专题11 功和机械能-初中应用物理知识竞赛专题讲义

初中应用物理知识竞赛专题讲座11

专题十一  功和机械能

【重点知识解读】

1. 物体由于运动而具有的能量叫做动能；物体由于举高而具有的能量叫做重力势能；物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。
2. 如果只有动能和势能的相互转化，那么总的机械能保持不变。都是由物质组成，物体所含物质的多少叫做质量。质量是物体的一种属性，它不随物体的温度、形状、状态和位置的变化而变化。用天平测量物体的质量。
3. 功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。做功的实质是一种能量转化或转移的过程。功W=Fs。
4. 单位时间内做的功叫做功率，P=W/t。
5. 当物体在力F作用下以速度v运动时，其功率P=Fv。

【竞赛知识拓展】

1. 人造地球卫星由远地点向近地点运动，重力势能逐渐减小，动能逐渐增大，重力势能转化为动能。
2. 物体克服摩擦力运动产生热。
3. 机器以恒定功率P做功，t时间内做功W=Pt。
4. 力随距离变化的图线的面积表示功。
5. 电器的额定功率P=UI。电动机输入功率等于输出的机械功率与电阻发热功率之和，即UI=P机+I2r。

【经典竞赛题分析】

例1. （2016上海物理竞赛） 野山鼠擅长打洞，假设山鼠打洞时受到的阻力f与洞的深度L成正比，即f=kL（k为比例常数），则野山鼠从洞深d1打到洞深d2时，需要克服阻力做的功为（）

（A）k(d22- d12)    （B）k(d2-d1) 2

（C）k(d2+d1) 2         （D）kd1d2

【参考答案】A

例2(2010全国初中应用物理知识竞赛题)“手拉葫芦”(如图15所示)是一种携带方便、使用简易的手动起重机械，广泛用于工厂、工地、矿山、农业生产等环境，用来完成起吊货物等任务。其中HCB30型“手拉葫芦”的技术数据如下表：

注：“一次起升高度”是指，成年人在站立状态，用左、右两手交替拉动手拉链条进行正常起重操作的过程中，左手或右手下拉一次（按30cm计），所吊重物上升的高度。[来源:学科网ZXXK]

承载轮上所缠的承载链条较粗且两端固定，而手拉轮上所缠的手拉链条较细且构成一个完整的环。工作过程中，手拉链条、承载链条在轮上都不打滑。其缠绕情况如图16示。(取g=10N/kg)

1．根据题目中提供的相关信息，通过计算， 析判断HCB30型“手拉葫芦”的手拉轮与承载轮是否是一个共轴的轮轴？

2.计算该型“手拉葫芦”在满载的情况下正常工作时的机械效率。
 

【竞赛实战训练】

1.(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

【参考答案】：B          学科网

2．（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

【参考答案】：D

3．（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（  ）[来源:Z§xx§k.Com]

A．83s         B．833s         C．104s         D．以上都不对

【参考答案】：C

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?

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?

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。

【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。学科网

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72 km／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)[来源:Z&xx&k.Com]

    （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?

【点评】此题考查功率、效率等知识点。此题第1小题，具有多种解法，只要正确即可；第2小题，具有开放性，答出任意两点即可。

5. (2007年全国初中应用物理知识竞赛题）图7是常见的一种电动自行车，使用前要先对车上的蓄电池充电。骑行时，蓄电池对车上的电动机供电，电动机为车提供动力。下表是这种品牌电动自行车的一些主要技术参数。

请回答：

    (1)．技术参数表中“36V／10Ah”表示的物理意义是什么？

    (2)．若质量是70kg的人骑电动自行车在水平路面上以6m/s的速度匀速行驶时，受到的阻力是人与车总重的0.02倍，取g＝10N／kg。求：行驶20min，电动机对自行车做的功和通过电动机线圈的电流。

    (3)．若摩托车每行驶100km耗油2.5L，油价约5.1元/L，照明用电的电费约0.5元/kW•h，请通过计算说明使用电动自行车与摩托车哪种更经济。

(4)．请从环保角度，比较电动自行车与摩托车对环境的污染情况。

(5)．在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率＝人数×路程／消耗能量。一个人骑电动自行车“消耗1MJ（106J）的能量可行驶30km，一辆载有4人的普通轿车，消耗320MJ的能量可行驶l00 km，则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是多少？[来源:学科网ZXXK]

【点评】电动自行车是一种绿色环保的代步工具，具有能效高、污染小的优点。