力等于B 的重力减去绳子对B 的拉力，所以B 的重力G B ＝F B ＋F 压＝50 N ＋20 N ＝70 N由G ＝mg 可得B 的质量m B ＝g GB ＝10 N/kg 70 N ＝7 kg正方体B 的体积：V B ＝L 3＝(0.1 m)3＝0.001 m 3正方体B 的密度ρB ＝VB mB ＝0.001 m37 kg＝7×103 kg/m 3(3)杠杆左端悬挂的物体A 的重力为15 N ，根据杠杆的平衡条件可得，正方体B 受到向上的拉力为F B ′＝l2GA ′×l1＝0.2 m 15 N ×0.5 m ＝37.5 N则此时正方体B 对地面的压力为F 压′＝G B －F B ′＝70 N －37.5 N ＝32.5 N正方体B 的底面积S B ＝L 2＝(0.1 m)2＝0.01 m 2正方体B 对地面的压强p ＝SB F 压′＝0.01 m232.5 N ＝3.25×103 Pa(4)增大配重到杠杆模型支点的距离二 可变电阻实际应用类1. (1)越大解：(2)当小明站在踏板上时，R 1＝I1UA ＝0.15 A 3 V ＝20 Ω由图像可知，当R 1＝20 Ω时，F ＝500 N小明的重力G ＝F ＝500 N小明的质量为m ＝g G ＝10 N/kg 500 N ＝50 kg(3)当小明站在踏板上时，R 2接入电路的阻值为40 Ω，电流表示数为0.36 A 电源U B 的电压U B ＝I 2(R 2＋R 3)＝0.36 A ×(40 Ω＋10 Ω)＝18 V当小红站在踏板上测身高时，电路中的电流I 2′＝R3UB －U2′＝10 Ω18 V －12 V ＝0.6 A则R 2接入电路的阻值为R 2′＝I2′U2′＝0.6 A 12 V ＝20 Ω又因为滑动变阻器接入电路的阻值与接入电路的长度成正比，其长度为80 cm所以k ＝80 cm 80 Ω＝1 Ω/cmΔR ＝R 2－R 2′＝40 Ω－20 Ω＝20 ΩΔl ＝k ΔR ＝1 Ω/cm 20 Ω＝20 cm所以小红的身高为h 2＝h 1－Δl ＝160 cm －20 cm ＝140 cm(4)140～1702. (1)S(2)触点1解：(3)通过路灯L 的电流I L ＝UL PL ＝220 V 22 W ＝0.1 A(4)根据杠杆的平衡条件，可得F A ×OA ＝F B ×OB ，所以F B ＝OB FA ×OA ＝ 1 cm 2.4 N ×0.5 cm ＝1.2 N由图乙知，吸引力F 与控制电路中的电流I 成正比，故当吸引力为1.2 N 时，对应的电流大小为I ＝2 N 1.2 N ×40 mA ＝24 mA此时光敏电阻的阻值R 2＝I U －R 1＝0.024 A 6 V －20 Ω＝230 Ω三 力热综合类1. 解：(1)因为耕地机静止在水平地面上所以F ＝G ＝mg ＝80 kg ×10 N/kg ＝800 Np ＝S F ＝20×10－4 m2800 N ＝4×105 Pa(2)由P ＝t W ＝t Fs ＝F v 得F 牵＝v P ＝ 2 m/s 4×103 W ＝2×103 N因为耕地机在水平土地上匀速直线行驶，所以f ＝F 牵＝2×103 N(3)解法一：W ＝F 牵s ＝2×103 N ×2.3×103 m ＝4.6×106 J由η＝Q 放W 得Q 放＝ηW ＝25%4.6×106 J ＝1.84×107 J由Q 放＝mq 得m 油＝q 汽油Q 放＝4.6×107 J/kg 1.84×107 J ＝0.4 kg解法二：由v ＝t s 得t ＝v s ＝ 2 m/s 2.3×103 m ＝1.15×103 s由P ＝t W 得W ＝Pt ＝4×103 W ×1.15×103 s ＝4.6×106 J由η＝Q 放W 得Q 放＝ηW ＝25%4.6×106 J ＝1.84×107 J由Q 放＝mq 得m 油＝q 汽油Q 放＝4.6×107 J/kg 1.84×107 J ＝0.4 kg2. 解：(1)煤油完全燃烧放出的热量为：Q 放＝mq ＝6 000 kg ×4×107 J/kg ＝2.4×1011 J(2)该飞机水平匀速飞行的速度v ＝720 km/h ＝200 m/s由P ＝F v 得，发动机获得的水平推力F ＝v P ＝200 m/s 3.2×107 W ＝1.6×105 N(3)该飞机沿水平方向匀速航行1 h ，则发动机做的功W ＝Pt ＝3.2×107 W ×3 600 s ＝1.152×1011 J发动机的热机效率η＝Q 放W ×100%＝2.4×1011 J 1.152×1011 J ×100%＝48%3. (1)大气压 电磁感应解：(2)水的质量m ＝ρ水V ＝1.0×103 kg/m 3×150 m ×30 m ×20 m ＝9×107 kg抽水机做的功W ＝Gh ＝mgh ＝9×107 kg ×10 N/kg ×80 m ＝ 7.2×1010 J抽水机的功率P ＝t W ＝5×3 600 s 7.2×1010 J ＝4×106 W(3)无烟煤放出的热量Q 放＝ηW ＝30%7.2×1010 J ＝2.4×1011 J无烟煤的质量m 煤＝q Q 放＝3.4×107 J/kg 2.4×1011 J ≈7.1×103 kg四 力电综合类1. (1)减小 扩散解：(2)由P ＝t W ＝t Fs ＝F v 可得机器人匀速运动时前进动力为F 动＝v P 行＝0.4 m/s 200 W ＝500 N机器人匀速前进，则由二力平衡可知，受到路面的阻力等于动力，即f ＝F 动＝500 N(3)电池最多储存电量为W 储＝UIt ＝15 V ×30 A ×1×3 600 s ＝1.62×106 J由于机器人剩余电量减小为电池容量的20%时，会主动寻找充电器充电，则最多消耗电能为W 耗＝W 储×80%＝1.296×106 J最多可连续工作时间为t ＝P 总W 耗＝P 行＋P 喷W 耗＝200 W ＋100 W 1.296×106 J ＝4 320 s ＝1.2 h(4)返回时剩余电池容量可用于克服阻力做功为W 阻＝W 储×20%×30%＝1.62×106 J ×20%×30%＝9.72×104 J则可支持移动的最大距离为s ＝f 返W 阻＝360 N 9.72×104 J ＝270 m即机器人为确保能顺利返回充电，需要充电时离充电座最远270 m.2. (1)改变力的方向解：(2)吊装机的杠杆模型是以B 为支点，A 点力臂为：L 1＝1.5 m －1.25 m ＝0.25 m ；由杠杆平衡条件可得：G 物最大×L 2＝G 吊机×L 1；所以G 物最大＝L2G 吊机×L1＝ 1.25 m 1 500 N ×0.25 m ＝300 N(3)正常工作10 s 消耗的电能为：W ＝Pt ＝1 200 W ×10 s ＝12 000 J重物增加的机械能为：W 1＝12 000 J ×75%＝9 000 J重物受到的重力大小：G 物＝h W1＝ 3 m 9 000 J ＝3 000 N(4)F五 电热综合类1. (1)可再生 清洁、无污染解：(2)根据表格数据可知，当风速为6 m/s 时每个风力发电机组的功率为160 kW ，发电厂有24台发电机组，因此发电总功率P ＝24P 1＝24×160 kW ＝3 840 kW每年发电量W ＝Pt ＝3 840 kW ×2 000 h ＝7.68×106 kW ·h由功率公式P ＝UI 知，高压输电线上的电流I ＝U P ＝200×103 V 3 840×103 W ＝19.2 A(3)W ＝7.68×106 kW ·h ＝2.764 8×1013 J煤完全燃烧放出的热量Q 放＝ηW ＝36%2.764 8×1013 J ＝7.68×1013 J每年可节约煤的质量m ＝q 煤Q 放＝3×107 J 7.68×1013 J ＝2.56×106 kg ＝2.56×103 t2. 