16力學(xué)綜合計算

綜合近幾年中考對于功和機械能、簡單機械的考察形式，2023年中考對于功和機械能、簡單機械知識點依然會加大力度考察。功和機械能的概念及計算、簡單機械的特點及組合，還有結(jié)合壓強與浮力等知識點，會有很多靈活的難點可以考察，所以不論是選擇題還是大題，功和機械能、簡單機械問題一直都是命題人提高學(xué)生關(guān)鍵物理綜合能力的重要知識點，因此在近幾年的中考命題中功和機械能、簡單機械問題也是很多地區(qū)以壓軸題的形式存在，以及對于圖像問題的考察，動態(tài)平衡分析，都比前幾年要頻繁，所以要求考生了解題型的知識點及要領(lǐng)，對于?？嫉哪Ｐ鸵笥谐浞值恼J(rèn)知。簡單機械有用功總功額外功機械效率圖示杠桿滑輪組(或動滑輪)(不計繩重、摩擦)(不計繩重、摩擦)(為承擔(dān)重物的繩子段數(shù))(不計繩重、摩擦)斜面(為摩擦力)解計算題的一般要求1.要明確已知條件和相對隱含條件，確定主要解題步驟。2.分析判斷，找到解題的理論依據(jù)。3.分清各個物理過程、狀態(tài)及其相互聯(lián)系。4.計算過程應(yīng)正確、規(guī)范。要正確寫出有關(guān)的公式，正確代入公式中物理量的數(shù)字和單位。能畫圖的可以作圖輔佐解題。5.解計算題應(yīng)注意：單位的統(tǒng)一性；物理量的同體性、同時性；解題的規(guī)范性。1、為了建設(shè)精致城市，每到春天園林工人要在過街天橋上放置花草，為城市增添一抹綠色。如圖所示，工人用長木棒、滑輪、輕繩組裝提升裝置。木棒放置在天橋欄桿上始終保持水平，與欄桿M接觸點為O；用沙袋將木棒B端壓在欄桿N上，在木棒A端吊裝滑輪組。，每個沙袋重，每個滑輪重。（木棒和繩的重力、滑輪與軸的摩擦均忽略不計）（1）若A點受到豎直向下的拉力為，為了保持木棒水平平衡，在B端至少需要放置幾個沙袋？（2）若某次工人利用滑輪組豎直向下拉繩子，將重為的花架勻速提升。求：①滑輪組的機械效率。②滑輪組對繩的拉力?！敬鸢浮浚?）2個；（2）①94%；②624N【解析】（1）木棒始終水平平衡且不計木棒重力，由公式FAl1=FBl2可知，木棒B端受到的壓力為沙袋個數(shù)所以至少需要2個沙袋。①豎直勻速提升物體，繩的重力及滑輪與軸的摩擦均忽略不計，有用功為W有=G物h=376N×5m=1880J額外功為W額=G動h=24N×5m=120J總功為W總=W有+W額=1880J+120J=2000J滑輪組的機械效率為；②因為豎直勻速提升，所以受力平衡，繩的重力及滑輪與軸的摩擦均忽略不計，人的拉力為滑輪組對繩AC的拉力FA=3F拉+G定=3×200N+24N=624N。2、如圖所示是一個建筑工地提升物體的裝置示意圖，其中AB是一個以O(shè)為支點的杠桿，lAB=1.8m，D是一個系在杠桿B端的配重物體，GD=2500N，人可以通過固定在A端的滑輪組提升物體，有一位質(zhì)量為75kg的工人站在水平地面上，他利用該裝置以0.1m/s的速度勻速提升鋼材時，他雙腳與地面的接觸面積為400cm2，他拉力的功率為50W。每個滑輪重均為50N，繩和杠桿重及各種摩擦不計，g取10N/kg。求勻速提升鋼材時：（1）工人的拉力F甲的大??；（2）工人對地面的壓強；（3）為了提升更重的物體，將杠桿的支點O向左移動20cm，同樣提升該鋼材時，配重物體D對地面的壓力增加了600N，計算此時利用該裝置最多可提升多重的物體?！敬鸢浮浚?）250N；（2）1.25×104Pa；（3）1250N【解析】（1）由圖可知，動滑輪上的繩子根數(shù)n=2，當(dāng)鋼材以0.1m/s的速度勻速上升時，繩子移動的速度v繩=2×（2）工人的重力為G=mg=75kg×10N/kg=750N地面對工人的支持力為F（3）設(shè)原來OA的距離為lA1，則OB的距離為lB1=1.8m?lA1此時B點的作用力為FB2=FA2則lA2=1此時繩子自由端的拉力為F利用該裝置最多可提升物體的重力為G物3、如圖所示，是利用電子秤顯示水庫水位裝置的示意圖。