1、1类型一 力学综合题针对训练一 浮力及相关力学综合1. 如图所示，是一个用浮筒、小灯泡和收放线装置 A 制作的航标灯模型，细线下端固定在水槽底部，航标灯总重 4 N当水位上升时， A 放线；水位下降时， A 收线，从而使细线的拉力保持不变，航标灯静止时浸入水中的深度 h 始终为 5 cm，排开水的体积也始终为 500 cm3(不计细线重和摩擦)当航标灯静止时，求：( 水 1.010 3 kg/m3， g10 N/kg)(1)航标灯漂浮时，自身重力_(选填“大于” “小于”或“等于”)水对它的浮力(2)航标灯底部受到水的压强及排开水的质量为多少？(3)航标灯受到的浮力是多少？细线对航标灯的拉力为
2、多大？第 1 题图2. 如图所示是某科技小组设计的自动储水装置， AB 是可绕 O 点转动的轻质杠杆， A 端通过细杆与压力传感开关 S 相连， B 端通过细杆与圆柱体浮筒相连，杠杆始终保持水平，浮筒高 2 m，底面积为 15 cm2.当水位下降到浮筒的下表面时 S 闭合，电动水泵开始注水；当水位上升到浮筒的上表面时 S 断开，电动水泵停止注水，一次注水正好把 15 m3的水从地面送到储水池中( 水 1.010 3 kg/m3， g 取 10 N/kg)(1)水位下降过程中，压力传感器受到的压力将_(选填“变大” “变小”或“不变”)；(2)浮筒的体积是多少？停止注水时浮筒受到的浮力是多少？(
3、3)若浮筒缩短 10 cm，此时注一次水的质量是多少？(浮筒与注水容器相比很小，占注水容器的体积忽略不计)2第 2 题图3. (2017 陕西定心卷)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)随着水箱中水位的升高，水箱底部受到水的压强逐渐_(2)水箱中的水
4、对底盖 A 产生的压强是多少？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符合设计要求的数据第 3 题图4. 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15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 m 2，浮子 A 重 10 N.(1)注水过程中，随着水位上升，水对水箱底部的压强逐渐_(选
5、填“增大”或“减小”)3(2)此时浮子 A 受到的浮力为多大？(3)浮子 A 的密度是多少？第 4 题图5. (2017 重庆 B 卷改编)如图甲所示为中国首艘国产航母 001A 下水时的情景某中学物理兴趣小组的同学在实验室模拟航母下水前的一个过程，他们将一个质量为 2 kg 的航母模型置于水平地面上的一个薄壁柱形容器底部，该柱形容器质量为 6 kg，底面积为 0.03 m2，高为 0.4 m，如图乙所示现在向容器中加水，当加水深度为 0.1 m 时，模型刚好离开容器底部，如图丙所示继续加水直到深度为 0.38 m，然后将一质量为 0.9 kg 的舰载机模型轻放在航母模型上，静止后它们一起漂浮
6、在水面求：(1)向图乙中加水的过程中(水位小于 0.1 m)，航母模型对薄壁柱形容器底部的压力逐渐_，其所受的浮力逐渐_；(均选填“增大” “减小”或“不变”)(2)图丙中水对容器底的压强和航母模型浸入水中的体积；(3)放上舰载机后整个装置静止时，相对于水深为 0.38 m 时，容器对水平地面的压强增加了多少帕？第 5 题图6. 如图甲所示是利用电动机和滑轮组(图中未画出)将实心长方体 A 从水库底匀速竖直起吊的装置示意图， A 上升的速度始终为 0.1 m/s.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.
