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1、精选优质文档-倾情为你奉上力学综合题21个一、浮力及相关力学综合1. 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600 kg的水，水位高度维持h60 cm不变，水箱底面积为1 m2，水箱底部出水口的横截面积为20 cm2.底盖A、细杆B和浮球C的总质量为1 kg，浮球C的体积为2 dm3.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)水箱中的水对底盖A产生的压强是多少？(2)浮球C受到的最大浮力是多少？(g取10 N/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
2、符合设计要求的数据.第1题图【答案】解：(1)水对底盖A的压强p水gh1.0103 kg/m310 N/kg0.6 m6103 Pa(2)浮球浸没在水中时，根据F浮水gV排得：浮球C所受浮力最大，最大浮力为F浮水gV排1.0103 kg/m310 N/kg2103 m320 N(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Gmg1 kg10 N/kg10 N水对底盖A的压力F1pS6103 Pa20104 m212 N则F1F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F1F浮G20 N10 N10
3、 N因为F1pSghS，所以水箱中的水位高度为h0.5 m50 cm水箱内水位的高度应维持50 cm不变.2. 将一重为1.5 N、底面积为20 cm2 的溢水杯放在水平桌面上，向杯内装入重2.5 N的水，水面恰好到达溢水口，将一物块轻轻放入杯内，静止时如图所示，在此过程中溢出40 cm3 的水.求：(g取10 N/kg)(1)物块未放入之前溢水杯对桌面的压强是多大？第2题图(2)物块受到的浮力及物块的重力各是多少？(3)当用一细铁丝将物块完全压入水中时，又排出10 cm3的水，物块的体积是多大？物块的密度是多少？【答案】解：(1)未放入物块前溢水杯对桌面的压力FG杯G水1.5 N2.5 N4
4、 N受力面积S20 cm22103 m2，溢水杯对桌面的压强 p2103 Pa(2)物块受到的浮力F浮G排m水g水V排g1.0103 kg/m34105 m310 N/kg0.4 N由于物块静止时处于漂浮状态，所以物块的重力GF浮0.4 N(3)物块的体积V物V排V排40 cm310 cm350 cm35105 m3物块的质量m物0.04 kg物块的密度物0.8103 kg/m33. 如图甲所示为服役于中国海军的导弹护卫舰.该舰满载时排水量是4 053 t，吃水深度5 m，最大航速50 km/h.如图乙所示是护卫舰从启动到正常行驶的vt图像，该舰输出功率恒为25 600 kW.(g取10 N/
5、kg，海水1.02 g/cm3)(1)在00.2 h内，护卫舰的动力阻力(选填“大于”“等于”或“小于”).(2)护卫舰满载时船底受到的压强和压力各是多少？(3)护卫舰匀速向前航行时，水对护卫舰的阻力是多少？(计算结果保留两位小数)第3题图【答案】(1)大于【解析】由图像乙可知在00.2 h内护卫舰的速度不断增大，是加速运动的，所以它的动力大于阻力.解：(2)护卫舰满载时底部受到的压强是：p海水gh1.02103 kg/m310 N/kg5 m5.1104 Pa护卫舰满载时受到的浮力是：F浮G排m排g4 053103 kg10 N/kg4.053107 N护卫舰满载时船底受到的压力是：F压F浮
6、4.053107 N(3)由PFv可得，护卫舰的动力是：F1.84106 N4. 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1.2 m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1.2105 Pa，管口横截面积为2.5 cm2，贮水箱底面积为 0.8 m2，浮子A重10 N.(g取10 N/kg)求：第4题图(1)注水过程中，随着水位上升，水对水箱底部的压强.(2)此时浮子A受到的浮力为多大？(3)浮子A的密度是多少？【答案】(1)增大【解析】(2)随着水位上升，水对水箱底部的压强逐渐增大.