該裝置主要由不計重力的滑輪C、D，長方體物塊A、B以及輕質(zhì)杠桿MN組成。物塊A通過細(xì)繩與滑輪C相連，物塊B通過細(xì)繩與杠桿相連。杠桿可以繞支點O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，杠桿始終在水平位置平衡，且MO︰ON=1︰2。已知物塊A的密度為1.5×103kg/m3，底面積為0.04m2，高為1m，物塊B的重力為100N，滑輪與轉(zhuǎn)軸的摩擦、杠桿與軸的摩擦均忽略不計，g取10N/kg。試求：(1)當(dāng)物塊A的頂部剛沒入水面時，滑輪C下端掛鉤處的拉力大??；(2)當(dāng)物塊A有四分之一體積露出水面時，電子秤的示數(shù)為多少；(3)若水位發(fā)生變化，當(dāng)電子秤的示數(shù)為55N時，求物塊A浸入水中的深度。【答案】(1)200N；(2)62.5N；(3)0.6m【解析】(1)物體A的體積物體A的重力物塊A沒入水中，所以排開水的體積物塊A所受的浮力滑輪C下端掛鉤處的拉力大小(2)當(dāng)物塊A有四分之一體積露出水面時，受到的浮力滑輪組對A的拉力滑輪與轉(zhuǎn)軸的摩擦、杠桿與軸的摩擦均忽略不計，滑輪C上的繩子受到向下的拉力滑輪D上的繩子受到向下的拉力所以杠桿M端受到的拉力因為杠桿平衡，MO︰︰2所以杠桿N端受到的拉力，電子秤的示數(shù)為(3)電子秤的示數(shù)，當(dāng)電子秤的示數(shù)為55N時，則杠桿N端受到的拉力因為杠桿平衡，MO︰︰2；所以杠桿M端受到的拉力：。滑輪與轉(zhuǎn)軸的摩擦、杠桿與軸的摩擦均忽略不計，滑輪D受到向下的拉力滑輪C受到向下的拉力所以滑輪組對A的拉力因為，物塊A此時受到的浮力因為，物塊A此時排開水的體積為物塊A浸入水中的深度。4、一絕緣細(xì)繩的一端與可繞O點轉(zhuǎn)動的輕質(zhì)杠桿的E端相連，另一端繞過動滑輪D、定滑輪C，與滑動變阻器的滑片P相連；B為一可導(dǎo)電的輕質(zhì)彈簧，如圖所示接入電路中，一端通過絕緣繩固定在地面上，另一端與滑片P相連；一人站在地面上拉住與杠桿H端相連的細(xì)繩。已知電源電壓為12V，燈泡標(biāo)有“6V3W”字樣，EO∶HO=2∶5，人對繩子拉力最小時，電流表示數(shù)為I1，且滑片剛好位于滑動變阻器的a端；人對繩子拉力最大時，電流表示數(shù)為I2，且I1∶I2=2∶1，滑動變阻器的阻值與彈簧所受拉力的關(guān)系如表所示：不計杠桿、彈簧、滑片、細(xì)繩的重力，不計摩擦，不計彈簧電阻。整套裝置始終處于平衡狀態(tài)，物體A始終不離開地面。燈泡電阻不變，且不會被燒壞。求：（1）燈泡電阻大小，以及電流表示數(shù)I1、I2大小分別是多少？（2）人對繩子的最大拉力是多少？（3）物體A的質(zhì)量至少是多少？R（Ω）02468101214…F（N）555105155205255305355…【答案】（1）12Ω，1A，0.5A；（2）122N；（3）60kg【解析】（1）燈泡標(biāo)有“6V3W”字樣，燈泡的電阻大小人對繩子拉力最小時，電流表示數(shù)為I1，且滑片剛好位于滑動變阻器的a端；此時電路中只有燈泡，電流I1的值人對繩子拉力最大時，電流表示數(shù)為I2，且I1：I2=2：1，電流I2的大小（2）人對繩子拉力最大時，電流表示數(shù)為，此時燈泡兩端的電壓如圖可知，滑動變阻器與電阻串聯(lián)，此時滑動變阻器接入電路的電阻查表可知，滑動變阻器電阻為12Ω時，彈簧所受的拉力F為305N；由圖可知杠桿E端所受的拉力FE等于305N，若人的最大拉力為，由杠桿平衡條件可得最大拉力（3）人對繩子拉力最小時，滑動變阻器的電阻為零，由表格數(shù)據(jù)可知滑片P受到的拉力為，此時繩子僅用于提起動滑輪，則動滑輪的重力為不計繩重和摩擦，物體A始終不離開地面，當(dāng)物體A的質(zhì)量最小、人對繩子拉力最大時，物體對地面的壓力剛好為0，則拉力物體的重力所以A的質(zhì)量至少為。