类型一力学综合题.docx
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类型一力学综合题
类型一 力学综合题
针对训练
一．浮力及相关力学综合
1.如图所示，是一个用浮筒、小灯泡和收放线装置A制作的航标灯模型，细线下端固定在水槽底部，航标灯总重4N．当水位上升时，A放线；水位下降时，A收线，从而使细线的拉力保持不变，航标灯静止时浸入水中的深度h始终为5cm，排开水的体积也始终为500cm3（不计细线重和摩擦）．当航标灯静止时，求：
（ρ水＝1.0×103kg/m3，g＝10N/kg）
（1）航标灯漂浮时，自身重力________（选填“大于”“小于”或“等于”）水对它的浮力．
（2）航标灯底部受到水的压强及排开水的质量为多少？
（3）航标灯受到的浮力是多少？
细线对航标灯的拉力为多大？
第1题图
2.如图所示是某科技小组设计的自动储水装置，AB是可绕O点转动的轻质杠杆，A端通过细杆与压力传感开关S相连，B端通过细杆与圆柱体浮筒相连，杠杆始终保持水平，浮筒高2m，底面积为15cm2.当水位下降到浮筒的下表面时S闭合，电动水泵开始注水；当水位上升到浮筒的上表面时S断开，电动水泵停止注水，一次注水正好把15m3的水从地面送到储水池中．（ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）
（1）水位下降过程中，压力传感器受到的压力将________（选填“变大”“变小”或“不变”）；
（2）浮筒的体积是多少？
停止注水时浮筒受到的浮力是多少？
（3）若浮筒缩短10cm，此时注一次水的质量是多少？
（浮筒与注水容器相比很小，占注水容器的体积忽略不计）
第2题图
3.（2017陕西定心卷）某单位设计的一种供牲畜饮水的装置如图所示．圆柱形水箱内装有600kg的水，水位高度维持h＝60cm不变，水箱底面积为1m2，水箱底部出水口的横截面积为20cm2.底盖A、细杆B和浮球C的总质量为1kg，浮球C的体积为2dm3.底盖A平时顶住水箱底部出水口，一旦饮水槽的水位下降，底盖A就会下落，水立即通过出水口流入饮水槽．实现自动补水．
（1）随着水箱中水位的升高，水箱底部受到水的压强逐渐________．
（2）水箱中的水对底盖A产生的压强是多少？
浮球C受到的最大浮力是多少？
（g取10N/kg）
（3）试通过计算说明，给出的数据能否达到设计要求？
如果不能，请通过计算提供改进的方法和符合设计要求的数据．
第3题图
4.如图所示，是小婷为防止家中停水而设计的贮水箱．当水箱中水深达到1.2m时，浮子A恰好堵住进水管，使其停止向箱内放水，此时浮子A有
体积露出水面（浮子A只能沿图示位置的竖直方向移动）．进水管口水的压强为1.2×105Pa，管口横截面积为2.5cm2，贮水箱底面积为0.8m2，浮子A重10N.
（1）注水过程中，随着水位上升，水对水箱底部的压强逐渐________（选填“增大”或“减小”）．
（2）此时浮子A受到的浮力为多大？
（3）浮子A的密度是多少？
第4题图
5.（2017重庆B卷改编）如图甲所示为中国首艘国产航母001A下水时的情景．某中学物理兴趣小组的同学在实验室模拟航母下水前的一个过程，他们将一个质量为2kg的航母模型置于水平地面上的一个薄壁柱形容器底部，该柱形容器质量为6kg，底面积为0.03m2，高为0.4m，如图乙所示．现在向容器中加水，当加水深度为0.1m时，模型刚好离开容器底部，如图丙所示．继续加水直到深度为0.38m，然后将一质量为0.9kg的舰载机模型轻放在航母模型上，静止后它们一起漂浮在水面．求：
（1）向图乙中加水的过程中（水位小于0.1m），航母模型对薄壁柱形容器底部的压力逐渐________，其所受的浮力逐渐________；（均选填“增大”“减小”或“不变”）
（2）图丙中水对容器底的压强和航母模型浸入水中的体积；
（3）放上舰载机后整个装置静止时，相对于水深为0.38m时，容器对水平地面的压强增加了多少帕？
第5题图