解：(1)保温时的电流I 1＝U P1＝220 V 110 W ＝0.5 A(2)加热时电阻R 2的功率P 2＝R2U2＝88 Ω（220 V ）2＝550 W加热时电饭锅的功率P ＝P 1＋P 2＝110 W ＋550 W ＝660 W(3)W 1＝Pt 1，W 2＝P 1t 2煮饭全过程电饭锅消耗的电能W ＝W 1＋W 2＝Pt 1＋P 1t 2＝0.66 kW ×0.4 h ＋0.11 kW ×0.2 h ＝0.286 kW·h(或1.029 6×106 J)六 力电热综合类1. (1)断开解：(2)当S 断开时，R 与R 0串联，总功率最小，为保温挡；当S 闭合时，电路为R 0的简单电路，总功率最大，为加热挡．由公式P ＝R U2得，电热丝R 0的阻值R 0＝P 加热U2＝ 1 000 W （220 V ）2＝48.4 Ω(3)水吸收的热量Q 吸＝c 水m Δt ＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg ×30 ℃＝2.52×105 J 因为不计热量损失，所以电饭煲产生的热量被全部吸收，则Q 放＝ Q 吸＝2.52×105 J 由Q 放＝P 加热t 得，需要的时间t ＝P 加热Q 放＝ 1 000 W 2.52×105J ＝252 s(4)电饭煲对桌面的压力F ＝G 总＝(2.5 kg ＋1.5 kg ＋1 kg)×10 N/kg ＝50 N电饭煲对桌面的压强p ＝S F ＝500×10－4 m250 N ＝1 000 Pa2. (1)光热转换 太阳能热水器解：(2)太阳能电池对整车提供的功率P 电＝UI ＝200 V ×75 A ＝1.5×104 W太阳能电池吸收太阳光的功率P 太阳＝6 250 W/m 2×8 m 2＝5×104 W太阳能电池将太阳能转化为电能的效率η＝P 太阳P 电×100%＝5×104 W 1.5×104 W ×100%＝30%(3)已知汽车最大可获得12 kW 的机械功率，由公式v ＝t s 、P ＝t W 及W ＝Fs 可得P ＝F v ，汽车所受的牵引力F ＝v P 机＝20 m/s 12×103 W ＝600 N牵引力对汽车所做的功W ＝Fs ＝600 N ×160×103 m ＝9.6×107 J(4)汽油机的效率为30%，则汽油需要放出的热量为Q 放＝η汽油机W ＝30%9.6×107 J ＝3.2×108 J需要消耗汽油的质量m ＝q Q 放＝4.6×107 J/kg 3.2×108 J ≈6.96 kg。
高考物理动能定理的综合应用题20套(带答案)含解析(1)
高考物理动能定理的综合应用题20套(带答案)含解析(1)一、高中物理精讲专题测试动能定理的综合应用1．如图所示，半径为R ＝1 m ，内径很小的粗糙半圆管竖直放置，一直径略小于半圆管内径、质量为m ＝1 kg 的小球，在水平恒力F ＝25017N 的作用下由静止沿光滑水平面从A 点运动到B 点，A 、B 间的距离x ＝175m ，当小球运动到B 点时撤去外力F ，小球经半圆管道运动到最高点C ，此时球对外轨的压力F N ＝2.6mg ，然后垂直打在倾角为θ＝45°的斜面上(g ＝10 m/s 2)．求：(1)小球在B 点时的速度的大小； (2)小球在C 点时的速度的大小；(3)小球由B 到C 的过程中克服摩擦力做的功； (4)D 点距地面的高度．【答案】(1)10 m/s (2)6 m/s (3)12 J (4)0.2 m 【解析】 【分析】对AB 段，运用动能定理求小球在B 点的速度的大小；小球在C 点时，由重力和轨道对球的压力的合力提供向心力，由牛顿第二定律求小球在C 点的速度的大小；小球由B 到C 的过程，运用动能定理求克服摩擦力做的功；小球离开C 点后做平抛运动，由平抛运动的规律和几何知识结合求D 点距地面的高度． 【详解】(1)小球从A 到B 过程，由动能定理得：212B Fx mv = 解得：v B ＝10 m/s(2)在C 点，由牛顿第二定律得mg ＋F N ＝2c v m R又据题有：F N ＝2.6mg 解得：v C ＝6 m/s.(3)由B 到C 的过程，由动能定理得：－mg ·2R －W f ＝221122c B mv mv - 解得克服摩擦力做的功：W f ＝12 J(4)设小球从C 点到打在斜面上经历的时间为t ，D 点距地面的高度为h ， 则在竖直方向上有：2R －h ＝12gt 2由小球垂直打在斜面上可知：cgtv＝tan 45° 联立解得：h ＝0.2 m 【点睛】本题关键是对小球在最高点处时受力分析，然后根据向心力公式和牛顿第二定律求出平抛的初速度，最后根据平抛运动的分位移公式列式求解．2．为了研究过山车的原理，某物理小组提出了下列设想：取一个与水平方向夹角为θ=60°、长为L 1=23m 的倾斜轨道AB ，通过微小圆弧与长为L 2=3m 的水平轨道BC 相连，然后在C 处设计一个竖直完整的光滑圆轨道，出口为水平轨道上D 处，如图所示.现将一个小球从距A 点高为h =0.9m 的水平台面上以一定的初速度v 0水平弹出，到A 点时小球的速度方向恰沿AB 方向，并沿倾斜轨道滑下.已知小球与AB 和BC 间的动摩擦因数均为μ=33，g 取10m/s 2.（1）求小球初速度v 0的大小； （2）求小球滑过C 点时的速率v C ；（3）要使小球不离开轨道，则竖直圆弧轨道的半径R 应该满足什么条件？ 【答案】（16m/s （2）6m/s （3）0<R ≤1.08m 【解析】试题分析：（1）小球开始时做平抛运动：v y 2=2gh代入数据解得：22100.932/y v gh m s =⨯⨯＝＝A 点：60y x v tan v ︒=得：032/6/603yx v v v s m s tan ==︒＝＝ （2）从水平抛出到C 点的过程中，由动能定理得：()2211201122C mg h L sin mgL cos mgL mv mv θμθμ+---＝代入数据解得：36/C v m s ＝（3）小球刚刚过最高点时，重力提供向心力，则：21mv mg R ＝22111 222C mv mgR mv +＝ 代入数据解得R 1=1．08 m当小球刚能到达与圆心等高时2212C mv mgR ＝ 代入数据解得R 2=2．7 m当圆轨道与AB 相切时R 3=BC•tan 60°=1．5 m 即圆轨道的半径不能超过1．5 m综上所述，要使小球不离开轨道，R 应该满足的条件是 0＜R≤1．08 m ． 考点：平抛运动；动能定理3．