2024版《突唯》河南中考总复习2024物理第二部分重点专题突破力学综合应用专题专题六类型一纯运动力学专题1.(2022河北模拟)D6736次动车组由8节车厢连接而成,部分行程见下方的列车时刻表.若平均每节车厢和乘客的总质量均为6×104kg,每节车厢与铁轨的接触面积均为1.5m2.车在行驶过程中阻力恒为重力的0.1倍.(g取10N/kg)求:站次站名到达时间开车时间运行时间里程1石家庄始发站11:40————2正定11:5512:2415min18km…(1)动车组每节车厢静止时对水平铁轨的压强;解:(1)一节动车组车厢静止时对水平铁轨的压力F=G=mg=6×104kg×10N/kg=6×105N动车组每节车厢静止时对水平铁轨的压强p===4×105Pa(2)动车组从石家庄到达正定时,牵引力做功的实际功率;(假设动车做匀速直线运动)解:(2)动车组受到的阻力:F阻=0.1G=0.1×8×6×105N=4.8×105N动车做匀速直线运动,受到的牵引力与阻力是一对平衡力,故牵引力F牵=F阻=4.8×105N动车组从石家庄到达正定通过的路程s=18km=1.8×104m牵引力做的功W=F牵s=4.8×105N×1.8×104m=8.64×109J动车组从石家庄到达正定所用时间t=15min=900s牵引力做功的功率P===9.6×106W(3)动车组行驶途中要穿过一条1000m长的隧道,其以144km/h的速度匀速行驶,用了30s完全穿过隧道,则动车组每节车厢的平均长度是多少?解:(3)动车组穿过隧道的速度v'=144km/h=40m/s所用的时间t'=30s则动车组完全穿过隧道行驶的路程s'=v't'=40m/s×30s=1200m因动车组完全穿过隧道的路程等于隧道的长度加上动车组的长度,所以,这列动车组的长度L车=s'-L隧道=1200m-1000m=200m动车组每节车厢的平均长度为=25m2.(2023无锡)2023年5月13日,“恩平20-4钻采平台”的安装,创造了我国海上油气平台浮托安装重量的新纪录.浮托安装类似于运动员挺举过程,巧妙地利用海上潮汐的自然力进行安装.如图所示,涨潮时,工程船托运平台组块驶入已经固定在海中的导管架的槽口,落潮时把平台组块插尖顺势从高位下降安装到导管架接口上.工程船满载时的排水量为5.35×107kg,所安装的平台组块质量为1.55×107kg.(g取10N/kg)解:(1)工程船满载时的排水量为m=5.35×107kg,因为工程船是漂浮的,所以F浮=G=mg=5.35×107kg×10N/kg=5.35×108N(1)工程船满载航行在海面上时,受到的浮力为多大?(2)平台组块所受重力大小为多少?解:(2)平台组块所受重力大小为G'=m'g=1.55×107kg×10N/kg=1.55×108N(3)若涨潮前,插尖低于接口0.8m,涨潮时,工程船和平台组块缓慢向上浮起,使得插尖比接口高1.2m.则在此过程中,工程船对平台组块竖直向上做功为多少?解:(3)工程船对平台组块施加的力等于平台组块的重力,即F=G'=1.55×108N移动的距离为s=0.8m+1.2m=2m工程船对平台组块竖直向上做功为W=Fs=1.55×108N×2m=3.1×108J3.随着科技的发展,智能机器人不断出现在宾馆、医院、车站等公共场所.如图所示的医用消毒机器人,可在无人环境下自主导航,利用闪蒸技术360°无死角消毒,其部分参数如下表:××牌消毒机器人项目参数机身自重(kg)80运行速度(m/s)1请分析计算下列问题:(1)该机器人以运行速度匀速行驶5min,行驶的路程有多少米?解:(1)该机器人的运行速度v=1m/s,运行时间为t=5min=300s,则行驶的路程为s=vt=1m/s×300s=300m(2)若该机器人装载8kg消毒液并静止在水平地面上,与地面接触的总面积为0.008m2,此时该机器人对地面的压强有多大?