登陸21世紀教育 助您教考全無憂本人聲明：本資源屬本人原創作品，授予21世紀教育網獨家發行。初中應用物理知識競賽題分類解析專題十一功和機械能一、選擇題1. （2013全國初中應用物理知識競賽預賽題）如圖8甲所示，王大叔正吃力地把一重物送往高臺，放學回家的小鵬看見后急忙前去幫忙。他找來一塊木板，搭成圖乙所示的斜面，結果非常輕松地把重物推到了高臺上。關于這兩種方法，下列說法中正確的是 ( )A.王大叔克服重力做功較多B.兩人做同樣多的有用功 C.小鵬做功的功率要大些D.甲、乙兩種情況下的機械效率一樣 1. 答案：B解析：這兩種方法，都把重物推到了高臺上，兩人做同樣多的有用功，克服重力做功相同，選項A錯誤B正確。由于題中沒有給出時間，不能毆打哪個做功的功率大，選項C錯誤。由于乙中情況需要克服摩擦做功，乙種情況下的機械效率小，選項D錯誤。2. （2013全國初中應用物理知識競賽預賽題）如圖9所示，滑板運動員沿水平地面向前勻速滑行，在橫桿前相對滑板豎直向上起跳，人與滑板分離后分別從桿的上、下方通過，忽略人和滑板在運動中受到的阻力。則運動員 ( ) A.起跳上升過程中，重力勢能轉化為動能 B.勻速滑行時，人的重力與地面對滑板的支持力為一對平衡力C.以滑板為參照物，運動員始終是靜止的 D.由于慣性，人越過桿后仍將落在滑板上 2. 答案：D解析：運動員起跳上升過程中，動能轉化為重力勢能，選項A錯誤。勻速滑行時，人的重力與滑板對人的支持力為一對平衡力，選項B錯誤。以滑板為參照物，運動員做豎直上拋運動，選項C錯誤。由于慣性，人和滑板水平方向速度相等，人越過桿后仍將落在滑板上，選項D正確。3. （2013全國初中應用物理知識競賽預賽題）如圖l3甲所示，小強在水平地面上用力推木箱，推力隨時間變化的圖像如圖乙所示，木箱速度隨時問變化的圖像如圖丙所示，以下對于這一過程的分析中正確的是( ) A.0ls內木箱沒有動是因為人對木箱的推力小于地面給木箱的摩擦力 B.1s2s內木箱受到的摩擦力大小為4N C.2s3s內人對木箱的推力做功為6J D.如果3s后人停止用力，木箱將做勻速直線運動3.答案：B解析：0ls內木箱沒有動是因為人對木箱的推力等于地面給木箱的摩擦力，選項A錯誤。由圖丙可知，2s3s內木箱勻速運動，木箱受到的滑動摩擦力大小為4N。1s2s內木箱加速運動，木箱受到的滑動摩擦力大小為4N，選項B正確。2s3s內人對木箱的推力為4N，木箱移動距離為2m，做功為W=Fx=4N2m=8J，選項C錯誤。如果3s后人停止用力，木箱將在摩擦力作用下做減速直線運動，選項D錯誤。4.(2007上海初中物理知識競賽題)如圖所示，在河中間固定一個細長圓管，管內有一輕質活塞，活塞下端位于水面，面積為1厘米2，質量不計，大氣壓強為10105帕。現將活塞緩慢提高15米，則在該過程中外力對活塞做功為(A)50焦 (B)100焦 (C)150焦 (D)200焦.答案：B解析：在提高前10米過程中克服大氣壓做功等于提起的10米水柱的重力勢能W1=10110-4103105J=50J，提高后5米的過程中需克服大氣壓做功，外力對活塞做功W2=p0s5=1.0105110-45J=50J，外力對活塞做功W= W1+ W2=100J，選項B正確。5（2007青島競賽題）飛機、輪船運動時，受到的阻力并不固定，當速度很大時，阻力和速度的平方成正比，如果要把飛機、輪船的速度增大到2倍，發動機的輸出功率要增大到原來的（ ）A2倍 B4倍C6倍 D8倍.答案：D解析：由f=kv2，P=Fv，F=f可得P=kv3.。