内容正文:
计算专题
类型1 力和运动类
1.科研人员对月球车(如图1)进行了测试。月球车在水平地面上匀速直线行驶180 m,用时60 min。若月球车的质量为140 kg,它受到地面的摩擦力为所受重力的,它的轮子与地面接触的总面积为0.02 m2。求:(g取10 N/kg)
图1
(1)月球车受到的重力;
(2)月球车静止时对水平地面的压强;
(3)月球车在测试过程中克服摩擦力做功的功率。
2.深圳市是水资源短缺城市,为满足水资源保障要求,松子坑水库使用电动船“松子坑水库001号”(如图2所示)进行日常的水质监测和巡逻。已知“松子坑水库001号”重5.7×104 N,满载时排开水的体积为6 m3,吃水深度为1.5 m。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
图2
(1)空载时,“松子坑水库001号”在水面上静止时受到的浮力________(选填“大于”“等于”或“小于”)它自身的重力。
(2)满载时,“松子坑水库001号”船底所受水的压强是多少?
(3)满载时,“松子坑水库001号”在水面上静止时所受的浮力是多少?
(4)若工作人员的平均质量为70 kg,则“松子坑水库001号”最多可供几位工作人员同时乘坐?
3.2025年12月10日,深圳市大鹏新区无人机测试基地正式启用,为深圳打造“全球低空经济第一城”注入强劲动力。下表是某款载人飞行器的部分参数,如图3所示,某次载人测试时,该飞行器以最小功率匀速竖直上升了60 m,用时30 s。(g取10 N/kg)
着地总面积
0.05 m2
发动机输出功率
最大功率:100 kW
最小功率:60 kW
图3
(1)若空载状态下,该飞行器静止时对地面的压强为3.2×105 Pa,则该飞行器的质量是多少?
(2)在竖直上升过程中,该飞行器发动机所做的功是多少?
(3)在竖直上升过程中,该飞行器发动机提供的牵引力是多少?
4.图4甲所示是一款智能无人配送车,其总重为2×103 N,静止时对地面的压强为5×104 Pa。某次配送过程中,该车在平直公路上以3 kW的额定功率由静止开始运动,其配送过程的速度随时间变化的图像如图乙所示,已知配送车在匀速行驶时所受的阻力为车总重的 。求:
图4
(1)配送车静止时与地面的总接触面积;
(2)在此次配送过程中,配送车发动机做的总功;
(3)在此次配送过程中,配送车行驶的最大速度。
5.图5甲为某港口运输船作业的情景,立方体工件A必须隔绝空气浸没在水中运输。如图乙所示,钢缆绳拉着工件A从某一高度沿竖直方向匀速下降放入集装箱内的水中,图丙是钢缆绳对A的拉力F随时间t变化的图像。(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)求:
图5
(1)工件A浸没后受到的浮力;
(2)工件A的体积;
(3)工件A的密度。
类型2 简单机械类
6.藉车(如图6甲所示)是春秋战国时期的一种投石机,图乙是其结构的简化示意图,固定柱深埋地下保证藉车的稳定,捽臂AB可绕O点转动,在B处的马颊内放重石。一个士兵用大小为300 N的力F竖直向下拉绳时,刚好将石块抬起,此时石块的重力G为100 N,阻力臂L2为1.2 m,g取10 N/kg。(不计藉车自身的重力及摩擦)
图6
(1)请在图乙中画出动力F的动力臂l1;
(2)求动力臂l1的长度。
7.图7为一拉杆行李箱的示意图,B为其重心,BC为竖直方向,A为拉杆端点,已知行李箱的质量为18 kg,OA长120 cm,OC长20 cm。(g取10 N/kg)则
图7
(1)行李箱的重力是多少?
(2)若要使行李箱保持如图所示的状态,至少要在A点施加多大的力?
8.图8是一种牵引式矿车的工作原理图,现用该滑轮组拉着重5×103 N的矿车A在5 s内沿水平方向匀速运动2 m,拉力F的大小恒为200 N,该滑轮组的机械效率为80%。求:
图8
(1)拉力F做的功;
(2)拉力F做功的功率;
(3)矿车A与地面之间的摩擦力。
9.小明家中有图9所示的晾衣杆套组,查询说明书得知晾衣杆(含动滑轮)的总质量为2 kg。晾衣前,小明用体重计测得衣服的质量为6 kg。挂好衣服后,让晾衣杆保持水平,小明摇动手柄使晾衣杆匀速上升1 m,不计绳重、衣架重及摩擦(g取10 N/kg)。求:
图9
(1)摇柄端绳子的拉力;
(2)小明做的有用功;
(3)该过程中晾衣杆套组的机械效率。
10.为规范停车秩序,某交警大队对违章停放的车辆进行拖移(如图10甲),其工作原理如图乙所示。已知斜面高1 m,长5 m,钢绳对重1.5×104 N的小车施加沿斜面方向大小为5×103 N的拉力F,将其从斜面底端匀速拉至斜面顶端,用时20 s。求:
图10
(1)拉力F做功的功率;
(2)斜面的机械效率;
(3)小车在斜面上受到的摩擦力。
计算专题
1.解:(1)月球车受到的重力
G=mg=140 kg×10 N/kg=1 400 N
(2)月球车静止时对水平地面的压强
p====7×104 Pa
(3)月球车在测试过程中受到的摩擦力
f=G=×1 400 N=420 N
克服摩擦力做的功W=fs=420 N×180 m=75 600 J
克服摩擦力做功的功率P===21 W
答:(1)月球车受到的重力为1 400 N;(2)月球车静止时对水平地面的压强为7×104 Pa;(3)月球车在测试过程中克服摩擦力做功的功率为21 W。
2.解:(1)等于
(2)满载时,“松子坑水库001号”船底所受水的压强