5、如圖是上肢力量健身器示意圖，杠桿AB可繞O點在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，AB＝3BO，配重的底面積為0.02m2，配重的重力為120N，重力為500N的健身者通過細(xì)繩在B點施加豎直向下的拉力為F1時，杠桿在水平位置平衡，配重對地面的壓力為85N，在B點施加豎直向下的拉力為F2時，杠桿仍在水平位置平衡，配重對地面的壓力為60N。已知F1∶F2＝2∶3，杠桿AB和細(xì)繩的質(zhì)量及所有摩擦均忽略不計（1）求配重對地面的最大壓強是多少？（2）滑輪的重力是多少？（3）配重剛好離開地面時，杠桿A端受到繩子的拉力是多少？（4）當(dāng)配重對地面的壓強為1750Pa時，人對繩子的拉力是多少？【答案】（1）；（2）；（3）；（4）【解析】（1）地面受配重對其的壓力，在配重從地面拉起的過程中，當(dāng)配重不受繩子對其的拉力時，地面受到配重的壓強最大，即當(dāng)時，配重對地面的壓強最大，為（2）當(dāng)配重在地面上保持靜止?fàn)顟B(tài)時，它受到的繩子的拉力F為其中為地面對配重的支持力，因為動滑輪上有2段繩子承擔(dān)物重，因此杠桿A點受到的拉力為根據(jù)杠桿的平衡條件得到即因為所以故有即杠桿B端受到繩子的拉力是當(dāng)壓力為85N時，物體受到的支持力也為85N，則在B點施加豎直向下的拉力為當(dāng)壓力為60N時，物體受到的支持力也為60N，則在B點施加豎直向下的拉力為因為所以解得（3）對動滑輪受力分析可知，受到向上的拉力和向下的自身重力以及兩股繩子對其的拉力，即其中，滑輪下端兩股繩子受到的拉力即為配重的重力，也就是所以，杠桿A端受到繩子的拉力是（4）當(dāng)配重對地面的壓強為1750Pa時，根據(jù)可得，配重對地面的壓力為對配重受力分析可知，受到向上的拉力和支持力以及向下的自身重力，則繩子的拉力為則杠桿A端受到繩子的拉力是根據(jù)杠桿的平衡條件得到又所以。6、溫州地區(qū)常下暴雨，導(dǎo)致水庫水位超過警戒線產(chǎn)生危險。為自動測量水庫水位超出警戒線的高度，小明設(shè)計了一臺簡易水位測量儀，其工作原理如圖甲所示。密度比水大的圓柱體M底面積為10厘米2，物體M和N重力均為40牛，繩子繞過定滑輪把MN兩物體相連，調(diào)節(jié)繩子長度使M的下表面與水庫警戒線相平，輕質(zhì)杠桿OB繞O點轉(zhuǎn)動，物體N放在杠桿的B處，OB長102厘米，力敏電阻R1通過A處對杠桿產(chǎn)生支撐，OA長51厘米，力敏電阻R1阻值與所受壓力FA的關(guān)系如表乙所示。電路電源電壓U恒為6伏，R0的阻值不變，在電流表相應(yīng)的位置標(biāo)出水位高度。(杠桿OB自身重力、繩重和摩擦均不計，水的密度ρ水=1.0×103千克/米3)（1）隨著水庫水位超出警戒線的高度變大，電路中的電壓表示數(shù)將(學(xué)法指導(dǎo)：分析愿理，列出思維過程流程圖：浮力變化→B處壓力變化→A處壓力變化→電阻R1變化→電壓表示數(shù)變化)壓力FA(牛)0102030電阻R1(歐)2015105（2）小明對自己制作的簡易水位測量儀進行了如下測試并標(biāo)注刻度，請完成相關(guān)問題：①已知圓柱體M還未浸入水中時，電壓表示數(shù)為2伏，則R0的阻值為Ω。