7、求：(1)在 040 s 时，水对水库底面的压强_(选填“变大” “变小”或“不变”)4(2)长方体 A 未漏出水面时受到的浮力是多少？(3)把长方体 A 打捞出后按照图丙的摆放方式放在岸边的水平地面上，长方体 A 的密度及它对地面的压强是多少？第 6 题图二以简单(匀速)运动为背景7. 在城市建设中，挖掘机发挥了重要的作用在工程施工中使用的某型号挖掘机如图甲所示，它的有关数据如表所示挖掘机在运送砂土过程中，装有 1.8104 N 砂土的铲斗以 2.4 m/s 的平均速度用时 4 s 从图乙中最低点 A 移到最高点 B，接着再用 2 s 沿水平方向移动 4 m 将砂土卸到汽车上求：(g 取 1
8、0 N/kg)项目 数值整机质量(kg) 9 000发动机最大功率(kW) 150标准斗容(m 3) 1.2两履带与地面接触的总面积(m 2) 4.5(1)挖掘机的履带是利用_(选填“增大”或“减小”)接触面积从而减小对地面压强的原理设计的(2)铲斗从 A 点移到 B 点经过的路程挖掘机静止且不工作时(如图甲所示)对水平地面的压强(3)如果挖掘机在上述运送砂土过程中的平均功率为 60 kW，此过程挖掘机做的总功5第 7 题图8. 城市的整洁卫生离不开清洁工人的辛勤劳动，清洁工人运送垃圾时会用到如图所示的垃圾车，它的部分参数如下表所示(取 g10 N/kg)(1)当垃圾车驶过时，我们会闻到刺鼻的
9、味道，这是因为_(2)在满载时垃圾车对水平路面的压强是多少？(3)该垃圾车满载时，在平直的公路上以最高车速匀速行驶 1 km，受到的摩擦阻力为车重的 0.1 倍，求发动机牵引力做功的功率是多少？第 8 题图型号空车质量(t) 7额定载重(t) 8百公里耗油(L) 14最高车速(km/h) 72车轮与地面的总接触面积(m 2) 0.169. 随着科技的发展，绿色出行已经成为一种时尚，电动滑板车越来越受到年青人的喜爱，如图为某品牌的可折叠式电动滑板车，若这种电动滑板车的质量(载人)为 m70 kg，轮胎与地面的总接触面积为 20 cm2，正常行驶时，滑板车(载人)受到的平均阻力 f 为车重G 的
10、0.05 倍，该车在牵引力作用下在平直的公路上匀速行驶时，300 s 内行驶了 2.4 km(取 g10 N/kg)求：(1)电动滑板车上的电动机是利用_的原理工作的，车轮上刻有花纹是为了_(选填“增大”或“减小”)摩擦(2)该车(载人)匀速行驶时，对水平地面的压强是多少？车的速度是多少 m/s?(3)300 s 内牵引力所做的功和功率各是多少？第 9 题图710. (2017 陕师大附中模拟)清明节期间，小志随家人一起驾车来到泾河智慧农业园观赏郁金香下表列出了他家小轿车的相关数据( g10 N/kg).车身质量 m/t 1.5 座位数(含司乘) 5轮胎数目 n/个 4 汽车额定功率 P/kW
11、 60每个轮胎与地面的接触面积 S/cm2500 汽油密度 /(kgm3 ) 0.71103百公里耗油量 V/L 10 92#汽油的价格(元/L) 6.3(1)行驶过程中遇到紧急情况要及时刹车，这是通过增大_来增大摩擦力的，刹车后汽车由于_不能立即停下，还要滑行一段距离(2)不计油箱中油的质量，停在停车场的小轿车空载时对地面的压强是多少？(3)若小志爸爸在高速路上驾车时以额定功率匀速直线运动，速度为 72 km/h，试计算10 min 内该车克服阻力所做的功和小轿车受到的阻力(4)从小志家到泾河智慧农业园的距离为 50 km，若轿车油量表上此时显示所剩油量为6 L，小志爸爸至少需要加多少钱油才
12、能顺利完成一次旅程，回到家中？三以简单机械为背景11. (2017 高新一中模拟)我校教学楼前都会有一个斜坡，它是为方便轮椅通行而建立的，其实质就是一个斜面小明测得某斜坡长 4 m，高 0.5 m，他想借助该斜坡将一箱子匀速推上斜坡，测得该箱子重为 800 N.(1)使用斜面可以_(选填“省力”或“省功”)；8(2)若不考虑摩擦，需要推力是多少？(3)若实际推力是 125 N，则它的机械效率是多少？箱子和斜面间的摩擦力是多少？第 11 题图12. 如图所示，是小型建筑工地上使用的“罐笼式”提升机，用它能将放在罐笼中的建筑材料提升到高处已知被提升的建筑材料的质量为 280 kg 且与罐笼底的接触
