初中物理竞赛专题十一、功和机械能

初中应用物理知识竞赛题分类解析专题十一、功和机械能一、选择题1.（2013全国初中应用物理知识竞赛预赛题）如图8甲所示，王大叔正吃力地把一重物送往高台，放学回家的小鹏看见后急忙前去帮忙。他找来一块木板，搭成图乙所示的斜面，结果非常轻松地把重物推到了高台上。关于这两种方法，下列说法中正确的是()A.王大叔克服重力做功较多B.两人做同样多的有用功C.小鹏做功的功率要大些D.甲、乙两种情况下的机械效率一样1.答案：B解析：这两种方法，都把重物推到了高台上，两人做同样多的有用功，克服重力做功相同，选项A错误B正确。由于题中没有给出时间，不能殴打哪个做功的功率大，选项C错误。由于乙中情况需要克服摩擦做功，乙种情况下的机械效率小，选项D错误。2.（2013全国初中应用物理知识竞赛预赛题）如图9所示，滑板运动员沿水平地面向前匀速滑行，在横杆前相对滑板竖直向上起跳，人与滑板分离后分别从杆的上、下方通过，忽略人和滑板在运动中受到的阻力。则运动员()A.起跳上升过程中，重力势能转化为动能B.匀速滑行时，人的重力与地面对滑板的支持力为一对平衡力C.以滑板为参照物，运动员始终是静止的D.由于惯性，人越过杆后仍将落在滑板上2.答案：D解析：运动员起跳上升过程中，动能转化为重力势能，选项A错误。匀速滑行时，人的重力与滑板对人的支持力为一对平衡力，选项B错误。以滑板为参照物，运动员做竖直上抛运动，选项C错误。由于惯性，人和滑板水平方向速度相等，人越过杆后仍将落在滑板上，选项D正确。3.（2013全国初中应用物理知识竞赛预赛题）如图l3甲所示，小强在水平地面上用力推木箱，推力随时间变化的图像如图乙所示，木箱速度随时问变化的图像如图丙所示，以下对于这一过程的分析中正确的是()A.0~ls内木箱没有动是因为人对木箱的推力小于地面给木箱的摩擦力B.1s~2s内木箱受到的摩擦力大小为4NC.2s~3s内人对木箱的推力做功为6JD.如果3s后人停止用力，木箱将做匀速直线运动3.答案：B解析：0~ls内木箱没有动是因为人对木箱的推力等于地面给木箱的摩擦力，选项A错误。由图丙可知，2s~3s内木箱匀速运动，木箱受到的滑动摩擦力大小为4N。1s~2s内木箱加速运动，木箱受到的滑动摩擦力大小为4N，选项B正确。2s~3s内人对木箱的推力为4N，木箱移动距离为2m，做功为W=Fx=4N×2m=8J，选项C错误。如果3s后人停止用力，木箱将在摩擦力作用下做减速直线运动，选项D错误。4.(2007上海初中物理知识竞赛题)如图所示，在河中间固定一个细长圆管，管内有一轻质活塞，活塞下端位于水面，面积为1厘米2，质量不计，大气压强为1．0×105帕。现将活塞缓慢提高15米，则在该过程中外力对活塞做功为(A)50焦(B)100焦(C)150焦(D)200焦.答案：B解析：在提高前10米过程中克服大气压做功等于提起的10米水柱的重力势能W1=10×1×10-4××103×10×5J=50J，提高后5米的过程中需克服大气压做功，外力对活塞做功W2=p0s×5=1.0×105×1×10-4×5J=50J，外力对活塞做功W=W1+W2=100J，选项B正确。5．（2007青岛竞赛题）飞机、轮船运动时，受到的阻力并不固定，当速度很大时，阻力和速度的平方成正比，如果要把飞机、轮船的速度增大到2倍，发动机的输出功率要增大到原来的（）A．2倍B．4倍C．6倍D．8倍.答案：D解析：由f=kv2，P=Fv，F=f可得P=kv3.。当速度增大到2倍，发动机的输出功率P要增大到原来的23=8倍，选项D正确。6．（2007青岛竞赛题）一辆娱乐电瓶车，工作电压为24V，工作电流为10A，效率为80%。电瓶车及人总重为2000N，行驶时阻力是总重的0.1倍，则此电瓶车水平匀速行驶100m所用的时间约为（）A．83sB．833sC．104sD．以上都不对.答案：C解析：由UIη=fv得匀速行驶的速度v=UIη/f=24V×10A×80%/(0.1×2000N)=0.96m/s，水平匀速行驶100m所用的时间约为t=s/v=104s，选项C正确。7．下列几种现象中，没有对物体做功的是.