如图所示,竖直平面内的轨道由直轨道AB 和圆弧轨道BC 组成，直轨道AB 和圆弧轨道BC 平滑连接，小球从斜面上A 点由静止开始滑下,滑到斜面底端后又滑上一个半径为=0.4m R 的圆轨道；（1）若接触面均光滑，小球刚好能滑到圆轨道的最高点C ，求斜面高h ；（2）若已知小球质量m =0.1kg ，斜面高h =2m ，小球运动到C 点时对轨道压力为mg ，求全过程中摩擦阻力做的功．【答案】（1）1m ；（2） -0.8J ； 【解析】 【详解】（1）小球刚好到达C 点,重力提供向心力，由牛顿第二定律得：2v mg m R=从A 到C 过程机械能守恒,由机械能守恒定律得：()2122mg h R mv -=, 解得：2.5 2.50.4m 1m h R ==⨯=；（2）在C 点,由牛顿第二定律得：2Cv mg mg m R+=,从A 到C 过程，由动能定理得：()21202f C mgh R W mv -+=-, 解得：0.8J f W =-；4．如图甲所示，倾斜的传送带以恒定的速率逆时针运行．在t ＝0时刻，将质量为1.0 kg 的物块(可视为质点)无初速度地放在传送带的最上端A 点，经过1.0 s ，物块从最下端的B 点离开传送带．取沿传送带向下为速度的正方向，则物块的对地速度随时间变化的图象如图乙所示(g ＝10 m/s 2)，求：(1)物块与传送带间的动摩擦因数；(2)物块从A 到B 的过程中，传送带对物块做的功． 【答案】3－3.75 J 【解析】解：(1)由图象可知，物块在前0.5 s 的加速度为：2111a =8?m/s v t = 后0.5 s 的加速度为：222222?/v v a m s t -== 物块在前0.5 s 受到的滑动摩擦力沿传送带向下，由牛顿第二定律得：1mgsin mgcos ma θμθ+=物块在后0.5 s 受到的滑动摩擦力沿传送带向上，由牛顿第二定律得：2mgsin mgcos ma θμθ-=联立解得：3μ=(2)由v －t 图象面积意义可知，在前0.5 s ，物块对地位移为：1112v t x =则摩擦力对物块做功：11·W mgcos x μθ= 在后0.5 s ，物块对地位移为：12122v v x t +=则摩擦力对物块做功22·W mgcos x μθ=－ 所以传送带对物块做的总功：12W W W =+ 联立解得：W ＝－3.75 J5．在某电视台举办的冲关游戏中，AB 是处于竖直平面内的光滑圆弧轨道，半径R=1.6m ，BC 是长度为L 1=3m 的水平传送带，CD 是长度为L 2=3.6m 水平粗糙轨道，AB 、CD 轨道与传送带平滑连接，参赛者抱紧滑板从A 处由静止下滑，参赛者和滑板可视为质点，参赛者质量m=60kg ，滑板质量可忽略．已知滑板与传送带、水平轨道的动摩擦因数分别为μ1=0.4、μ2=0.5，g 取10m/s 2.求：（1）参赛者运动到圆弧轨道B 处对轨道的压力；（2）若参赛者恰好能运动至D 点，求传送带运转速率及方向； （3）在第（2）问中，传送带由于传送参赛者多消耗的电能．【答案】（1）1200N ，方向竖直向下（2）顺时针运转，v=6m/s （3）720J 【解析】(1) 对参赛者：A 到B 过程，由动能定理 mgR(1－cos 60°)＝12m 2B v 解得v B ＝4m /s在B 处，由牛顿第二定律N B －mg ＝m 2Bv R解得N B ＝2mg ＝1 200N根据牛顿第三定律：参赛者对轨道的压力 N′B ＝N B ＝1 200N ，方向竖直向下． (2) C 到D 过程，由动能定理－μ2mgL 2＝0－12m 2C v 解得v C ＝6m /sB 到C 过程，由牛顿第二定律μ1mg ＝ma 解得a ＝4m /s 2(2分) 参赛者加速至v C 历时t ＝C Bv v a-＝0.5s 位移x 1＝2B Cv v +t ＝2.5m <L 1 参赛者从B 到C 先匀加速后匀速，传送带顺时针运转，速率v ＝6m /s . (3) 0.5s 内传送带位移x 2＝vt ＝3m参赛者与传送带的相对位移Δx ＝x 2－x 1＝0.5m 传送带由于传送参赛者多消耗的电能 E ＝μ1mg Δx ＋12m 2C v －12m 2B v ＝720J .6．如图所示，小物体沿光滑弧形轨道从高为h 处由静止下滑，它在水平粗糙轨道上滑行的最远距离为s ，重力加速度用g 表示，小物体可视为质点，求：（1）求小物体刚刚滑到弧形轨道底端时的速度大小v ； （2）水平轨道与物体间的动摩擦因数均为μ。
初三物理综合应用专题
题型（五）综合应用专题类型一热学综合应用题1.[2018·广安]用天然气灶给水加热,在1个标准大气压下,把体积为10 L、温度为15 ℃的水加热到沸腾。
(1)求水吸收的热量。
[ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃)](2)若不计热量损失,需要燃烧多少立方米的天然气?(q天然气=4.2×107 J/m3)2.太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备。
某太阳能热水器每小时平均接收4.2×106 J的太阳能,在一天5小时的有效照射时间内,使热水器中质量为100 kg、初温为20 ℃的水温度升高到40 ℃。
求:[水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)](1)热水器中的水吸收的热量。
(2)热水器5小时内接收到的太阳能。
(3)热水器的效率η。
(4)若改用煤气来加热这些水,需要完全燃烧多少千克煤气?(煤气的热值q=4.2×107J/kg,假设煤气燃烧放出的热量全部被水吸收)3.[2018·安顺]一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动,其v-t图像如图T5-1所示。
在第10 s时速度达到20 m/s,通过的路程为120 m。
图T5-1(1)在0~10 s内,求汽车的平均速度。
(2)设汽车在行驶过程中所受阻力不变,大小为f=4000 N,那么在10~20 s内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少?(3)若发动机的转化效率为80%,则10~20 s内燃烧了多少千克汽油?(已知汽油的热值大约为5×107 J/kg)类型二力学综合应用题1.[2018·遂宁]质量为60 kg的工人站在水平地面上,用如图T5-2所示装置匀速打捞浸没在长方形水池中的物体,水池底面积为15 m2,物体重2000 N、体积为0.1 m3,物体未露出水面前,此装置机械效率为80%。
(不考虑水对物体的阻力、绳重及绳与滑轮间的摩擦,每个滑轮重一样,g取10 N/kg)图T5-2(1)求物体浸没在水中受到的浮力。
【物理】物理动能定理的综合应用题20套(带答案)及解析
⑵滑块要能通过最高点C，则在C点所受圆轨道的弹力N需满足：N≥0 ①
在C点时，根据牛顿第二定律有：mg＋N＝ ②
在滑块由A运动至C的过程中，根据动能定理有：－μmgcos37° ＝ － ③
由①②③式联立解得滑块从A点沿斜面滑下时的初速度v0需满足：v0≥ ＝ m/s
即v0的最小值为：v0min＝ m/s
(1)人和车到达顶部平台的速度v；