13、面积为1.4 m2，在拉力 F 作用下，建筑材料以 0.5 m/s 的速度被匀速提升到 10 m 的高度，且拉力F 的功率为 2.1 kW.不计摩擦和钢丝绳的重力，请回答下列问题：(1)建筑材料对罐笼底面的压强是多少？(2)拉力 F 做的功是多少？(3)提升机在提升建筑材料时的机械效率是多少？(结果保留一位小数)若增大被提升建筑材料的质量，则提升机的机械效率将_(“变大” “变小”或“不变”)第 12 题图913. 如图甲的“塔吊”是建筑工地上普遍使用的起重设备， AB 是竖直支架， CD 是水平臂，其中 OC 段叫平衡臂， C 端装有配重体， OD 段叫吊臂， E 处装有滑轮，可在 O、 D
14、 两点间移动(1)由“塔吊”结构图可知，当 E 点越靠近 D 点时，能安全吊起重物的最大质量越_(选填“大”或“小”)(2)用此“塔吊”将 1.2 t 的钢材先竖直匀速吊起 10 m 高，然后沿水平方向慢慢旋转90后将钢材送达指定位置，在这一过程中“塔吊”对钢材做了多少功？( g10 N/kg)(3)“塔吊”通过电动机带动如图乙所示的滑轮组，竖直吊起物体若某次吊起的重物为 4104 N，电动机输出功率为 75 kW，匀速上升的速度为 1.5 m/s，则作用在滑轮组上的水平拉力 F 和滑轮组的机械效率是多少？第 13 题图1014. 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施工台上，
15、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？(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？第 14 题图11答案1. (1)小于解：(2)航标灯底部受到水的压强：p 水 gh1.010 3 kg/m310 N/kg0.05 m500 Pa由 可得，航标灯排开水的质量为：mVm 排 水 V 排 1.010 3 kg/m3500106 m30.5 kg(3)
16、由阿基米德原理可知，航标灯受到的浮力：F 浮 G 排 m 排 g0.5 kg10 N/kg5 N航标灯静止时处于平衡状态，受到竖直向上的浮力，竖直向下的重力和绳子的拉力，由受力分析可得，细线对航标灯的拉力： F 拉 F 浮 G 灯总 5 N4 N1 N2. (1)变大 【解析】水位下降过程中，浮筒排开水的体积变小，受到的浮力变小，由受力平衡可知， B 端杠杆对浮筒的拉力变大，根据杠杆平衡条件可知， A 端杠杆对压力传感器的压力变大解：(2)浮筒的体积： V 筒 Sh15 cm 22 m1.510 3 m22 m310 3 m3停止注水时，浮筒刚好浸没，浮筒的体积等于排开水的体积由阿基米德原理得
17、： F 浮 水 gV 排 1.010 3 kg/m310 N/kg3103 m330 N(3)因为从开始注水到注水结束，水位上升的高度等于浮筒的高度，所以注水容器的底面积： S 容 7.5 m2，若浮筒缩短 10 cm，开始注水时水面比原来上升 10 V注 水h 15 m32 mcm，此时一次注水的体积： V V 注水 S 容 h15 m 37.5 m 20.1 m14.25 m 3一次注水的质量： m 水 V1.010 3 kg/m314.25 m31.42510 4 kg3. (1)变大解：(2)水对底盖 A 的压强p 水 gh1.010 3 kg/m310 N/kg0.6 m610 3
18、Pa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 1.010 3 kg/m310 12N/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 G mg1 kg10 N/kg10 N水对底盖 A 的压力F1 pS610 3 Pa20104 m212 N则 F1 F 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F1 F 浮 G20 N10 N10 N因为 F1 p S 水 gh S，所以水箱中的水位高度为h
19、 F1 水 gS 10 N1.0103 kg/m310 N/kg2010 4 m205 m50 cm水箱内水位的高度应维持 50 cm 不变4. (1)增大解：(2)浮子 A 堵住进水口时，根据公式 p 可得，FS进水管口水对浮子 A 的压力 F p 水 S 进水口 1.210 5 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 F G30 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 410 3 m3F浮 水 g 40 N1103 kg/m310 N/kg浮子 A 有 体积露出水面，浮子 A 的