6.如图甲所示是利用电动机和滑轮组（图中未画出）将实心长方体A从水库底匀速竖直起吊的装置示意图，A上升的速度始终为0.1m/s.钢缆绳对A的拉力F1随时间t变化的图像如图乙所示，不计钢缆绳重、钢缆绳与滑轮间的摩擦及水的阻力，g取10N/kg.求：
（1）在0～40s时，水对水库底面的压强________（选填“变大”“变小”或“不变”）．
（2）长方体A未漏出水面时受到的浮力是多少？
（3）把长方体A打捞出后按照图丙的摆放方式放在岸边的水平地面上，长方体A的密度及它对地面的压强是多少？
第6题图
二．以简单（匀速）运动为背景
7.在城市建设中，挖掘机发挥了重要的作用．在工程施工中使用的某型号挖掘机如图甲所示，它的有关数据如表所示．挖掘机在运送砂土过程中，装有1.8×104N砂土的铲斗以2.4m/s的平均速度用时4s从图乙中最低点A移到最高点B，接着再用2s沿水平方向移动4m将砂土卸到汽车上．求：
（g取10N/kg）
项目
数值
整机质量（kg）
9000
发动机最大功率（kW）
150
标准斗容（m3）
1.2
两履带与地面接触的总面积（m2）
4.5
（1）挖掘机的履带是利用________（选填“增大”或“减小”）接触面积从而减小对地面压强的原理设计的．
（2）铲斗从A点移到B点经过的路程．挖掘机静止且不工作时（如图甲所示）对水平地面的压强．
（3）如果挖掘机在上述运送砂土过程中的平均功率为60kW，此过程挖掘机做的总功．
第7题图
8.城市的整洁卫生离不开清洁工人的辛勤劳动，清洁工人运送垃圾时会用到如图所示的垃圾车，它的部分参数如下表所示（取g＝10N/kg）．
（1）当垃圾车驶过时，我们会闻到刺鼻的味道，这是因为________________________________．
（2）在满载时垃圾车对水平路面的压强是多少？
（3）该垃圾车满载时，在平直的公路上以最高车速匀速行驶1km，受到的摩擦阻力为车重的0.1倍，求发动机牵引力做功的功率是多少？
第8题图
型号
×××
空车质量（t）
7
额定载重（t）
8
百公里耗油（L）
14
最高车速（km/h）
72
车轮与地面的总
接触面积（m2）
0.1
9.随着科技的发展，绿色出行已经成为一种时尚，电动滑板车越来越受到年青人的喜爱，如图为某品牌的可折叠式电动滑板车，若这种电动滑板车的质量（载人）为m＝70kg，轮胎与地面的总接触面积为20cm2，正常行驶时，滑板车（载人）受到的平均阻力f为车重G的0.05倍，该车在牵引力作用下在平直的公路上匀速行驶时，300s内行驶了2.4km（取g＝10N/kg）．求：
（1）电动滑板车上的电动机是利用____________________________的原理工作的，车轮上刻有花纹是为了________（选填“增大”或“减小”）摩擦．
（2）该车（载人）匀速行驶时，对水平地面的压强是多少？
车的速度是多少m/s?
（3）300s内牵引力所做的功和功率各是多少？
第9题图
10.（2017陕师大附中模拟）清明节期间，小志随家人一起驾车来到泾河智慧农业园观赏郁金香．下表列出了他家小轿车的相关数据（g＝10N/kg）.
车身质量m/t
1.5
座位数（含司乘）
5
轮胎数目n/个
4
汽车额定功率P/kW
60
每个轮胎与地面的
接触面积S/cm2
500
汽油密度ρ/（kg·m－3）
0.71×103
百公里耗油量V/L
10
92#汽油的价格（元/L）
6.3
（1）行驶过程中遇到紧急情况要及时刹车，这是通过增大________来增大摩擦力的，刹车后汽车由于________不能立即停下，还要滑行一段距离．
（2）不计油箱中油的质量，停在停车场的小轿车空载时对地面的压强是多少？
（3）若小志爸爸在高速路上驾车时以额定功率匀速直线运动，速度为72km/h，试计算10min内该车克服阻力所做的功和小轿车受到的阻力．
（4）从小志家到泾河智慧农业园的距离为50km，若轿车油量表上此时显示所剩油量为6L，小志爸爸至少需要加多少钱油才能顺利完成一次旅程，回到家中？
三．以简单机械为背景
11.（2017高新一中模拟）我校教学楼前都会有一个斜坡，它是为方便轮椅通行而建立的，其实质就是一个斜面．小明测得某斜坡长4m，高0.5m，他想借助该斜坡将一箱子匀速推上斜坡，测得该箱子重为800N.