(2)从平台飞出到A点，人和车运动的水平距离x；
(3)圆弧对应圆心角 ；
(4)人和车运动到圆弧轨道最低点O时对轨道的压力．
【答案】（1）3m/s（2）1.2m（3）106°（4）7.74×103N
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由动能定理可知：
v＝3m/s
（2）由 可得：
（3）摩托车落至A点时，其竖直方向的分速度
设摩托车落地时速度方向与水平方向的夹角为α，则
，即α＝53°
所以θ＝2α＝106°
（4）在摩托车由最高点飞出落至O点的过程中，由机械能守恒定律可得：
在O点：
所以N＝7740N
由牛顿第三定律可知，人和车在最低点O时对轨道的压力为7740N
2．如图所示,倾角为37°的粗糙斜面AB底端与半径R=0.4m的光滑半圆轨道BC平滑相连,O点为轨道圆心,BC为圆轨道直径且处于竖直方向,A、C两点等高．质量m=1kg的滑块从A点由静止开始下滑,恰能滑到与O点等高的D点,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8．求:
⑶滑块从C点离开后将做平抛运动，根据平抛运动规律可知，在水平方向上的位移为：x＝vt ④
在竖直方向的位移为：y＝ ⑤
根据图中几何关系有：tan37°＝ ⑥
中考物理专题复习《综合应用题》测试卷-附带答案
中考物理专题复习《综合应用题》测试卷-附带答案学校:___________班级:___________姓名:___________考号:___________方法指导对于计算题中的简答小问，一般的答题步骤是：(1)审题，寻找已知条件和要回答的问题(显性条件：题干中的文字、图表等；隐性条件：从显性条件或结论中挖掘物理知识)；(2)抓住已知条件和问题之间的联系，找出理论依据(物理概念、规律、公式、原理等)； (3)用精练的语言条理清晰地推理表述，做到有理可依，有据可循．例 一题多设问 有一满载货车总质量为4 t ，车轮与地面的总接触面积为0.2 m 2.求： 【思路引导】 (1)压强公式p ＝FS ↓→水平地面 则F ＝G 总＝m 总g 0.2 m 2 4 t ＝4×103 kg (2)时间公式t ＝sv s →10 km v →72 km/h注：题目问所用时间为多少秒，最终的计算结果为秒，所以要进行单位换算 (3)功公式W ＝Fs → s 由(2)可知 ↓匀速行驶，则F 牵＝f ，由题干可知， f ＝0.1G 总 (4)功率公式P ＝Wt →W 、t 由(2)(3)可得(5)密度公式ρ＝mV m →4.8 g V →正方体样本，则V ＝a 3(6)“不同车型设定不一样的最高行驶速度” 关键词：不同车型→质量不同以相同的速度运动时，质量大的动能大，制动距离大→从动能的影响因素方面解答 (1)此货车静止时，对水平地面的压强是多少？(2)此货车在某平直路段以72 km/h 的速度匀速行驶了10 km ，所用时间为多少秒？(3)若此货车所受阻力为车和货物总重的0.1倍，则此货车通过上述路程牵引力做了多少功？(4)此货车在该路段行驶时，牵引力的功率是多少？(5)若此货车满载着某种木材，截取一块边长a＝2 cm的正方体木材样本，测得该样本的质量为4.8 g，则该木材的密度为多少？(6)如图所示为高速公路上的限速标志牌，由标志牌可知，货车的最高行驶速度最低，请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？例题图一、力学计算类型1简单运动类(10年8考)__1.如图所示，记录了两辆汽车在平直的公路上行驶时，在相同的时间内通过的路程．甲图中汽车做匀速运动，受到的阻力为1 200 N；乙图中汽车做加速运动．求：第1题图(1)甲图中汽车的速度；(2)乙图中汽车在前30 s内的平均速度；(3)甲图中汽车牵引力在40 s内所做的功；(4)乙图中的汽车在行驶过程中，是否受到平衡力作用，请说明理由．2. 如图所示，小明在单杠上做引体向上运动，每次引体向上身体上升的高度为握拳时手臂的长度．已知小明的体重为500 N，握拳时手臂的长度为0.6 m，完成4次引体向上所用的时间为10 s．求：第2题图(1)他停留在单杠上时，对单杠的拉力；(2)小明完成1次引体向上所做的功；(3)10 s内小明做引体向上的功率；(4)请用物理知识解释为什么单杠运动员比赛时手上常会涂有镁粉．3. 一辆5G无人配送车，质量为400 kg，轮胎与路面的总接触面积为0.025 m2，在水平路面上匀速行驶时受到的阻力是车重的0.05倍．如图是配送车某次运动的路程与时间图像．求：第3题图(1)10 min内配送车的平均速度；(2)配送车匀速行驶时的牵引力；(3)配送车对水平地面的压强；(4)请解释关闭发动机后配送车为什么还能继续前进．4. 如图为南通“濠河国际龙舟邀请赛”的比赛场景，500 m直线赛项目的冠军队所使用龙舟的质量为300 kg，运动员总质量为1 500 kg，比赛用时2 min 30 s，假设比赛中龙舟做匀速直线运动，且龙舟受到的阻力是龙舟和运动员总重力的0.1倍，g取10 N/kg.求：第4题图(1)龙舟的重力；(2)运动员坐上龙舟后排开水的体积；(3)比赛过程中龙舟获得的动力做功的功率；(4)划船时手移动较小的距离，就能使船桨在水中移动较大的距离，请运用所学的物理知识解释船桨的这个特点．类型2打捞类__5. 某工人用如图所示的滑轮组匀速打捞水中的工件．已知工件的体积为30 dm3，密度为3×103 kg/m3.每个滑轮的重力为20 N，不计绳与滑轮间的摩擦、绳重及水的阻力．(已知ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)求：第5题图(1)工件浸没在水中时所受的浮力；(2)工件受到的重力；(3)工件在水中上升6 m的过程中(工件始终浸没在水中)，工人做了多少功；(4)工件未露出水面前，滑轮组的机械效率(结果保留一位小数)．6. 如图甲所示，用钢丝绳将一个实心圆柱形混凝土构件从河里以0.05 m/s的速度竖直向上匀速提起，图乙是钢丝绳的拉力F随时间t变化的图像，整个提起过程用时100 s，已知河水密度为1.0×103 kg/m3，混凝土的密度为2.8×103 kg/m3，钢铁的密度为7.9×103 kg/m3，g 取10 N/kg，不计河水的阻力．求：第6题图(1)0～60 s内混凝土构件在河水里上升的高度；(2)0～60 s内钢丝绳拉力所做的功；(3)混凝土构件浸没在河水中时受到的浮力；(4)通过计算说明，此构件的组成是纯混凝土，还是混凝土中带有钢铁骨架？类型3工程机械类_7. 图甲是一辆起重车的图片，起重车的质量为9.6 t，有四个支撑脚，每个支撑脚的面积为0.3 m2，起重时汽车轮胎离开地面．图乙是起重机吊臂上的滑轮组在某次作业中将质量为1 200 kg的货物匀速提升，滑轮组上钢丝绳的拉力F为5 000 N，货物上升过程中的s－t图像如图丙所示．(不考虑绳重，g取10 N/kg)求：第7题图(1)提升货物过程中起重车对水平地面的压强；(2)拉力F的功率；(3)提升货物过程中滑轮组的机械效率；(4)增加提升货物的重力，滑轮组的机械效率如何改变？