20、体积 V 15排 510 3 m315 410 3 m345浮子 A 的质量 m 1 kgGg 10 N10 N/kg浮子 A 的密度 0.210 3 kg/m3mV 1 kg510 3 m35. (1)减小 增大解：(2)水对容器底的压强为 p 水 gh1.010 3 kg/m310 N/kg0.1 m131 000 Pa因为航母模型漂浮，所以浮力与重力相等：F 浮 G mg2 kg10 N/kg20 NV 排 210 3 m3F浮 水 g 20 N1.0103 kg/m310 N/kg(3)航母模型一直处于漂浮状态，所以放上舰载机后，航母模型所受浮力的增加量应等于舰载机的重力， F 浮 G
21、 舰载机 m 舰载机 g0.9 kg10 N/kg9 N V 排 g排排 910 4 m3900 cm 39 N1.0103 kg/m310 N/kg放上舰载机之前容器中剩余的体积为 V0.03 m2(0.4 m0.38 m)610 4 m3600 cm 3 V 排所以放上舰载机后水会溢出，溢出水的体积为V 水溢 V 排 V900 cm 3600 cm 3300 cm 3则溢出水的质量为m 水溢 水 V 水溢 1 g/cm 3300 cm3300 g溢出水的重力为G 水溢 m 水溢 g0.3 kg10 N/kg3 N所以放上舰载机后相对水深为 0.38 m 时，容器对水平面增加的压力为舰载机的
22、重力与溢出水的重力之差，即 F G 舰载机 G 水溢 9 N3 N6 N容器对水平面的压强增加了 pFS 200 Pa6 N0.03 m26. (1)不变 【解析】由题图乙可以得出，040 s 长方体 A 未出水面，由 p gh可知，水对水库底面的压强大小不变14解：(2)由题图乙可知：长方体 A 所受重力 GA2.410 4 N，浸没时受到的拉力F11.410 4 N则露出水前所受浮力F 浮 GA F12.410 4 N1.410 4 N1.010 4 N(3)由 F 浮 水 gV 排 得：长方体 A 浸没时排开水的体积V 排 1 m 3F浮 水 g 1.0104 N1.0103 kg/m3
23、10 N/kg因为 A 浸没在水中，所以 A 的体积： V V 排 1 m 3A 的质量为 m 2.410 3 kgGAg 2.4104 N10 N/kg长方体 A 的密度为 A 2.410 3 kg/m3mV 2.4103 kg1 m3由题图可知， A 的高度：hA vAt0.1 m/s(60 s40 s)2 mA 的横截面积： S 0.5 m 2VhA 1 m32 mA 对地面的压力 F 压 GA2.410 4 NA 对地面的压强： p 4.810 4 PaF压S 2.4104 N0.5 m27. (1)增大解：(2)铲斗从 A 点移到 B 点经过的路程 s vt2.4 m/s4 s9.6
24、 m对水平地面的压力 F G mg9 000 kg10 N/kg910 4 N对水平地面的压强 p 210 4 PaFS 9104 N4.5 m2(3)运送砂土过程中挖掘机做的总功W 总 P 送 t 总 610 4 W(4 s2 s)3.610 5 J8. (1)分子在永不停息地做无规则运动解：(2)垃圾车满载时对路面的压力：F G mg(7 000 kg8 000 kg)10 N/kg1.510 5 N对路面的压强： p 1.510 6 PaFS 1.5105 N0.1 m2(3)垃圾车匀速行驶，受力平衡，牵引力等于阻力15F 牵 f0.1 G0.11.510 5 N1.510 4 N牵引力
25、做的功： W F 牵 s1.510 4 N103 m1.510 7 J所用时间： t 50 ssv 1 km72 km/h 1 000 m20 m/s发动机牵引力做功的功率： P 310 5 WWt 1.5107 J50 s9. (1)通电导线在磁场中受力转动 增大 【解析】电动机是利用通电导线在磁场中受力而转动的原理工作的；由于摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关，所以车轮上刻有花纹是通过增大接触面的粗糙程度的方法增大摩擦的解：(2)电动滑板车的质量(载人)是 70 kg，所以此时：F G mg70 kg10 N/kg700 N故压强是： p 3.510 5 PaFS 700 N20