解:(2)消毒机器人对水平地面的压力为F=G总=(m机+m液)g=(80kg+8kg)×10N/kg=880N该机器人对地面的压强为p===1.1×105Pa解:(3)机器人克服摩擦力做功的功率为P机械=ηP输出=35%×140W=49W由P===Fv可得,牵引力为F牵===49N由于该机器人在粗糙程度相同的水平地面上做匀速直线运动,故摩擦力f=F牵=49N(3)该机器人在粗糙程度相同的水平地面上以运行速度做匀速直线运动,若电池的输出功率为140W,克服摩擦力做功的功率占电池输出功率的35%,则该机器人运行时受到的摩擦力是多大?4.如图甲所示是《天工开物》中记载的三千多年前中国古人利用桔槔在井上汲水的情境,受桔槔的启发,小明组装了如图乙所示的装置.其中,杠杆CD可绕支点O在竖直平面内转动,且OC=2OD.物体A悬挂在C端,静止在水平地面上的正方体B悬挂在D端,此时杠杆在水平位置平衡.已知:GA=30N,GB=80N,正方体B的边长为0.1m.杠杆、悬绳的质量不计.求:(1)杠杆D端所受的拉力;解:(1)由杠杆的平衡条件可得GA×OC=FD×OD则杠杆D端受到的拉力FD=×GA=2×30N=60N(2)正方体B对地面的压强.解:(2)正方体B对地面的压力F=GB-FD=80N-60N=20N正方体B与地面的接触面积S=(0.1m)2=0.01m2正方体B对地面的压强p===2000Pa5.科技馆里两位老人正饶有兴致地体验升降座椅装置,小明观察后画出简图(如图所示)进行研究.若爷爷的质量为m=60kg,奶奶用F=240N的拉力将爷爷匀速拉升到顶端,该过程中奶奶手握绳子向下拉动的总长度为s=6m.不计绳重和摩擦,g取10N/kg.求:(1)奶奶所做的功;解:(1)奶奶所做的功为W=Fs=240N×6m=1440J(2)动滑轮(含座椅)的质量;解:(2)爷爷的重力为G=mg=60kg×10N/kg=600N由图可知,滑轮组n=3,不计绳重和摩擦,由F=(G+G动),可得动滑轮(含座椅)的重力为G动=nF-G=3×240N-600N=120N动滑轮(含座椅)的质量为m动===12kg(3)该升降座椅装置的机械效率(计算结果保留1位小数).解:(3)不计绳重和摩擦,该升降座椅装置的机械效率η====≈83.3%6.(2023荆州)以“‘荆歌’铁马,奔向未来”为主题的2023荆州马拉松3月26日在荆州体育中心鸣枪起跑.在开赛场地建设过程中,工人利用长度L=3m的斜面把质量为240kg的重物匀速推到h=1m高处,如图所示,工人所用推力F=1000N,g取10N/kg.求:(1)推力做的有用功;解:(1)提升货物时做的有用功W有用=Gh=mgh=240kg×10N/kg×1m=2400J(2)斜面的机械效率;解:(2)推力做的总功W总=FL=1000N×3m=3000J斜面的机械效率η=×100%=×100%=80%(3)工人将另一质量为300kg的重物匀速推到同一高度,为了省力,换用长度为5m的斜面,此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6∶5,共用时20s,此时工人推力做功的功率.解:(3)推质量240kg重物过程中的额外功W额=W总-W有用=3000J-2400J=600J由W额=fs得货物与斜面间的摩擦力f===200N由题知,工人将质量为300kg的重物匀速推到同一高度时,重物与斜面间的摩擦力为f'=×200N=240N此时有用功W'有用=G'h=m'gh=300kg×10N/kg×1m=3000J额外功W'额=f'L'=240N×5m=1200J总功W'总=W'有用+W'额=3000J+1200J=4200J此时工人推力做功的功率P===210W7.(2023江西)如图所示,利用斜面将箱子推进车厢,通常要比把箱子直接从地面搬进车厢省力多了.某同学用100N的力沿斜面向上匀速推动箱子,已知箱子质量为20kg,斜面长3m,高1.2m,g取10N/kg.