答案：D解析：物体在绳子拉力作用下升高，拉力做功；静止的小车在拉力作用下运动起来，拉力做功；汽车在刹车阻力作用下速度降低，阻力做功；人用力搬石头，石头不动，没有做功，选项D没有对物体做功。8．一个人先后用同样大小的力F将不同质量的物体分别在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上沿力的方向移动相同的距离S（如图所示），该力在这三个过程中所做的功分别为W1、W2、W3，关于它们之间的大小关系说法正确的是（）A．W1＜W2＜W3B．W1＜W2=W3C．W1=W2=W3D．W1=W2＜W3答案：C解析：由功的定义，功的大小等于力与在力的方向上通过的距离的乘积，即W=Fs．该力在这三个过程中在力的方向上通过的距离相等，所以做功相等，选项C正确。二．综合应用题1.(2011全国初中应用物理知识竞赛题)警用弓弩因其发射时无光、声音小等特点，被广泛应用于反恐，如图7甲所示。图7乙和丙为两种配有不同瞄准装置的弩，它们可用来发射箭和钢珠，并配有手柄、肩托等辅助设备弩弦的拴绕使用了滑轮可有效地减小体积。请观察它的结构，并分析它的使用过程，其中用到了哪些物理知识?1.答案：①手柄上有花纹，表面粗糙增大摩擦。②箭身细长，减小空气阻力。③弓箭或钢珠离开弩弦后能继续运动，物体具有惯性。④箭头尖锐，减小受力面积，增大压强。⑤利用弩的弹力发射弓箭，将弹性势能转化为动能。⑥肩托，增大受力面积，减小压强。⑦瞄具，光的直线传播。⑧光学瞄准镜，光的折射。⑨滑轮组，放箭时省力。⑩滑轮组，放箭时省距离。2.(2009全国初中应用物理知识竞赛复赛题)小胖同学在暑假期间参加了农村电网改造的社会实践活动，其中电工所挖的埋水泥电线杆的坑引起了小胖的兴趣。坑的形状如图5所示，从地面上看，坑基本上是一个长方形，其宽度仅比电线杆的粗端直径稍大一点，坑中沿长方形的长边方向有一从地面直达坑底的斜坡。请你回答：（1）．为什么要挖成图5所示的深坑，而不挖成图6甲所示的仅比电线杆略粗一点的圆筒状深坑，或者如图6乙、丙所示的那种大口径的方形或圆形的深坑?这样做有什么好处?（2）．通过计算对比分析：如果将这种水泥电线杆分别埋入图5、图6甲所示的坑中。则把水泥电线杆放到坑口适当位置后，在竖起水泥电线杆的过程中，抬起水泥电线杆的细端至少分别需要多大的力?已知这种坑深2.0m，宽0.3m，地面处坑口长2.3m，坑底长0．3m。水泥电线杆的质量为600kg，长10.0m，粗端直径0.25m，其重心距粗端4.0m。(取g=10N/kg)（3）．在上述两种情况下，竖起水泥电线杆的过程中，人们对水泥电线杆至少分别要做多少功?2解析：（1）．挖成图5所示的深坑好处如下：①少挖土方：挖成图5所示的深坑要比挖成图6乙、丙所示的深坑少挖土方，这样可以少做功，避免人力浪费，提高劳动效率。②便于施工：施工人员更易于从图5所示的坑里向外取土。③省力省功：用图5所示的深坑埋水泥电线杆，与用图6甲所示的深坑埋水泥电线杆相比，不必将电线杆沿竖直方向直立在地面上，重心上升高度小，施工时即省力又省功。④施工安全：用图5所示的深坑埋水泥电线杆，施工人员只需从有斜坡的方向扶住水泥电线杆就行了，水泥电线杆不会向其它方向倾倒，施工比较安全。说明：每答对一种理由给1分，本小问最多得2分。答案合理即给分。（2）①若将这种电线杆埋入图5所示的坑中，电线杆就位后的情况如图答1所示。设竖起电线杆的过程中，在细端所用拉力为F1。在图答1中，电线杆粗端伸入坑口的距离为2.3m-0.3m=2.0m进而：O1A1=10.0m-2.0m=8.0mO1B1=4.0m-2.0m=2.0m电线杆重：G=mg=600×10N=6000N根据杠杆平衡条件，有：F1×O1A1=G×O1B1解得：F1=1111GOBOA=60002.08.0N=1500N②若将这种电线杆埋入图6甲所示的坑中。电线杆就位后的情况如图答2所示。设竖起电线杆的过程中，在细端所用拉力为F2。在图答2中：O2A2=10.0mO2B2=4.0m根据杠杆平衡条件，有：F2×O2A2=G×O2B2解得：2222260004.0240010.0GOBFOAN。