8. 在美丽乡村建设中，政府为某村购置一批健身器材．工人往车上搬运装有健身器材的箱子时，用长木板搭了一个3 m长的斜面，把120 kg的箱子沿斜面匀速推到1 m高的车厢上，如图．推箱子做的额外功是300 J．(g取10 N/kg)求：第8题图(1)推箱子做的有用功；(2)斜面的机械效率；(3)沿斜面的推力；(4)要增大斜面的机械效率，可采取哪些措施．二、电学计算类型1动态电路类(10年6考)__1. 小明同学在物理实验室发现一个电学元件，是由一个标有“2 V 2 W”的小灯泡和一个定值电阻R0连接而成．小明同学将该元件接入如图所示的电路中，电源电压恒为6 V，闭合开关，无论怎样移动滑动变阻器的滑片P，电流表的示数总在0.2 A～1 A的范围内变化(小灯泡的电阻不随温度变化，且电路元件始终完好)．求：第1题图(1)小灯泡正常工作时的电流和电阻；(2)定值电阻R0与小灯泡______(选填“串”或“并”)联；(3)定值电阻R0的阻值；(4)滑动变阻器R的最大阻值．2. 如图所示的电路，电源电压为6 V保持不变，R1＝4 Ω.开关闭合，滑动变阻器R2的滑片置于a端时，电压表的示数为2 V，求：第2题图(1)电压表的示数；(2)电流表的示数；(3)整个电路的功率；(4)当滑片滑到b端时，通电1 min电流做的功．3.在测量小灯泡电功率的实验中，电路如图甲所示，电源电压恒为4 V．小灯泡标有“2.5 V”字样，滑动变阻器规格为“50 Ω 1 A”．实验得到小灯泡的I－U图像如图乙所示．求：第3题图(1)小灯泡的额定功率；(2)小灯泡正常发光时，滑动变阻器R接入电路的阻值；(3)当小灯泡消耗的功率为0.2 W时，通电1 min，滑动变阻器R产生的热量．4. 如图甲为湿度表的简化工作原理图．电源电压恒为6 V，定值电阻R0＝5 Ω，R为湿敏电阻，其阻值R随环境湿度RH的变化如图乙所示，电压表量程为“0～3 V”，电流表量程为“0～0.6 A”，闭合开关S，在保证两表安全的情况下：第4题图(1)环境湿度增加，电流表的示数________．(2)当电路中电流表的示数为400 mA时，电阻R的阻值为多少？(3)环境湿度为60%时，电压表的示数为多少？(4)湿度表能够测量的最大环境湿度是多少？5. 如图所示电路，电源电压保持不变，灯L标有“3 V0.6 A”的字样，定值电阻R的阻值为10 Ω，设灯丝电阻不变，求：第5题图(1)灯丝电阻；(2)当开关S1闭合、S2断开，电流表示数为0.2 A时，灯L两端电压；(3)当开关S1、S2均闭合时，定值电阻R消耗的电功率．6. 如图，电路中电源电压恒定，小灯泡L的额定电压为6 V，滑动变阻器R1标有“200 Ω1 A”，电压表量程为0～5 V．只闭合开关S2，当R1的滑片P移至最左端时，小灯泡恰好正常发光，此时电流表示数为0.5 A；再闭合S1，电流表的示数变为0.8 A．求：第6题图(1)灯泡的额定功率；(2)电阻R2的阻值；(3)只闭合S1，当电路总功率最小时，R1接入电路的阻值．类型2多挡位用电器类__7. 如图是某电蒸锅的内部简化电路图，R1、R2均为发热电阻，R1的阻值为484 Ω，加热挡功率为1 200 W．用此电蒸锅对质量为1.2 kg的水加热使其温度升高75 ℃，需要的时间为375 s，已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)．求：(1)该电蒸锅是利用电流的________工作的；第7题图(2)保温挡的功率；(3)电阻R2的阻值；(4)电蒸锅的加热效率．8.如图甲所示是某家用多功能电炖锅，深受消费者认可和青睐．它有三段温控功能：高温炖、中温煮和低温熬，图乙是它的简化电路图，下表是该电炖锅的部分参数．[ρ水＝1×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，g取10 N/kg]第8题图项目参数电源电压(V)220中温挡功率(W)400高温挡功率(W) 1 100容积(L)1(1)开关S1、S2处于什么状态，电炖锅为低温挡，说明判断依据；(2)求R1、R2的阻值；(3)在标准大气压下，使用高温挡将初温是12 ℃的一锅水烧开，若电炖锅高温挡加热效率为80%，求烧开一锅水需要的时间．9.为实现自动控制，小明同学利用电磁继电器(电磁铁线圈电阻不计)制作了具有延时加热、保温、消毒等功能的恒温调奶器，其电路图如图甲所示．控制电路中电压U1＝3 V，定值电阻R0＝50 Ω，热敏电阻R阻值随温度变化的图像如图乙所示；工作电路中电压U2＝220 V，R1＝836 Ω，R2＝44 Ω.已知恒温调奶器容量为2 kg，水温达到80 ℃时衔铁会跳起．[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]第9题图(1)请结合此电路，简要说明电磁继电器的工作原理；(2)求衔铁刚跳起时，通过电磁铁线圈的电流；(3)求工作电路在保温状态下的电功率；(4)当调奶器加满温度为25 ℃的水，加热元件工作500 s后衔铁跳起，求此过程中水吸收的热量及恒温调奶器的加热效率．10. 小伟家的电热饮水机通过旋钮开关可以实现加热和保温两个挡位的切换．小伟查阅资料得到饮水机的部分信息如下表．饮水机正常加热7 min，可将质量为1 kg的水从20 ℃加热到沸腾(标准大气压)，然后转入保温状态．请你结合小伟的调查研究，解决下列问题：额定电压U/V220加热功率P1/W 1 000保温功率P2/W100电阻R1/Ω435.6电阻R2/Ω48.4第10题图(1)在图中虚线框内画出导线、电阻R1和电阻R2三个元件的符号，将饮水机的电路图连接完整．(旋钮开关位于a、a点，表示a与a接通)(2)加热过程中，饮水机的加热效率．[水的比热容4.2×103 J/(kg·℃)]类型3电路改装类__11. 某科技兴趣小组用一个88 Ω的电阻R1、开关、导线等器材制作了一个电烤箱，先将电烤箱接入电压为220 V的家庭电路，简化电路如甲所示，闭合开关，求：第11题图(1)通过R1的电流；(2)R1消耗的电功率；(3)小组发现烤熟蛋糕耗费时间过长，为解决这个问题，小组找来一个相同规格的电阻R2进行改装．①你认为应按照图________(选填“乙”或“丙”)进行改装；②闭合开关S后，通电10 min，求改装后电烤箱产生的热量．12. 如图甲所示是一款养生杯，图乙是其简易电路图，R1和R2是两根电热丝．给杯中倒入直饮水，放在底座上，底座就会根据水温自动调节电路状态：当水温低于52 ℃时，养生杯处于加热状态，水温达到52 ℃后养生杯自动调节为保温状态．某次给杯中倒入100 mL、22 ℃的直饮水放在底座上后，养生杯正常工作时功率随时间变化的图像如图丙所示．[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，ρ水＝1.0×103 kg/m3]第12题图(1)刚开始将养生杯放在底座上时，工作的电热丝是________(选填“R1”、“R2”或“R1和R2”)；养生杯在工作时，应盖好杯盖，这样做可以__________(合理即可)．(2)此次将杯中100 mL、22 ℃的水加热到52 ℃的过程中，水吸收的热量是多少？