求:(1)箱子的重力;解:(1)箱子的重力G=mg=20kg×10N/kg=200N(2)箱子受到的摩擦力;解:(2)推力做的总功W总=Fs=100N×3m=300J推力做的有用功W有用=Gh=200N×1.2m=240J沿斜面推动箱子,克服斜面对箱子的摩擦力做的功是额外功,W额=W总-W有=300J-240J=60J由W额=fs可得箱子受到的摩擦力f===20N(3)斜面的机械效率;解:(3)斜面的机械效率:η=×100%=×100%=80%(4)使用斜面推箱子时有哪些更省力的方法.解:(4)减小斜面的坡度、减小斜面的粗糙程度等都可以省力.(合理即可)8.(2022开封二模)如图甲是某新型太阳能汽车,该汽车的动力完全由安装在车顶的太阳能电池板提供.汽车(包括司乘人员)的质量为1.2t,在水平路面行驶时的v-t图象如图乙所示,前10s汽车通过的路程为100m,整个行驶过程中电动机的输出功率保持不变.(g取10N/kg)求:(1)太阳能电池板是把能转化为能.(2)汽车在前10s内的平均速度是多少?解:(2)汽车在前10s的平均速度v===10m/s太阳电(3)如汽车匀速行驶过程中所受阻力大小为车重的0.02倍,则汽车牵引力为多大?解:(3)由题知汽车的质量为m=1.2t=1.2×103kg汽车所受的重力为G=mg=1.2×103kg×10N/kg=1.2×104N汽车所受阻力为f=0.02G=0.02×1.2×104N=240N因为汽车匀速行驶,牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等,所以牵引力F=f=240N(4)汽车在0~20s内牵引力做的功是多少?解:(4)由图乙可知,汽车匀速行驶时,v=15m/s则汽车的恒定功率为:P=Fv=240N×15m/s=3600W汽车在0~20s内牵引力做的功为W=Pt=3600W×20s=7.2×104J9.(2023凉山州)邛海湿地公园湖边的一个圆台形花岗石墩(形状如图甲)不慎落入1.9m深的湖底,该石墩的上表面积为0.9m2,下表面积为0.4m2,高为0.9m,质量为1.482t.工人师傅用起重机将其匀速吊出水面,起重机的功率为440W.石墩从刚好脱离湖底上升到上表面与水面相平共耗时50s(如图乙).花岗石密度ρ石=2.6×103kg/m3,ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg,不考虑石墩在水中运动时受到的阻力.求:(1)石墩的体积;解:(1)根据ρ=可知,石墩的体积为V===0.57m3(2)石墩上升过程中,起重机的效率;(结果保留整数)解:(2)石墩上升过程中受到的浮力为F浮石=ρ水gV排石=1.0××10N/kg×0.57m3=5700N石墩上升过程中,起重机的拉力所做的有用功为W有=(G-F浮石)h=(mg-F浮石)h=(1.482×103kg×10N/kg-5700N)×(1.9m-0.9m)=0.912×104J起重机做的总功为W总=Pt=440W×50s=2.2×104J起重机的效率为η=×100%=×100%≈41%解:(3)由于起吊前石墩与平整的湖底紧密接触,根据石墩形状可知,石墩受到的浮力为F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.57m3-0.4m2×0.9m)=2100N石墩重力G=mg=1.482×103kg×10N/kg=1.482×104N石墩圆柱形部分受到水的压力为F水=p水S==1.0×103kg/m3×10N/kg×(1.9m-0.9m)×0.4m2=4000N(3)若起吊前石墩与平整的湖底紧密接触(如图丙),湖底对石墩的支持力.石墩对湖底的压力F压=G+F水-F浮=1.482×104N+4000N-2100N=1.672×104N由于力的作用是相互的,湖底对石墩的支持力F支=F压=1.672×104N10.