16重难专项四 简单机械综合计算-【智乐星中考·中考备战】2025年山东省菏泽市中考物理精练本

1 重难专项四 简单机械综合计算 建议用时：25分钟 2 1.(2024·宜宾)质量为500 kg的物体M，与水平地面的接触面积为0.2 m2，用如图所示的滑轮组沿水平方向将物体M从A点匀速拉到B点，AB距离为10 m，物体M在地面滑动过程中受到的阻力是其重力的0.2倍，在此过程中，因动滑轮和绳的重力以及绳与滑轮间的摩擦而做的额外功W0=200 J，g取9.8 N/kg。求在此过程中： (1)物体M受到的重力； (2)物体M对地面的压强； (3)滑轮组对物体M做的功； (4)如果电动卷扬机的效率是80%，此电动卷扬机消耗的电能。 1 3 题序 2 4 3 解：(1)物体M受到的重力： G=mg=500 kg×9.8 N/kg=4 900 N。 (2)因地面水平，物体M对地面的压力： F=G=4 900 N， 物体M对地面的压强： p===24 500 Pa。 1 3 题序 2 4 4 (3)因物体M做匀速直线运动，受力平衡，滑轮组对物体M的拉力： F=f=0.2G=0.2×4 900 N=980 N， 滑轮组对物体M做的功： W有用=Fs=980 N×10 m=9 800 J。 (4)电动卷扬机做的总功： W总=W有用+W0=9 800 J+200 J=1×104 J， 电动卷扬机消耗的电能： W电===12 500 J。 1 3 题序 2 4 5 2.(2024·日照莒县二模)某校科技小组，设计了如图所示的一套从水中打捞物体的装置，动滑轮的重力为50 N，物体A的密度为1.5×103 kg/m3，体积为0.04 m3，通过滑轮组把A从水中匀速提升(A始终未露出水面)，不计绳重、摩擦及水的阻力，ρ水=1.0×103 kg/m3，g=10 N/kg。求： (1)物体A在水中浸没时所受浮力； (2)物体A的重力； (3)滑轮组的机械效率； (4)若人受到的重力为625 N，与水平地面的接触 面积为500 cm2，人对地面的压强。 1 3 题序 2 4 6 解：(1)因为物体A浸没在水中，所以A排开水的体积： V排=V=0.04 m3， 物体A在水中浸没时所受的浮力： F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.04 m3=400 N。 (2)由ρ=可知，物体A的质量： m=ρV=1.5×103 kg/m3×0.04 m3=60 kg， 物体A的重力： G=mg=60 kg×10 N/kg=600 N。 1 3 题序 2 4 7 (3)由图可知，动滑轮上绳子段数n=2，不计绳重、摩擦及水的阻力，物体A浸没在水中时受到的拉力： F拉=G-F浮=600 N-400 N=200 N， 物体A露出水面前，绳端的拉力： F=(F拉+G动)=×(200 N+50 N)=125 N， 滑轮组的机械效率： η=×100%=×100%==×100%=×100%=80%。 1 3 题序 2 4 8 (4)水平地面对人的支持力F'=G人-F=625 N-125 N=500 N，故人对水平地面的压力： F压=F'=500 N， 人对地面的压强： p===1×104 Pa。 1 3 题序 2 4 9 3.(2024·泰安肥城一模)正在建设的某新区有多台塔吊24小时不停工作，被称为中国最大的塔吊群。如图甲所示，塔吊的塔臂相当于以O点为支点的杠杆，起重臂上的滑轮组如图乙所示。已知配重质量为4.5×103 kg，塔吊钢丝绳拉力F的功率为9 kW，平衡臂长10 m，在拉力F的作用下，重为2×104 N的货箱以0.4 m/s的速度匀速竖直上升。