(3)该养生杯的加热效率；(4)若只要求改变一根电热丝的阻值，将保温状态的功率提升至16 W，请通过计算说明如何改进？13.某物理兴趣小组为检测学校操场上的风力等级，小组成员共同设计了一台简易风速仪，其工作原理如图甲所示．装有挡风板和滑片P的轻质滑块与轻质弹簧套在滑杆MN上，滑杆上的摩擦力忽略不计，弹簧左端固定，右端与滑块相连．挡风板的挡风面积为0.2 m2，光滑均匀电阻丝AB长为30 cm，阻值为15 Ω，电源电压U恒为9 V，保护电阻R0为3 Ω，电压表量程为0～3 V．弹簧弹力F与弹簧形变量x的关系如图乙所示．无风时，滑片P停留在A处，有风时，滑块向左移动，稳定后读出电压表示数，计算并查阅下表数据可知风速及风力等级．风力等级一级二级三级四级五级六级风速v(m/s)0.3～1．51.6～3．33.4～5．45.5～7．98.0～10．710.8～13．8风压 p (Pa)0.055 ～1.41.6～ 6．87.2～ 1818.9～ 3940～ 7272.9～ 119(1)无风时，求通过R 0的电流；(2)为保护电路安全，求出风速仪所测最大风力等级为几级；(3)某日从天气预报得知，第二天风力等级将会达到五级，风速v 预计为10 m/s ，在原有电路元件和电路基本连接方式均不变的基础上，电路将如何改进．在图丙的虚线框内将电路图补充完整，小组成员还想计算出电路改进后电压表的示数，经查阅资料后得知，该挡风板所受的风压与风速的平方成正比，其关系式为p ＝k v 2(其中k 为常量，数值为0.6)，假设你为该小组成员，请你计算出风速为10 m/s 时，改进后的电路中电压表的示数．第13题图参考答案例 解：(1)货车对水平地面的压力F ＝G 总＝m 总g ＝4×103 kg ×10 N/kg ＝4×104 N 货车对水平地面的压强p ＝F S ＝4×104 N 0.2 m 2＝2×105 Pa(2)货车匀速行驶的速度v ＝72 km/h ＝20 m/s 货车行驶的路程s ＝10 km ＝1×104 m由v ＝s t 可得，所用时间t ＝s v ＝1×104 m20 m/s ＝500 s(3)货车所受阻力f ＝0.1G 总＝0.1×4×104 N ＝4×103 N 因为货车在平直公路上匀速行驶，货车的牵引力 F 牵＝f ＝4×103 N牵引力所做的功W ＝F 牵s ＝4×103 N ×1×104 m ＝4×107 J (4)牵引力的功率P ＝W t ＝4×107 J500 s＝8×104 W(5)因同种物质状态相同时的密度相等，所以该木材的密度ρ＝ρ样本＝m 样本V 样本＝ 4.8 g （2 cm ）3＝0.6 g/cm 3＝0.6×103 kg/m 3 (6)机动车质量一定，速度越快，动能越大，刹车时制动距离越大，容易出现交通事故，所以要限速行驶；在相同的道路上，不同车型的机动车质量不同，速度相同时，质量大的动能大，制动距离大，质量小的动能小，制动距离小，当制动距离相同时，不同车型限速就不同．一、力学计算1. (1)30 m/s (2)25 m/s (3)1.44×106 J (4)不受平衡力作用．原因是乙图中的汽车在行驶过程中做加速运动，并非处于静止或匀速直线运动状态．2. (1)500 N (2)300 J (3)120 W (4)镁粉具有很强的吸湿作用，可以吸去运动员手掌心的汗水，通过增大接触面的粗糙程度来增大掌心和器械之间的摩擦力，有利于运动员提高完成动作的质量和安全性．3. (1)2 m/s (2)200 N (3)1.6×105 Pa (4)关闭发动机后配送车还能继续前进是因为其具有惯性．4. 解：(1)龙舟的重力G ＝mg ＝300 kg ×10 N/kg ＝3 000 N (2)运动员的重力G ′＝m ′g ＝1 500 kg ×10 N/kg ＝15 000 N 运动员和龙舟的总重G 总＝G ＋G ′＝3 000 N ＋15 000 N ＝18 000 N根据浮沉条件，运动员坐上龙舟后龙舟受到的浮力等于运动员和龙舟的总重，根据阿基米德原理，龙舟排开水的体积V 排＝F 浮ρ水g ＝18 000 N1.0×103 kg/m 3×10 N/kg＝1.8 m 3 (3)龙舟受到的阻力f ＝0.1×G 总＝0.1×18 000 N ＝1 800 N因比赛中龙舟做匀速直线运动，根据二力平衡可知，比赛过程中龙舟获得的动力F ＝f ＝1 800 N所用时间t ＝2 min 30 s ＝150 s比赛过程中龙舟获得的动力做功的功率 P ＝W t ＝Fs t ＝1 800 N ×500 m 150 s＝6 000 W(4)船桨在使用过程中动力臂小于阻力臂，故船桨是费力杠杆，使用费力杠杆可以省距离．划船时，手在船桨上的动力比水对船桨的阻力大，所以手只要移动较小的距离，就能使船桨在水中移动较大的距离．5. 解：(1)根据阿基米德原理可得，工件浸没在水中时所受的浮力F 浮＝ρ水gV 排＝ρ水gV ＝1.0×103 kg/m 3×10 N/kg ×30×10－3 m 3＝300 N(2)工件的质量m ＝ρV ＝3×103 kg/m 3×30×10－3 m 3＝90 kg 工件受到的重力G ＝mg ＝90 kg ×10 N/kg ＝900 N(3)物重被2段绳子承担，工件在水中上升6 m ，绳端移动的距离为2×6 m ＝12 m 拉力F ＝12(G ＋G 动－F 浮)＝12×(900 N ＋20 N －300 N)＝310 N工人做功W ＝Fs ＝310 N ×12 m ＝3 720 J (4)工件未露出水面前，滑轮组的机械效率η＝W 有用W 总×100%＝F 拉h Fs ×100%＝（G －F 浮）h Fnh ×100%＝G －F 浮Fn ×100%＝900 N －300 N 310 N ×2×100%≈96.8%6. 解：(1)0～60 s 内混凝土构件在河水里上升的高度h ＝v t ＝0.05 m/s ×60 s ＝3 m (2)0～60 s 内钢丝绳拉力所做的功W ＝F 1s ＝825 N ×3 m ＝2 475 J(3)由图乙可知t ＝60 s 前拉力F 1＝825 N ，因构件从河水中匀速提起，此时有F 浮＋F 1＝G ，t ＝80 s 后拉力F 2＝1 200 N ，此时有F 2＝G ，混凝土构件浸没在河水中时受到的浮力F 浮＝G －F 1＝1 200 N －825 N ＝375 N(4)由F 浮＝ρ液gV 排得，构件排开水的体积V 排＝F 浮ρ水g ＝375 N 1.0×103 kg/m 3×10 N/kg＝3.75×10－2 m 3因构件完全浸没，则V ＝V 排＝3.75×10－2 m 3构件重力G ＝1 200 N ，由G ＝mg ＝ρVg 可得，构件的密度ρ件＝G Vg ＝1 200 N3.75×10－2 m 3×10 N/kg ＝3.2×103 kg/m 3＞2.8×103 kg/m 3所以此构件的组成是混凝土中带有钢铁骨架7. 