(2022三门峡模拟)近日,6架中国空军运-20运输机连飞塞尔维亚,表明中国空军的战略运输能力取得了巨大的突破.如图所示,其中一架飞机的总重为1.89×106N,安装有14个轮子,每个轮子与地面的接触面积约为0.3m2,起飞600s后达到飞行高度8000m,此次飞行单程距离约为7600km,飞行时间约9.5h.请用所学知识解答下列问题:(1)运-20采用较大比例的碳纤维材料以减轻飞机的重量,其原因是这种材料具有较小的;飞机在起飞时常采用(选填“顺风”或“逆风”)起飞,可以使飞机获得更大的升力.(2)从中国飞抵塞尔维亚,飞机的平均速度大约是多少km/h?解:(2)飞机的平均速度v===800km/h密度逆风(3)飞机静止在水平跑道上时对地面的压强为多少Pa?解:(3)飞机静止在水平跑道上时对地面的压强p====4.5×105Pa(4)飞机爬升阶段发动机的输出功率至少是多少W?解:(4)飞机爬升阶段克服重力做的功W=Gh=1.89×106N×8000m=1.512×1010J飞机发动机最少的输出功率P===2.52×107W类型二力学与热学综合1.高铁的全称是“高速动车组旅客列车”,以电为动力驱动的高速铁路,由牵引电动机带动列车运行.目前“复兴号”具有完全自主知识产权,安全舒适;中国高铁已经走在了世界前列,中国的高铁里程在全球早已经遥遥领先.中国“复兴号”列车部分参数如下表所示:(g取10N/kg)型号CR—300A复兴号全长八节编组206m最高车速400km/h满载最大总重417t车轮与铁轨总接触面积0.5m2总定员613人(1)电动机的原理是,它在工作时是将能主要转化为能.(2)列车满载时对轨道的压强是多少?解:(2)列车满载时对轨道的压力F=G=mg=4.17×105kg×10N/kg=4.17×106N列车满载时对轨道的压强p===8.34×106Pa通电线圈在磁场中受力转动电机械解:(3)50kg柴油完全燃烧释放热量Q放=mq=50kg×4.3×107J/kg=2.15×109J由η=×100%可得,“复兴号”可获得的动能E=Q放η=2.15×109J×40%=8.6×108J因“复兴号”列车行驶5km消耗能量约2.15×108J,所以,消耗50kg柴油可行驶s=×5km=20km(3)“复兴号”列车行驶5km消耗能量约2.15×108J,如果“复兴号”需要的这些能量全部由效率为40%的柴油机提供,那么消耗50kg柴油可行驶多少km?(柴油的热值为4.3×107J/kg)2.(2023扬州改编)“芒种”前后是麦子成熟收割的时间,需要及时把麦子颗粒归仓.(1)如图甲所示是古代农人打麦的场景,把打麦工具高高举起,它的重力势能变.大(2)现在很多地方都用联合收割机收割麦子,某收割机的参数如下表:割幅(m)2.2/2.5履带接地总面积(m2)3.6喂入量(kg/s)3/4/4.5功率(kW)60发动机效率40%油箱容积(L)72满油时整机质量(kg)2880②如图乙,收割一块地的麦子,耗时0.5h,此过程中该收割机做了多少功?求:①满油时收割机对水平地面的压强?(g取10N/kg)解:(2)①满油时收割机的重力为G=mg=2880kg×10N/kg=2.88×104N满油时收割机对水平地面的压强为p====8000Pa解:②收割一块地的麦子,耗时0.5h,该收割机做功为W=Pt=60×103W×0.5×3600s=1.08×108J解:③发动机的效率为η=40%,根据效率公式得,Q===2.7×108J根据Q=qm得,在此过程中消耗柴油为m柴油===6.75kg③在②过程中消耗柴油的质量为多少?(q柴油约为4×107J/kg)3.(2022驻马店模拟)驻马店物产丰富,素有“中原粮仓”之称,如图是我市确山县某乡镇在农业种植时,采用装有北斗导航系统的拖拉机在无人驾驶状态下进行播种.(1)装有北斗导航系统的拖拉机在无人驾驶状态下是利用传递信息的,拖拉机的车轮特别宽大是为了.