7、解：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Fp水S进水口1.2105 Pa2.5104 m230 N浮子A处于静止状态，所以浮子A受到的浮力F浮FG30 N10 N40 N(3)根据阿基米德原理可知F浮水gV排，则浮子A排开水的体积V排4103 m3浮子A有体积露出水面，浮子A的体积V5103 m3浮子A的质量m1 kg浮子A的密度0.2103 kg/m35. 2017年4月11日上午，“雪龙号”极地考察船按计划完成中国第33次南极考察保障工作，顺利停靠位于上海的极地考察国内基地码头，为其第20次征战南极画上了圆满的句号.如图所示，“雪龙号”总长167.0 m，满载吃水深
8、度为9.0 m，满载排水量21 000 t.求：(1)“雪龙号”满载时船底受到海水的压强是多少？(海水密度为1.03103 kg/m3)第5题图(2)满载的“雪龙号”受到的浮力是多少？(3)已知“雪龙号”在1 m厚冰层海域破冰航速为 1 m/s，前行时所受的阻力为1.5107 N，则“雪龙号”在1 m厚冰层海域破冰前行10 min，克服阻力所做的功是多少？【答案】解：(1)船底受到的压强pgh1.03103 kg/m310 N/kg9 m9.27104 Pa(2)满载排水量m排21 000 t2.1107 kg满载时“雪龙号”所受到的浮力为F浮G排m排g2.1107 kg10 N/kg2.11
9、08 N(3)船前行的路程svt1 m/s1060 s600 m克服阻力所做的功Wfs1.5107 N600 m9109 J6. 如图所示为某公共卫生间的冲水装置原理图.浮子A是边长为20 cm的正方体，盖片B的质量为1 kg，表面积为100 cm2，厚度不计，连接A、B的杆长为20 cm，体积和质量都不计.当供水管流进水箱的水刚好浸没浮子A时，盖片B被拉开，水通过排水管实现自动冲洗(水的密度为1103 kg/m3，g取10 N/kg)，求：第6题图(1)当水箱的水变深时，水箱底部受到的水压强(选填“增大”“减小”或“不变”).(2)当水箱的水只有20 cm深时，水箱底部受到水的压强为多少？当
10、水箱的水刚好浸没浮子A，盖片B将被拉开时，水对盖片B的压力是多少？(3)浮子A的密度是多少？【答案】(1)增大解：(2)水箱底部受到水的压强：p水gh1.0103 kg/m310 N/kg0.2 m2103 Pa水刚好浸没浮子A时，水对盖片B的压强为pB，压力为FB，pB水gh1103 kg/m310 N/kg(0.2 m0.2 m)4103 PaFBpBSB4103 Pa100104 m240 N(3)设浮子A的密度为A，水刚浸没浮子A时它受到的浮力FA浮水V排g水V排g1.0103 kg/m3(0.2 m)310 N/kg80 N因为FA浮mAgmBgFB即：80 NmAg1 kg10 N
11、/kg40 N所以A的质量：mA3 kgA375 kg/m37. 图甲为同学们自制的潜水艇模型.把模型放入一个水槽里，逐渐往水槽注入水，待模型漂在水面上过一段时间后，注水的同时又将注射器内的活塞向外拉.图乙为注水过程中模型所受到的浮力与水深度之间的关系图像，请回答下列问题.(g取10 N/kg)第7题图(1)该“潜水艇”模型从漂浮到完全浸入水中的过程，受到的浮力变化情况是.(2)距离水面5 cm时，该处水的压强是多少？(3)该“潜水艇”模型的质量为多少？该“潜水艇”模型悬浮在水中时，整体的密度是多少？【答案】(1)逐渐变大【解析】从漂浮到完全浸入水中的过程，“潜水艇”排开水的体积在不断增大，根