p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1.5 m=1.5×104 Pa
(3)满载时,“松子坑水库001号”在水面上静止时所受的浮力F浮=G排=m排g=ρ水V排g=1.0×103 kg/m3×6 m3×10 N/kg=6×104 N
(4)“松子坑水库001号”和乘船工作人员的最大总重力Gmax=F浮=6×104 N
乘船的工作人员的最大总重力
G总=Gmax-G船=6×104 N-5.7×104 N=3×103 N
由G=mg可得,乘船的工作人员的最大总质量
m总===300 kg
乘船的工作人员的最大人数n===4
所以最多可供4位工作人员同时乘坐。
答:(1)等于;(2)满载时,“松子坑水库001号”船底所受水的压强为1.5×104 Pa;(3)满载时,“松子坑水库001号”在水面上静止时所受的浮力为6×104 N;(4)“松子坑水库001号”最多可供4位工作人员同时乘坐。
3.解:(1)由p=可得,该飞行器对地面的压力
F压=pS=3.2×105 Pa×0.05 m2=1.6×104 N
由G=mg可得,该飞行器的质量
m====1 600 kg
(2)由P=可得,在竖直上升过程中,该飞行器所做的功
W=Pt=60×103 W×30 s=1.8×106 J
(3)由W=Fs可得,在竖直上升过程中,该飞行器发动机提供的牵引力F牵===3×104 N
答:(1)该飞行器的质量是1 600 kg;(2)在竖直上升过程中,该飞行器发动机所做的功是1.8×106 J;(3)在竖直上升过程中,该飞行器发动机提供的牵引力是3×104 N。
4.解:(1)由p=可得,配送车静止时与地面的总接触面积
S====0.04 m2
(2)由P=可得,在此次配送过程中,配送车发动机做的总功W=Pt=3×103 W×5×60 s=9×105 J
(3)匀速行驶过程中配送车所受的牵引力
F=f= G=×2×103 N=200 N
由题图乙可知,配送车匀速行驶时速度最大。
由P===Fv可得,配送车在此次配送过程中行驶的最大速度vmax===15 m/s
答:(1)配送车静止时与地面的总接触面积为0.04 m2;
(2)在此次配送过程中,配送车发动机做的总功为9×105 J;
(3)在此次配送过程中,配送车行驶的最大速度为15 m/s。
5.解:(1)由题图可知工件A的重力G=F1=2×104 N
工件A浸没后受到的浮力
F浮=G-F2=2×104 N-1×104 N=1×104 N
(2)由F浮=G排=m排g=ρ液V排g可得,工件A的体积
V=V排===1 m3
(3)由G=mg可得,工件A的质量
m===2×103 kg
工件A的密度ρA===2×103 kg/m3
答:(1)工件A浸没后受到的浮力为1×104 N;(2)工件A的体积为1 m3;(3)工件A的密度为2×103 kg/m3。
6.解:(1)如答图1所示
答图1
(2)由杠杆的平衡条件可得:F×l1=G×l2
动力臂l1的长度:l1===0.4 m
答:(1)如答图1所示;
(2)动力臂l1的长度为0.4 m。
7.解:(1)行李箱的重力G=mg=18 kg×10 N/kg=180 N
答图2
(2)在A点施加如答图2所示的力F时,所需的力最小,力F的力臂为OA,由杠杆平衡条件可得F×OA=G×OC
在A点施加的最小力
F===30 N
答:(1)行李箱的重力是180 N;
(2)至少要在A点施加30 N的力。
8.解:(1)由题图可知,动滑轮上的绳子段数n=3
绳子自由端移动的距离s绳=ns车=3×2 m=6 m
拉力F做的功W总=Fs绳=200 N×6 m=1 200 J
(2)拉力F做功的功率P===240 W
(3)由η=可得,该滑轮组做的有用功
W有用=ηW总=80%×1 200 J=960 J
由W=Fs可得,矿车A与地面之间的摩擦力
f===480 N
答:(1)拉力F做的功为1 200 J;
(2)拉力F做功的功率为240 W;
(3)矿车A与地面之间的摩擦力为480 N。
9.解:(1)晾衣杆(含动滑轮)的总重力
G杆=m杆g=2 kg×10 N/kg=20 N
衣服的重力G衣=m衣g=6 kg×10 N/kg=60 N
由题图可知,动滑轮上的绳子段数n=4
摇柄端绳子的拉力F===20 N
(2)小明做的有用功W有用=G衣h=60 N×1 m=60 J
(3)摇柄端绳子移动的距离s=nh=4×1 m=4 m
小明做的总功W总=Fs=20 N×4 m=80 J
该过程中晾衣杆套组的机械效率
η===0.75=75%
答:(1)摇柄端绳子的拉力为20 N;
(2)小明做的有用功为60 J;
(3)该过程中晾衣杆套组的机械效率为75%。
10.解:(1)拉力F做的总功
W总=Fs=5×103 N×5 m=2.5×104 J
拉力F做功的功率P===1.25×103 W
(2)拉力F做的有用功
W有用=Gh=1.5×104 N×1 m=1.5×104 J
斜面的机械效率η===0.6=60%
(3)拉力F做的额外功
W额外=W总-W有用=2.5×104 J-1.5×104 J=1×104 J
由W=Fs可得,小车在斜面上受到的摩擦力
f===2×103 N
答:(1)拉力F做功的功率为1.25×103 W;
(2)斜面的机械效率为60%;
(3)小车在斜面上受到的摩擦力为2×103 N。
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