电磁波减小压强(2)该拖拉机的空载质量为3t,空载时在水平公路上匀速直线行驶了15km,耗时20min到达目标农田,该过程中受到的阻力为其重力的0.05倍,求拖拉机行驶的速度是多少?牵引力所做的功是多少?(g取10N/kg)解:(2)拖拉机行驶的速度为v===45km/h空载时在水平公路上匀速直线行驶,则牵引力F=f=0.05G=0.05mg=0.05×3×103kg×10N/kg=1.5×103N牵引力所做的功W=Fs=1.5×103N×15×103m=2.25×107J(3)某次拖拉机进行作业时,功率恒为4.3×104W,发动机的效率为40%,工作10分钟消耗柴油的质量是多少?(q柴油=4.3×107J/kg)解:(3)拖拉机进行作业时,工作10分钟发动机做功W机=Pt=4.3×104W×10×60s=2.58×107J工作10分钟消耗柴油的质量:m====1.5kg4.(2023贵州改编)随着汽车科技的不断进步,混合动力汽车(简称:混动汽车)逐渐受到人们的青睐,目前广泛使用的混动汽车主要部件有:汽油机、蓄电池、电动机等,它们单独或组合向汽车提供动力.混动汽车有串联式和并联式等种类.串联式混动汽车的工作流程如图甲所示,蓄电池可单独向电动机提供电能驱动汽车;汽油机仅带动发电机发电,产生的电能一部分输入电动机驱动汽车,另一部分还能通过发电机向蓄电池充电.并联式混动汽车的工作流程如图乙所示,汽油机和电动机分属两套独立的工作系统,蓄电池通过电动机能单独驱动汽车,汽油机也能直接给汽车提供动力,两套系统还能同时工作驱动汽车.(1)若某混动汽车匀速行驶10km用时0.2h,则其速度是多少km/h?解:(1)v===50km/h(2)若汽油机完全燃烧2kg汽油,释放的热量是多少J?(q汽油=4.6×107J/kg)解:(2)释放出的总热量:Q放=mq=2kg×4.6×107J/kg=9.2×107J(3)若两种方式混动汽车的质量相同,相同部件能量转化的效率相同,油电系统同时工作,蓄电池仅处于放电状态且放电情况相同.请对比甲、乙两图的工作流程分析,在汽车整体输出能量相同的情况下,哪种方式混动汽车的效率低?为什么?解:(3)串联式混动汽车的效率低,因为在混动汽车质量相同,转化效率相同的情况下,并联式和串联式都有蓄电池到电动机再到提供动力,这一部分转化效率相同,但是串联式在汽油机方面比并联式多了些步骤,它是先到发电机再到电动机再到提供动力,而并联式是汽油机直接提供动力,所以串联式在能量转化方面损耗更多,效率较低.类型三力电综合类题目1.我省是粮食大省,科技的发展推动了农业生产的改革.植保无人机因其操控简单、喷洒均匀、省时高效等优点,在现代农业中发挥着重要作用.如图所示,这是某型号双起落架植保无人机,其部分项目参数如下表.(g取10N/kg,ρ农药=1.1×103kg/m3)项目参数项目参数长、宽、高/mm3090×3090×680起落架总底面积/m22×10-2项目参数项目参数空载质量/kg20聚合物动力电池/(mA·h)30000药箱容量/L30充电电压/V40药箱高度/cm30最佳作业速度/(m·s-1)8(1)无人机在水平高度匀速直线作业过程中,无人机的动能(选填“增大”“减小”或“不变”).减小(2)无人机空载时静止在水平地面上对地面的压强是多少?解:(2)空载时静止在水平地面上的无人机对地面的压力F=G=mg=20kg×10N/kg=200N无人机对地面的压强p===1×104Pa(3)药箱加满农药时,农药对药箱底的压强是多少?解:(3)药箱加满农药时,农药对药箱底的压强p'=ρ农药gh=1.1×103kg/m3×10N/kg×30×10-2m=3.3×103Pa解:(4)电池充满电后,无人机储存的电能W电=UIt=40V×30000×A×3600s=4.32×106J因为飞行时将电能全部转化为机械能,所以机械能W机械=W电=4.32×106J根据P===Fv知做功的功率:P=Fv=800N×8m/s=6400W由P=得无人机以最佳作业速度匀速飞行的时间(4)若无人机以最佳作业速度匀速飞行时的动力为800N,且飞行时将电能全部转化为机械能,则电池充满电后,能供无人机以最佳作业速度匀速飞行的时间是多少?t===675s其他解法正确亦可.2.