不计摩擦、钢丝绳重和塔臂自身的重力，g取10 N/kg。求： 1 3 题序 2 4 10 (1)动滑轮的质量； (2)塔吊滑轮组的机械效率(百分号前保留一位小数)； (3)当塔臂在水平位置平衡时，货箱离支点O的水平距离。 1 3 题序 2 4 11 解：(1)由图可知，动滑轮上绳子段数n=3，根据P===Fv'=Fnv可知，塔吊钢丝绳拉力： F===7.5×103 N， 不计摩擦、钢丝绳重和塔臂自身的重力，由拉力F=(G+G动)可得，动滑轮重： G动=nF-G=3×7.5×103 N-2×104 N=2.5×103 N， 动滑轮的质量：m===250 kg。 1 3 题序 2 4 12 (2)滑轮组的机械效率： η=×100%=×100%=×100%=×100%≈88.9%。 (3)配重受到的重力： G配重=m配重g=4.5×103 kg×10 N/kg=4.5×104 N， 货箱和动滑轮的总重： G总=G+G动=2×104 N+2 500 N=2.25×104 N， 1 3 题序 2 4 13 由杠杆平衡条件得：G配重×l平衡臂=G总×l， 即4.5×104 N×10 m=2.25×104 N×l， 解得：l=20 m，即货箱离支点O的水平距离为20 m。 1 3 题序 2 4 14 4.【新考法·实践应用】(2024·遂宁)遂宁大英的卓筒井被誉为“世界近代石油钻井之父”，是手工制盐的活化石。从井中提取盐卤水是制盐过程中的关键环节，其装置如图甲所示。某科创小组制作了一个模型来模拟提取过程，如图乙所示，图中的竹制汲卤筒顶端开口，底部装有硬质单向阀门；竹条具有韧性，对汲卤筒可以产生压力或拉力。汲卤筒在盐卤水中下降时单向阀门绕O点转动打开，盐卤水进入筒中；当汲卤筒上升时，单向阀门绕O点转动关闭。已知汲卤筒的高为2 m，质量为2.4 kg，密度为0.6×103 kg/m3，盐卤水的密度为1.1×103 kg/m3(汲卤筒底和阀门厚度及质量不计；g取10 N/kg)。 求： 1 3 题序 2 4 15 (1)汲卤筒实心部分的体积； (2)汲卤筒浸没在盐卤水中时受到的浮力大小； (3)汲卤筒浸没在盐卤水中静止时，竹条对它所施加力的大小和方向； (4)取出装满盐卤水的汲卤筒后，在竖直状态下，要将阀门刚好顶开至少需用多大的力(筒的取水口与单向阀门均看作面积为30 cm2的圆形；盐卤水对阀门压力的作用点等效在阀门圆心处)。 1 3 题序 2 4 16 解：(1)汲卤筒实心部分的体积： V===0.004 m3。 (2)汲卤筒浸没在盐卤水中时，排开盐卤水的体积V排=V=0.004 m3，其受到的浮力： F浮=ρ盐卤水gV排=1.1×103 kg/m3×10 N/kg×0.004 m3=44 N。 1 3 题序 2 4 17 (3)汲卤筒的重力：G=mg=2.4 kg×10 N/kg=24 N， 汲卤筒浸没在盐卤水中静止时，处于平衡状态，此时竹条对它所施加力为压力，故有F浮=G+F压，所以竹条对它所施加力的大小：F压=F浮-G=44 N-24 N=20 N， 方向与重力方向相同，为竖直向下。 1 3 题序 2 4 18 (4)盐卤水对阀门的压强： p=ρ盐卤水gh=1.1×103 kg/m3×10 N/kg×2 m=2.2×104 Pa， 根据p=可得，盐卤水对阀门的压力： F'=pS=2.2×104 Pa×30×10-4 m2=66 N， 单向阀门相当于一个杠杆，根据杠杆平衡条件可知，当顶开阀门的力作用在与O点关于圆心对称的点上时，此时动力臂最大，阻力与阻力臂的乘积不变，动力最小，有F″×2r=F'×r，所以将阀门刚好顶开的最小力： F″===33 N。 1 3 题序 2 4 19 $$