（1）使用斜面可以________（选填“省力”或“省功”）；
（2）若不考虑摩擦，需要推力是多少？
（3）若实际推力是125N，则它的机械效率是多少？
箱子和斜面间的摩擦力是多少？
第11题图
12.如图所示，是小型建筑工地上使用的“罐笼式”提升机，用它能将放在罐笼中的建筑材料提升到高处．已知被提升的建筑材料的质量为280kg且与罐笼底的接触面积为1.4m2，在拉力F作用下，建筑材料以0.5m/s的速度被匀速提升到10m的高度，且拉力F的功率为2.1kW.不计摩擦和钢丝绳的重力，请回答下列问题：
（1）建筑材料对罐笼底面的压强是多少？
（2）拉力F做的功是多少？
（3）提升机在提升建筑材料时的机械效率是多少？
（结果保留一位小数）若增大被提升建筑材料的质量，则提升机的机械效率将________（“变大”“变小”或“不变”）．
第12题图
13.如图甲的“塔吊”是建筑工地上普遍使用的起重设备，AB是竖直支架，CD是水平臂，其中OC段叫平衡臂，C端装有配重体，OD段叫吊臂，E处装有滑轮，可在O、D两点间移动．
（1）由“塔吊”结构图可知，当E点越靠近D点时，能安全吊起重物的最大质量越________（选填“大”或“小”）．
（2）用此“塔吊”将1.2t的钢材先竖直匀速吊起10m高，然后沿水平方向慢慢旋转90°后将钢材送达指定位置，在这一过程中“塔吊”对钢材做了多少功？
（g＝10N/kg）
（3）“塔吊”通过电动机带动如图乙所示的滑轮组，竖直吊起物体．若某次吊起的重物为4×104N，电动机输出功率为75kW，匀速上升的速度为1.5m/s，则作用在滑轮组上的水平拉力F和滑轮组的机械效率是多少？
第13题图
14.如图所示，起重机将地面上的一箱设备沿竖直方向匀速吊到施工台上，设备重4000N，施工台距离地面的高度为3m．（g取10N/kg）
（1）起重机臂是一个________杠杆．
（2）起重机的质量为8t，工作时，用支架将汽车的轮胎支离开地面．如果地面能承受的最大压强是7×104Pa，则支架与地面接触的总面积是多少？
（3）若动滑轮上每段钢绳的拉力是2500N，起重机做的额外功和机械效率是多少？
第14题图
答案
1.
（1）小于
解：
（2）航标灯底部受到水的压强：
p＝ρ水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.05m＝500Pa
由ρ＝
可得，航标灯排开水的质量为：
m排＝ρ水V排＝1.0×103kg/m3×500×10－6m3＝0.5kg
（3）由阿基米德原理可知，航标灯受到的浮力：
F浮＝G排＝m排g＝0.5kg×10N/kg＝5N
航标灯静止时处于平衡状态，受到竖直向上的浮力，竖直向下的重力和绳子的拉力，由受力分析可得，细线对航标灯的拉力：
F拉＝F浮－G灯总＝5N－4N＝1N
2.
（1）变大 【解析】水位下降过程中，浮筒排开水的体积变小，受到的浮力变小，由受力平衡可知，B端杠杆对浮筒的拉力变大，根据杠杆平衡条件可知，A端杠杆对压力传感器的压力变大．
解：
（2）浮筒的体积：
V筒＝Sh＝15cm2×2m＝1.5×10－3m2×2m＝3×10－3m3
停止注水时，浮筒刚好浸没，浮筒的体积等于排开水的体积
由阿基米德原理得：
F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×3×10－3m3＝30N
（3）因为从开始注水到注水结束，水位上升的高度等于浮筒的高度，所以注水容器的底面积：
S容＝
＝
＝7.5m2，若浮筒缩短10cm，开始注水时水面比原来上升10cm，此时一次注水的体积：
V＝V注水－S容h′＝15m3－7.5m2×0.1m＝14.25m3
一次注水的质量：
m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×14.25m3＝1.425×104kg
3.
（1）变大
解：
（2）水对底盖A的压强
p＝ρ水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.6m＝6×103Pa
浮球浸没在水中时，根据F浮＝ρ水gV排得：
浮球C所受浮力最大，最大浮力为F浮＝ρ水gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10－3m3＝20N
（3）以底盖、竖杆、浮球为整体，它的受力情况是：
竖直向上的浮力、竖直向下的重力和压力，而底盖A、细杆B和浮球C的总重G＝mg＝1kg×10N/kg＝10N
水对底盖A的压力
F1＝pS＝6×103Pa×20×10－4m2＝12N
则F1＞F浮－G，所以装置不能达到设计要求．
若要符合设计要求，则水对底盖A的压力为
F1′＝F浮－G＝20N－10N＝10N
因为F1′＝p′S＝ρ水gh′S，所以水箱中的水位高度为
h′＝
＝
＝
0．5m＝50cm
水箱内水位的高度应维持50cm不变
4.