解：(1)提升货物过程中，起重车对水平地面的压力F 压＝G 总＝G 车＋G 货＝m 车g ＋m 货g ＝9.6×103 kg ×10 N/kg ＋1 200 kg ×10 N/kg ＝1.08×105 N 支撑脚与地面的接触面积S ＝0.3 m 2×4＝1.2 m 2提升货物过程中起重车对水平地面的压强p ＝F 压S ＝1.08×105 N1.2 m 2＝9×104 Pa(2)由图丙可知，货物上升的速度v 物＝s t ＝2.5 m10 s＝0.25 m/s由图乙可知，承担物重的绳子段数n ＝3，所以绳端移动的速度v 绳＝n v 物＝3×0.25 m/s ＝0.75 m/s拉力F 的功率P ＝F v 绳＝5 000 N ×0.75 m/s ＝3.75×103 W(3)物体上升的距离s ＝2.5 m ，则绳端移动的距离s 绳＝nh ＝3×2.5 m ＝7.5 m 提升货物的重力G 货＝m 货g ＝1 200 kg ×10 N/kg ＝1.2×104 N所以提升货物过程中滑轮组的机械效率η＝W 有W 总×100%＝G 货s Fs 绳×100%＝1.2×104 N ×2.5 m 5 000 N ×7.5 m ×100%＝80%(4)增加提升货物的重力，滑轮组的机械效率将变大．8. (1)1 200 J (2)80% (3)500 N (4)增大斜面的倾斜程度；减小斜面的粗糙程度．二、电学计算1. 解：(1)小灯泡正常工作时的电流I 额＝P 额U 额＝2 W2 V ＝1 A小灯泡正常工作时的电阻R L ＝U 额I 额＝2 V 1 A＝2 Ω (2)串(3)当滑动变阻器R 接入电路的阻值为0时，定值电阻R 0与小灯泡串联，电路中最大电流为1 AR 最小总＝U I 最大＝6 V1 A＝6 Ω定值电阻R 0的阻值R 0＝R 最小总－R L ＝6 Ω－2 Ω＝4 Ω(4)当滑动变阻器R 接入电路的阻值为最大时，定值电阻R 0、小灯泡和滑动变阻器R 串联，电路中最小电流为0.2 A R 最大总＝U I 最小＝6 V0.2 A ＝30 Ω滑动变阻器R 的最大阻值R ＝R 最大总－R L －R 0＝30 Ω－2 Ω－4 Ω＝24 Ω2. 解：(1)由图可知，R 1、R 2串联，电流表测电路中的电流，电压表测R 1两端电压，电压表测R 2两端电压，则电压表的示数U 2＝U －U 1＝6 V －2 V ＝4 V(2)电流表的示数I ＝U 1R 1＝2 V4 Ω＝0.5 A(3)整个电路的功率P ＝UI ＝6 V ×0.5 A ＝3 W(4)当滑片滑到b 端时，电路中只接入R 1，通电1 min 电流做的功W ＝U 2R 1t ＝（6 V ）24 Ω×60 s＝540 J3. 解：(1)由图乙可知，小灯泡的额定电流为0.3 A 则小灯泡的额定功率为P 额＝U 额I 额＝2.5 V ×0.3 A ＝0.75 W(2)小灯泡正常发光时，R 两端的电压为U R ＝U －U 额＝4 V －2.5 V ＝1.5 V 滑动变阻器R 接入电路的电阻为R ＝U R I 额＝1.5 V0.3 A＝5 Ω(3)由图乙可知，当U 灯＝1 V ，I 灯＝0.2 A 时，小灯泡的功率刚好为0.2 W 此时R 两端的电压为U R ′＝U －U 灯＝4 V －1 V ＝3 VR 通电1 min 产生的热量Q ＝W R ＝U R ′I 灯t ＝3 V ×0.2 A ×1×60 s ＝36 J 4. (1)增大解：(2)当电流表的示数为I ＝400 mA ＝0.4 A 时，电路中的总电阻为R 总＝U I ＝6 V0.4 A ＝15 Ω由串联电路的电阻规律可得，电阻R 的阻值为R ＝R 总－R 0＝15 Ω－5 Ω＝10 Ω (3)由R －RH 图像可知，当环境湿度为60%时，电阻R 的阻值为R ′＝7.5 Ω由I ＝U R 可得，此时电路中的电流为I ′＝U R 总′＝ 6 V 5 Ω＋7.5 Ω＝0.48 A则电压表的示数为U 0＝I ′R 0＝0.48 A ×5 Ω＝2.4 V(4)因电流表的量程为0～0.6 A ，所以当电路中的电流最大为I 大＝0.6 A 时，电路中的总电阻最小，环境湿度最大此时电路中的总电阻为R 总最小＝U I 大＝6 V 0.6 A＝10 Ω由串联电路的电阻规律可得，电阻R 的阻值为R 小＝R 总最小－R 0＝10 Ω－5 Ω＝5 Ω由串联电路分压原理可得，R 0两端的电压为3 V ，没有超过电压表量程，可以正常使用，所以由R －RH 图像可知，湿度表能够测量的最大环境湿度为80%. 5. 解：(1)灯丝电阻R L ＝U L I L ＝3 V 0.6 A＝5 Ω (2)当开关S 1闭合，S 2断开时，灯L 与定值电阻R 串联，电流表示数为0.2 A ，灯L 两端的电压U L ′＝IR L ＝0.2 A ×5 Ω＝1 V(3)当开关S 1闭合，S 2断开，灯L 与定值电阻R 串联，电流表示数为0.2 A ，定值电阻R 两端的电压U R ＝IR ＝0.2 A ×10 Ω＝2 V 电源电压U ＝U L ′＋U R ＝1 V ＋2 V ＝3 V当开关S 1、S 2均闭合时，只有定值电阻R 接入电路，定值电阻R 消耗的电功率P ＝U 2R ＝（3 V ）210 Ω＝0.9 W 6. 解：(1)只闭合开关S 2，当R 1的滑片P 移至最左端时，则电路为小灯泡的简单电路；此时小灯泡恰好正常发光，则电源电压等于小灯泡的额定电压6 V ．小灯泡的额定功率P 额＝U 额I 额＝6 V ×0.5 A ＝3 W(2)再闭合S 1，小灯泡L 与电阻R 2并联，电流表测干路电流电阻R 2两端电压为U ＝U 额＝6 V ，则通过电阻R 2的电流I ＝I 总－I 额＝0.8 A －0.5 A ＝0.3 A 电阻R 2的阻值R 2＝U I ＝6 V0.3 A＝20 Ω(3)只闭合S 1，则R 1、R 2串联．当电压表示数为5 V 时，R 1接入电路的阻值最大；此时，R 2两端电压为U 2＝U －U max ＝6 V －5 V ＝1 V 电路中的电流为I min ＝U 2R 2＝1 V 20 Ω＝0.05 A R 1接入电路的阻值为R 1＝U max I min ＝ 5 V0.05 A ＝100 Ω7. (1)热效应解：(2)只闭合S 1时，只有R 1接入电路，电蒸锅处于保温挡，保温挡的功率 P 保＝U 2R 1＝（220 V ）2484 Ω＝100 W(3)当S 1、S 2均闭合时，R 1、R 2并联，电蒸锅处于加热挡，电阻R 2的电功率P 2＝P 热－P 保＝1 200 W －100 W ＝1 100 W 电阻R 2的阻值R 2＝U 2P 2＝（220 V ）21 100 W＝44 Ω(4)水吸收的热量Q 吸＝c 水m Δt ＝4.2×103 J/(kg·℃)×1.2 kg ×75 ℃＝3.78×105 J 消耗的电能W ＝P 热t ＝1 200 W ×375 s ＝4.5×105 J该电蒸锅的加热效率η＝Q 吸W ×100%＝3.78×105 J4.5×105 J×100% ＝84%8. 解：(1)由电路图可知，当开关S 1断开，S 2接A 时，电阻R 1、R 2串联，此时电路中的总电阻最大，由P ＝U 2R可知，总功率最小，所以此时电炖锅为低温挡．