12、据阿基米德原理可知，“潜水艇”受到浮力逐渐变大.解：(2)水面下5 cm深处的压强为p水gh1.0103 kg/m310 N/kg0.05 m500 Pa(3)“潜水艇”未注水时它的浮力等于重力，由图像可知此时浮力为0.3 N，则它的质量为m0.03 kg“潜水艇”悬浮在水中时，受到的浮力从图像中可以看出：F浮0.6 N 由公式F浮gV排可知“潜水艇”的体积为VV排6105 m3此时“潜水艇”的质量m10.06 kg则“潜水艇”的密度为1103 kg/m3二、以简单(匀速)运动为背景8. 电动车以其环保、快捷、轻便的优势，成为家庭常用的交通工具.如图所示的这辆电动车自身重力为600 N，在水平
13、公路上匀速直线行驶了4.8 km用了10 min，行驶时受到的阻力是 40 N.求：第8题图(1)电动车轮子的轮胎上刻有许多花纹是为了.(2)该车在这段时间内行驶的速度是多少？牵引力做的功是多少？(3)若该车每个车轮与地面的接触面积为0.01 m2，车胎能承受的最大压强为2105 Pa，该车的最大载重量是多少？【答案】(1)增大摩擦解：(2)s4.8 km4 800 m，t10 min600 s电动车行驶的速度v8 m/s因为该车在水平地面上做匀速直线运动，所以牵引力和阻力是一对平衡力，即Ff40 N则牵引力做的功是WFs40 N4 800 m1.92105 J(3)由p得：FpS2105 P
14、a20.01 m24 000 N 在水平面上，GF4 000 N 则该电动车的最大载重量G载4 000 N600 N3 400 N9. 如图所示，自行车的质量为10 kg，小明体重600 N，小明沿水平路面从家中骑自行车匀速行驶到达学校取货后沿原路返回，该过程中路程与时间的关系图像如图所示.自行车受到的阻力为小明与自行车总重力的0.02倍，g取10 N/kg，求：(1)自行车的链条上涂润滑油是通过减小摩擦的；(2)小明从家到学校前20 s内通过的路程；小明从家到学校期间所做的功；(3)小明以60 W的功率返回，求返回时自行车对地面的压强.(每个轮胎与地面的接触面积为40 cm2)第9题图【答案
15、】(1)使接触面分离解：(2)由图像知，小明从家到学校用时t16 min360 s，通过的路程为s11 800 m他的速度为：v15 m/s前20 s内通过的路程为sv1t5 m/s20 s100 m自行车的重力：G车m车g10 kg10 N/kg100 N 人和自行车的总重力：GG车G人100 N600 N700 N自行车受到的阻力： f10.02G0.02700 N14 N小明从家到学校做的功：WFsf1s114 N1 800 m2.52104 J(3)小明返回时通过的路程s23 600 m1 800 m1 800 m 小明返回时用的时间t216 min6 min10 min600 s 小
16、明返回时的速度：v23 m/s小明返回时的牵引力为F20 N因为在水平路面上匀速直线行驶，所以返回时的阻力为f2F20 N ，人、自行车和货物的总重：G1 000 N自行车对地面的压力：F压G1 000 N自行车对地面的压强：p1.25105 Pa10. 某电动观光旅游车的技术参数如表：空车质量1 100 kg车身长度4.0 m满载人员10人满载时轮胎与地接触面积0.1 m2最大车速36 kg/h平均连续行驶里程75 km根据以上参数，解答下列问题：(1)若观光车在前进的过程中受到的阻力是1 000 N.汽车以最大速度匀速行驶100 s，牵引力所做的功是多少焦；(2)当汽车以最大速度行驶时，汽
17、车发动机的动率至少是多少瓦；(3)从环何的角度分析用电动车取代燃油汽车有什么优点.(说出一条即可)【答案】解：(1)因为汽车匀速行驶，则受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以牵引力的大小：Ff1 000 N汽车行驶的最大速度：v36 km/h10 m/s由v可得，汽车行驶的距离：svt10 m/s100 s1 000 m牵引力所做的功：WFs1 000 N1 000 m1106 J(2)汽车发动机的功率：P1 000 N10 m/s1104 W(3)从环保的角度，电动车相比汽车有无尾气、噪音小等优点.11. 2017年5月5日，拥有我国自主知识产权的C919大型客机在上海浦东机场成功首飞.C91