②當(dāng)某次水位超過警戒線一定高度h，電流表示數(shù)為0.3安。請計算h的高度值？(寫出計算過程)（3）若用這個完成測試的測量儀來測量海水超過警戒線的高度，只通過調(diào)節(jié)物體N在杠桿上放置的位置(其它條件不變)，仍用電流表也能準(zhǔn)確讀出水位高度。則應(yīng)如何調(diào)節(jié)N的位置，并說出理由。(已知ρ海水=1.02×103千克/米3，杠桿平衡條件F1L1=R2L2阿基米德原理F浮=G排液=ρ液gV排)【答案】（1）變大(或先變大后不變)（2）①10歐。(解：M還沒浸入水時，F(xiàn)B=40牛40牛=0牛，F(xiàn)A=0牛：根據(jù)圖可知R1=20ΩU1=6V2V=4V；I1=U1/R1=4V/20Ω=0.2A；R0=U0/I0=2伏/0.2安=10歐，，不需要計算)②水位超過警戒線高度h時，R總=U/l=6伏/0.3安=20歐，則R1=R總R0=20歐10歐=10歐，由圖得FA=20牛，F(xiàn)1×L1=F2×L2；FB×102厘米=20×51厘米；FB=10牛；圓柱體M受到的浮力F浮=10牛；F浮=ρ液gV排；V排=F浮/ρ液g=10牛/1×103kg/m3×10Nkg=1×103m3h=1×103m3/10×104m2=1m（3）N放在杠桿B的右邊100厘米處。在湖水和海水水位高度相同的情況下，電流表示數(shù)相同，則電路壓敏電阻相同，A處壓力相同，F(xiàn)A×OA=FB×L2FA和OA不變，壓力大小等于物體M的浮力大小，海水密度變?yōu)樗拿芏鹊?.02倍，浮力變?yōu)?.02倍，則力臂要減小到原來的1/1.02，力臂為100cm．(定量回答)則電路壓敏電阻相同，A處壓力相同，F(xiàn)A×OA=FB×L2FA和OA不變，海水密度變大，浮力變大，則力臂要減小。(定性回答)N放在杠桿B的右邊。(只有判斷，沒理由)【解析】（1）根據(jù)甲圖可知，M和N的重力相等，當(dāng)M不受浮力時，N對B處的壓力為零。當(dāng)水位超過警戒線后，M受到浮力，于是N會對B產(chǎn)生壓力，壓力的大小正好等于M受到的浮力。首先根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ液gV排分析M受到浮力的變化，進而得到B處壓力的變化，再根據(jù)杠桿的平衡條件判斷A處壓力的變化，接下來確定壓敏電阻R1的阻值變化，根據(jù)歐姆定律分析電流變化，根據(jù)U=IR分析電壓表的示數(shù)變化即可。

（2）①圓柱體M還未浸入水中時，B處不受壓力，此時壓敏電阻R1=20Ω，首先根據(jù)U1=U總U0計算出R1兩端的電壓，再根據(jù)I1=U1R1計算出通過電路的電流，最后跟機R0=U0I0計算即可；

②首先根據(jù)R總=Ul計算出此時的總電阻，再根據(jù)R1=R7、如圖所示，支撐杠桿水平平衡的支架AOB隨物體M在水中能上下運動自動升降，杠桿始終保持水平平衡。輕質(zhì)杠桿LOA∶LOB=2∶5，某同學(xué)質(zhì)量為60kg。利用這個裝置將物體勻速放入容器中，在M被浸沒在水里的過程中，用力F1拉動繩自由端勻速豎直向下運動時，該同學(xué)對地面的壓強為獨立站在地面時對地壓強的一半。已知，物體M的體積是0.06m3，動滑輪的重力為60N。（桿的自重、繩的重力、滑輪與繩的摩擦及液體對物體的阻力不計，g=10N/kg）求：（1）物體M浸沒在水里受到的浮力；（2）拉力F1的大??；（3）物體M的重力；（4）物體M被浸沒在水中的過程時，滑輪組的機械效率?！敬鸢浮浚?）