當速度增大到2倍，發動機的輸出功率P要增大到原來的23=8倍，選項D正確。6（2007青島競賽題）一輛娛樂電瓶車，工作電壓為24V，工作電流為10A，效率為80%。電瓶車及人總重為2000N，行駛時阻力是總重的0.1倍，則此電瓶車水平勻速行駛100m所用的時間約為（ ）A83s B833s C104s D以上都不對.答案：C解析：由UI=fv得勻速行駛的速度v=UI/f=24V10A80%/(0.12000N)=0.96m/s，水平勻速行駛100m所用的時間約為t=s/v=104s，選項C正確。7下列幾種現象中，沒有對物體做功的是.答案：D解析：物體在繩子拉力作用下升高，拉力做功；靜止的小車在拉力作用下運動起來，拉力做功；汽車在剎車阻力作用下速度降低，阻力做功；人用力搬石頭，石頭不動，沒有做功，選項D沒有對物體做功。8一個人先后用同樣大小的力F將不同質量的物體分別在光滑水平面、粗糙水平面和粗糙斜面上沿力的方向移動相同的距離S（如圖所示），該力在這三個過程中所做的功分別為W1、W2、W3，關于它們之間的大小關系說法正確的是（）AW1W2W3 BW1W2=W3 CW1=W2=W3 DW1=W2W3答案：C解析：由功的定義，功的大小等于力與在力的方向上通過的距離的乘積，即W=Fs該力在這三個過程中在力的方向上通過的距離相等，所以做功相等，選項C正確。二綜合應用題1. (2011全國初中應用物理知識競賽題)警用弓弩因其發射時無光、聲音小等特點，被廣泛應用于反恐，如圖7甲所示。圖7乙和丙為兩種配有不同瞄準裝置的弩，它們可用來發射箭和鋼珠，并配有手柄、肩托等輔助設備弩弦的拴繞使用了滑輪可有效地減小體積。請觀察它的結構，并分析它的使用過程，其中用到了哪些物理知識?1.答案：手柄上有花紋，表面粗糙增大摩擦。箭身細長，減小空氣阻力。弓箭或鋼珠離開弩弦后能繼續運動，物體具有慣性。箭頭尖銳，減小受力面積，增大壓強。利用弩的彈力發射弓箭，將彈性勢能轉化為動能。肩托，增大受力面積，減小壓強。瞄具，光的直線傳播。光學瞄準鏡，光的折射。滑輪組，放箭時省力。滑輪組，放箭時省距離。2.(2009全國初中應用物理知識競賽復賽題)小胖同學在暑假期間參加了農村電網改造的社會實踐活動，其中電工所挖的埋水泥電線桿的坑引起了小胖的興趣。坑的形狀如圖5所示，從地面上看，坑基本上是一個長方形，其寬度僅比電線桿的粗端直徑稍大一點，坑中沿長方形的長邊方向有一從地面直達坑底的斜坡。請你回答：（1）為什么要挖成圖5所示的深坑，而不挖成圖6甲所示的僅比電線桿略粗一點的圓筒狀深坑，或者如圖6乙、丙所示的那種大口徑的方形或圓形的深坑?這樣做有什么好處?（2）通過計算對比分析：如果將這種水泥電線桿分別埋入圖5、圖6甲所示的坑中。則把水泥電線桿放到坑口適當位置后，在豎起水泥電線桿的過程中，抬起水泥電線桿的細端至少分別需要多大的力?已知這種坑深2.0m，寬0.3m，地面處坑口長2.3m，坑底長03m。水泥電線桿的質量為600kg，長10.0m，粗端直徑0.25m，其重心距粗端4.0m。(取g =10N/kg) （3）在上述兩種情況下，豎起水泥電線桿的過程中，人們對水泥電線桿至少分別要做多少功?2解析：（1）挖成圖5所示的深坑好處如下：少挖土方：挖成圖5所示的深坑要比挖成圖6乙、丙所示的深坑少挖土方，這樣可以少做功，避免人力浪費，提高勞動效率。便于施工：施工人員更易于從圖5所示的坑里向外取土。省力省功：用圖5所示的深坑埋水泥電線桿，與用圖6甲所示的深坑埋水泥電線桿相比，不必將電線桿沿豎直方向直立在地面上，重心上升高度小，施工時即省力又省功。