26、10 4 m2电动滑板车的速度是： v 8 m/sst 2.4103 m300 s(3)因为电动滑板车在牵引力的作用下做匀速运动，所以 F 牵 f0.05 G0.05700 N35 N牵引力做的功为： W F 牵 s35 N2 400 m8.410 4 J牵引力做功的功率是为： P 280 WWt 8.4104 J300 s10. (1)压力 惯性 【解析】紧急刹车时，车闸和车轮之间的压力增大，摩擦力增大，这是通过增大压力来增大摩擦的，当然车在刹车前主要是滚动摩擦，刹车后主要是滑动摩擦，因此这还是通过变滚动为滑动增大摩擦因为车是运动的，所以刹车后，由于惯性，车还要保持原来的运动状态继续向前运动
27、解：(2)小轿车空载时对地面的压力是：F G mg1.510 3 kg10 N/kg1.510 4 N小轿车对地面的压强是：p 7.510 4 PaFS 1.5104 N50010 4 m24(3)小轿车 10 min 克服阻力所做的功为：W Pt6010 3 W1060 s3.610 7 J16因为小车做匀速直线运动所以牵引力等于阻力，由 P Fv 可得，小轿车受到的Wt Fst阻力是：f F 310 3 NPv 60103 W7213.6 m/s(4)小志爸爸要完成一次旅程回到家的行程至少是 50 km2100 km，查表得耗油量正好是 10 L，而现在车上剩余油量是 6 L，所以至少还要
28、加油 10 L6 L4 L，加这些油需要的钱数是：6.3 元/L4 L25.2 元11. (1)省力 【解析】根据 Fs Gh，由于斜面长大于斜面高，所以使用斜面可以省力；使用任何机械都不能省功解：(2)不考虑摩擦时，有 Fs Gh故需要的推力是： F 100 NGhs 800 N0.5 m4 m(3)有用功是： W 有用 Gh800 N0.5 m400 J总功是： W 总 Fs125 N4 m500 J斜面的机械效率是： 100% 100%80%W有 用W总 400 J500 J额外功是： W 额外 W 总 W 有用 500 J400 J100 J箱子和斜面间的摩擦力是： f 25 NW额
29、外s 100 J4 m12. 解：(1)建筑材料对罐笼底面的压力F 压 G mg280 kg10 N/kg2 800 N建筑材料对罐笼底面的压强 p 2 000 PaF压S 2 800 N1.4 m2(2)建筑材料被匀速提升 10 m 所需要的时间t 20 shv 10 m0.5 m/s拉力所做的功为 W 总 Pt2.110 3 W20 s4.210 4 J(3)提升建筑材料所做的有用功W 有 Gh2 800 N10 m2.810 4 J17提升机的机械效率 100% 100%66.7%W有W总 2.8104 J4.2104 J变大13. (1)小 【解析】由杠杆的平衡条件 F1L1 F2L2
30、(动力动力臂阻力阻力臂)可知，当动力与动力臂不变时，阻力与阻力臂成反比；即阻力臂越大，阻力越小；阻力臂越小，阻力越大由“塔吊”结构图可知，动力与动力臂都不变，当 E 点越靠近 D 点时，力臂越长，能安全吊起重物的最大质量就越小解：(2)沿水平方向慢慢旋转 90，钢材在水平方向上虽然移动了一段距离但是不受力的作用，所以此过程不做功只在重力方向上做了功，所以塔吊对钢材做功W Gh mgh1.210 3 kg10 N/kg10 m1.210 5 J(3)由图可知，有两段绳子吊着物体，且 v 物 1.5 m/s，所以绳子末端移动的速度为v 绳 2 v 物 21.5 m/s3 m/s又因为 P75 kW
31、7.510 4 W，所以水平拉力 F 为F 2.510 4 NWs Ptv绳 t Pv绳 7.5104 W3 m/s因为 G410 4 N，所以滑轮组的机械效率为： 100% 100% 100% 100%80%GhFs GhnFh GnF 4104 N22.5104 N14. (1)费力解：(2)起重机的重力G1 m1g810 3 kg10 N/kg810 4 N设备重： G24 000 N起重机对地面的压力：F G1 G2810 4 N4 000 N8.410 4 N根据压强公式 p 可得，支架与地面的接触面积FSS 1.2 m 2Fp 8.4104 N7104 Pa(3)绳子自由端移动的距离： s 2h23 m6 m18有用功： W 有 Gh4 000 N3 m1.210 4 J总功： W 总 Fs2 500 N6 m1.510 4 J额外功： W 额 W 总 W 有 1.510 4 J1.210 4 J3 000 J起重机的机械效率： 100% 100%80%W有W总 1.2104 J1.5104 J