（1）增大
解：
（2）浮子A堵住进水口时，根据公式p＝
可得，
进水管口水对浮子A的压力F＝p水S进水口＝1.2×105Pa×2.5×10－4m2＝30N
浮子A处于静止状态，所以浮子A受到的浮力F浮＝F＋G＝30N＋10N＝40N
（3）根据阿基米德原理可知F浮＝ρ水gV排，则
浮子A排开水的体积V排＝
＝
＝4×10－3m3
浮子A有
体积露出水面，浮子A的体积V＝
＝
＝5×10－3m3
浮子A的质量m＝
＝
＝1kg
浮子A的密度ρ＝
＝
＝0.2×103kg/m3
5.
（1）减小 增大
解：
（2）水对容器底的压强为p＝ρ水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m＝
1000Pa
因为航母模型漂浮，所以浮力与重力相等：
F浮＝G＝mg＝2kg×10N/kg＝20N
V排＝
＝
＝2×10－3m3
（3）航母模型一直处于漂浮状态，所以放上舰载机后，航母模型所受浮力的增加量应等于舰载机的重力，
ΔF浮＝G舰载机＝m舰载机g＝0.9kg×10N/kg＝9N
ΔV排＝
＝
＝9×10－4m3＝900cm3
放上舰载机之前容器中剩余的体积为ΔV＝0.03m2×（0.4m－0.38m）＝6×10－4m3＝600cm3＜ΔV排
所以放上舰载机后水会溢出，溢出水的体积为
V水溢＝ΔV排－ΔV＝900cm3－600cm3＝300cm3
则溢出水的质量为
m水溢＝ρ水V水溢＝1g/cm3×300cm3＝300g
溢出水的重力为
G水溢＝m水溢g＝0.3kg×10N/kg＝3N
所以放上舰载机后相对水深为0.38m时，容器对水平面增加的压力为舰载机的重力与溢出水的重力之差，即
ΔF＝G舰载机－G水溢＝9N－3N＝6N
容器对水平面的压强增加了
Δp＝
＝
＝200Pa
6.
（1）不变 【解析】由题图乙可以得出，0～40s长方体A未出水面，由p＝ρgh可知，水对水库底面的压强大小不变．
解：
（2）由题图乙可知：
长方体A所受重力GA＝2.4×104N，浸没时受到的拉力F1＝1.4×104N
则露出水前所受浮力
F浮＝GA－F1＝2.4×104N－1.4×104N＝1.0×104N
（3）由F浮＝ρ水gV排得：
长方体A浸没时排开水的体积
V排＝
＝
＝1m3
因为A浸没在水中，所以A的体积：
V＝V排＝1m3
A的质量为m＝
＝
＝2.4×103kg
长方体A的密度为ρA＝
＝
＝2.4×103kg/m3
由题图可知，A的高度：
hA＝vAt′＝0.1m/s×（60s－40s）＝2m
A的横截面积：
S＝
＝
＝0.5m2
A对地面的压力F压＝GA＝2.4×104N
A对地面的压强：
p＝
＝
＝4.8×104Pa
7.
（1）增大
解：
（2）铲斗从A点移到B点经过的路程s＝vt＝2.4m/s×4s＝9.6m
对水平地面的压力F＝G＝mg＝9000kg×10N/kg＝9×104N
对水平地面的压强p＝
＝
＝2×104Pa
（3）运送砂土过程中挖掘机做的总功
W总＝P送t总＝6×104W×（4s＋2s）＝3.6×105J
8.
（1）分子在永不停息地做无规则运动
解：
（2）垃圾车满载时对路面的压力：
F＝G＝mg＝（7000kg＋8000kg）×10N/kg＝1.5×105N
对路面的压强：
p＝
＝
＝1.5×106Pa
（3）垃圾车匀速行驶，受力平衡，牵引力等于阻力
F牵＝f＝0.1G＝0.1×1.5×105N＝1.5×104N
牵引力做的功：
W＝F牵s＝1.5×104N×103m＝1.5×107J
所用时间：
t＝
＝
＝
＝50s
发动机牵引力做功的功率：
P＝
＝
＝3×105W
9.
（1）通电导线在磁场中受力转动 增大 【解析】电动机是利用通电导线在磁场中受力而转动的原理工作的；由于摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关，所以车轮上刻有花纹是通过增大接触面的粗糙程度的方法增大摩擦的．
解：
（2）电动滑板车的质量（载人）是70kg，所以此时：
F＝G＝mg＝70kg×10N/kg＝700N
故压强是：
p＝
＝
＝3.5×105Pa
电动滑板车的速度是：
v＝
＝
＝8m/s
（3）因为电动滑板车在牵引力的作用下做匀速运动，所以F牵＝f＝0.05G＝0.05×700N＝35N
牵引力做的功为：
W＝F牵s＝35N×2400m＝8.4×104J
牵引力做功的功率是为：
P＝
＝
＝280W
10.