施工安全：用圖5所示的深坑埋水泥電線桿，施工人員只需從有斜坡的方向扶住水泥電線桿就行了，水泥電線桿不會向其它方向傾倒，施工比較安全。說明：每答對一種理由給1分，本小問最多得2分。答案合理即給分。（2）若將這種電線桿埋入圖5所示的坑中，電線桿就位后的情況如圖答1所示。設豎起電線桿的過程中，在細端所用拉力為F1。 在圖答1中，電線桿粗端伸入坑口的距離為2.3 m -0.3 m =2.0m 進而：O1A1=10.0 m -2.0 m =8.0m O1B1=4.0 m -2.0 m =2.0m 電線桿重：G=mg=60010 N =6000N 根據杠桿平衡條件，有：F1O1A1=GO1B1 解得：F1=A2F2B2O2G圖答2A1F1B1O1G圖答1=N=1500N 若將這種電線桿埋入圖6甲所示的坑中。電線桿就位后的情況如圖答2所示。設豎起電線桿的過程中，在細端所用拉力為F2。 在圖答2中：O2A2=10.0m O2B2=4.0m 根據杠桿平衡條件，有：F2O2A2=GO2B2 解得：N 。（3）在圖答1中，電線桿重心升高：h1=4.0 m -2.0 m =2.0m 人們對電線桿做功：W1=Gh1=60002.0 J =12000J 在圖答2中，電線桿重心升高：h2=4.0m 人們對電線桿做功：W2=Gh2=60004.0 J =24000J 。3. (2008年全國初中應用物理知識競賽復賽題）曉欣同學看到一些小汽車的尾部都標有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字樣，他上網查詢得知這是汽車發動機“排氣量”的數值。所謂排氣量就是發動機氣缸的工作容積，是指所有氣缸內活塞從下止點到達上止點所掃過的容積之和。一般情況下發動機的“排氣量”越大，功率越大。汽車發動機每一個工作循環要經歷四個沖程，帶動曲軸轉動2周。現有一輛小轎車發動機排氣量為1.8L，最大功率為74kW，當該發動機以最大功率工作時，曲軸的轉速為5200r/min。汽油機工作時的最佳空燃比（即空氣和燃油的質量比）為14:1，壓縮比是10（即氣缸總容積與燃燒室容積的比值），若發動機在最大功率時汽油和空氣的混合密度為1.35kg/m3,汽油的熱值為4.6107J/kg、密度為0.71103kg/m3。請計算：（1）.這臺發動機在最大功率時的熱機效率。（2）.發動機在最大功率時，汽車的最高時速為175km/h，計算在此情況下汽車每百公里油耗為多少升。【解析】（1）這臺發動機在最大功率時1min內發動機做的有用功 W有=74103W60s=4.44106J.。在1min內轉動5200r，吸入汽油和空氣的混合氣2600次。 1min內發動機消耗汽油的質量為：m= V =1.35kg/m31.810-3 m32600 =0.47 kg。 1min內汽油完全燃燒放出的熱量W總=0.47kg4.6107J/ kg=2.16107J。這臺發動機在最大功率時的熱機效率=W有/W總100%=21%（2）汽車以最高時速175km/h前進100km所用時間：t=s/v=100km/175km/h =34.3min。 汽車每行使100km的耗油質量為：m= 0.47 kg/min34.3min=16.1kg 。 汽車每行使100km的耗油體積為 V= m/=16.1kg/0.71kg/L=22.7L 。【點評】此題以汽車發動機“排氣量”切入，意在考查功和功率、熱機、機械效率及其相關計算和綜合運用知識的能力。4.