(2)由电路图可知，当S 1闭合，S 2接A 时，R 2被短路，只有电阻R 1接入电路，电炖锅处于中温挡，则R 1的阻值为R 1＝U 2P 中＝（220 V ）400 W 2＝121 Ω当S 1闭合，S 2接B 时，R 1、R 2并联，电炖锅处于高温挡，则此时R 2消耗的功率为 P 2＝P 高－P 中＝1 100 W －400 W ＝700 W 则R 2的阻值为R 2＝U 2P 2＝（220 V ）2700 W≈69.14 Ω(3)由ρ＝m V可得，水的质量为m ＝ρ水V ＝1×103 kg/m 3×1×10－3 m 3＝1 kg水吸收的热量Q 吸＝c 水m Δt ＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg ×(100 ℃－12 ℃)＝3.696×105 J 由η＝Q 吸W ×100%得，电炖锅消耗的电能W ＝Q 吸η＝3.696×105 J 80%＝4.62×105 J由P ＝Wt 可得，烧开一锅水需要的时间t ＝W P 高＝4.62×105 J 1 100 W ＝420 s9. 解：(1)由题意可知，水温低于80 ℃时，电磁铁吸引衔铁，工作电路R 2单独工作，调奶器加热，水温达到80 ℃时，衔铁跳起，R 1、R 2串联工作，调奶器保温．(2)由图乙可知，衔铁刚跳起时，R 的电阻为100 Ω，此时通过电磁铁线圈的电流为I ＝U 1R 0＋R ＝ 3 V50 Ω＋100 Ω＝0.02 A (3)衔铁跳起，R 1、R 2串联工作，调奶器处于保温状态，电功率为P 保＝U 22R 1＋R 2＝（220 V ）2836 Ω＋44 Ω＝55 W(4)水吸收的热量为Q 吸＝c 水m Δt ＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg ×(80 ℃－25 ℃)＝4.62×105 J 加热状态下，工作电路R 2单独工作，消耗的电能为 W ＝U 22R 2t ＝（220 V ）244 Ω×500 s ＝5.5×105 J加热效率为η＝Q 吸W ×100%＝4.62×105 J5.5×105 J ×100%＝84%10. 解：(1)如答图所示或第10题答图(2)水吸收的热量Q 吸＝c 水m Δt ＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg ×(100 ℃－20 ℃)＝3.36×105 J 饮水机加热7 min ，消耗的电能W ＝P 1t ＝1 000 W ×7×60 s ＝4.2×105 J 饮水机的加热效率η＝Q 吸W ×100%＝3.36×105 J4.2×105 J ×100%＝80%11. 解：(1)由I ＝U R 可得，通过R 1的电流I 1＝ U R 1＝220 V88 Ω＝2.5 A(2)由P ＝UI 可得，R 1消耗的电功率P 1＝UI 1＝220 V ×2.5 A ＝550 W (3)①乙②因R 2规格与R 1相同，则R 2＝R 1 根据P ＝U 2R可知，P 2＝P 1改装后电烤箱10 min 产生的热量为Q ＝W ＝Pt ＝(P 1＋P 2)t ＝2P 1t ＝2×550 W ×10×60 s ＝6.6×105 J12. (1)R 1 减少热量损失(或缩短加热时间、节约电能等) 解：(2)由ρ＝mV得，水的质量m ＝ρ水V ＝1.0×103 kg/m 3×100×10－6 m 3＝0.1 kg水吸收的热量Q 吸＝c 水m (t －t 0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×0.1 kg ×(52 ℃－22℃)＝1.26×104 J (3)由P ＝Wt 得，加热时消耗的电能W ＝P 加热t ＝40 W ×10×60 s ＝2.4×104 J养生杯的加热效率η＝Q 吸W ×100%＝1.26×104 J2.4×104 J×100%＝52.5%(4)当开关接触点2、3时，R 1和R 2串联，电路中的总电阻最大，由P ＝UI 和I ＝UR 得，养生杯的功率最小，为保温状态；当开关接触点3、4时，R 2被短路，R 1单独接入电路，电路中的总电阻最小，由P ＝UI和I ＝UR得，养生杯的功率最大，此时为加热状态．因只改变保温状态的功率，加热状态的功率不变，所以只能改变电路中R 2的阻值由P ＝UI 和I ＝U R 得，R 1的阻值为R 1＝U 2P 加热＝（220 V ）240 W ＝1 210 Ω当保温状态的功率提升至16 W 时，电路的总电阻 R 总＝U 2P 保温＝（220 V ）216 W ＝3 025 Ω则改进后R 2的阻值为R 2＝R 总－R 1＝3 025 Ω－1 210 Ω＝1 815 Ω 即将R 2换成阻值为1 815 Ω的电热丝即可．13. 解：(1)无论有无风时，滑动变阻器接入电路的阻值均为15 Ω 电流I ＝U R 0＋R P ＝9 V3 Ω＋15 Ω＝0.5 A(2)由图可知，风力越大，电压表测量部分电阻越长，电压表示数越大，电压表最大电压U max ＝3 V ；滑动变阻器分得的电压U P ＝IR P ＝0.5 A ×15 Ω＝7.5 V 当电压表示数最大时，滑片移动距离L ＝U U P L AB ＝3 V7.5 V ×30 cm ＝12 cm由图乙可得，弹簧产生的弹力F ＝6 N此时的风压p ＝F 风S ＝F 弹S ＝ 6 N0.2 m 2＝30 Pa ，查表可知，此时风力等级为四级第13题答图(3)当风速为10 m/s 时，风压p ＝k v 2＝0.6×(10 m/s)2＝60 Pa ＞30 Pa ，因此会超过电压表量程 弹簧弹力F 弹′＝F 风′＝pS ＝60 Pa ×0.2 m 2＝12 N由图乙可得，弹簧形变量为24 cm ，因此可将电压表测量对象更换为滑片左侧部分的电阻，此时滑片左侧电阻R ＝30 cm －24 cm30 cm ×15 Ω＝3 Ω此时电压表示数U 示＝R 左R 总×U ＝3 Ω18 Ω×9 V ＝1.5 V改装电路如答图所示(此电路只能在风力稳定时使用。
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物理综合应用题
1.市场上有一款无人驾驶汽车。
汽车自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况。
该款车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离时，消耗汽油1kg。
汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，（已知：汽油的热值为 4.5×10^7J/kg,水的比热为 4.2×10^3J/kg·℃)求：
（1）汽油完全燃烧放出的热量是多少J？
（2）假设该汽车在这次行驶过程中，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的热量的42%，这些废气的能量全部被质量100kg的水吸收，水升高的温度是多少？（水未沸腾）
（3）如果汽油机的效率提高到40%，其他条件都不变，那么汽车在这段路程消耗的汽油是多少？
2.某载人潜水器在太平洋海域成功下潜突破1000m。
求该潜水器下潜至800m时：（g取10N/kg）
（1）它受到的海水压强是多少？（海水的密度是1.03×10^3kg/m^3）
（2）若观察窗面积为300cm^2,海水对观察窗的压力大约是多少？。