（1）压力 惯性 【解析】紧急刹车时，车闸和车轮之间的压力增大，摩擦力增大，这是通过增大压力来增大摩擦的，当然车在刹车前主要是滚动摩擦，刹车后主要是滑动摩擦，因此这还是通过变滚动为滑动增大摩擦．因为车是运动的，所以刹车后，由于惯性，车还要保持原来的运动状态继续向前运动．
解：
（2）小轿车空载时对地面的压力是：
F＝G＝mg＝1.5×103kg×10N/kg＝1.5×104N
小轿车对地面的压强是：
p＝
＝
＝7.5×104Pa
（3）小轿车10min克服阻力所做的功为：
W＝Pt＝60×103W×10×60s＝3.6×107J
因为小车做匀速直线运动所以牵引力等于阻力，由P＝
＝
＝Fv可得，小轿车受到的阻力是：
f＝F＝
＝
＝3×103N
（4）小志爸爸要完成一次旅程回到家的行程至少是50km×2＝100km，查表得耗油量正好是10L，而现在车上剩余油量是6L，所以至少还要加油10L－6L＝4L，加这些油需要的钱数是：
6.3元/L×4L＝25.2元
11.
（1）省力 【解析】根据Fs＝Gh，由于斜面长大于斜面高，所以使用斜面可以省力；使用任何机械都不能省功．
解：
（2）不考虑摩擦时，有Fs＝Gh
故需要的推力是：
F＝
＝
＝100N
（3）有用功是：
W有用＝Gh＝800N×0.5m＝400J
总功是：
W总＝Fs＝125N×4m＝500J
斜面的机械效率是：
η＝
×100%＝
×100%＝80%
额外功是：
W额外＝W总－W有用＝500J－400J＝100J
箱子和斜面间的摩擦力是：
f＝
＝
＝25N
12.解：
（1）建筑材料对罐笼底面的压力
F压＝G＝mg＝280kg×10N/kg＝2800N
建筑材料对罐笼底面的压强p＝
＝
＝2000Pa
（2）建筑材料被匀速提升10m所需要的时间
t＝
＝
＝20s
拉力所做的功为W总＝Pt＝2.1×103W×20s＝4.2×104J
（3）提升建筑材料所做的有用功
W有＝Gh＝2800N×10m＝2.8×104J
提升机的机械效率
η＝
×100%＝
×100%≈66.7%
变大
13.
（1）小 【解析】由杠杆的平衡条件F1L1＝F2L2（动力×动力臂＝阻力×阻力臂）可知，当动力与动力臂不变时，阻力与阻力臂成反比；即阻力臂越大，阻力越小；阻力臂越小，阻力越大．由“塔吊”结构图可知，动力与动力臂都不变，当E点越靠近D点时，力臂越长，能安全吊起重物的最大质量就越小．
解：
（2）沿水平方向慢慢旋转90°，钢材在水平方向上虽然移动了一段距离但是不受力的作用，所以此过程不做功．只在重力方向上做了功，所以塔吊对钢材做功
W＝Gh＝mgh＝1.2×103kg×10N/kg×10m＝1.2×105J
（3）由图可知，有两段绳子吊着物体，且v物＝1.5m/s，所以绳子末端移动的速度为v绳＝2v物＝2×1.5m/s＝3m/s
又因为P＝75kW＝7.5×104W，所以水平拉力F为
F＝
＝
＝
＝
＝2.5×104N
因为G＝4×104N，所以滑轮组的机械效率为：
η＝
×100%＝
×100%＝
×100%＝
×100%＝80%
14.
（1）费力
解：
（2）起重机的重力
G1＝m1g＝8×103kg×10N/kg＝8×104N
设备重：
G2＝4000N
起重机对地面的压力：
F＝G1＋G2＝8×104N＋4000N＝8.4×104N
根据压强公式p＝
可得，支架与地面的接触面积
S＝
＝
＝1.2m2
（3）绳子自由端移动的距离：
s＝2h＝2×3m＝6m
有用功：
W有＝Gh＝4000N×3m＝1.2×104J
总功：
W总＝Fs＝2500N×6m＝1.5×104J
额外功：
W额＝W总－W有＝1.5×104J－1.2×104J＝3000J
起重机的机械效率：
η＝
×100%＝
×100%＝80%
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