（2011全國初中物理應用物理知識競賽試題，第六題，15分)隨著新能源、低碳等理念的普及，小明設想出了一種完全以太陽能電池為能源的汽車，以下是他查到的一些數據：太陽輻射的總功率P總=3.91026w，太陽到地球的距離r=1.51011m，陽光穿過太空和地球周圍的大氣層到達地面的過程中的能量損耗約為51；太陽光垂直照射時，太陽能電池的能量轉化效率最高約為15；假設一輛太陽能電池車的質量約為750kg，期望達到的最高時速為72 kmh，車輛行駛過程中的平均阻力約為車重的0.02倍，車身最多能敷設的太陽能電池板的面積約為8m2，驅動電機能夠將輸入功率的90轉化為用于牽引汽車前進的機械功率。(已知半徑為r的球的表面積為S=4r2) （1）根據以上數據，通過計算對小明的設想進行分析與評價。（2）你對他的設想有什么改進建議?【解析】（1）.驅動電機需要達到的最大機械輸出功率：P機=Fv=kmgv=0.027501020W=3103W。需要的電功率：P電=W=3.33103W。垂直于太陽光的太陽能電池板得到的太陽輻射最大功率：P日=W/m2=676W/m2.車上的太陽能電池板所能提供的最大電功率：P電池=3P日S=15%6768W=811W3.33103W。 以上所算數據為晴朗無云、太陽能電池板始終垂直于陽光時的數據。實際上汽車上的電池板很難做到始終與太陽光垂直，其實際提供的電功率會小于P電池，不能滿足驅動電機的需求。 （2）. 改進建議：減輕車體自身重、降低車輛行駛時的阻力、減小機械損耗、降低車輛設計最高時速、提高電機效率、兼容其他能源動力、使用蓄電池供電、在車頂安裝折疊式太陽能電池板、停車時將太陽能電池轉化的電能存入蓄電池、研發高效率太陽能電池板。【點評】此題考查功率、效率等知識點。此題第1小題，具有多種解法，只要正確即可；第2小題，具有開放性，答出任意兩點即可。5. (2007年全國初中應用物理知識競賽題）圖7是常見的一種電動自行車，使用前要先對車上的蓄電池充電。騎行時，蓄電池對車上的電動機供電，電動機為車提供動力。下表是這種品牌電動自行車的一些主要技術參數。最高車速30kn/h一次充電連續行駛里程50km蓄電池36V10Ah鉛酸蓄電池充電時間8h一次充電耗電量0.6kWh電動機效率80整車質量40kg最大騎行噪聲62dB 圖7請回答： (1)技術參數表中“36V10Ah”表示的物理意義是什么？ (2)若質量是70kg的人騎電動自行車在水平路面上以6m/s的速度勻速行駛時，受到的阻力是人與車總重的0.02倍，取g10Nkg。求：行駛20min，電動機對自行車做的功和通過電動機線圈的電流。 (3)若摩托車每行駛100km耗油2.5L，油價約5.1元/L，照明用電的電費約0.5元/kWh，請通過計算說明使用電動自行車與摩托車哪種更經濟。(4)請從環保角度，比較電動自行車與摩托車對環境的污染情況。(5)在交通運輸中，常用“客運效率”來反映交通工具的某項效能，“客運效率”表示每消耗單位能量對應的載客數和運送路程的乘積，即客運效率人數路程消耗能量。一個人騎電動自行車“消耗1MJ（106J）的能量可行駛30km，一輛載有4人的普通轎車，消耗320MJ的能量可行駛l00 km，則電動自行車與這輛轎車的客運效率之比是多少？解析：(1)當供電電壓是36V，通過的電流是10A時，可供電l h 。(2)因電動自行車勻速行駛，故發動機提供的牽引力與阻力相等：Ff0.02(m1m2)g0.02(0kg40kg)l0 Nkg22N.。20min內自行車通過的路程為 Svt6ms2060s7200m。 電動機對自行車做的功W有Fs22N7200ml.584105J。 