（3）．在图答1中，电线杆重心升高：h1=4.0m-2.0m=2.0m人们对电线杆做功：W1=Gh1=6000×2.0J=12000J在图答2中，电线杆重心升高：h2=4.0m人们对电线杆做功：W2=Gh2=6000×4.0J=24000J。3.(2008年全国初中应用物理知识竞赛复赛题）晓欣同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字样，他上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值。所谓排气量就是发动机气缸的工作容积，是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和。一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大。汽车发动机A2F2B2O2G图答2A1F1B1O1G图答1每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周。现有一辆小轿车发动机排气量为1.8L，最大功率为74kW，当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为5200r/min。汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）为14:1，压缩比是10（即气缸总容积与燃烧室容积的比值），若发动机在最大功率时汽油和空气的混合密度为1.35kg/m3,汽油的热值为4.6×107J/kg、密度为0.71×103kg/m3。请计算：（1）.这台发动机在最大功率时的热机效率。（2）.发动机在最大功率时，汽车的最高时速为175km/h，计算在此情况下汽车每百公里油耗为多少升。【解析】（1）．这台发动机在最大功率时1min内发动机做的有用功W有=74×103W×60s=4.44×106J.。在1min内转动5200r，吸入汽油和空气的混合气2600次。1min内发动机消耗汽油的质量为：m=ρV=1.35kg/m3×1.8×10-3m3×2600=0.47kg。1min内汽油完全燃烧放出的热量W总=0.47kg×4.6×107J/kg=2.16×107J。这台发动机在最大功率时的热机效率η=W有/W总×100%=21%（2）．汽车以最高时速175km/h前进100km所用时间：t=s/v=100km/175km/h=34.3min。汽车每行使100km的耗油质量为：m’=0.47kg/min×34.3min=16.1kg。汽车每行使100km的耗油体积为V’=m’/ρ=16.1kg/0.71kg/L=22.7L。【点评】此题以汽车发动机“排气量”切入，意在考查功和功率、热机、机械效率及其相关计算和综合运用知识的能力。4.（2011全国初中物理应用物理知识竞赛试题，第六题，15分)随着新能源、低碳等理念的普及，小明设想出了一种完全以太阳能电池为能源的汽车，以下是他查到的一些数据：太阳辐射的总功率P总=3.9×1026w，太阳到地球的距离r=1.5×1011m，阳光穿过太空和地球周围的大气层到达地面的过程中的能量损耗约为51％；太阳光垂直照射时，太阳能电池的能量转化效率最高约为15％；假设一辆太阳能电池车的质量约为750kg，期望达到的最高时速为72km／h，车辆行驶过程中的平均阻力约为车重的0.02倍，车身最多能敷设的太阳能电池板的面积约为8m2，驱动电机能够将输入功率的90％转化为用于牵引汽车前进的机械功率。(已知半径为r的球的表面积为S=4πr2)（1）．根据以上数据，通过计算对小明的设想进行分析与评价。（2）．你对他的设想有什么改进建议?【解析】（1）.驱动电机需要达到的最大机械输出功率：P机=Fv=kmgv=0.02×750×10×20W=3×103W。需要的电功率：P电=P1机=331090%W=3.33×103W。垂直于太阳光的太阳能电池板得到的太阳辐射最大功率：P日=221-Pr总4=26211151391043141510-%...