18、9的最大起飞质量为7.25104 kg，最大速度约为0.98103 km/h，客机以最大起飞质量静止在水平地面上时，机轮与地面的总接触面积为1.5 m2.(g取10 N/kg)(1)客机飞行时，飞行员以客机为参照物，天空中静止的云朵是(选填“运动”或“静止”)的.第11题图(2)客机在水平地面上静止时，对地面的压强是多少？(计算结果保留一位小数)(3)若客机在空中以900 km/h的速度水平直线飞行时，受到的阻力为客机重力的0.1倍，那么客机在5 min通过的路程是多少？客机发动机在这段时间内的功率是多少？(计算结果保留一位小数)【答案】(1)运动解：(2)客机静止在水平地面上时，对地面的压力
19、：FGmg7.25104 kg10 N/kg7.25105 N客机对地面的压强：p4.8105 Pa(3)客机飞行的速度v900 km/h250 m/s，飞行时间 t5 min300 s由v可得，飞行的路程：svt250 m/s300 s7.5104 m因客机水平匀速直线飞行，牵引力和阻力是一对平衡力，所以发动机的牵引力：Ff0.1G0.17.25105 N 7.25104 N客机发动机在这段时间内所做的功为：WFs7.25104 N7.5104 m 5.4109 J客机发动机在这段时间内的功率：P1.8107 W12. 2017年3月2日，全地形消防机器人(如图所示)在西安亮相并参与灭火.它
20、适用于消防人员无法靠近的危险场所，有效地避免了人员伤亡，已知消防机器人的质量为300 kg，车轮与水平地面的总接触面积为0.24 m2.(g取10 N/kg)(1)消防机器人静止时，它对地面的压力和地面对它的支持力是一对(选填“平衡力”或“相互作用力”).第12题图(2)消防机器人静止时对水平地面的压强为多少？(3)当消防机器人以5 m/s的速度向着火点匀速前进时，所受阻力为总重的0.03倍，则机器人前进时的功率是多少？【答案】(1)相互作用力【解析】消防机器人静止时，它对地面的压力和地面对它的支持力大小相等、方向相反，分别作用在两个物体上，是一对相互作用力.解：(2)消防机器人的质量为300
21、 kg，则静止时重上时对水平地面的压力FGmg300 kg10 N/kg3103 N车轮与水平地面的总接触面积为0.24 m2，则消防机器人静止时对水平地面的压强为：p1.25104 Pa(3)消防机器人以5 m/s的速度向着火点前进时，所受的阻力为总重的0.03倍，则消防机器人受到的阻力为：f0.03 G0.033103 N90 N消防机器人匀速前进时，牵引力大小等于阻力大小，即Ff90 N，则机器人前进时的功率为：PFv90 N5 m/s450 W13. 人们可乘坐索道吊车从滇池而上观赏山水美景(如图所示).某景区的索道，全长约2 000 m，上、下高度差约300 m，单程运行时间约为25
22、 min，单个客箱载满人后的总质量是600 kg，以单个客箱载满人为例，求：第13题图(1)游客乘坐索道吊车匀速上山的过程中，吊车的动能，重力势能.(均选填“增大”“减小”或“不变”)(2)客箱运行的平均速度多大？(3)若吊车从索道最高处运行到最低处，重力做功的功率为多大？【答案】(1)不变增大解：(2)客箱运行的平均速度v80 m/min(3)重力做功Wmgh600 kg10 N/kg300 m1.8106 J功率P1.2103 W14. 房地产公司为响应国家号召满足市场需求，在楼房出售期间，他们购置了咱们山东研发生产的14座太阳能电动观光看房车，第14题图如图.该观光看房车相关参数如下表.