電流所做的總功為W總Jl.98105J。 通過線圈的電流I4.58 A。(3)電動自行車每行駛 100km耗電的費用 20.6kWh0.5元kWh0.6元。 摩托車每行駛100km耗油的費用 2.5L5.1元/L12.75元 。 比較可知，每行駛100km的路程，電動自行車比摩托車的費用低很多。所以使用電動自行車更經濟。(4)摩托車工作時要排出廢氣并產生噪聲，對環境污染較大。電動自行車工作時雖然不排尾氣且無噪聲，但目前市場上銷售的電動自行車使用的大多是鉛酸蓄電池，使用一年左右就需更換。這種電池腐蝕后溢出的含鉛和酸性物質對土壤和人體健康危害很大。鉛是一種具有神經毒性的重金屬，會對人的大腦造成損傷，導致中樞神經功能低下，神經及行為功能異常。(5)電動自行車和汽車的客運效率分別用1、2表示，則24 : l 。【點評】電動自行車是一種綠色環保的代步工具，具有能效高、污染小的優點。6.會飛汽車不是夢！圖5 美國一家公司研制出了“會飛的汽車”（如圖5），這款車的車身和一般汽車相似，但車門多了兩個可折疊的翅膀。在陸地行駛時，翅膀折疊，在空中飛行時，翅膀張開。從汽車到“飛機”的變形在30秒內完成，駕駛員在車內即可完成操作。該車已獲準可在美國的空中飛行和公路行駛，是允許上路的第一輛飛行和地面行駛混合車。以下是該車的一些信息：汽車質量600kg發動機功率75kw空中最大飛行速度200 km/h最大飛行距離800 km地面最大行駛速度150 km/h輪胎與地面接觸面積40.03m2來源:Zxxk.Com（1）該汽車可以在具備長約760米跑道的任何普通機場起飛或降落，汽車降落后，需要在跑道上滑行一段距離才能停下，這是因為汽車具有 的緣故。（2）該汽車停在水平地面上時，對地面的壓強是多少？（3）該汽車以最大飛行速度飛行了800千米，則汽車發動機做功多少？解析：（1）慣性 （2）解：F=G=mg=600千克10牛/千克=6103牛 。 p=F/S=6103牛（40.03米2 ）=5104帕 。 （3）t=s/v=800千米200千米/小時=4小時， W=Pt=75103瓦43600秒=1.08109焦耳。 圖67步行不僅是一種簡易的健身運動，而且還能方便地對一些長度進行估測。（1）人正常步行時，步距變化不大，因此，步距可作為身體上的一把“尺子”。為了使這把“尺子”更可靠，請你說出一種測量步距的方法。（2）小華測出自己的步距為0.5m，他從教學樓的一端走到另一端，共走了84 步，則教學樓的長度是多少米？如果這個過程用時35s，則他的步行速度是多少？（3）小華根據自己的腿長和步距畫出了圖6所示的步行示意圖，對步行時重心的變化進行了分析，當兩腳一前一后著地時重心降低，而單腳著地邁步時重心升高，因此每走一步都要克服重力做功。如果小華的質量為50kg，請根據圖6中小華測量的有關數據，計算他每走一步克服重力所做的功。（g取10N/kg ) （4）資料表明，人步行時消耗的能量大于克服重力所做的功。請你分析一下，人步行時還在哪些方面消耗能量？（寫出一條）解析：（1）用刻度尺測出沿直線步行10步的距離，除以10即得步距。（2）教學樓的長度為：x0.5m8442n由x=vt可得他的步行速度為：v1.2m/s。（3）單腳著地邁步時重心升高h=65cmcm=5cm0.05m 每走一步克服重力做功W=Gh=mgh=50kg10N/kg0.05m.=25J。（4）四肢的運動要消耗能量；身體肌肉的收縮和拉伸要消耗能量；心臟推動血液循環要消耗能量；人體向外散熱要消耗能量。【名師點評】此題以步行健身切入，意在考查機械運動