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物 理
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研究河北新考情 更懂中考新方向
河北新中考
物理
精讲册
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第二部分 专题复习 高分保障
专题一 力的综合应用
(四)力学综合计算
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1.简单机械+浮力综合计算考古学家在黄海海域发现 甲午海战沉船“致远舰”的 消息轰
动了整个考古界,随着水下考古工作的进行,一些重要文物近日陆续出水重见天日。
关于这艘在海水中沉睡了120余年的战舰是如何被 打捞起的谜题也逐步解开。现某课
外活动小 组,照此设计了如图所示的简单机械,模拟打捞沉船,实验中用实心立方体
A 代替沉船,已知A 的体积为0. 1m³, 质量为280 kg(设整个过程A 均为匀速直线运动状
态,忽略钢缆绳 重及滑轮摩擦,不考虑风浪、水流等因素的影 响,g 取9.8 N/kg)。
(1)A 完全浸没在水中时受到的浮力是多少? (ρ水=1.0×10³kg/m³)
解: A 完全浸没在水中时受到的浮力
F 浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×10³kg/m³×9.8 N/kg×0.1m³=980 N
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(2)若A 完全浸没在水中时,滑轮组的机械效 率为60%,动滑轮的重力是多少?
解:物体A 的重力G=mg=280 kg×9.8N/kg=2744 N
A 完全浸没在水中时,总功为 W 总 =(G+G动-F 浮)h,有用功为W 有用= (G-F 浮)h
所以,滑轮组的机械效率η
解 得G动=1176 N
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(3)A 完全打捞出水面后,岸上钢绳的拉力 F 为多少?
解:由图可知,n=5
A 完全打捞出水面后,岸上钢绳的拉力
N
(4)若A 完全打捞出水面后,以0. 1 m/s 的 速 度匀速提升,则岸上钢绳拉力 F
的 功 率 为 多少?
解:A 完全打捞出水面后,以0. 1 m/s 的 速 度 被匀速提升时,绳端的速度
V绳=nV物=5×0.1 m/s=0.5 m/s
岸上钢绳拉力F 的功率
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2.简单机械+浮力+压强综合计算 某同学设计 了如图甲所示的船只升降实验模型。模
型中 的船厢A 和所盛水的总重为4 N, 圆柱形浮筒 B 底面积为100 cm², 重为18 N 。电路
中电源 电压恒定,R₀ 为定值电阻,压敏电阻Rx ( 表 面 绝缘,厚度不计)固定于容器 C
底部,Rx上 表 面面积为50 cm²,Rx阻值随所受水的压力变化关系如图乙所示。关闭排
水阀,向C 中注入 适量水后关闭进水阀,装置静止时,测得 C 中 水深为10 cm,B 浸
入水中的深度为8 cm ( 未 浸 没 ),闭合开关 S, 此 时 电 流 表 示 数 I₁=20 mA;再次打开
进水阀,向 C 中缓慢注入 一 定质量的水,浮筒 B 上升,使A 下降60 cm, 稳 定后,B
浸入水中的深度仍为8 cm, 电流表示 数 I₂=12mA。不计绳重和摩擦,水的密度 ρ水=
1.0×10³kg/m³,g 取10 N/kg 。求 :
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(1)B 浸入水中的深度为8 cm 时所受
的浮力;
解:当B 浸入水中的深度为8 cm 时,浸入水
中的体积 V排= VB水下=SBhB 下=100×10⁻⁴ m²×
8×10⁻²m=8×10⁻⁴m³
B浸入水中的深度为8 cm 时所受的浮力
F浮B=ρ水gV排=1.0×10³kg/m³×10 N/kg×8×10-4m³=8N
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解:模型中的船厢A 和所盛水的总重为4 N,由图甲可知 滑轮组绳子有效段数n=3,
绳子自由端的拉力F A==4 N,
解得 G动=2 N
(2)动滑轮的重力;
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解:当水深为10cm 时,水对容器C底部压强
pc=ρghc=1.0×10³kg/m³×10N/kg×10×10⁻²m=1× 10³Pa
容器底部受到的压力
Fc=pcSc=1×10³Pa×50×10⁻⁴m²=5N
(3)C 中水深为10 cm 时 Rx所受水的压力;
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解:当浮筒B 浸入水中的深度仍为8 cm 时,在容器C 中 再注入一定质量的水,浮
筒 B 将上升,使船厢 A 下 降60 cm,浮筒B 浸入水中的深度不变,此时水面上升高度
△h=×60cm=20cm,hc'=10cm+20 cm=30 cm 容器底部受到水的压强
pc'=ρ水 ghc'=1.0×10³kg/m³×10 N/kg×30×10⁻²m=3000Pa
容器底部受到水的压力Fc'=pc'Sc=3000 Pa×50×10⁻⁴m²=15N
由图乙可知,当压力为5N 时 ,Rx=60 Ω;当压力为15 N时 ,Rx'=140 Ω;
根据欧姆定律I=可得电源电压 U= I₁(R+R₀)=0.02 A×(60Ω+R₀)
U=I₂(Rx'+R₀)=0.012 A×(140 Ω+R₀) 解得R₀=60 Ω。
(4)R0的阻值。
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3.力热综合计算某建筑工地上,起重机在内将质量为 的重物沿竖直方向匀
速提升,此过程起重机消耗柴油。柴油的热值, 取
。
(1)求重物上升的速度;
解:重物上升的速度 ;
(2)求起重机提升重物的功率;
解:起重机提升重物所做的有用功
起重机提升重物的功率
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(3)若将起重机提升重物做的功与消耗的柴油完全燃烧释放的热量之比定义为其
提升效率,用字母 表示,求起重机的提升效率。
解:消耗的柴油完全燃烧放出的热量
起重机的提升效率
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4.力电综合计算如图甲是某新型太阳能汽车,该汽车的动力完全由安装在车顶的电
池板收集的太阳能提供。接收太阳能的电池板面积为 。某次试车过程中,该
车在水平路面上以恒定功率做直线运动, 图像如图乙所示。已知,汽车
(包括司乘人员)的总质量为 ,汽车行驶过程中所受阻力大小为车重的0.02倍,
取 。求:
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(1)汽车的功率 ;
解:汽车的总重力
汽车行驶过程中所受的阻力
汽车匀速行驶时,牵引力与阻力是一对平衡力,即 ,
由图乙可知,汽车匀速行驶时的速度 ,
则汽车的功率
(2)在 内汽车牵引力做的功;
解:由可知, 内汽车牵引力做的功
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(3)若电池板吸收的太阳能转化为汽车的机械能的效率为 ,则太阳光照射到
电池板单位面积上的功率为多少瓦?(假设汽车运动过程中太阳光照情况不变)
解:由 可知,太阳光照射到地面的总功率
,
太阳光照射到电池板单位面积上的功率
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