在万物皆可外卖的时代,外卖拯救了无数人的胃和无数“出门困难户”,但外卖骑手为加快送餐速度避免超时差评,从而超速、逆行、闯红灯等问题也屡屡发生.外卖骑手现接到一个从商家到顾客距离为3km的订单,他用时10min将货送到了顾客手里,假设他在整个过程中都匀速直线行驶,下表是他所骑电动车的主要技术参数.(g=10N/kg)基本信息整车质量50kg最高车速40km/h最大噪声62dB轮胎与水平面着地总面积200cm2蓄电池电压48V容量12A·h电动机额定电压48V电动机额定功率249W(1)该电动车蓄电池一次充满电可储存的能量是多少焦?(写出必要计算步骤)解:(1)该电动车蓄电池一次充满电可储存的能量为W=UIt=48V×12A×1×3600s=2.0736×106J(2)目前国家对电动车进行严格的速度限制,电动车每小时不得超过25km行驶速度,骑手在送餐过程中是否超速?(通过计算进行说明,并写出必要计算步骤)解:(2)外卖骑手的速度v===18km/h<25km/h故骑手在送餐过程中没有超速.(3)质量为65kg的骑手在水平路面上骑行时,请计算电动车对路面的压强;解:(3)骑手和电动车的总重力G总=m总g=(65kg+50kg)×10N/kg=1150N电动车对水平路面的压力F=G总=1150N电动车对路面的压强p===5.75×104Pa(4)若在送货过程中电动机牵引力的功率恒为100W,求此过程中电动机做的功及车所受的阻力.解:(4)此过程中电动机做的功为W=Pt=100W×10×60s=6×104J电动车的牵引力为F牵===20N电动车在匀速行驶过程中,受到的阻力与电动车的牵引力是一对平衡力,根据二力平衡条件可知,电动车受的阻力为20N.3.(2022资阳)如图甲是被大家认可的我国自主品牌混合动力畅销车型“比亚迪秦”.在某次性能测试中,汽车启动时内燃机工作,由内燃机提供能量驱动汽车以v1=50km/h的速度匀速行驶,同时给初始能量为E0=5.6×107J的蓄电池组充电,充电电压U1=400V,充电电流I1=50A;汽车行驶t1=2h、内燃机消耗燃料m=20kg后蓄电池组充电完成,改由电动机提供能量驱动汽车在水平路面上以v2=90km/h的速度匀速行驶,此时蓄电池组加在电动机两端的电压U2=320V,电动机的效率η=80%;已知汽车蓄电池组所储存能量降为E0时即自动切换为内燃机工若汽车运动过程中车速v与所受阻力f的关系如图乙所示,所用燃料的热值q=4.5×107J/kg,且燃料完全燃烧.不计汽车电路连接导线的电阻,忽略传动装置消耗的能量.求:(1)内燃机工作时的效率η1(结果保留一位小数);解:(1)燃料完全燃烧放出的热量Q放=qm=4.5×107J/kg×20kg=9×108J由图乙可知v1=50km/h时,汽车受到的阻力f1=400N,t1时间内克服摩擦力做功W1=f1s1=f1v1t1=400N×m/s×2×3600s=4×107Jt1时间蓄电池组充完电消耗的能量W2=U1I1t1=400V×50A×2×3600s=1.44×108J内燃机工作时的效率η=×100%=×100%≈20.4%(2)汽车蓄电池组储存能量的最大值Em;解:(2)蓄电池组充电的能量W2=1.44×108J时,充电完成,则电池组储存能量的最大值Em=E0+W2=5.6×107J+1.44×108J=2×108J(3)充电一次采用纯电动模式以v2=90km/h的速度匀速行驶的最大里程sm.解:(3)由图乙可知,汽车以90km/h的速度行驶时受到的阻力f2=480N由题意可知:W2×80%=f2smsm===2.4×105m=240km