23、工作人员除了耐心介绍房子以外，还陪同老人们乘观光车浏览小区绿化美景及沿途的风光，老人们按需购房心情大好. (g取10 N/kg)Model型号GS5/PV514载人数14载重(kg)1 000最高时速(km)45制动距离(m)2.5最小转弯半径(mm)6.5最大爬坡度26%外形尺寸(mm)4 8001 5502 030太阳能电板(mm)2 760800轮距(mm)1 320/1 330轴距(mm)3 250电机功率(kW)5续航里程(km)120150重量(kg)1 300(1)表中信息有一处错误，请你指出. (2)若车轮与地面的接触总面积为0.1 m2，车上乘坐了10个老年人，总质量约为60
24、0 kg，则观光车静止时对水平地面的压强大约是多大？(3)观光车以最高时速沿水平路面匀速直线行驶了5 min，做功1.2106 J，求观光车克服的阻力是多少？(4)从环保角度分析，太阳能电动观光车与普通汽车相比，具有哪些优点？ (写出一条即可)【答案】解：(1)“重量1 300 kg”信息错误，应改为质量1 300 kg(2)观光车静止在水平地面上，它对地面压力的大小等于重力的大小FG总(m车m人)g(1 300 kg 600 kg) 10 N/kg 19 000 N观光车对水平地面的压强：p1.9105 Pa(3)观光车5 min行驶的路程：svt m/s560 s3 750 m观光车克服阻
25、力做的功：WFsfs，所以阻力为f320 N(4)节能(噪声小、环保、无尾气等均可)其它解法只要合理，同样得分.三、以简单机械为背景15. 如图甲所示是利用电动机和滑轮组(图中未画出)将实心圆柱体A从水库底匀速竖直起吊的装置示意图.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10 N/kg.求：(1)长方体A未露出水面时受到的浮力.(2)长方体A的体积.(3)长方体A完全离开水面后，电动机对绳的拉力F为8103 N，滑轮组的机械效率为75%，则动滑轮的重力为多少？第15题图【答案】解：(1)由题图乙可知：长方体A所受重力GA2.4104
26、N，未露出水面时F11.4104 N未露出水面时长方体A所受浮力F浮GAF12.4104 N1.4104 N1.0104 N(2)由阿基米德原理可知，长方体A的体积为VA1 m3(3)长方体A离开水面后100%100%75%故承担动滑轮的绳子段数为n4动滑轮重为G动4FGA48103N2.4104N8103 N16. 如图所示为某健身场所拉力器的示意图.配重块边长为1 dm，重20 kg，用250 N的拉力向下拉动拉杆，使配重块在2 s内匀速升高40 cm.不计拉杆和绳的重力，g取10 N/kg.求：第16题图(1)配重上升的过程中将能转化为能.(2)所拉配重块静止时对平台的压强是多少？拉力做
27、功的功率是多少？(3)此过程中拉力器所做的额外功与总功之比是多少？【答案】(1)动重力势解：(2)配重块重力：Gmg20 kg10 N/kg200 N配重块与平台的接触面积为：Sa2(0.1 m)20.01 m2配重块静止时对平台的压强：p2104 Pa因为滑轮为定滑轮，所以拉杆移动的距离等于配重块上升的距离，拉力做的功为总功：W总Fs250 N0.4 m100 J拉力做功的功率：P50 W(3)有用功为配重块上升所做的功：W有Gs200 N0.4 m80 J拉力器所做的额外功：W额W总W有100 J80 J20 J额外功与总功之比：17. 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
28、施工台上，设备重4 000 N，施工台距离地面的高度为3 m(g取10 N/kg).(1)起重机臂是一个杠杆.(2)起重机的质量为8 t，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7104 Pa，则支架与地面接触的总面积是多少？第17题图(3)若动滑轮上每段钢绳的拉力是2 500 N，起重机做的额外功和机械效率是多少？【答案】(1)费力解：(2)起重机的重力G1m1g8103 kg10 N/kg8104 N设备重：G24 000 N起重机对地面的压力：FG1G28104 N4 000 N8.4104 N根据压强公式p可得，支架与地面的接触面积S1.2 m2(3)绳子自由端