物體M浸沒在水里受到的浮力為600N；（2）拉力F1的大小為300N；（3）物體M的重力為1950N；（4）物體M被浸沒在水中的過程時，滑輪組的機械效率為90%?！窘馕觥浚?）物體M的體積是0.06m3，物體M浸沒在水里受到的浮力（2）某同學(xué)質(zhì)量為60kg，則重力用力F1拉動繩自由端勻速豎直向下運動時，該同學(xué)對地面的壓強為獨立站在地面時對地壓強的一半，則有解得某同學(xué)對地面壓力則某同學(xué)對繩子的拉力F1=GF壓=600N300N=300N（3）由于F1=300N，動滑輪的重力為60N，動滑輪上繩子根數(shù)n=2，則B點的拉力FB=2F1G滑=2×300N60N=540N由杠桿平衡條件FA×LOA=FB×LOBLOA∶LOB=2∶5解得物體M的重力（4）物體M被浸沒在水中的過程時，對B點做的功可視為有用功，對動滑輪做的功可視為額外功，則滑輪組的機械效率。8、如圖所示支撐杠桿水平平衡的支架AOB隨物體M在液體中能上下運動自動升降，物體M的密度為2.7×103kg/m3，輕質(zhì)杠桿LOA：LOB＝2：5．某同學(xué)質(zhì)量為60kg，利用這個裝置進行多次實驗操作，并將實驗數(shù)據(jù)記錄于表格中（表格中F浮為物體所受的浮力、h為物塊浸入液體的深度，P為液體對容器底部的壓強），在各次操作過程中可認(rèn)為杠桿始終保持水平。其中一次實驗用力F1拉動繩自由端勻速豎直向下運動，該同學(xué)對地面的壓強為獨立站在地面時對地壓強的一半，滑輪組的機械效率η＝90%．已知，物體M浸沒在液體中時，液體深度1.8m（繩的重力、滑輪與軸的摩擦及液體對物體的阻力不計。g＝10N/kg）。F浮/N100200300400500600600600h/m0.10.20.30.40.50.60.70.8P/pa1672516975172251742517725180001800018000求：（1）拉力F1的大??；（2）液體的密度；（3）物體M完全露出液體表面時，滑輪組的機械效率（百分號前面保留整數(shù)）?！敬鸢浮浚?）人的重力G人＝m人g＝60kg×10N/kg＝600N，拉力是人的重力的一半，F(xiàn)1=12G人（2）由表中最后三列數(shù)據(jù)可知，物體完全浸沒時，液體對容器底面的壓強為P＝18000Pa，由p＝ρ液gh得，ρ液=pg?=18000Pa10N/kg×1.8m（3）分析滑輪組可知，這是一個由2段繩子承擔(dān)物重的滑輪組，設(shè)作用在C端的拉力為FC，∵η=∴作用在C點的拉力FC＝η×nF1＝90%×2×300N＝540N；又∵F1=12（FC+G∴動滑輪的重力G動＝2F1﹣FC＝2×300N﹣540N＝60N；根據(jù)浮力的公式，當(dāng)物體完全浸沒時，物體的體積VM=F浮ρ物體的重力GM＝ρMgVM＝2.7×103kg/m3×10N/kg×0.06m3＝1620N；根據(jù)杠桿的平衡條件，F(xiàn)A×LOA＝FB×LOB，∵FA＝GM，LOA：LOB＝2：5，∴FB=Gη′=F9、如圖所示，輕質(zhì)杠桿AB能繞固定點O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，水平地面上重力為500N的配重N通過細(xì)繩豎直拉著杠桿B端?圓柱形物體M的重力為1.5×103N，每個滑輪重力相同，均為60N，AO∶OB=2∶5?圓柱形物體M的體積為0.06m3，使用過程中，圓柱形物體M始終保持勻速上升，杠桿始終在水平位置平衡?不計繩與滑輪間的摩擦，不考慮水流等因素影響，求(1)物體M上表面未露出水面時受到的浮力；(2)物體M浸沒在水中勻速上升時，滑輪組的機械效率；(3)若人的質(zhì)量為50kg，配重N對地面最小的壓力?【答案】(1)；(2)；(