29、移动的距离：s2h23 m6 m有用功：W有Gh4 000 N3 m1.2104 J总功：W总Fs2 500 N6 m1.5104 J额外功：W额W总W有1.5104 J1.2104 J3 000 J起重机的机械效率：100%100%80%18. 某建筑工地用升降机提升大理石的示意图如图11所示。升降机货箱的重力是400 N，g取10 N/kg.不计滑轮和钢丝绳的重力，不计摩擦.试求：(1)已知大理石的密度是2.8103 kg/m3，每块大理石的体积是1.0102 m3，则每块大理石的重力是多少？(2)如果每根钢丝绳上能承受的最大拉力是2 000 N，第18题图则该升降机一次最多能匀速提升多少
30、块大理石？(3)某次提升中，升降机在1 min内将货物匀速提升了15 m，钢丝绳的拉力是2 000 N.则钢丝绳拉力的功率是多少？【答案】解：(1)根据 知每块大理石的质量为mV2.8103 kg/m31.0102 m328 kg每块大理石的重力Gmg28 kg10 N/kg280 N(2)升降机一次能够提起的总重为G总3F最大32 000 N6 000 N升降机一次能提起的大理石的总重为G石G总G箱6 000 N400 N5 600 N升降机一次能提起的大理石的块数为n20(3)钢丝绳端移动的距离：s3h315 m45 m把货物提升15 m拉力做的功：WFs2 000 N45 m9104 J
31、钢丝绳拉力的功率为P1 500 W19. 如图所示的装置中，A物体重100 N，B物体重10 N，在B物体的作用下，A物体在水平面上做匀速直线运动，不计滑轮重、绳重及摩擦.求：(1)将A物体换成重为80 N的C物体，C将做(选填“加速”“减速”或“匀速”)运动.第19题图(2)A物体受到的摩擦力是多少？(3)如果在A物体上加一个水平向左的拉力，使B物体以0.5 m/s的速度匀速上升4 s，拉力做的功是多少？【答案】(1)加速【解析】物体的重力减小，压力减小，摩擦力减小，做加速运动.解：(2)A物体在水平面上做匀速直线运动，因此A物体受力平衡，即fF1面与A连接的滑轮是动滑轮，与B连接的定滑轮，
32、则F12GB210 N20 N(3)B物体以0.5 m/s的速度匀速上升4 s，物体移动的距离svt0.5 m/s4 s2 m对A物体受力分析如下，由图可知F2fF12F1220 N40 NA物体移动的距离sAs2 m1 m拉力做的功WF2sA40 N1 m40 J20. 小伟家新房装修时，在地面与窗台间放置一斜木板，将瓷砖沿木板从地面匀速拉上窗台，用时10 s.如图所示，已知窗台高3 m，木板长5 m，瓷砖重50 kg，沿斜面所用拉力400 N.试求：第20题图(1)拉力的功率；(2)该斜面的机械效率；(3)斜面受到的摩擦力.【答案】(1)省力【解析】使用斜面可以省力但费距离，斜面越长越省力
33、，所以相当于一个省力机械. 解：(2)拉力做的总功为：W总Fs400 N5 m2 000 J拉力做功的功率为：P200 W有用功为：W有用Ghmgh50 kg10 N/kg3 m1 500 J，斜面的机械效率为100%100%75%(3)整个过程中做的额外功为W额fs，则斜面受到的摩擦力为f100 N21. “龙门吊”是港口、货场中常见的起重设备，其滑轮组部分如图所示.现用此装置将地面上一个重为3104 N、与地面的接触面积为1.5 m2的重物匀速吊到3 m的高处，滑轮组钢索自由端的拉力为1104 N.请解答以下问题：(1)重物被吊起前对地面的压强是多大？第21题图(2)提升重物过程中滑轮组的机械效率是多少？(3)若再用此装置提升2104 N的重物时，它的机械效率将(选填“变大”“变小”或“不变”).【答案】解：(1)重物对地面的压力FG3104 N，重物对地面的压强p2104 Pa(2)提起重物做的有用功W有用Gh3104 N3 m9104 J，由题图可知n4，则s4h43 m12 m，提起物体由所做的总功W总Fs1104 N12 m1.2105 J，滑轮组的机械效率100%100%75%(3)变小【解析】若再用此装置提升2104 N的重物时，提升的物重变小，有用功变小，而额外功近似不变，由100%可知，机械效率变小.专心-专注-专业